sudare otelurilor, fontelor si neferoaselor

Sudarea otelurilor, fontelor si a neferoaselor

CAP.1.SUDAREA OTELURILOR 1.1.Sudabilitatea................................................................................... 1

CAP.2.SUDAREA OTELURILOR CARBON2.1.Comportarea la sudare a otelurilor carbon.................................... 22.1.1.Recomandari tehnologice............................................................... 32.2.Comportarea la sudare a otelurilor slab aliate............................... 42.2.1.Influenta elementelor de aliere asupra comportarii la sudare............... 42.2.2.Recomandari tehnologice pentru sudarea otelurilor slab aliate............. 52.3.Sudarea otelurilor termorezistente..................................................... 62.4.Importanta la sudare a otelurilor inoxidabile........................................ 62.5.Otelurile austenitice si refractare inoxidabile........................................ 72.6.Otelurile inoxidabile austenitice crom-nichel........................................ 122.7.Diferentierea claselor de oteluri inoxidabile.......................................... 14

Capitolul 3.SUDAREA FONTELOR

3.1.Definitie. Clasificarea fontelor............................................................ 153.2. Fonte cenusii.................................................................................. 173.3.Fontele cenusii cu grafit.................................................................... 183.4.Fonte cenusii cu grafit nodular........................................................... 183.5.Fonta cu grafit compact vermicular.................................................... 193.6. Fonte albe..................................................................................... 203.7. Fonte aliate.................................................................................... 213.8.Fonte aliate pentru constructii de masini............................................. 233.9.Fonte rezistente la uzarea abraziva.................................................... 243.10.Fonte anticorozive.......................................................................... 243.11.Fonte refractare............................................................................. 253.12.Sudabilitatea fontelor..................................................................... 263.13.SUDAREA FONTELOR...................................................................... 263.13.1.Procedee de sudare utilizate......................................................... 263.13.2.Sudarea cu flacara oxi-acetilenica.................................................. 273.13.3.Sudarea manual electric cu electrozi inveliti.................................... 273.13.4.Sudarea MIG ............................................................................. 273.13.5.Tehnologia de sudare................................................................... 27

4.SUDAREA NEFEROASELOR4.1.Sudarea aluminiului......................................................................... 354.1.1.Generalitati................................................................................... 354.1.2.Comportare la sudare..................................................................... 364.1.3.Recomandari tehnologice de sudare a aluminiului.............................. 37

4.2.Sudarea cuprului.............................................................................. 414.2.1.Generalitati................................................................................... 414.2.2.Comportarea la sudare................................................................... 414.2.3.Recomandari tehnologice pentru sudarea cuprului.............................. 43

UNITATEA 8-TEHNOLOGIA SUDARII

CENTRUL REGIONAL DE FORMARE SI DEZVOLTARE PROFESIONALA IN DOMENIUL SUDARII 1


SUDAREA OTELURILOR, FONTELOR SI A NEFEROASELOR

CAP.1.SUDAREA OTELURILOR

1.1.Sudabilitatea

Comportarea la sudare sau sudabilitatea este o notiune complexa care caracterizeaza aptitudinea unui material de a fi sudabil fara precautii speciale.Sudabilitatea otelurilor este influentata de:

materialul de baza; tehnologia de sudare; conceptia structurii sudate.

Luand in considerare doua dintre cele trei elemente mentionate rezulta trei notiuni derivate care completeaza definitia sudabilitatii si anume:

-comportarea metalurgica la sudare, definita ca reactia materialului de baza fata de procesul de sudare care i se aplica. Aceasta reactie este localizata in zona influentata termic si zona de trecere.

Comportarea la sudare este influentata de factorii care influenteaza materialul de baza (compozitia chimica, structura metalografica si insusirile mecanice).

-comportarea tehnologica la sudare sau posibilitatea de a realiza suduri in mod corespunzator cu o anumita tehnologie.

Comportarea tehnologica se aprecieaza prin ansamblul caracteristicilor ce se obtin la suduri realizate cu o tehnologie data.Ea este influentata de urmatorii factori:-pregatirea pentru sudare (procedeu de sudare, material de adaos, tipul de

imbinare, preincalzire, precautii legate de mediu ambiant);-realizarea sudurilor (cantitatea de caldura introdusa, modul de introducere a ei

in piesa, ordinea de sudare);-tratament termic dupa sudare.

-comportarea constructiva la sudare determinata de capacitatea de a realiza o structura sudata dintr-un anumit material care sa functioneze corespunzator in conditii de exploatare.

Comportarea constructiva la sudare este cu atat mai buna cu cat factorii constructivi intervin mai putin la alegerea materialului de baza in conditiile unei tehnologii de sudare.

Ea este influentata de urmatorii factori:-conceptia constructiva a structurii (fluxul de forte, distributia sudurilor in

structura, grosimea materialului, efectul de crestatura, gradul de rigiditate);-starea de tensiuni(marimea si felul tensiunilor, triaxialitatea tensiunilor, viteza

de solidificare, temperatura de exploatare, coroziune).

2.Sudarea otelurilor carbon

2.1.Comportarea la sudare a otelurilor carbon



Otelurile carbon nu contin in mod voit alte elemente de aliere in afara de carbon si elemente impuse de procesul de elaborare si turnare: Siliciu, mangan, aluminiu.

Caracterisiticile mecanice si comportarea la sudare a otelurilor carbon este determinata in primul rand de continutul de carbon. In general pot aparea probele la sudare cand otelurile au un continut ridicat de carbon la care poate sa apara in ZIT o durificare a materialului. Din aceasta cauza duritatea creste foarte mult in aceea zona, in timp ce plasticipatea scade, astfel incat la o solicitarea mica poate provoca fisurarea materialului.

Sudarea otelurilor carbon cu C≤0,22%, in general, nu apare pericolul de fisurare la rece (prin durificare). Otelurile cu C≥0,22% se considera conditionat sudabile, pentru evitarea fragilizarii materialului sunt necesare o serie de masuri tehnologice si anume:

-preincalzirea;-sudarea cu energie liniara mica;-realizarea unei cusaturi cu plasticitatea ridicata prin alegerea convenabila a

materialelor de sudare (Ex:electrozi cu invelis bazic). Cu cat cusatura are o plasticitate mai ridicata cu atat ea poate prelua tensiuni mai ridicate fara a fisura.

Comportarea la sudare a otelurilor carbon este influentata insa si de celelelalte elemente de aliere precum si de modul de elaborare a acestora. Din acest punct de vedere se mentioneaza particularitatile comportarii la sudare a otelurilor calmate, a otelurilor deformate plastic la rece si a otelurilor turnate.

Otelurile necalmate se remarca prin faptul ca zona din apropierea suprafetei este curata si are proprietati plastice bune, neridicand probleme la sudare, in timp ce in zona centrala este bogata in segregatii si au continut ridicat de carbon, fosfor, sulf, mangan. Din acest motiv la sudarea otelurilor necalmate, trebuie avut in vedere ca zonele cu segregatii sa nu fie pe cat posibil topite.

La sudarea otelurilor deformate plastic la rece apar urmatoarele probleme:-in zona sudurii(ZIT) are loc o scadere a limitei de curgere a materialului;-in portiunile incalzite la temperaturi de 200-400°C se produce imbatranirea

materialului.Din aceste motive, la sudare se impune reducerea cat mai mult a volumului

ZIT prin utilizarea procedeelor cu energie concentrata, respectiv folosirea unor energii liniare de valoare redusa.

Otelurile turnate au o comportare la sudare mai slaba decat otelurile laminate din urmatoarele cauze:

-au continuturi de carbon mai ridicate si elemente de aliere;-metalul este mai putin compact si prezinta numeroase incluziuni de gaze,

avand o structura de turnare.

2.1.1.Recomandari tehnologice

La sudarea otelurilor carbon, regimurile de sudare se aleg, de obicei, astfel incat sa se asigure o productivitate cat mai mare, lucru care se intampla prin depunerea unui numar cat mai mic de straturi.



In cazul otelurilor destinate functionarii la temperaturi negative si a otelurilor deformate plastic la rece se recomanda utilizarea unor regimuri de sudare cu straturi multiple, deci caracterizate prin energie liniara mica.

In cazul otelurilor turnate se impune utilizarea unor regimuri de sudare cu energie mare(randuri late, viteza mica). Aceste regimuri produc insa o amestecare masiva a materialului depus cu metalul de baza, lucru care trebuie evitat. pentru a reduce pericolul de fisurare, compozitita m.a. a cusaturii trebuie sa fie cat mai apropiata de cea a m.d.

2.2.Comportarea la sudare a otelurilor slab aliate

In general, in categoria otelurilor slab aliate intra acele oteluri la care suma continuturilor elementelor de aliere este sub 5%.

Comportarea la sudare a acestor materiale, avand o utilizare deosebit de larga, este determinata in primul rand de compozitia lor chimica. Ea este apreciata in mod uzual pe baza maririi carbonului echivalent.

Cech.=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15Cu cat otelul are un carbon echivalent mai redus, cu atat el va prezenta o

comportare la sudare mai favorabila.

Ce,% Recomandari tehnologice<0,40 Nu sunt necesare precautii spreciale

Se poate suda cu electrozi sau fluxuri cu caracter nebazic0,40-0,50 Se sudeaza:

a.electrozi nebazici si preincalzire cu 100-200°Cb.electrozi bazici cu continut scazut de hidrogen

0,50-0,55 Se sudeaza:a.electrozi nebazici si preincalzire cu 200-350°Cb.electrozi austenitici

>0,55 Se sudeaza:a.electrozi bazici cu continut scazut de hidrogensi preincalzire la 250-400°Cb.electrozi austenitici

2.2.1.Influenta elementelor de aliere asupra comportarii la sudare

Referitor la influenta elementelor de aliere asupra comportarii la sudare va precizam urmatoarele:

-elementele C, Mn, Cr, (Ni), (Mo)-scad viteza de racire critica la calirea martensitica, ceea ce inseamna ca in prezenta lor se formeaza martensita si la viteza mai mica de racire;

-elementele Al, V, Ta, Ti, Nb, Zr-conduc la finisarea structurii materialului si au o actiune dezoxidanta.

2.2.2.Recomandari tehnologice pentru sudarea otelurilor slab aliate



In principiu, sudarea otelurilor slab aliate poate fi realizata cu orice procedeu de sudare prin topire. In cazul otelurilor care prezinta pericolul de inmuiere a ZIT se vor evita procedeele de sudare energointensive(sudarea in baie de zgura).

In functie de carbonul echivalent si grosimea materialului se va suda cu preincalzire, de obicei, utilizand regimuri termice care asigura o productivitate cat mai mare(energie liniara mare, numar mic de straturi).

In cazul otelurilor tratate termic, respectiv a otelurilor exploatate la temperaturi negative, sudarea se va face cu limitarea incalzirii materialului, adica folosind o energie liniara relativ scazuta, un numar mare de straturi.

In cazul imbinarilor sudate de grosime mare, precum si la depasirea continuturilor unor elemente de aliere, dupa sudare este obligatorie efectuarea unui tratament termic de detensionare.

Efectuarea tratamentului termic dupa sudare este favorabila si sub aspectul reducerii pericolului de coroziune fisuranta sub tensiune, respectiv al asigurarii stabilitatii dimensionale a structurii sudate la prelucrari mecanice ulterioare.

Sudarea otelurilor slab aliate, se face, in regula generala, folosind materiale de adaos de acelasi tip cu materialul de baza. In cazul sudarii unor oteluri de rezistenta mai mare sau exploatate la temperaturi negative se vor utiliza materiale de adaos cu caracter bazic. Ele vor fi uscate inainte de sudare pentru indepartarea umiditatii.

In situatii speciale, cu un risc mare de fisurare, se pot utiliza si materiale de adaos inoxidabile austenitice sau inalt aliate cu nichel care au o capacitate de deformare foarte buna. Astfel de situatii pot sa apara, spre exemplu, in cazul reconditionarii prin sudare a unor structuri complicate l;a care nu exista posibilitatea efectuarii unui tratament termic post-sudare.

Otelurile termorezistente sunt destinate exploatarii la temperaturi inalte. Majoritatea otelurilor termorezistente sunt slab aliate cu crom si molibden. Deosebirea principala dintre aceste oteluri si cele refractare sau inoxidabile consta in faptul ca ele se acopera cu un strat de oxid de fier. Acesta se detaseaza usor, piesa fiind in continuare distrusa prin oxidare. Limita dintre otelurile termorezistente si cele inoxidabile si refractare este plasata la un continut de cca 12% crom.

Comportarea la sudare a otelurilor termorezistente este caracterizat de susceptibilitatea lor la fisurarea la rece, respectiv prin sensibilitatea lor la fisurarea la rece, respectiv prin sensibilitatea mare a caracteristicilor mecanice fata de regimul de tratament termic. Aceste oteluri sunt calibile in aer.

tehnologia de sudare trebuie sa asigure o curatenie deosebita pentru a elimina continutul de hidrogen din imbinarea sudata. Pierderea de plasticitate si/sau de rezistenta in urma sudarii poate limita capacitatea materialului de a rezista la tensiunile induse prin sudare si, in mod special, la solicitarile prin fluaj,

atac la hidrogen, fenomenul de carburare sau decarburare si fisurare la reincalzire.

Preincalzirea si efectuarea tratamentului termic dupa sudare, sunt deosebit de importante pentru micsorarea pericolului de fisurare, avand in vedere efectul lor asupra reducerii tensiunilor interne, limitarii sau revenirii zonelor martensitice si a reducerii continutului de hidrogen din imbinarea sudata.



Necesitatea acestor tratamente devine mai accentuata o data cu cresterea nivelului de aliere, al calibilitatii in aer, a grosimii peretelui si constrangerii mecanice.

2.3.Importanta la sudare a otelurilor inoxidabile

Otelurile inoxidabile fac parte din grupa otelurilor aliate. Structura otelurilor aliate depinde in primul rand de compozitia chimica a lor. In functie de efectul lor asupra strcturii, principalele elemente de aliere pot fi impartite in:

-elemente austenitizante sau gamagene care promoveaza domeniul austenitic - Ni,C,Cu, Mn, N;

-elemente feritizante sau alfagene- care ingusteaza domeniul austenitic, promovand domeniul feritic – Cr, Mo, Si, Al, W, Ti, Nb, V. Structura otelurilor aliate este apreciata cu ajutorul diagramei Schaeffler.

In functie de structura aceste oteluri aliate se pot clasifica in:-oteluri inoxidabile si refractare austenitice;-oteluri feritice; -oteluri martensitice;-oteluri duplex (austenito- feritice).Caracterul inoxidabil al otelului este asigurat prin prezenta cromului in

cantitati de peste 12%.

2.4.Otelurile austenitice si refractare inoxidabile

Otelurile austenitice au ca principale elemente de aliere crom(16-26%) si nichel(6-26%).

Otelurile austenitice se remarca prin rezistenta ridicata la coroziune, tenacitate si rezistenta la temperaturi negative, rezistente la oxidare la temperaturi ridicate, refractaritate, plasticitate inalta. Otelurlie austenitice nu au rezistenta ridicata la coroziune in medii ce contin sulf datorita prezentei nichelului care produce sulfuri de nichel.

Otelurile austenitice au coeficient de dilatare liniara ridicata si conductivitate termica de cca. 2,5% mai mica decat otelurile carbon.

Ca atare, la sudarea otelurilor austenitice apar, comparativ cu otelurile carbon, urmatoarele particularitati:

-tendinta ridicata de deformare a structurii sudate;-concentrare a caldurii pe o zona mai mica, ceea ce determina o

patrundere mai mare a sudurii.In general, datorita plasticitatii bune, otelurile austenitice sunt usor de

sudat si nu necesita preincalzire sau tratament termic dupa sudare. Sudarea se realizeaza cu materiale de adaos de acelasi tip.

2.5.Otelurile inoxidabile austenitice crom-nichel

Se numesc inoxidabile acele oteluri care in raport cu alte materiale metalice, in particular otelurile, prezinta, o mai mare rezistenta la coroziune in diferite medii sau au o rezistenta marita fata de oxidarea la cald. Otelurile inoxidabile au cea mai mare rezistenta la coroziunea electrochimica in medii oxidante , in majoritatea acizilor organici si anorganici pana la temperatura de 600ºC si prezinta plasticitate buna si rezistenta mecanica moderata.



Sunt oteluri cu larga utilizare practica –considerate clasice sau universale in industria chimica, petrochimica si alimentara pentru faptul ca alierea cu nichel extinde rezistenta la coroziune si fata de alte medii in care cromul este ineficace; se utilizeaza la confectionarea de recipiente,conducte, vase,tevi, vane, robinete atat din produse laminate la cald(table, benzi, tevi) cat si turnate. Structura optima d.p.d.v. al rezistentei la coroziune trebuie sa fie austenitica –cu aspect poliedric-perfect omogena,fara segregari intergranularede carburi (care dau sensibilitate la coroziune intercristalina), fara segregatii sau separari de ferita sau martensita.

Pentru a obtine o astfel de structura austenitica stabila, trebuie echilibrat efectul elementelor gamagene(Ni,Mn,C,N) si alfagene (Cr,Mo,Si,Nb,Ti), prin alegerea judicioasa a compozitiei chimice si precizarea in limite stranse a concentratiei fiecarui element. In acest scop se calculeaza continuturile echivalente ale Ni ech.si Cr ech.si se transpun valorile gasite pe diagrama Schaeffler construita in coordonate Cr ech si Ni ech care ilustreaza domeniile structurale posibile:

Ni ech=%Ni+30%C+0.5%MnCr ech=%Cr+%Mo+1,5%Si+0,5%Nb

Structura austenitica, poliedrica, omogena rezistenta la coroziune, se obtine prin aplicarea tratamentului termic de calire pentru punere in solutie a carburilor si omogenizarea austenitei care consta din: incalzirea otelului peste linia ES la Tcal=1100-1150ºC si mentinerea necesara dizolvarii totale a carburilor si omogenizarea austentiei, urmata de racire energica (in apa) pentru conservarea structurii austenitice omogene.

Austenita aliata asigura astfel urmatoarele proprietati mecanice :HB=140-190,Rm=520-600N/mm² si A=50%.

Reincalzirea otelului in timpul utilizarii in exploatare sau la sudare in domeniul 550-750ºC determina precipitarea carburilor de crom pe limitele de graunti sub forma de retea care faciliteaza coroziunea intercristalina in jurul limitelor ca urmare a scaderii locale, pe o distanta de circa 0,8μm a continutului de crom sub 12%. Globulizarea si coalescenta carburilor intercristaline atenueaza sensibilitatea la coroziune intercristalina.



Pentru a stabiliza austenita in vederea prevenirii sensibilitatii la precipitarea carburilor ar fi recomandata reducerea la minimum a continutului de C din otel(<0,1%C), mai greu de realizat in oteluirile turnate, sau alierea suplimentara in scopul de stabilizare, cu Ti sau Nb(mai rar), in proportie de (5%C-0,7). Aceste elemente formeaza carburi primare , TiC sauNbC, care leaga excesul de carbon si astfel cromul ramane in solutie.

Otelurile termorezistente la cald(inoxiterme) sau la coroziune chimica-gazoasa(in medii oxidant, uscat) sunt considerate cele care nu se oxideaza superficial peste temperaturi de 570ºC. Aceasta capacitate de a nu oxida este necesara la confectionarea armaturilor de cuptoare, recipiente, dispozitive de tratament termic, teci de termocuple, tuburi radiante, care mentinute timp indelungat in atmodsfera oxidanta la temperaturi de ordinul 600-1300ºC sa nu se degradeze prin ardere. Se exprima practic prin temperatura maxima pana la care otelul rezista la oxidare fara a se degrada vizibil.

Rezistenta la oxidare este conferita prin aliere cu crom,aluminiu si siliciu, elemente care dizolvate in fier vor forma la incalzire pelicule superficiale dense si protectoare de oxizi refractari(CrFe)2O3, (AlFe)2O3. Se considera ca in primul rand compozitia chimica si in mai mica masura structura otelului asigura rezistenta la oxidare. Astfel se practica alierea cu 5..8%cr pentru Tmax=700-750ºC, 15-17%Cr pentru Tmax=950-1100ºC,25..27% Cr pentruTmax=1100ºC si 25% Cr+5%Al pentru Tmax=1300ºC. se poate adauga si siliciu maxim de 2,5%.

Daca au continutul de crom necesar asigurarii rezistentei la oxidare la temperatura de lucru, otelurile inoxidabile vor fi implicit si inoxotermice.

Otelurile inoxidabile austenitice (cfc) pot fi prelucrate usor prin deformare plastica. In urma deformarii plastice la rece, aceste oteluri capata rezistenta mecanica mai mare decat a otelurilor feritice. Deoarece aceste oteluri nu au temperatura de tranzitie, ele se comporta foarte bine la solicitarile prin soc chiar la temperaturi scazute. In plus, otelurile inoxidabile austenitice sunt paramagnetice, ceea ce duce la extinderea domeniului de utilizare, insa continuturile inalte de nichel si crom fac aceste aliaje costisitoare.

Principalul element de aliere este cromul, actiunea sa favorabila constand in aceea ca formeaza la suprafata otelului un strat de oxid pasiv, foarte subtire, aderent, dens, impermeabil, putin solubil care fereste restul materialului de actiunea mediului agresiv chimic.

Paradoxul consta in aceea ca aceste oteluri sunt inoxidabile tocmai pentru ca se oxideaza superficial, totul depinzand de insusirile stratului.

Pentru formarea stratului de oxid esentiala este prezenta oxigenului in mediu agresiv (care trebuie sa oxideze pentru a conferi proprietati anticorozive).

Prezenta oxigenului trebuie sa fie permaneta pentru a mentine, pe durata exploatarii,stratul de oxidare protector.

In cazul mediilor slab oxidante sau neoxidante obtinerea rezistentei la coroziune se asigura prin adaugarea de Ni.

Cromul si nichelul sunt elemente fundamentale in cazul otelurilor cu observatia ca, in functie de natura mediului agresiv, nu este intotdeauna necesara prezenta nichelului.



Rezintenta la coroziune nu creste monoton in functie de continutul de crom ci prezinta un salt in jurul concentratiei de 11,5 pana la 12%Cr. Acest lucru permite definirea conventionala a otelurilor inoxidabile ca fiind aliaje Fe-C-Cr care contin cel putin 11-12%Cr, la care se adauga si alte elemente, in functie de caracterul mediului de lucru.

Nichelul este un element gamagen, stabilizeaza austenita si mareste domeniul austenitic in aliajele fier-crom-carbon.

Otelurile inoxidabile austenitice (cfc)pot fi prelucrate usor prin deformare plastica. In urma deformarii plastice la rece, aceste oteluri capata rezistenta mecanica mai mare decat otelurile inoxidabile feritice. Deoarece aceste oteluri nu au temperatura de tranzitie, ele se comporta foarte bine la solicitarile prin soc chiar la temperaturi scazute. In plus, otelurile inoxidabile austenitice sunt paramagnetoice. Ceea ce duce la extinderea domeniului de utilizare. Insa continuturile inalte de nichel si crom fac aceste aliaje costisitoare.

Otelurile inoxidabile austenitice, care contin peste 0,03%C pot deveni sensibile la coroziunea intergranulara. Cand otelul se raceste incet intre aproximativ 870-425ºC, carbura de crom precipita la limitele grauntilor. Apare fenomenul de coroziune intre aceste carburi precipitate in zonele cristaline vecine mai sarace in elemente de aliere. Un tratamnet termic de calire de punere in solutie poate fi utilizat pentru a preveni coroziunea. Otelul este incalzit la temperaturi peste 870ºC pana cand carburile de crom se dizolva in solutia solida, apoi prin calire rapida se previne formarea din a carburilor. O alta solutie utilizata pentru a impiedica fenomenul de coroziune intergranulara este cel de aliere a otelului cu titan sau niobiu. Carbonul formeaza cu titanul sau niobiul carburile TiC sau NbC impiedicand formarea carburilor de crom.

Otelurile austenitce crom-nichel pot fi defintie in genral in functie de continutul principalelor elemente de aliere 18%Cr si 8%Ni si sunt caracterizate prin procente scazute de carbon (<=0,15%).

Insemnatatea deosebita a acestor oteluri consta in faptul ca reunesc un numar foarte mare de proprietati speciale pe care nu le poseda nici un alt aliaj : rezistenta la coroziune in aer, apa si anumiti agenti chimici (inoxabilitate), tenacitate si rezistenta la temperaturi negative, capacitatea inalta de ecruisare, rezistenta la oxidare la temperaturi ridicate ,refractaritate.Aceasta rezistenta este realizata prin alierea primara cu crom.Alte elemente sunt:nichelul, molibdenul,manganul, titanul, niobiu, cupru si azotul.

Elementele de aliere, care determina aceste proprietati, actioneaza in mod deosebit asupra anumitor caracteristici:

-cromul (a=2,885,cvc) este elementul de baza ce confera rezistenta la coroziune si oxidare.Pana la 12-15%Cr este influentata in mod favorabil rezistenta in oxidare in medii uscate la temperaturi inalte.Prin cresterea continutul de crom la valori de peste 12-15% otelul devine rezistent si la actiunea unor medii corozive apoase. Asupra acestor proprietati actiunea cea mai defavorabila o are carbonul;

-nichelul (a=3,5239 A,cfc) imbunatateste caracteristicile mecanice la temperaturi inalte si totodata actioneaza favorabil asupra rezistentei la



coroziune in medii acide, slab oxidante sau neoxidante; determina cresterea tenacitatii otelului;

Un efect deosebit Il are aupra structurii otelului fiind elementul ce determina aparitia structurii austenitice. Nichelul deplaseaza punctele de transformare α/γ (la tamperaturi joase) si γ/δ (la temperaturi ridicate).Pentru 8% Ni punctul A3 este coborat la temperatura camerei.

Trebuie mentionat ca majoritatea otelurilor crom-nichel 18/8 contin si alte elemente de aliere ce influenteaza proprietatile de utilizare.Dupa actiunea lor asupra structurii otelului ele pot fi grupate in doua categorii: elemente feritizante(alfagene):Cr,Nb, Si,W,Mo,Ti,V,Al; elemente austenitizante(gamagene): Ni,C,Mn,Co,N,B,Cu.

Aupra caracteristicilor si proprietatilor de inoxidabilitate si rezistenta la coroziune elementele auxiliare de aliere actioneaza diferit:

-carbonul mareste rezistenta mecanica dar, inrautateste rezistenta la coroziune deoarece favorizeaza precipitarea carburilor;

-manganul( parametrul retelei a=3,862 A, γ -Mn, cfc ) ,bun stabilizator al austenitei si conduce al formarea sulfuri de mangan reduce tendinta de fisurare la cald la sudare;inlocuieste nichelul, scazand pretul otelului;

-siliciul introdus pentru dezoxidare mareste rezistenta fata de oxidarea la temperaturi inalte,dar, in cantitati mari mareste tendinta de fisurare.Se recomanda ca raportul dintre cantitatile de siliciu sa fie de 2:1 pentru a mari tenacitatea, rezistenta la fisurare a otelului;

-molibdenul( a=3,1473A,cvc) (are in general o influenta favorabila mai ales asupra rezistentei la temperaturi inalte si la coroziune in prezenta clorului si reduce tendinta spre fisurare la cald;

-titanul si niobiul( Nb are a=3,296A,cvc) finiseaza structura si mareste rezistenta la coroziune; maresc stabilitatea termica si rezistenta la coroziunea intercristalina

-cuprul (a=3,6153,cfc ) micsoreaza tendinta de coroziune sub tensiune-aluminiu (a=4,0495A,cfc) mareste rezistenta fata de oxidarea la cald si

sensibilitatea fata de fisurare;-cupru si aluminiu durifica otelul prin precipitare fin dispersa dar maresc

tendinta spre fisurare;-azotul se adauga pentru marirea limitei de curgere; inlocuieste nichelul ,

scazand pretul otelului;

-vanadiul (a=3,039 A,cvc ) si borul micsoreaza rezistenta fata de oxidarea la cald pe baza diagramei de lucru pseudobinare, luand in considerare un otel cu

0,1%C in cazul unei raciri lente, se petrec urmatoarele transformari structurale(fig.1).



Austenita are a=3,6468A,cfc, iar ferita are a=2,8665A,cvc.Pe baza diagramei de echilibru pseudobinare , luand in considerare un otel

cu 0,1%C in cazul racirii lente, se petrec urmatoarele transformari structurale.-in punctul 1 incepe separarea din lichid a feritei primare delta;-sub punctul 2 incepe concomitent separarea austenitei aliata cu crom si

nichel;-in intervalul cuprins intre 2 si 3 are loc o separare constanta simultana de

ferita delta si austenita;-procesul de solidificare se incheie in 3, structura devin eintegral austenitica

si se pastreaza ca atare pana in punctul 5.Punctul 5 defineste intersectia orizontalei de temperatura cu linia de

solubilitate maxima a carbonului in austenita aliata.Este foarte important faptul ca, de pilda, aceasta solubilitate maxima la

1000ºC este foarte mica (numai 0,1%C) in raport cu solubilitatea carbonului in austenita nealiata(cca.1,5%C). Acesta este faptul de baza ce concentreaza precipitarile de carburi in otelurile austenitice.

Sub punctul 5 din austenita suprasaturata in carbon se separa carburi(k) mai ales pe limitele de graunti austenitici.

Aceasta separare progresiva duce la saracirea in carbon a austenitei deci la o destabilizare a acesteia deoarece carbonul este un element austenitizant.

Sunt astfel create conditii ca sub punctul 6 o parte din austenita asistenta sa se transforme in ferita. Asadar la temperatura normala, in masa de baza austenitica avem si ferita secundara precipitata la limitele grauntilor de austenita impreuna cu o serie de carburi, deci o austenita metastabilizata.

Procesele de separare a carburilor si a feritei secundare sunt favorizate de deformarea plastica la rece, cu atat mai mult cu cat temperatura la care se realizeaza deformarea este mai scazuta.

In asemenea conditii separarile de ferita alfa si carburi pot avea loc si in interiorul grauntilor de austenita, de-a lungul liniilor de alunecare. Asemenea separari determina o consolidare a otelurilor.



La otelurile mai bogate in elememte gamagene fata de cel analizat chiar atunci cand intervin separari de carburi transformarea γ→α nu mai are loc.

Cas urmare, asemenea oteluri racite foarte incet au la temperatura camerei o structura integral austenitica eventual si carburi.

In cazul otelului inoxidabil de tip 18/8 se poate obtine o structura austenitca si fara precipitari de carburi daca este racit cu o viteza suficient de mare de la o temperatura suficient de inalta peste linia de solubilitate maxima a carbonului (deci peste punctul 5). Un asemenea tratament este denumit calire de punere in solutie sau de mentinere in solutie a carbonului.

Motivele aratate determina livrarea otelurilor austenitice inoxidabile in stare tratate termic prin calire de punere in solutie obtinandu-se o austenita metastabila ce se poate transforma in martensita daca este supusa deformarii plastice la rece sau racirii sub 0ºC.

Consecinta acestei transformari este fragilizarea otelului .Daca continutul in carbon este foarte mic(sub 0,02-0,03) nu se mai produce

separarea daunatoare a carburilor iar otelul se incadreaza in clasa L(low carbon).

2.6.Diferentierea claselor de oteluri inoxidabile

Pornind de compozitia clasica cu 18%Cr si 8%Ni s-au inregistrat urmatoarele tendinte:

-marirea continutului de crom si nichel in vederea cresterii rezistentei fata de coroziunea generala si in medii oxidante, ducand la aparitia claselor 23Cr-12Ni,25Cr-20Ni;

-marirea in continuare a procentului de nichel a vizat cresterea rezistentei fata de coroziunea fisuranta sub sarcina si a coroziunii la temperaturi inalte. S-a ajuns astfel la aliaje pe baza de nichel si NiCrFe.;

-adaugarea de niobiu in otelurile clasice 18/8 cu scopul stabilizarii fata de coroziunea intercristalina, rezutand 18/8Nb;

Prin cresterea continutului de molibden si nichel s-a marit rezistenta fata de coroziunea in puncte, obtinandu-se clasa 17%Cr,12%Ni,2,5%Mo,Nb.

In mod similar s-a procedat si in cazul stabilizarii cu titan, marirea rezistentei fata de coroziunea intercristalina prin micsorarea concentratiei de carbon sub 0,03%, rezultand clasa 18/8Lsau 17/12/2,5MoL.

Adaugarea de molobden si azot au determinat cresterea rezistentei fata de coroziunea in puncte dar si o oarecare sensibilizare fata de coroziunea tenso-fisuranta.

S-a obtinut otel de tip 17/3/5/LN.

Cresterea continutului de crom,nichel,,molibden si azot a dus la imbunatatirea substantiala fata de coroziunea in puncte si tenso-fisuranta, obtinandu-se otelul de tip 20/25/6LN.

Pornind de la tipul 17/12/2,5 prin micsorarea concentratiei de carbon si prin aliere in plus cu crom si nichel s-a obtinut cresterea rezistentei fata de coroziunea intergranulara si coroziunea in mediu reducator obtinandu-se tipul 25/22/2,5 sau alte combinatii.



Marirea continutului de crom peste 18% aduce o imbunatatire a rezistentei la coroziune.Stabilizarea carbonului prin titan sau niobiu, respectiv o reducere a continutului de carbon, liber, la maxim 0,030%, mareste rezistenta la coroziune intercristalina(afecteaza limitele grauntilor si micsoreaza rezistenta mecanica, astfel incat metalul devine atat de fragil incat se transforma in praf. Zonele afectate pot fi:cusatura in apropierea liniei de topire iar cel mai frecvent in ZIT. Cea din ZIT se produce intr-un interval de temperaturi 450-800ºC, iar cea din apropierea liniei de fuziune ). Aparitia coroziunii intercristalina poate fi explicata pe baza a doua teorii:

-teoria saracirii in crom-prin in incalzirea la un anumit interval de temperaturi cromul precipita sub forma de carburi la limitele grauntilor de difuzie, ducand la scindarea continutului de crom sub 12%, procent sub care dispar caracteristicile de inoxidabilitate;

-teoria tensionala se datoreaza tensiunilor dintre precipitate si graunti.Cea in lama de cutit apare la otelurile cu adaosuri de Ti, Nb si Ta,

deoarece si carburile acestora se dizolva la peste 1100ºC. In zona de temperaturi 1200-1250ºC, otelul austenitic se comporta ca si cum ar avea elemente de aliere carburigene.

Molibdenul imbunatateste cu preponderenta rezistenta la coroziune patrunsa si la fisurare, in timp ce nichelul imbunatateste, cu continuturile in crestere ale acestuia, structura austenitica de baza, rezistenta la coroziune fisuranta sub tensiune, indeosebi in medii cu continuturi de cloruri, aceasta rezistenta la aliajele pe baza de nichel,cu mai mult de 40%Ni , atinge valori foarte ridicate. Pe de alta parter si structura de baza austenito-feritica este insebila la coroziune fisuranta sub tensiune. Acest lucru este mai pregnant la otelurile austenito-feritce, care la continuturi de ferita delta manifesta o crestere cu 25% a rezistentei la coroziune fisuranta sub tensiune.

Pentru marirea stabilitatii structurii austenitce otelul se poate alia suplimentar cu azot.

Din asocierea optima a elementelor de aliere rezulta diferite oteluri inoxidabile rezistente la coroziune. Elementelor principale de crom,nichel,molibden si niobiu li s-au stabilit limite referitor la nivelul alierii, pentru a preintampina precipitarea fazelor intermetalice,(faza sigma precum si fazele de molibden si niobiu), deoarece, de regula, acestea pot exercita o influenta nefavorabila atat asupra rezistentei la coroziune, cat si asupra tenacitatii si caracteristicilor la temperaturi inalte. Prin marirea continutului de nichel peste 40% poate fi impiedicata precipitarea fazei sigma, dar si a altor compusi cu continut de molibden si niobiu, datorita carora pot rezulta avantaje hotaratoare la solicitari la coroziune intercristalina.

2.7.Tehnologia sudarii otelurilor inoxidabile

Otelurile austenitice se sudeaza in special prin procedeele de sudare: WIG, MIG, sub strat de flux si cu electrozi inveliti.

Sudarea se executa cu materiale de adaos de tip inoxidabil austenitic, in general avand niveluri de aliere apropiate de cele ale materialului de baza, respectand urmatoarele:



-sudarea cu energie liniara mica(curent scazut, viteza mare, depunerea unor randuri filiforme);

-alegerea electrozilor cu diametru mic;-adaugarea in materialele de sudare a unor elemente dezoxidante si care

finiseaza structura ca mangan, molibden, azot;-marirea coeficientului de forma a sudurii, aceasta presupunand utilizarea

unor rosturi cu unghiuri de deschidere mai mari in cazul otelurilor carbon sau slab aliate.

Tehnologia de sudare se va alege astfel incat sa asigure o incalzire redusa a materialului. In general, se vor folosi de preferinta electrozi cu diametru mai mic decat la sudarea otelurilor carbon, diametrul maxim recomandat fiind 4 mm. In acelasi timp, datorita conductibilitatii electrice mai mici, la acelasi diametru de electrod, curentul de sudare va fi mai redus (80%) fata de cel folosit la sudarea otelurilor carbon.

Capitolul 3.SUDAREA FONTELOR

3.1.Definitie. Clasificarea fontelor

Fontele sunt aliaje ale fierului cu carbonul care continut mai mult de 2.08 respectiv 2.11% carbon.


AUSTENITA

FERITA

FIER DELTA

CEMENTITA


Fig.1.Diagrama de faze fier-carbon linie continua – forma stabila fier-grafit; linie intrerupta – forma metastabila fier-cementita.

Dupa aspectul structural si, in special dupa forma grafitului, fontele au fost impartite in cinci grupe. Aspectele microstructurale ale acestora sunt prezentate in figura 2.


OTEL FONTA

CM inainte de

solidifiacare

γ primara inainte de solididificare

γlichida

Austenita solida

Punct magnetic

Austenita, ledeburita,cementita

Austenita la perlita

Cementita si ledeburita

Cementita, perlita transf.in ledeburita

Hipo-eutectoidHiper-eutectic

Perlita si cementitaPerlita

si ferita


Fig.2.Unde:a-fonta cenusie cu grafit lamelar; b-fonta alba; c- fonta maleabila( cu grafit in cuiburi); d-fonta cenusie cu grafit nodular;e-fonta cenusie cu grafit compact(vermicular).

Din punct de vedere al comportarii la sudare, clasificarea fontelor dupa cantitatea de grafit prezinta importanta deosebita:

- fontele cenusii sunt fontele in care carbonul se prezinta sub forma de grafit (carbon liber) in cea mai mare parte si se solidifica dupa sistemul fier-grafit;

- fontele albe nu prezinta grafit in stare libera si sunt caracterizate prin duritate si fragilitate mare, sudarea efectuindu-se numai in cazuri deosebite;

- fontele aliate sunt acele fonte care contin in afara de fier si carbon, o serie de elemente introduse in timpul elaborarii cu scopul de a le conferi anumite proprietati speciale, cum sunt: rezistenta la uzura, stabilitate la temperaturi inalte, refractaritate, stabilitate la coroziune sau proprietati electrice si magnetice speciale. De aceea, fontele aliate sunt cunoscute si sunt denumirea de fonte speciale.

Dupa aspectul structural si, in special, dupa forma grafitului, fontele au fost impartite in cinci grupe:

-fonta cenusii cu grafit lamelar contine grafitul sub forma de lamele din care cauza are rezistenta si ductilitate scazuta;



-fonta cenusie cu grafit nodular(fonta nodulara) se obtine prin adaugarea unor particule mici de metale alcaline sau alcalino-pamantoase(magneziu, ceriu), in jurul carora se separa grafitul sub forma nodulara(noduli). Proprietatile sunt similare cu cele ale fontei maleabile. Fontele cu grafit compact sau vermicular se obtin prin adaugarea de elemente modificate in topitura, la turnare. Structura si proprietatile acestor fonte sunt intermediare intre fontele cenusii cu grafit lamelarsi fontele nodulare.

-fonta alba este un aliaj dur, fragil, mai greu prelucrabil datorita cantitatii mari de Fe3C.

-fonta maleabila se obtine din fonta alba prin tratament termic de maleabilizare in urma caruia o parte din carbonul din cementita este sub forma de grafit sub cuiburi(sau maleabilizat). Aceasta forma a grafitului duce la cresterea rezistentei, a ductilitatii si tenacitatii fontei maleabile.

3.2. Fonte cenusii

Structura fontelor cenusii se compune din grafit si masa metalia de baza asemanatoare structurii unui otel, compus din ferita, perlita si cementita secundara.

Fonta cenusie contine 2.0÷4.5%C si 1.0÷3.0%Si.Daca pe langa grafit exista si carbon sub forma de cementita, fonta este

denumita pestrita.

Grafitul se prezinta, in general, sub forma de lamele pe un fond feritic, in acest caz, fonta este foarte fragila si rezistenta la uzura. Pentru a evita fragilitatea fontei, in fonta topita se adauga magneziu, care asigura obtinerea unui grafit nodular. Fonta cu grafit nodular are o plasticitate mai buna.

Structura fontelor este determinata de actiunea a doi factori: compozitia chimica si viteza de racire.

Compozitia chimica reprezinta continutul elementelor de baza ale fontei (C,Si,Mn,P si S), elemente de aliere, continutul de gaze si incluziuni si contintul de elemente insotitoare(impuritati).

Grafitizarea carbonului poate fi favorizata sau franata si, din acest punct de vedere, elementele se impart in:

-elemente grafitizante: C,Si,Al,Ni,Co,Cu,Ti;-elemente antigrafitizante: Mn,Sn,V,B,Mo,W.Viteza de racire influenteaza structura fontelor in sensul ca odata cu

cresterea ei scade posibilitatea de separare a carbonului si fonta se solidifica sub forma de fonta alba.

F onta cenusie are culoarea cenusie in ruptura, datorita carbonului sub forma de grafit. Contine un procent de siliciu mai mare decat fontele albe si un procent de mangan mai mic. Datorita siliciului, fonta cenusie este mai fluida,

umple bine forma de turnare si are o contractie mica, deci are proprietati de turnare bune.

Fonta cenusie se poate prelucra prin aschiere, fiind mai putin dura decat fonta alba, datorita carbonului care se afla in compozitie sub forma de grafit.



3.3.Fontele cenusii cu grafit lamelar

Fontele cenusii cu grafit lamelar sunt cele mai utilizate fonte. Solifdificarea determina formarea de lamele de grafit, care uneori au capetele unite intr-un punct comun ce a constituit germenele de grafit initial.

Fonta cenusie contine multe astfel de colonii de grafit, fiecare colonie avand in baza un germene de grafit. Cresterea vitezei de racire determina obtinerea de lamele de grafit mai fine si formarea unor colonii eutectice mai mici. Aceste modificari au ca efect imbunatatirea caracteristicilor de rezistenta. Lamelele de grafit, deoarece intrerup continuitatea masei de baza, pot fi asemanate cu microfisuri sau concentratori de tensiune care duc la scaderea rezistentei la tractiune si la o comportare fragila.

Fontele cenusii cu grafit lamelar au compozitia chimica: 2.8÷3.6%C, 0.5÷3.5%Si, 0.4÷1%Mn, P,S<0.15% si rezitenta miinima la tractiune prescrisa. Rezistenta la rupere este deci Rm=100÷400N/mm2, iar duritatea intre 100 si 300 HB(valori inferioare , celor cu grafit mai fin).

Fig.3.Fonta cu grafit lamelar

3.4.Fonte cenusii cu grafit nodular

Fonta cu grafit nodular este o fonta cu un continut de aproximativ 3.5%C, obtinuta prin turnare, caracterizata prin prezenta grafitutului sub forma nodualara. Forma nodulara(sferica)a grafitului se obtine prin introducerea in

topitura, inaintea turnarii, a unor cantitati mici de magneziu(0.02÷0.10%) sau ceriu (0.2÷0.4%). Ele formeaza particule insolubile in fonta lichida si servesc drept germeni de cristalizare. Forma sferica a grafitului reduce la minimum efectele negative ale grafitului lamelar.


http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/2001/adi/sg100.jpg


Aspectele strucutrale ale fontelor cu grafti nodular sunt prezentate in fig.4. Dupa masa metalica de baza eceste fonte nodulare au fost impartite in:

-fonte cu grafit nodular perlitice;-fonte cu grafit nodular ferito-perlitice;-fonte cu grafit nodular feritice.

Fig.4. a)-feritica b)ferito-perlitica c)perlitica

3.5.Fonta cu grafit compact vermicular

Fonta cu grafit compact vermicular au aparut pentru a imbunatati proprietatile fontelor cenusii. Aceasta imbunatire consta in actionarea asupra topiturii cu particule insolubile numite modificatori in scopul obtinerii unor forme de grafit intermediar situate intre cea nodulara si lamelara. Acest grafit isi pastreaza legatura cu nucleul coloniei eutectice, este raspandit mai uniform si are capetele rotunjite.

Grafitul compact vermicular duce la cresterea rezistentei si ductilitatii fontei si asigura caracteristici bune de conductibilitaste termica si atenuare a vibratiilor.

Fig.5. Fonta cu grafit vermicular

Grupele de fonta cenusie stabilite prin STAS 568-61 sunt:-fonta ordinara, pentru care nu se prescrie nici un fel de

caracteristici(simbol FC 00);-fonta normala, cu rezistenta minima la tactiune intre 12-18 kgf/mm²; se

intrebuinteaza in mod obisnuit in constructii de masini (simbol Fc, urmat de cifrele care indica rezistenta minima);



-fonta superioara, cu rezistenta minima la rupere de 21-24kgf/mm²; se intrebuinteaza pentru executarea pieselor supuse la solicitari mari(simbolizarea ca la fonta normala);

-fonta speciala, cu rezistenta minima la rupere de 28 -32 kgf/mm²; se intrebuinteaza in cazuri speciale(simbolizarea ca la fonta normala si cea superioara);

-fonta cu presciptii pentru proprietati magnetice( Fe 12D);-fonta maleabila, numita astfel deoarece este mai plastica decat fonta

cenusie, este o fonta alba la care cementita s- a transformat in grafit in urma unui tratament termic; rezistenta minima de rupere este de 35 kgf/mm²;; are simbolul Fm.

Pentru imbunatatirea calitatii fontei, se introduc in compozitia chimica elemente ca :Ni,Ti, etc.:fontele aliate prezinta proprietati mecanice mult mai bune si se intrebuinteaza la executia pieselor importante.

Prin adaugarea in fonta cenusie topita a unui modificator ca ferosiliciul, silicoaluminiu, se obtin fontele modificate, care au structura mai fina si sunt mai omogene, avand in consecinta si proprietati mecanice superioare.

3.6. Fonte albe

Structura fontelor albe hipoeutectoide se compun din cementita secundara, perlita si ledeburita, iar structura fontelor albe hipereutectice se compun numai din ledeburita.

Fonta alba solidifica in sistemul metastabil fier-cementita si au continuturi de carbon mai mare de 2.11%C. In practica industriala, fontele albe au un carbon echivalent mic si contin aproximativ 2.5%C si maximum 1.5%Si.

Fontele albe hipoeutectice sunt un produs intermediar pentru producerea fontei maleabile. Fontele albe inalt aliate cu elemente carburigene( Cr, Mo, V, s.a.) sunt utilizate pentru duritatea si rezistenta lor la uzare abraziva. Alierea cu alte elemente precum Cr, Ni, Mo duce la cresterea calibilitatii si la obtinerea de constituenti de calire in timpul tratamentelor termice ulterioare.

Componentii structurali ai fontelor au urmatoarele caracteristici:a.Cementita. Cementita este o combinatie chimica de carbon si fier(Fe3C)

continand 6,67%C. Este mai dura decat ceilalti constituenti ai aliajului fier-carbon, are o rezistenta mare, in schimb este mai fragila. Cementita are proprietati magnetice care dispar prin incalzirea aliajului la temperatura de 210°C. la temperaturi mai inalte devine nestabila si se descompune in fier si grafit.

Cementita are proprietati de a dizolva elemente de aliere ale otelului (Mn,Cr,V,Mo), capatand proprietati superioare. Sculele cu strucutra de cementita aliata sunt rezistente la temperaturi inalte si la uzura.

In cazul otelurilor, cementita se separa in stare solida din cristale de austenita. Datorita faptului ca cementita din oteluri se separa in stare solida din alt constituent, este numita cementita secundara.



Cementita se gaseste in diferite oteluri, fie sub forma unui amestec mecanic in eutectoidul perlita, fie sub forma libera in oteluri care contin mai mult de 0,85%C.

Caracterisitc insa in cazul fontelor este faptul ca cementita se poate separa fie in stare solida, din cristale de austenita, fiind denumita cementita secundara, sau se poate separa direct in faza lichida, fiind denumita cementita primara sau cementita eutectica.

La analiza macroscopica , cementita din fonte apare sub forma lamelara. b.Ledeburita este un eutectic continand 4,3%C si se prezinta sub forma

unmui amestec mecanic de austenita cu 1,7%C si cementita primara cu 6,67%C. este putin ductila si foarte fragila.

Analizand diagrama Fe-C, se constata ca cementita primara din fonta hipereutectica si cementita primara din ledeburita nu sufera nici o transformare.

Austenita din ledeburita sau din fontele hipoeutectice contine 1,7%C, la temperatura de 1.145°C.

Prin coborarea temperaturii, solubilitatea carbonului din austenita descreste, avand loc separarea acestuia sub forma de cementita secundara, pana la temperatura de 721°C cand austenita ramane cu 0,85%C.

Continuand scaderea temperaturii, austenita din fonta hipoeutectica se descompune in eutectoidul perlita.

3.7. Fonte aliate

In functie de elementele de aliere se pot remarca:-fonte albe si pestrite slab aliate perlitice, cu crom, molibden cu structura de

carburi(Fe,Cr)3C si perlita, rezistente la uzura;-fonte albe martensitice, mediu aliate cu 3-5% Ni si 1.5-2.5%Cr cu rezistenta

mare la uzura;-fonte inalt aliate cu 10-35%Cr cu rezistenta exceptionala la uzura, la

temperaturi inalte si la coroziune; contin carburi de tipul (Cr,Fe)23C6 si (Cr,Fe)7C3 si pot fi martensitice sau feritice;

-fonte aliate cu 2-15%V, eventual cu adaosuri de mangan si nichel; contin carburi de vanadiu pe fond de austenita, martensita sau ferita si au rezistenta excelenta la uzura;

-fonte mediu aliate cu 4-8% Si si inalt aliate cu 12-18% Si cu structura de grafit lamelar sau nodularin masa de ferita; prezinta refractaritate si stabilitate mare la coroziune;

-fonte mediu aliate cu 5-9% Al si inalt aliate cu 10-32% Al cu structura de grafit , perlita si ferita(posibil si carburi de forma Al4C3, sau Fe3AlCx) cu stabilitate mare la coroziune si proprietait electrice speciale;

-fonte austenitice inalt aliate cu 12-36% Ni care prezinta grafit lamelar sau nodular pe fond de austenita stabila. Au proprietati magnetice speciale, stabilitatea mare la coroziune si rezistenta buna la temperaturi inalte; -fonte aliate cu 4-16% Mn cu structura de grafit, austenita, cementita manganoasa (Fe,Mn)3C si evetual , martensita ; au proprietati magnetice speciale si rezistenta buna la uzura;

-fonte cu structura aciculara aliate cu 1-4.5% Ni si 0.8-1% Mo, Cu-Cr-Mo sau Ni-W, care au structura alcatuita din grafit lamelar sau nodular si dintr-un



amestec de bainite, austenitia reziduala si, uneori, martensita rezultata in urma racirii continue in forme. Structura este denumita aciculara pentru a se deosebi de cea vainitica la transformarea izoterma. Aceste, fonte se caracterizeaza prin rezistenta mecanica superioara I rezistenta foarte buna la uzura.

1.Fontele brute sunt elaborate in furnal(de prima topire).Dupa modul de intrebuintare , fontele brute se impar in doua grupe:-fonte pentru turnatorie;-fonte pentru afinare.Dupa continutul de siliciu si mangan, fontele brute se clasifica conform

STAS 882-50 in:-fonte brute obisnuite, la care continutul de siliciu si de mangan este sub

5%;-fonte brute aliate, care contin siliciu si mangan in procente mai mari.Fontele brute obisnuite, in functie de combustibilul folosit la eleborare si

destinatie, se clasifica in cinci grupe de calitati:-fonte de cocs pentru turnatorie(FK);-fonte de mangal pentru turnatorie(FL);-fonte speciale pentru turnatorie (FX);-fonte de cocs pentru afinare(FAL).Fontele brute aliate au trei grupe de calitati:-fonte silicoase(FS);-fonte oglinda(Fog);-fonte silicoase oglinda(FSOg).Fiecare dintre aceste grupe contine mai multe calitati.Pentru indicarea completa a calitatii fonei brute, dupa simbolul grupei se

mentioneaza un numar format din patru cifre. Fiecare cifra reprezinta ordinul de marime al continutului de siliciu,mangan,fosfor si sulf, si anume:

-prima cifra ,siliciul in procente;-a doua cifra, manganul in procente;-a treia cifra, fosforul in zecimi de procente;-a patra cifra, sulful in sutimi de procente.

2.Marcarea fontelor brute. Blocurile de fonta bruta se marcheaza dupa um urmeaza:

-blocurile care provin din aceeasi sarja se cantaresc si se aseaza in stive. Pe circa cinci blocuri din fiecare stiva se vopseste, usor vizibil si cu culoare c

corespunzatoare, numarul de ordine al sarjei furnalului. Culorile pentru marcare sunt:

-culoarea neagra pentru FK;-culoarea rosie pentru FL;-culoarea verde pentru FX;-culoarea albastra pentru FAK;-culoarea galbena pentru FAL;-culoarea cafenie pentru FS;-culoarea cenusie pentru Fog;-culoare visinie pentru FSOg.



Fonte turnate in piese. Intre diferitele categorii de fonte se face o deosebire pe baza structurii, si anume:

-fonta alba, care reprezinta in ruptura culoarea alba, este dura si de aceea nu se poate prelucra prin aschiere. Contine un procent mai mare de mangan, care favorizeaza formarea cementitei(Fe3C) si impiedica in acelasi timp formarea grafitului;

3.8.Fonte aliate pentru constructii de masini

Proprietaitle mecanice superioare ale fontelor de turnatorie slab si mediu aliate, comparabile cu ale otelurilor Rm=600-800 N/mm², rezulta ca urmare a afinarii structurii, a modificarii grafitului sau masei metalice de baza si a maririi -----------.

Nichelul influenteaza grafitizarea, mareste rezistenta mecanica, de exemplu in cazul fontelor pentru cilindri de laminoare, si imbunatateste prelucrabilitatea. Adaosurile de crom, vanadiu si titan, care formeaza carburi, maresc duritatea si rezistenta fontei, inrautatind prelucrabilitatea. Adaosuri concomitente de nichel si crom se utilizeaza pentru compensarea reciproca a grafitizarii si formarii carburilor dure.

Tratamentele termice aplicate fontelor aliate prezinta unele particualritati. Datorita prezentei elementelor de aliere care au efect de stabilizare a carburilor (Cr,Mo,V,Ti) este necesara o temperatura de incalzire la recoacere de inmuiere mai inalta(800-900°C), iar dupa calire o revenire mai inalta la 400-500°C.

Din fontele cenusii perlitice aliate cu Ni, Cr, Mo, Cu se toarna principalele piese ale motoarelor cu ardere interna si compresoarelor.

Fontele cenusii aciculare (bainito-martensitice) aliate cu Ni-Mo sau Ni-W cu separari fine de grafit lamelar sau nodular se folosesc pentru turnarea unor piese greu solicitate, ca arbori cotiti pentru motoare diesel si compresoare, camasi de cilindri raciti cu aer, segmenti de pistoane, cochile si matrite pentru prelucrarea metalelor neferoase.

3.9.Fonte rezistente la uzarea abraziva

Rezistanta la uzare a fontelor este determinata de constitutia structurala a masei de baza, cat si de cantitatea, marimea si forma grafitului. Pentru suprafetele supuse uzarii prin abraziune, de exemplu blindajelor morilor cu tamburi rotativi se recomanda fonta albita cu circa 2% Mn si 2-2.8% C. adaosurile de0.7-1% titan si eventual cu 0.3=0.5% B determina cresterea rezistentei mecanice.

Tendinta actuala este de utilizare a fontelor aliate cu Ni-Cr, de exemplu fonte “Ni-Hard” care poseda o durabilitate de cinci ori mai mare decat a otelului manganos. Fontele albe, martensitice, aliate cu crom pana la 28% si eventual molibden pana la 5% cu continut de carbon de 2 -2.5% sunt utilizate pentru



piesele morilor de ciment. Fontele de tip 15%Cr-3%Mo sunt compacte si rezistente la coroziune fiind utilizate la saboti de clasoare la prepararea minereurilor, rotoare de pompe cu nisip, falci de concasoare mici.

Caracteristicile de frecare-antiuzare ale fontelor pot fi imbunatatite prin tratamente termice (calire, imbunatatire) sau termochimice (nitrurare,cianizare) care asigura durificarea suprafetelor active de lucru. In cazul valturilor cu crusta dura se pot aplica si metalizari prin difuzie, de exemplu: croizare, silicizare, borizare.

Nitrurarea se aplica cu bune rezultate pentru camasile de cilindri, turnate centrifugal din fonte aliate cu compozitie : 2.4-2.8%C, 1.5-2.8%Si, 0.5-0.8%Mn, 0.8-1.5%Al., 0.2-1.7%Cr, 0.3-0.7%Mo si uneori 0.2%V. se obtine un strat nitrurat de 0.25-4 mm cu duritate 78-80 HRC, dupa un tratament la 525-570°C timp de 40-75 h.

3.10.Fonte anticorozive

Fontele cenusii slab aliate cu 0.4-0.8%Mn, 0.15-0.3%P si max. 0.1%Si poseda stabilitate buna la coroziune in mediu atmosferic, apa, solutii de hidroxid de sodiu sau de potasiu.

Fontele inalt aliate cu 25-35%Cr si masa de baza feritica sunt foarte rezistente la medii oxidante, apa de mare, acid azotic si acizi organici. Adaosurile de pana la 4%Mo, imbunatatesc proprietatile anticorozive fata de acizii sulfurici, sulfuros si amestecuri de acizi. Aceste fonte sunt utilizate pentru turnarea pieselor cu pereti subtiri la pompe centrifuge, reactoare , condensatoare, care lucreaza la presiuni si temperaturi ianlte in atmosfere corozive.

Fontele austenitice inalt aliate cu 13-15%Ni cu grafit lamelar sau nodular, cu adaosuri de 3-10%Cu, 2-5%Cr, de exemplu:Fca NiCuCr15.6.2 sau Fgna NiSiCr 20.5.2( STAS 10.062-75) poseda stabilitate mare in acizi si in alcalini. Se utilizeaza pentru instalatii in industria chimica.

De exemplu, fonta cunoscuta sub denumirea de “Nirezist”, - avand compozitia chimica2.7-3.2%C, 1-2%Si, 0.8-1.5%Mn, 12-16%Ni, 6.8-8%Cu si 1.5-4%Cr- are stabilitatea de zece ori mai mare decat a fontelor cenusii, la actiunea acizilor neoxidanti, a sodei caustice si a apei de mare. Adaosurile de 2-3%Nb sau de 3%Mo imbunatatesc rezistenta acestor fonte in acid clorhidric.

Fontele denumite “Nicrosilal”( cu 4-6%Cr ) poseda stabilitate buna in acid sulfuric si acetic la temperatura normala. Cresterea continutului de crom inrautateste insa prelucrabilitatea. Continuturi mai mari de nichel(25-30%) si de crom (10%) asigura rezistenta la coroziune si prelucrabilitate fiind intrebuintate in constructii navale, industri chimica si petroliera.

Fontele inalt aliate cu Si(12-14%), dar cu putin carbon (aproximativ 0.8-1%) poseda stabilitate la actiunea coroziva a acizilor nehalogenati, indeosebi acidul azotic(79%) si sulfuric(20%).

3.11.Fonte refractare

Pe linga rezistenta la oxidare la temperaturi inalte, fontele refractare trebuie sa aiba o cat mai mica crestere in volum. Procesul de crestere a fontelor



se produce pentru piesele din fonta censie daca sunt incalzite la temperaturi peste 400°C si mai ales la incalziri repetate. Piesa din fonta se umfla, isi mareste volumul cu 3-5%, devine spongioasa, proprietatilemecanice scad brusc. In medii continand abur, cresterea in volum se observa chiar la temperaturi peste 250°C. acest proces este determinat in principal de descompunerea cementitei. Cresterea in volum este cu atat mai redusa cu cat grafitul din structura este mai fin, iar forma lui este mai rotujita- grafit in cuiburi sau nodular. Astfel la 800°C fontele cu grafit nodular perlitice cresc in volum numai cu 0.5%, iar cele feritice practic deloc. Prezenta manganului chiar in cantitati mici(1.5%) diminueaza cresterea in volum a fontelor. Adaosurile de crom si de nichel au de asemenea actiune stabilizanta. Adaosurile de pana la 4-4.5% Al accentueaza cresterea fontelor, dar peste aceasta limita efectul devine contrar.

Pentru piesele care reclama stabilitate de volum la temperaturi de 400-500°C ( ca de exemplu:cilindrii cu abur, carcase de turbine, tevi preincalzitoare la cazane, piese la motoare diesel) se recomanda fonte cenusii mediu aliate cu 0.2-2%Cr, 0.1-8%Ni, 0.1-2.5%Mo. La temperaturi peste 700°C, pentru lingotiere, barele gratarelor, tevi de esapament, se folosesc fonte ianlt aliate cu crom, Ni-Cr, Si si Al. fontele aliate cu mult crom si nichel nu prezinta practic cresteri in volum, dupa mentinerea indelungata la 900°C. Aceste elemente de aliere imbunatatesc si rezistenta la oxidare a fontelor la temperaturi de 800-1000°C. Imbunatatirea refractaritatii prin formarea unui strat aderent de oxid protectoreste data de alierea cu 6%Cr pentru 700°C; 8%Cr pentru 800°C si circa 25%Cr la 1000°C. Pentru fontele refractare cu 30%Cr (FrCr 30 –STAS 6709-79) limita de oxibilitate este de 1200°C. Ele seau rezistenta in aer, gaze, medii puternic oxidante si sulfuroase. Se utilizeaza pentru retorte refractare, injectoare, cutii de cementare, piese de legatura la uptoare cu benzi transportoare metalice.

Fontele austenitice de tip “Nirezist” cu 15-30%Ni, 6-8%Cu si 2-5%Cr, cu graqfit lamelarsau nodular sunt rezistente la oxidare pana la 1050°C si pot fi folosite in medii sulfuroase pana la 950°C. in shimb insa atmosferele reducatoare actioneaza distructiv asupra lor inca la temperaturi de 800°C. aceste fonte aliate sunt indicate pentru distribuitoarele si camasile cilindrilor motoarelor iesel, echipamente chimice sau petroliere.

Fontele aliate cu 5-7% Si ( de exemplu FrSi5-STAS 6707-79) pot fi utilizate pana la 750°C pentru elementele preincalzitoarelor cu aer, tevi recuperatoare, supape, placi de focare, rame de racire la cuptoare. Piesele nu rezista insa la socuri termmice avand tendinta de fragilizare.

Fontele aliate cu 4-20%Al sunt rezistente in aer si gae pana la 1100-1200°C. se folosesc cu adaosuri de 1-3% Cr, pentr gratarele vetrelor de cocs (4% Al+1%Cr), la creuzete pentru topirea aluminiului (6%Al+1%Cr).

Fontele aliate cu 20-30% Al ( FrAl22, FrnAl22-STAS 6706-79) se folosesc pentru armaturi de cuptoare si placi suport, iar fonta denumita “Piroferal”, cu 28-30 Al in stare recoapta se foloseste pana la 1200°C pentru creuzete cu bai de saruri si cutii de cemntare.

3.12.Sudabilitatea fontelor



Sudabilitatea fontelor depinde de proprietatile mecanice si microstructura acestora. Spre exemplu fontele cenusii sunt inerent fragile si deasemenea tensiunile nu pot fi oprite prin racirea sudurii. Sudabilitatea poate fi micsorata prin formarea microstructurilor dure si fragile in zona influentata termic(ZIT), constituite din carburi si martensita. Fontele maleabile si nodulare sunt mai putin supuse la formarea martensitei si sunt mai usor sudabile, in particular daca continutul de ferita este ridicat.

Fontele albe sunt foarte dure si contin carburi este normal sa fie considerate a fi nesudabile.

3.13.SUDAREA FONTELOR

3.13.1.Procedee de sudare utilizate

Lipirea este frecvent folosita la evitarea fisurarii. Lipirea prin alamire este o varianta folosita cu material de adaos pe baza de cupru. Oxizii si alte impuritati nu sunt indepartate prin topire ci prin indepartarea mecanica.

In vederea sudarii pot fi utilizate urmatoarele procedee de sudare: sudarea oxi-acetilenica; sudarea manual electric cu electrozi inveliti; sudarea in mediu de gaz protector MIG cu sarma plina si sarma tubulara.

In general, sudarea este conditionata prin:-utilizarea energiei liniare scazute;-preincalzirea extinsa;-racirea lenta.

Aceste conditii sunt normale in vederea evitarii fisurarii in zona influentata termic(ZIT).

3.13.2.Sudarea cu flacara oxi-acetilenica

Sudarea cu flacara oxi-acetilenica impune o preincalzire mai ridicata decat la realizarea sudarii prin procedeul de sudare manual electric cu electrozi inveliti. Dilutia si patrunderea este scazuta dar ZIT-ul este mare si racirea lenta va produce o microstructura moale. Sudarea cu pulberi in care materialul de adaos este o pulbere este un procedeu de sudare cu energie liniara foarte scazuta si de asemenea este utilizata pentru depunerea pe suprafata fontei inainte de sudare.

Materiale de adaos utilizate sunt materiale care au un continut mai mare de carbon si siliciu pentru a da sudurii proprietati mecanice apropiate.

3.13.3.Sudarea manual electric cu electrozi inveliti

Procedeul de sudare MMA este utilizat pe scara larga in fabricarea si repararea fontelor deoarece temperatura inalta da posibilitatea sudarii cu viteze



mari de sudare si nivel de preincalzire scazut. Dezavantajul acestui procedeu consta in faptul ca patrunderea si dilutia cu materialul de baza dar utilizand polaritatea “+” la electrod va ajuta la reducerea ZIT-ului.

Materiale de adaos cel mai comun utilizate sunt aliaje de nichel, nichel-fier si nichel-cupru.

3.13.4.Sudarea MIG

Procedeul de sudare MIG cu sarma plina si sarma tubulara este deasemenea utilizat dar in special este utilizat procedeul de sudare MIG cu sarma tubulara. El poate fi utilizat pentru a obtine rata de depunere ridicata.

Materialele de adaos utilizate sunt sarme cu nichel si sau MONEL dar pot fi utilizate si aliajele din cupru. Sarmele tubulare din aliaje de nichel-fier si nichel-fier-mangan sunt deasemenea utilizate la sudarea fontelor. Pulberile sunt pe baza de nichel cu adaos de fier, crom si cobalt pentru a da domeniul de duritate.

3.13.5.Tehnologia de sudare

Sudarea fontelor este o problema dificila din cauza ca le au plasticitate scazuta si sub actiunea tensiunilor tranzitorii si reziduale fisureaza usor. Fisurile odata formate, progreseaza rapid si provoaca ruperi sau crapaturi deoarece fontele au o capacitate redusa de a opri propagarea unei fisuri. Se sudeaza numai fontele cenusii, inclusiv cele maleabile. Fontele albe nu se sudeaza, acest lucru fiind destul de dificil. La fontele albe se aplica lipirea.

Se retine faptul ca componentele din fonta cenusie, sudarea se aplica cu precadere la repararea lor si foarte rar la sudarea in vederea fabricarii unei piese noi. Fontele cenusii, pe langa plasticitatea scazuta, creeaza dificultati la sudare din cauza ca au conductie termica scazuta, se topesc la temperaturi mai scazute decat otelurile si in stare topita, au fluiditate mare.

Comportarea la sudare a fontelor cenusii este conditionata de urmatoarele aspecte:

-la viteze mari de racire, in cusatura si in ZIT, apare fonta alba, dura(HB=500) si fragila, care duce la fisurarea imbinarii;

-in conditiile unei incalziri locale, neuniforme, aparitia tensiunilo interne mari determina aparitia de fisuri favorizate de caracteristicile scazute de plasticitate ale fontelor comparativ cu otelurile;

-absorbtia intensa de gaze de catre baia de metal lichid (formarea de CO2, SO2, patrunderea de H2) duce la aparitia porilor;

-fluiditatea ridicata a fontelor favorizeaza scurgerea de metal din cusatura aflata in stare lichida.

Analiza ZIT pentru o fonta cenusie (3%C,2.5%Si) releva existenta a trei fasai:

-fasia I, in care metalul de baza a fost partial topit, va fi caracterizata prin existenta a doua faze, lichid+austenita. La racire cu viteze mari, faza lichida se va solidifica formand fonta alba, iar austenita se poate cali la martensita;

-fasia II, in care masa de baza a suferit transformarea austenitica, fiind incalzita la temperaturi superioare punctului critic Acf1 si inferioare temperaturii



eutectice. Structura rezultata va depinde in mare masura de structura initiala si poate fi compusa din: austenita+grafit; austenita+cementita; austenita+cementita+grafit. La racire, este posibila aparitia martensitei si a cementitei;

-fasia III, corespunde recristalizarii incomplete. Datorita incalzirii si racirii cu viteze mari, va rezulta un material cu granulatie fina;

-fasiaIV, va fi caracterizata prin cresterea cantitatii de grafit, datorita descompunerii cementitei.

Rezulta ca aparitia fontei albe in fasia I si a structurilor de calire constitue principalele cauze ce produc fisurarea imbinarilor sudate.

Metodele de evitare a aparitiei acestor structuri de calire in micsorarea vitezei de racire prin preincalzirea materialului de baza. In acelasi timp sunt reduse si tensiunile interne ce apar la topirea si ulterior la solidificarea materialului. Aseasta metoda de sudare a fontei este cunoscuta sub denumirea de “ sudare la cald”, avand eficienta maxima cand se urmareste realizarea unei imbianri cu caracteristici mecanice superioare.

Sudarea fara preincalzire, sudare la rece, are drept scop repararea unor defecte la piese ce nu sunt supuse unor conditii severe de exploatare. Aceasta metoda urmareste:

-obtinerea in baia metalica a unei structuri ferito-perlitice caracteristice otelutilor cu continut redus e carbon, prin legarea carbonului in exces in carburi fin dispersate mai rezistente decat cementita;

-obtinerea in cusatura a unei structuri caracteristice fontelor cenusii, prin saturarea metalului cu carbon si cu elemente grafitizante;

-formarea in baia de metal topit a unor aliaje de fier cu elemente neferoase caracterizate printr-o plasticitate buna, cum ar fi :fier-cupru, fier-nichel, cupru-nichel.

Nichelul formeaza cu cuprul un sir de solutii solide, in care la o concentratie de 30-65%Ni temperatura de topire este aproximativ egala cu a fontei.

Topirea si amestecarea fontei cu aliajul Ni-Cu este foarte buna, astfel ca rezulta o cusatura caracterizata prin omogenitate si plasticitate superioara. In ZIT nu se observa prezenta fontei albe, datorita actiunii grafitizante a Ni si Cu difuzate in baia metalica.

Aliajele Fe-Ni cu 45-55%Ni au temperatura de topire scazuta, apropiata de temperatura de topire a fontelor. Pentru astfel de aliaje este caracteristica structura austenitica care se remarca prin plasticitate foarte buna. Utilizarea acestor aliaje neferoase pentru sudarea fontei cenusii prezinta inconveniente legate de: diferantele mari intre coeficientii de dilatare liniara ai cusaturii si metalul de baza; rezistenta redusa la coroziune. Utilizarea pieselor din fonta a caror reconditionare s-a realizat cu electrozi de tipul Ni-Cu sau Fe-Ni nu este posibila la temperaturi mai mari de 400°C, deoarece tensiunile ce apar duc la fisuri si distrugerea piesei. Imbarile realizate intre m.b.(fonta cenusie) si cusatura(care contine elemente neferoase), creeaza conditii favorabile aparitiei corziunii.

Toate defectele trebuiesc indepartate; fisurile ce urmeaza a se repara se vor curata la luciu metalic, iar capetele aparente vor fi



Prelucrate pe o lungime de cel putin 10mm inspre materialul sanatos. Capetele se vor rotunji cu raze de racordare de 6 mm. prelucrarea fisurilor si rupturilor in vederea sudarii lor se va face mecanic. Nu se admit prelucrari cu flacara oxigaz sau cu plasma, fiindca ele topesc local fonta si la solidificare se formeaza fonta alba.

Sudarea cu arcul electric a fontelor cenusii se face cu aport minim de caldura si deci se folosesc electrozi cu diametru mic si curenti la limita minima. Sudarea se face numai la pozitie orizontala, fiindca fluiditatea mare a fontei lichide nu permite sudarea in alte pozitii; ordinea de sudare se stabileste astfel ca sa se porneasca de la zonele de rigiditate mare catre zonele cu rigiditate scazuta.

Rosturile de sudare vor fi pregatite astfel ca accesul sa fie comod si vizibilitate buna. Dupa fiecare trecere se va curati cusatura si se va face un control pentru a avea siguranta ca nu exista fisuri sau pori. Numai dupa acest control se va trece la sudarea cusaturii urmatoare.

Sudarea fontei cenusii cu preincalzire inalta este procedeul clasic care asigurasuduri bune si omogene. Piesa ce trebuie reparata se incalzeste in intregime la temperaturi de 600-800°C si se mentine la aceasta temperatura pe toata durata sudarii. In acest scop se cladeste un cuptor in jurul piesei si partea ce se sudeaza ramane descoperita. Se sudeaza cuarcul electric folosind electrozi din fonta cenusie si sunt inveliti cu grafit si ferosiliciu pentru a asigura metalului topit grafizati in cantitate suficienta. Metalul cusaturii are compozitia chimica intre limitele:3-3.6%C; 0.5-0.8Mn; Si>3%; P<0.6%; S<0.1.dupa terminarea sudurii, locul descoperit se acopera cu materiale izolante termic si intreaga piesa se raceste in cuptor cu o viteza suficient de mica pentru a asigura grafitizarea metalului topit.

Avantajele sudarii cu preincalzire inalta a fonei cenusii sunt:

-se realizeaza o imbianre omogena, in sensul cam.b. si cusatura sunt ambele din fonta cenusie. Aceasta asigura o conlucrare buna a elementelor sudarii si in medii corozive nu este atacata;

-zona influentata termic ZIT nu contine fonta alba si deci are duritate comparabila cu cea a metalului de baza. In consecinta sudura se poate prelucra mecanic;

-pericolul de fisurare si rupere este redus la minimum.Dezavantajele sudarii cu preincalzire inalta (la cald) a fontei cenusii sunt:-costul ridicat al operatiei, fiindca sunt necesare: construirea unui cuptor,

supravegherea continua a temperaturii si timp indelungat atat la sudare, cat mai ales la racirea piesei dupa sudare;

-productivitatea scazuta a sudarii, fiindca se sudeaza in etape si se controleaza continuu regimul termic; intreg procesul de sudare se conduce manual;



-conditii grele de munca pentru sudori, fiindca ei sunt supusi rdiatiei termice a piesei incalzite la 600-800°C. din acest motiv, sudorii nu pot lucra mai mult e 20-30 minute, trebuie asigurate schimburi si o calificare inalta a sudorilor.

Sudarea fontei cenusii fara preincalzire sau cu o preincalzire joasa se face astfel ca sa se evite incalzirile mari. Sudarea se opreste cand in vecinatatea locului unde se sudeaza, temperatura depaseste 50-60°C. dupa terminarea sudarii trebuie sa se asigure conditii pentru racirea lenta a piesei de sudat.

Metalul de aport nu este fonta cenusie, ci un metal sau aliaj care are o plasticitate mare pentru a prelua tensiunile tranzitorii si reziduale si care sa blocheze difuzia carbonului din fonta spre cusatura. In cazul in care se sudeaza cu electrozi inveliti din otel, difuzia carbonului din fonta spre cusatura are loc. Ca urmare, fonta devine mai saraca in carbon, si lipsind principalul element grafitizant in ZIT apare fonta alba. In acelasi timp, cusatura se imbogateste in carbon si metalul cusaturii devine dur si casant.

Avantajele sudarii la rece a fontei cenusii sunt:-pretul de cost scazut;-cresterea prductivitatii muncii;-se imbunatatesc conditiile de lucru ale sudorului.Dezavantajele sudarii la rece a fontei cenusii sunt:-imbinarile sunt eterogene, fiindca metalul de baza este fonta cenusie si

cusatura este un aliaj metalic de alt gen decat fonta. Acesta face ca in medii corozive sudurile sa fie vulnerabile si in anumite conditii diferentele de culoare intre cusatura si metalul de baza sunt nedorite;

-zona influentata termic este dura. Uneori duritatatea ei este atat de mare incat ea nu se poate prelucra decat prin polizare;

-pericolul de fisurare si crapare este mare.

Alegerea electrozilor pentru sudarea fontei

Alegerea electrozilor inveliti pentru sudarea fontei se face in lumina urmatoarelor consideratii:

CI= se folosesc pentru sudarea fontei cenusii cu preincalzire intre 150-800°C; sunt electrozi din fonta avand invelis de tip G.

ST= se folosesc la reparea micilor defecte la piese turnate la care nu este necesara prelucrarea ulterioara a sudurii. Electrozii fiind din otel, dau suduri foarte dure care nu se pot prelucra decat prin polizare . la sudare se vor folosi curenti mici de sudare si se vor efectua cusaturi scurte, evitandu-se topirea masiva, fiindca, la sudare, apar zone dure si tensiuni reziduale mari.

St-A= este un electrod cu sarma de otel ca si STdar un invelis avand mult grafit si ferosiliciu. La sudare otelul se aliaza cu carbonul din invelis si cu siliciu se produce o cusatura din fonta. Daca se asigura conditii adecvate de racire, fonta grafitizeaza si cusatura este din fonta cenusie. In acest caz cusatura se poate prelucra.

Ni, NiFE si NiCu= sunt electrozi pentru sudarea si repararea pieselor din fonta cenusie avand greutate si dimensiuni reduse; se sudeaza cu ei fonte nodulare si piese din fonta cu piese din otel. Duritatea cusaturilor depinde de gradul in care s-a amestecat metalul de baza cu sarma topita si variaza intre 175-350HB. Este de retinut ca alegerea electrozilor se face in functie de



caracteristicile dorite, insa cu cat au mai mult nichel cu atat sudarea fontei cenusii decurge mai usor.

CuSnA si C= sunt electrozi care asigura o buna plasticitate a cusaturii si se folosesc cand este pericol de fisurare. Metalul depus cu alungire in jur de 25% si nu isi pierde plasticitatea la temperaturi sub 0°C. sarma de sudura se topeste la temperaturi intre 900-1050°C. prelucarea cusaturii este dificila fiindca particolele de fier din metalul de baza formeaza compusi intermetalici duri cu cuprul. Electrodul CuSnC dau duritate si rezistenta mai mare, iar la sudare cu el o preincalzire la 150-200 este binevenita.

CuAl= se comporta asemanator cu electrozii CuSn; avand o limita de curgere aproape dubla fata de electrozii CUSn, ei se folosesc la sudarea fontelor cu rezistenta mare la fluaj pana la 250°C .

SimbolContinutul elementelor de aliere %

C Si Mn P S Fe Ni Cu Sn Al Pb

CI3.25-3.5

2.75-3.0

0.6-0.75

0.5-0.75

0.1 Re - - - - -

ST si ST.A

0.15

0.03

0.3-0.6

0.04 0.04 Re - - - - -

NiFe0.25

0.5 1.0 - 0.02 >37 52-60 0.5 - - -

NiCu-A 0.30.75

2.25 -0.02

52.5 52-60 Re - - -

NiCu-B 0.30.75

0.5 -0.02

52.5 63-70 Re - - -

Ni0.15

0.75

0.5 - 0.01 0.5 >98 0.5 - - -

Cu-Al - 0.1 - - - 1.5 - Re -9-11

0.02

CuSn-A

- - -0.15

-0.35

- - - Re4.8-5.8

0.01

0.02

CuSn-B

- - - 0.6 - - - Re 7-90.01

0.02

Duritatea medie a metalul de adaos a diferitilor electrozi pentru sudarea fontelor cenusii este data in tabelul de mai jos:

Electrozii si compozitia chimica Duritate HBNi Ni>92% ; 0.5-0.6%C 160

NiFe 55%Ni ;restul Fe 180NiCu 68-70% Ni ; 32-30% Cu 180CuSn 90-92% Cu ; 8-7% Sn ; ~0.5% P 100

CuSnNi 80-90% Cu ; 8-7% Sn ; 3-2% Ni 100CuAl 90% Cu ; 8% Al ; 1.5-2% Fe 100



Se vede ca duritatile cele mai mari sunt date de electrozii NiFe si NiCu 9monel). Urmeaza electrozii de nichel, electrozii CuAl si , cei cu duritatea cea mai scazuta CUSn si CuSnNi.

Materiale de adaos conform producatorului de materiale de adaos FRO.FRO NiFeAWS A 5.15: ENiFe-C1DIN 8573: ENiFeG3

Electrod fabricat cu o sarma de tip Ni-Fe si invelis grafitic, destinat sudarii fontelor, in special a fontelor grobulare. Metalul depus asigura proprietati mecanice ridicate si nu prezinta porozitati sau fisuri. Metalul depus poate poate fi prelucrat.

Tipul curentului care poate fi folisit: DC+, AC Analiza chimica a metalul depus %

C Mn Si S Cu Ni Fe Al ≤2.0 ≤1.0 ≤2.50 ≤0.03 ≤2.50 45-60 ≥30.0 ≤1.00

FRO NICHELAWS A5.15: ENi-C1DIN 8573: ENi-G2

Electrod fabricat cu o sarma din Ni pur si invelis grafitic, destinat sudarii fontelor, cu sau fara preincalzire (max.300°C), in special fontelor globulare. Metalul depus asigura proprietati mecanice ridicate si nu prezinta porozitati sau fisuri. Metalul depus poate fi prelucrat. Se recomanda a se suda cu o energie liniara mica, cu randuri filiforme care pot fi prelucrate imediat pentru a preveni fisurarea.

Tipul de curent care poate fi folosit: DC+, AC.

Analiza chimica a metalul depus %

C Mn Si S Cu Ni Fe Al ≤2.0 ≤2.50 ≤4.0 ≤0.03 ≤2.50 ≥85.0 ≥8.0 ≤1.00

FRO MONELAWS A5.15: ENiCu-BDIN 8573: ENiCu-G4

Electrod fabricat cu o sarma din aliaj tip MONEL si invelis grafitic, destinat sudarii la rece, sau cu o usoara preincalzire (max.50°C) a fontelor. Se recomanda pentru repararea pieselor din fonta sau pentru realizarea de imbinari dintre fonta si otel. Metalul depus poate fi usor prelucrat prin aschiere. Pentru relaizarea de imbinari se recomanda folosirea pentru straturi tampon a FRO NICHEL, iar pentru straturile de umplere a FRO MONEL.

Tipul de curent care poate fi folosit: DC+, AC.




C Mn Si S Cu Ni Fe Al 0.35-0.55

≤2.30 ≤0.75 ≤0.025 30.0-35.0

65.0-70.0

3.0-6.0 -

FRO Cu Sn

AWS A5.6 : E CuSn-CDIN 1733 : El CuSn7

CARATERISTICI PRINCIPALI

Electrozi bazici cu vergea din bronz pentru sudarea aliajelor de cuprusi bronz fosforos, sau pentru sudarea acestor aliaje cu fonte sauoteluri. Tratamentul termic nu este necesar, dar este indicat pentru

obtinerea unei ductilitati maxime, daca metalul depus este supusdeformarilor plastice la rece.

DOMENII DE APLICATIEProductia de automobile / aplicatii electromecanice.Caroserii / instalatii.


Sn Fe P Al Pb Cu7.0 - 9.0 ≤ 0.25 0.05 - 0.35 ≤ 0.01 ≤ 0.02 REM

Imperfeciunile sudurii Problema potenitala care apare in metalului depus este continutul ridicat de

carbon. Pentru evitarea acestei probleme se realizeaza prin utilizarea materialelor de adaos cu continut de nichel sau aliaje ale acestuia care produce divizarea fina a grafitului, reducerea porozitatilor. Totusi, prin depunerea nichelului se pot produce cantitati mari de S si P datorate materialul de baza pot conduce la fisurari in timpul solidificarii. Formarea structurilor dure si moi in ZIT sunt predispuse la fisurarea in ZIT in timpul racirii post-sudare.

Tip fonta Temperatura de preincalzire(°C)

MMA MIG Sudare cu flacara

Sudarea cu pulberi

Grafit lamelar 300 300 600 300

Grafit nodular TC-150 TC-150 600 200

Maleabile TC* TC* 600 200

Perlita lamelar 300-330 300-330 600 350



Perlita nodular 200-330 200-330 600 300

Perlita maleabile 300-330 300-330 600 300

TC-temperatura camerei

Reparea fontelor

Deoarece posibilitatea de existenta in fonte a defectelor este inerenta, repararea componentelor din fonta este frecvent ceruta. Pentru reparatii mici pot fi folosite urmatoarele procedee de sudare:

manual electric cu electrozi inveliti cu flacara oxi-acetilenica prin lipire cu pulberi; MIG cu sarma tubulara si sarma plina.

Pentru arii largi, vor fi utilizate procedeele de sudare manual electric cu electrozi inveliti si cu pulberi pentru realizarea primului strat iar pentru umplerea rostului pot fi utilizate procedeele de sudare manual electric cu electrozi inveliti sau MIG cu sarma plina sau sarma tubulara.

Indepartarea defectelor este de preferat a se realiza prin polizare prin prelucrari mecanice folosind componente realizate din carburi de wolfram. Daca este folosit procedeul arc-aer sau gaurirea utilizand procedeul de sudare manual electric cu electrozi inveliti, componentele trebuie sa fie preincalzite local la o temperatura de 300°C. In acest caz pregatirea trebuie pregatita suprafata astfel incat sa se indeparteze zonele durificate.Depunerea pe suprafata sanfrenului prin procedeul de sudare manual electric cu lectrozi inveliti va fi realizata cu electrozi cu diametrul de 2.4 sau 3.0 mm. Electrozii utilizati vor fi cu nichel sau nichel-cupru. Indepartarea zgurii se realizeaza dupa fiecare cordon sudat. Straturile de umplere se realizeaza folosind electrozi cu nichel sau fier-nichel pentru o buna rezistenta.In final, pentru indepartarea aparitiei fisurilor datorate tensiunilor reziduale, aria suduri trebuie sa fie acoperita in vederea racirii lente a cordonului pana la temperatura camerei.



4.SUDAREA NEFEROASELOR

4.1.Sudarea aluminiului

4.1.1.Generalitati

Aluminiu este un aliaj usor, cu densitate de 2700 Kg/m3, fiind aproximativ de trei ori mai usor decat fierul(ρFe=7860 Kg/ m3) sau cuprul (ρCu= 9600 Kg/ m3). Temperatura de topire a aluminiului este relativ scazuta Tt =660.2°C, iar temperatura de vaporizare, inalta (Tv=2.450°C). Aluminiul este unul dintre metalele cele mai bune conducatoare de caldura si electricitate.

Aluminiul pur este foarte plastic (alungirea relativa A=50%, gatuirea Z=80%) in stare recoapta.

Aluminiu tehnic are o puritate de 96.6÷99.9% si este caracterizat printr-o rezistenta la rupere de 70-1490 N/mm2 si o duritate de cca.40HB. Rezistenta la rupere se poate mari prin:

-deformare plastica la rece;-aliere-tratament termic(recoacere, calire pentru punere in solutie si/sau

imbatranire).Principalul dezavantaj al aluminiului il constituie rezistenta la rupere foarte

scazuta, motiv pentru care aliajele sale au o utilizare mai larga. Alierea aluminiului cu anumite elemente si aplicarea unor prelucrari metalurgice de durificare duc la cresterea valorilor de rezistenta pana la de 30 ori.

Aluminiu are rezistenta mare la coroziune in aer, apa, acizi organici. Aluminiul tehnic poate contine pana la 0.5% impuritati, principalele fiind fierul si siliciul provenite din bauxita in timpului procesului de elaborare.

Aliajele de aluminiu pot fi grupate in functie de elementul sau elementele principale de aliere. Cele mai importante aliaje sunt cele de tip : Al-Cu, Al-Si, Al-Mn, Al-Mg, Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu. Intrucat nu toate pot fi trate termic ele pot fi impartite in:

-aliaje necalibile;-aliaje calibile.In functie de modul de elaborare si prelucrare, aliajele de aluminiu sunt

turnate sau deformabile, acestea din urma fiind destinate a fi prelucrate la rece sau la cald prin laminare, tragere, extrudare, matritare, forjare.

4.1.2.Comportare la sudare

Comportarea la sudare a aluminiului este conditionata de urmatoarele aspecte:

a.Aluminiu are o afinitate mare fata de oxigen. Pelicula de Al2O3 care se formeaza in mod normal la suprafata materialului are o grosime de cca.0.01mm, este rau conducatoare de curent si se topeste la o temperatura de cca.2050°C(mult superioara temperaturii de topire a aluminiului, 660°C). In

timpul sudarii, pelicula de Al2O3 acopera suprafata materialului topit, precum si a picaturilor desprinse din materialul de sudare, impiedicand legatura dintre



picatura si baia lichida. Ca atare, inainte de sudare este necesara indepartarea acestei pelicule, ceea ce se poate face pe cale chimica(folosind fluxuri adecvate sau pregatirea suprafetei cu: spalare cu tetraclorura de carbon, tamponare cu soda caustica, spalare cu apa, tamponare cu NaOH+acid azotic, spalare cu apa a materialului si uscare suprafetei) sau mecanica( prin efectul de microsablare specific sudarii in mediu de argon cu polaritate inversa sau prin polizare cu discuri din material plastic). In acelasi timp, trebuie luate masuri pentru impiedicarea formarii din nou a peliculei respectiv in timpul sudarii, prin protectia baii topite( cu flux topit, gaz inert sau vid).

b.Conductibilitatea termica a aluminiului impune utilizarea unor surse termice puternice si concentrate. La grosimi ale sudurii peste 20 mm, este favorabila, la anumite procedee de sudare, preincalzirea la o temperatura de pana la 400°C.

c.Datorita coeficientului de dilatare termica mare, la sudarea aluminiului apar tensiuni si deformatii mai pronuntate decat la sudarea otelurilor. Din acest motiv, este necesara luarea unor masuri pentru limitarea acestora.

d.Aluminiul poate dizolva in stare topita cantitati mari de gaze( in primul

rand, hidrogenul), care poate cauza aparitia porilor in imbinarea sudata. Pericolul de aparitie al porilor este accentuata de viteza relativ ridicata de solidificare a sudurii, ca urmare a conductibilitatii termice a aluminiului.

e.Anumite aliaje de aluminiu, in special cele de tip eutectic cu Mg, Si sau Cu prezinta o susceptibilitate ridicata la aparitia fisurilor la cald. Pentru reducerea acestei tendinte este necesara alegerea corespunzatoare a materialelor de sudare.

f.In cazul aliajelor deformate la rece sau tratate termic, procesul de sudare afecteaza caracteristicile materialului in ZIT, anuland efectul tratamentului respectiv. Rezistenta la rupere in acea zona poate scadea cu cca. 30÷60% fata de valoarea initiala. In cazul aliajelor calibile, efectuarea unui tratament termic dupa sudare poate readuce caracterisiticile materialelor la valorile initiale. Rezistenta sudurilor efectuate la aliaje necalibile poate fi marita prin ciocanirea lor.

4.1.3.Recomandari tehnologice de sudare a aluminiului

Aluminiu si aliajele sale sunt materiale relativ frecvent utilizate la realizarea unor structuri sudate. Cele mai bune rezultate se obtin prin sudarea MIG, sudare WIG, sudare cu electrozi inveliti, sudarea cu fascicol de electroni. Se pot utiliza, de asemenea, sudarea cu laser, sudarea cu gaz, sudarea cu plasma, mai rar, sudarea sub strat de flux si sudarea in baia de zgura.

Pregatirea pieselor pentru sudare se face prin procedee mecanice si chimice inainte de sudare (cu cel mult doua ore).

Cel mai des utilizat procedeu pentru sudarea aluminiului este sudarea WIG. Materialul de adaos se alege avand o compozitie chimica apropiata de cea a



materialului de baza. Ca si gaz protector se foloseste, de obicei, argonul, care trebuie sa aiba o puritate de min. 99.998% dar si amestecul de argon si heliu pentru reducerea porilor. Sudarea se efectueaza in curent alternativ sau mai rar, in curent continuu, polaritatea inversa, in ambele situatii avand loc efectul de microsablare specific. In cazul unor piese de grosimi mici se poate suda in atmosfera de heliu, in curent continuu, polaritatea directa.

Amorsarea arcului se realizeaza prin suprapunerea unor impulsuri de inalta tensiune. Amorsarea prin atingere directa a electrodului de wolfram este interzisa.

Este important ca in timpul sudarii capatul vergelei de sudare sa fie mentinut permanent in zona protejata de gaz.

Sudarea MIG se desfasoara in curent continuu, polaritatea inversa. Mai des la sudarea in pozitie se prefera sudarea in impulsuri.

ALUFIL 99.5

CLASIFICARE AWS A5.10-92 : ER 1100 DIN 1732 : SG - Al 99.5 W n. 3.0259 BS 2901 Pt 4 : 1050 A

CARACTERISTICI PRINCIPALESarma plina pentru sudarea MIG a aluminiului pur si a aliajelor sale care contin pana la 0,5% elemente de aliere. Destinata sudarii aliajelor de tipul 1050 A si 1100. Gaz de protectie: argon

ALUFIL 5 Si

CLASIFICARE



AWS A5.10-92 : ER 4043 DIN 1732 : SG - Al Si5 BS 2901 Pt 4 : 4043 ACARACTERISTICI PRINCIPALESarma plina pentru sudarea aluminiului si a aliajelor de aluminiu cu un continut de siliciu pana la 7%. Destinata sudarii aliajelor de Al - Mg - Si serie 6000 si imbinari eterogene ca 6000/1000 si 6000/3000.Continutul inalt de siliciu imbunatateste fluiditatea materialului depus.

Sudarea cu electrozi inveliti se aplica din ce in ce mai rar, practic doar sudarea aluminiului tehnic si a aliajelor de aluminiu cu pana la 5% magneziu si siliciu.

Inainte de sudare, electrozii inveliti se usuca la o temperatura de 200°C pentru eliminarea umiditatii. Arcul electric se mentine la lungime cat mai mica.

Marci de electrozi utilizati la sudarea aluminiului si aliajele acestuia

FRO AL99.5AWS A5.3 : E 1 100DIN 1732 : EL-Al 99.5

CARACTERISTICI PRINCIPALE

Electrod cu invelis special pentru sudarea aluminiului pur si aliat de tipul Al 99.9 - Mg 0.5. Arc stabil, este recomandat in special pentru sudarea in pozitie orizontala. Datorita caracterului foarte higroscopic al invelisului, electrozii trebuie pastrati in locuri uscate si trebuie calcinati inainte de utilizare. Se

recomanda a se reusca electrozii la temperatura de 150 - 250° C. Desprindere zgurii este foarte usoara. Poate fi folosit si pentru sudarea oxiacetilenica.



FRO Al 5 SiAWS A5.3 : E 4043DIN 1732 : El AlSi5

CARACTERISTICI PRINCIPALEElectrod cu invelis special pentru sudarea aliajelor de Al cu 5% Si si a aliajelor de tipul Al - Mg cu un continut de Mg mai mare de 2.5. Arc stabil; recomandat in special pentru sudarea in pozitie orizontala, cu arc scurt pentru a preveni aparitia stropilor. Preincalzirea materialului de baza este recomandata (150 - 250° C). Datorita caracterului foarte higroscopic al invelisului, electrozii trebuie pastrati in locuri uscate si trebuie calcinati inainte de utilizare. Desprinderezgurii este foarte usoara. Poate fi folosit si pentru sudarea oxiacetilenica.

FRO Al 12 Si



CLASIFICARE / STANDARDS :DIN 1732 : EL - AlSi12

CARACTERISTICI PRINCIPALEElectrod cu invelis special pentru sudarea aliajelor de Al cu un continut de12% Si. Electrodul sudeaza cu un arc stabil si este recomandat in special pentru sudarea in pozitie orizontala, cu arc scurt pentru a preveni aparitia stropilor. Preincalzirea materialului de baza este recomandata (150 - 250° C). Datorita caracterului foarte higroscopic al invelisului, electrozii trebuie pastrati in locuri uscate si trebuie calcinati inainte de utilizare. Desprindere zgurii estefoarte usoara. Poate fi folosit si pentru sudarea oxiacetilenica.

Sudarea sub strat de flux se utilizeaza intr-o varianta in care arcul electric este doar partial acoperita de flux. Fluxul contine clorura de calciu, clorura de sodiu crilotic.

4.2.Sudarea cuprului

4.2.1.Generalitati

Cupru este un metal greu (mai greu decat fierul), de culoare rosie caracteristica si poseda plasticitate foarte mare, conductibilitatea termica si electrica mari, rezistenta la coroziune mare.

Principalele aliaje pe baza de cupru sunt: Cu-Zn, Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Si, Cu-Be, Cu-Pb, etc.

Cu exceptia aliajelor Cu-Zn care se numesc alame, aliajele cuprului cu staniu, cu aluminiu, cu siliciu, etc., se numesc bronzuri: bronzuri cu staniu, bronzuri cu aluminiu, etc. Alte tipuri de aliaje sunt aliajele Cu-Ni, aliaje Cu-Si, aliaje Cu-Be, aliaje Cu-Cr.

In functie de modul de elaborare si prelucrare, aliajele de cupru pot fi turnate sau deformabile, acestea din urma fiind destinate a fi prelucrate prin deformare plastica la rece sau la cald. Prin deformare plastica se produce o crestere a caracterisiticilor de rezistenta ale materialului.



Aliajele de cupru au caracteristici de rezistenta la uzura si coroziune, superioare cuprului, dar, in acelasi timp, conductibilitate termica si electrica mai mici.

4.2.2.Comportarea la sudare

Comportarea la sudare a cuprului este determinata de urmatoarele aspecte:-cuprul are o afinitate mare fata de oxigen, formand cu acesta oxidul de

cupru care la o incalzire la 1065°C formeaza cu cuprul un eutectic. Ca rezultat, se produce o fragilizare a materialului. Pentru a evita acest fenomen este necesara limitarea continutului de O2 din metalul de baza, la max.0.04%.

Efecte asemanatoare au si impuritatile de Pb, Bi, S a caror concentratie trebuie, de asemenea, limitata.

-conductibilitatea termica foarte mare a cuprului impune utilizarea unor surse termice concentrate, respectiv preincalzirea materialelor.

La efectuarea preincalizrii trebuie avut in vedere faptul ca intervalul de temperatura 250÷550°C caracterisiticile de rezistenta ale materialului scad foarte mult.

-datorita coeficientului de dilatare mare, la sudare se produc deformatii mai pronuntate decat la sudarea otelurilor. Este necesara asigurarea posibilitatilor de contractie si dilatare libera a piesei. Un efect favorabil il are preincalzirea.

-cuprul este sensibil la formarea porilor in timpul sudarii.Aparitia porilor este legata de prezenta hidrogenului. Acesta reactioneaza

cu oxidul cupros. Vaporii de apa nu pot difuza si raman inclusi in material, provocand presiuni ridicate care conduc la pori si fisuri. Acest fenomen este cunoscut sub denumirea de ”boala de hidrogen a cuprului”.

-materialul topit avand fluiditate mare, sudarea se efectueaza, de preferat, in pozitie orizontala.

-in cazul sudarii unor materiale deformate plastic, in ZIT se va produce, ca urmare a influentei procesului de sudare, o scadere a caracteristicilor de rezistenta a materialului. Sudarea aliajelor de cupru ridica o serie de probleme specifice tipului de aliaj. La sudarea aliajelor de cupru se vor avea in vedere urmatoarele:

-conductibilitatea termica a unor aliaje de cupru este mai mica decat cea a cuprului: ca urmare, in general, la aceste materiale se va efectua o preincalzire la sudare la o temperatura mica;

-la sudarea alamei se produce arderea zincului(temperatura de topire a zincului fiind 420°C, iar temperatura de ardere 905°C) formand oxid de zinc ZnO. In functie de procesul de sudare, procentul de zinc ars variaza intre 24÷40%, fapt ce duce la formarea porilor si la diminuarea caracteristicilor mecanice. Vaporii de zinc sunt otravitori, ca atare trebuie asigurata o ventilatie buna in incaperea unde se sudeaza. In acelasi timp, alamele sunt sensibile la fisurare, mai ales in ZIT, ca urmare a deformatiilor pieselor la sudare.

-bronzurile cu aluminiu se sudeaza relativ usor, avand tendinta de fisurare redusa, ca urmare a intervalului de cristalizare ingust. Aliajele pana la 9.4% Al sunt monofazice si au comportare asemanatoare cu cea a cuprului. Ele sunt deformabile la rece.

-bronzurile cu staniu prezinta inclinatie spre fisurare la cald avand un interval de cristalizare mare. Se remarca, de asemenea, prin conductibilitate termica ridicata.



-aliajele Cu-Ni au o conductibilitate scazuta, la sudarea lor nefiind necesara preincalzirea;

-aliajele Cu-Si au o comportare buna la sudare. Se remarca prin conductibilitate termica redusa, ca atare nu reclama preincalzire.

4.2.3.Recomandari tehnologice pentru sudarea cuprului

Cuprul si aliajele sale pot fi sudate prin procedee de sudare diferite, cele mai bune rezultate sau obtinut la sudare WIG si MIG. Se pot aplica de asemenea procedeele de sudare cu gaz, cu electrozi inveliti, sub strat de flux, cu fascicul de electroni, s.a.

In tabelul de mai jos sunt prezentate tipurile de materialele si procedeele de sudare recomandate.

Aliajul WIG MIG SME Sudare cu gazeCu Recomandat Recomandat Recomandat RecomandatCu-Zn Recomandat Aplicabil Aplicabil RecomandatCu-Ni Recomandat Recomandat Recomandat AplicabilCu-Sn Aplicabil Aplicabil Recomandat Aplicabil limitatCu-Al Recomandat Recomandat Recomandat Aplicabil limitatCu-Si Recomandat Recomandat Aplicabil Aplicabil limitatCu-Be Aplicabil Aplicabil Aplicabil Aplicabil

Pregatirea pieselor pentru sudare se face prin prelucrarea mecanica sau debitare cu plasma. In zona sudurii este necesara o curatire atenta a pieselor. In acest scop este eficienta o degresare cu tetraclorura de carbon sau tricloretilena, ambele fiind insa toxice.

Pentru a reduce pierderile de energie si a limita energia introdusa al sudare este necesara o izolare termica a zonei sudate cu ajutorul unor placi de azbest.

Din cauza conductibilitatii termice mari a cuprului sunt de preferat imbinarile cap la cap, celor de colt.

La sudurile executate dintr-o parte este necesara utilizarea unei metode de sustinere a radacinii si anume:

3 4 10 2

b.

-sudarea cu o sina de cupru cu o degajare corespunzatoare, incalzita de regula cu apa calda pentru a reduce pierderile prin conductie(fig.a)

-sudarea pe o sina din otel inoxidabil continand o placuta de cupru(fig.b).

Sudarea cuprului si a aliajelor sale se efectueaza cu preincalzire(chiar si la table subtiri).

Pentru imbunatatirea caracteristicilor mecanice ale sudurilor este favorabila ciocanirea lor la cald. Aceasta operatie se executa atunci cand


0.3


temperatura in zona sudurii sa fie peste 650°C, fie de cca. 300°C, intervalul de temperatura 450÷650°C fiind evitat, datorita fragilizarii materialului. Prin ciocanire se produce o detensionare prin relaxarea tensiunilor si, totodata, o recristalizare a materialului care are ca efect o crestere a rezistentei acestuia.

La sudarea bronzurilor se va evita ciocanirea, datorita fragilitatii la cald a acestora.

Temperatura de preincalzire in functie de procedeele de sudare aplicate si de grosime sunt prezentate mai jos.

Grosimemm

Temperatura de preincalzire,°CSME WIG MIG SF Sudare cu gaz

3 200-300 200 200 100

550-6504-5 200-300 200-300 200 1006 200-300 350-400 200 1008 200-300 400-450 300 15012 300-500 550-650 350 250

Uneori, daca structura sudata este puternic solicitata mecanic sau chimic se recomanda efectuarea tratamentului de detensionare dupa sudare, eventual dupa ciocanirea la cald. Temperatura de tratament termic depinde de tipul aliajului de cupru.

La sudarea cuprului si aliajelor Cu-Zn si Cu-Zn-Ni este favorabila folosirea unui flux adecvat (pe baza de borax si/sau acid boric). Sarma de sudare se alege cu compozitie asemanatoare cu cea a materialului de baza. Ca si gaz de protectie se foloseste argonul sau heliul, sudarea efectuandu-se in curent continuu, polaritate directa.

Sudarea MIG se aplica pieselor cu grosimi mai mari de 5mm. Datorita vaporizarii intense a zincului nu se recomanda pentru sudarea alamelor.

Sudarea se executa in curent continuu, polaritatea inversa. Sarma de sudare are compozitia apropiata materialului de baza. Protectia gazoasa este asigurata de argon, mai rar de un amestec argon-azot. Azotul conduce la cresterea patrunderii, la scaderea pretului de cost, dar, in acelasi timp, si la marirea sensibilitatii la porozitate a sudurii.

La grosimi mari, sudarea se excuta cu preincalzire. Dupa sudare nu este necesara ciocanirea sudurii. Regimul de sudare se alege astfel incat transferul de material prin arc sa fie cu picaturi fine, fara stropi.

O atentie deosebita la sudarea MIG a cuprului trebuie acordata ventilatiei locului de sudare, respectiv echipamentului de protectie al sudorului, intrucat

datorita temperaturilor ridicate din arcul MIG de degaja un praf de cupru care provoaca, la o inhalare de durata mai lunga, efecte nocive.

La sudarea cu electrozi inveliti, electrozii se aleg cu o compozitie chimica pe metal depus apropiata cu cea a materialului de baza. la sudarea cuprului se utilizeaza electrozi cu cca.0.4÷1.0% Sn sau 1% Ag. Sudarea se executa in curent continuu, polaritatea inversa. La grosimi sub 4 mm se poate suda fara preincalzire, cu conditia utilizarii unui electrod cu diametrul minim 4 mm. In general, la grosimi pana la 6mm, diametrul electrodului se alege aproximativ



egal cu grosimea piesei. Pentru a usura formarea radacinii se recomanda utilizarea unor placute suport.

Se recomanda utilizarea unor rosturi cu deschidere de 90° pentru a asigura o accesibilitate corespunzatoare.

Sudarea sub flux poate fi aplicata la sudares a cuprului utilizand o sarma din cupru dezoxidat si un flux recomandat pentru sudarea otelurilor. Inainte de sudare, fluxul trebuie calcinat corespunzator pentru a elimina umezeala care conduce la formarea porilor. Sudarea se efectueaza in curent continuu, polaritatea inversa. Pentru a reduce riscul de fisurare este de dorit ca sudura sa aiba un coeficient de forma de cca.1.8÷2. se recomanda sudarea pe suport din cupru sau perna de flux.


sudare otelurilor, fontelor si neferoaselor

Documents