1 INTRODUCERE Caurmareacerinelorspecificedinindustriilealimentar,chimic, petrochimic,naval,etc.reducereadurateideproiectareatehnologiilorde asamblareirealizareaunorconstruciisudateconstituieodirecie importantdecercetare.Celpuindinpunctdevedereeconomic,este evidentnecesitateastabiliriirapideaunorsoluiitehnologiceoptimeprin analiza rapid a sudabilitii care, s satisfac cerinele impuse unor astfel de structuri.Materialeleicondiiileavutenvederereflectniveluldeinteres practicpecarelreprezintasamblareaisudareandiverseleramuriale economiei. Sudarea este operaia tehnologic prin care se realizeaz o asamblare nedemontabiladousaumaimultepiesemetalice,utilizndnclzirea local,presiuneasauambele,cusaufrfolosireaunuimaterialdeadaos similar cu metalul pieselor de mbinat. Prinsudursenelegezonadembinarerezultatnurmasudrii, materialul de adaos depus prin sudare se numete cordon de sudur; acesta poate fi continuu sau ntrerupt. Piesele de sudat se prelucreaz n zona unde urmeaz s se depun materialul de adaos, locaurile respective numindu-se rosturi. 1.1 Schemele tehnologice ale procedeelor de sudare Schema tehnologic a sudrii electrice manuale (fig. 1.1) Electrodulmetalic(1)esteprevzutcuunnvelideprotecie(2)i estefixatncleteleport-electrod(3).Latemperaturaridicatdinarcul electric,electrodulsetopeteformndu-sepicturile(4)careajungn baiademetal(5).Proteciaibunafuncionareaarculuiseasigurcu ajutorulcomponentelordinnveliulelectroduluiceformeazoatmosfer gazoas. O parte din nveli se topete i formeaz un strat protector lichid de zgur(6) care, prin solidificare, mpiedic dizolvarea gazelor n metalul nclzit al cordonului (7). Figura 1.1. Schema sudrii manuale cu electrod fuzibil. Schema tehnologic a sudrii semiautomate i automate (fig. 1.2) 2 Acesteprocedeesencadreazncategoriaprocedeelordesudare electric cu arc acoperit. Arcul se formeaz ntre pies i electrodul (1).Arcul arde sub un strat de flux (2), care curge din buncrul (3). Picturilede metal (4)ajungnbaiadesudare(5)ncondiiileuneibuneprotecii,asiguratede fluxultopit(6)precumideatmosferagazoascreat.Dupsolidificarea stratului de flux topit, acesta formeaz un strat de zgur (7) ce se desprinde uor de cordonul de sudur (8). Figura 1.2. Schema sudrii sub strat de flux. SchematehnologicasudriiMIG-MAG(fig.1.3)Sudarean mediudegazprotectorsefacecuajutorularcului electricformatntre electrodul(1),fuzibilsaunefuzibilipiesadesudat.Proteciaseasigurcu ajutorul unui jet de gaz inert sau activ aflat n curgere laminar (2) trimis prin ajutajul(3).Arculelectricseformeazntrepiesadesudatisrmade adaos. Picturile de metal (4) ajung n baia de metal (5) care, prin solidificare, formeaz cordonul (6). Dup natura gazului, acesta poate fi gaz activ sau gaz inert. Figura 1.3. Schema sudrii MIG-MAG. Schema tehnologic a sudrii cu plasm (fig. 1.4) ncazulacestuiprocedeudesudare,arculelectricseformeazntre electrodul(1),dinwolframsauzirconiu,iajutajul(2)iesteputernic trangulatmecanicielectromagnetic.Prinajutajul(2)setrimiteungaz plasmogen(argon),careformeaz,prindisociereiionizare,plasma. 3 Temperatura jetului deplasm este foarte ridicat (10000- 24000)C. Pentru proteciaarculuiircireaajutajuluisesuflprinajutajul(3)ungazde protecie(heliu+argon).Arculceseformeaziniialntreelectrodiajutaj (arcpilot)esteapoitransferat,prindeschidereacomutatoruluiK,asupra piesei care este legat la polul pozitiv al sursei. Figura 1.4. Schema sudrii cu plasm. -Schema tehnologic a sudrii n baie de zgur (fig. 1.5) Figura 1.5. Schema sudrii n baie de zgur. Sudareanbaiedezguresteunprocedeudemareproductivitate. Custurasudatseformeazpevertical.Clduranecesarseobinepe bazaefectuluiJoule-Lenz,latrecereacurentuluiprintr-obaiedefluxtopit avndrezistenaelectricmareitemperaturaridicat.Baiadezgurse formeaz prin topirea unui flux special ntre marginile pieselor de sudat (2) i patinele(3)dincuprurciteforatcuap.Duptopire,arculformatla nceputulprocesuluidesudareseunteaz,srmaelectrodului(4)fiind 4 trecut n baia de flux (1) ce are temperatura de topire mai mare dect a electrodului. Electrodul este antrenat n baie prin ghidajul (5) cu un sistem cu role. Metalul topit, avndgreutateaspecificmaimare,sedepunelapartea de jos i formeaz, prin solidificare, custura sudat (6). 2. Arcul electric 2.1. Amorsarea i formarea arcului electric. Prile componente ale arcului electric Etapele amorsrii i formrii arcului electric sunt prezentate nfigura 2.1. Electrodul,legatlaunadinbornelesursei(deexemplulacea negativ),esteadusncontactcupiesalegatlacealaltborn(fig.2.1a). Punctele de contact, ce constituie locuri de trangulare a liniilor decurent, se vor nclzi pn la temperatura de topire datorit curentului de scurtcircuit foarte mare. Sub influena forei de apsare F, numrulpunctelor de contact crete continuu, astfel nct n final, zona de contact dintre electrod i pies vafiformatdintr-opuntedemetallichid(fig.2.1b).Laridicarea electroduluidepepies(fig.2.1c),simultancualungireapuniidemetal, datorit forelor electromagnetice Fe, se va produce i o trangulare a acestei puni.trangulareapuniimetalicedeterminocreterearezistenei electrice,ceeaceconducelacretereatemperaturiiacesteiporiuni.La atingerea temperaturii de fierbere a metalului are loc ruperea punii metalice iformareavaporilormetalicicare,fiinduorionizabili,asigurtrecerea curentului n continuare, sub forma unei descrcri electrice n arc (fig. 2.1d). Procesul de formare a arcului electric dureaz doar cteva fraciunide secundisecaracterizeazprinfenomenefizicecomplexe:emisie termoelectronic,ionizareagazuluidinspaiularcului,accelerareaionilorn cmpul electric, etc. a) contactb) nclzirec) retragerea d) aprinderea i topire electroduluiarcului Figura 2.1. Amorsarea i formarea arcului electric. Trebuieprecizatfaptulc,datorittransportuluideionidelaanodla catod, anodul va aprea sub forma unui crater, iar catodul sub forma unui con. Lantrerupereapuniidemetal,temperaturacatoduluiestemeninuti 5 chiar majorat datorit bombardrii cu ioni pozitivi, captai din descrcare. n conformitate cu legile termodinamicii, densitatea curentului de emisie termoelectric J [A/m2] este dat de formula lui Richardson: keT KU qk e T J J =20 (2.1) unde: J0,-constantcedepindedematerialidenaturasuprafeeicatodului [A/m2K2]; Tk - temperatura suprafeei catodului [K]; q - sarcina electronului, n valoare absolut [C]; Ue - potenialul de ieire [V]; K - constanta lui Boltzman [J/K]. Analizndrelaia(2.1)seobservcdensitateacurentului termoelectronic se mrete odat cu reducerea potenialului de ieire Ue. nafardenaturaistareacatodului,densitateadecurent termoelectronic depinde cel mai mult de temperatur. n cazul sudrii cu electrod nefuzibil se petrec aceleai fenomene, ns puntea metalic topit se produce numai n contul topirii metalului de baz. Prilecomponentealearculuielectricsunt:zonacatodic,coloana arculuiizonaanodic.nfigura2.2s-areprezentatschematicarcul electric precum i repartizarea cderilor de tensiune n lungul acestuia. a) contact b) nclzire i topire Delimitriledespaiuntr-odescrcaresuntjustificateprinaceeac repartizareatensiuniiesteneuniform,deoareceapargruprimasivede sarcini excedentare n jurul celor doi electrozi. n arcul electric se pot deosebi urmtoarele zone: 1- pata catodic; 2- zona catodic; 3- coloana arcului; 4- zona anodic; 5- pata anodic. Figura 2.2. Prile componente ale arcului electric. Patacatodic(1)seformeazpesuprafaacatoduluiiesteloculcel maicaldalcatodului,fiindsursaemisieielectronilor.Frpatacatodic, 6 arcul electric nu s-ar putea forma. Acest lucru a fost demonstrat experimental, prininversareapolaritiiideplasareaanoduluicuvitezedincencemai mari.S-aobservatc,delaoanumitvitezdedeplasareaanoduluipata catodic(depepiesafix)neputndu-seforma,arculelectricsestinge, ceea ce nu se ntmpl la arcul cu polaritate direct. Zonacatodic(2)sentindepeolungimefoartemic,avnd ordinul de mrime de (10-4...10-6)cm, egal cu parcursul liber al electronilor ngazulcenconjoarcatodul.naceastzon,sepresupunecelectronii nu sufer ciocniri. Cmpul electric accelereaz electronii spre anod, iar ionii pozitivi spre catod i ntruct masa ionilor esteconsiderabil mai mare dect a electronilor, viteza lor de deplasare va fi mult mai redus. Deaceea,nzonacatodic,concentraiadeionipozitivi(sarcina spaial)estecumultmaimaredectconcentraiadeelectroni,ceeace conduce la crearea cmpului deosebit de intens n zona catodic. Intensitateacmpuluielectricestedeordinul(105106)V/cm, asigurnd astfel o emisie electronic nsemnat, iar cderea de tensiune pe aceast zon este de (8...20) V. Temperaturapeteicatodicevariazntre1380Cpentrumagneziui 3680 C pentru wolfram. n general, temperatura petei catodice este mai mic decttemperaturadefierbereametaluluirespectiv,excepiefcnd magneziu i aluminiu. Aceastasedatoreazfaptuluicmagneziuialuminiulformeaz oxiziacrortemperaturdetopireestemultmainalticareridic temperaturapeteicatodice.Valoareacderiidetensiunepezona catodicdepindedepotenialuldeionizarealgazuluisauvaporilordin spaiul arcului i se consider c Uk = Ujonizare. Zona anodic (4) se afl n vecintatea anodului i are o ntindere mai maredectzonacatodic,avndordinuldemrime(10-3...10-4)cmio cderedetensiunemaimic,avndvaloareade(2...3)V.napropierea anoduluiestepreponderentconcentrareaelectronilor,crendu-seo sarcin spaial negativ. Spectografic s-a observat c intensitatea cmpului electricestemaimicdectlacatod.Anodulesteputernicnclziti temperaturasaTanestemairidicatdectaceeaacatoduluideoarecela anod nu are loc emisie electronic. Emisia deelectroni a catodului, n urma consumriilucruluimecanicdeieire,estensoitdeoscderea temperaturii. Coloanaarcului(3)estepracticegalculungimeaarcului.Aiciauloc ionizri,excitriirecombinrintreparticulelegazului.Acestspaiueste umplutcugazcearetemperaturaceamairidicatideaceea,ncoloana arcului, o importan deosebit o capt ionizarea termic. Coloana arcului este neutr, suma sarcinilor particulelor negativeeste egalcusumacelorpozitive.Ionizareatermicagazuluiseproducenu numai datorit ciocnirilor neelastice ale electronilor cu atomii, ci i ca urmare a ciocnirii atomilor ntre ei. Aceastaseexplicprinaceeacngazulceumplecoloanaarcului, 7 odatcuridicareatemperaturii,creterapidnumrulatomilorcedispunde energiesuficientpentruionizareaputernicagazuluiprinciocniri.De aceea, coloana arcului conine un gaz puternic ionizat, avndtemperatura naxfoarteridicat:(6000...8000)C.nschimb,pedirecieradial, temperaturancoloanaarculuivafirepartizatneuniform,datorit transmiteriicldurii,temperaturafiindmaximnaxacoloaneiiminimla periferie. Temperaturacoloaneiarculuicreteodatcucretereacurentuluii scade cu scderea potenialului de ionizare. Curentul total prin coloana arcului reprezintosumntrecurentuldatdesarcinilepozitivecesedeplaseaz sprecatodicurentulformatdesarcinilenegativecesedeplaseazspre anod. Neglijndcomponentacurentuluidatdedeplasareaionilorpozitivi, datorit mobilitii lor mult mai mici dect a electronilor, se poateconsidera c, curentul prin arc este datorat numai electronilor. Conductibilitatea electric a coloanei arcului este mult mai mare dect a zoneicatodice,deoarecenumruldeelectroniemiideunitateadevolum estemultmaimaredectaceloremiinzonacatodului.Deci,cmpul electric Ec va fi mult mai mic: Ec = (10... 40) V/cm. Experimental se confirm studiileteoreticeconformcroraintensitateacmpuluielectricncoloana arcului pe direcie axial este constant: . ctIUEccc=cc= (2.2) unde: Ec - intensitatea cmpului electric [V/cm]; Uc - cderea de tensiune n coloana arcului [V]; lc - lungimea coloanei arcului. 2.2 Caracteristica static a arcului electric de curent continuu Distribuia tensiunii n arc are forma din figura 2.2, tensiunea arcului fiind alctuit din cderile de tensiune pe cele trei zone ale sale: Ua = Uk + Uan +Uc(2.3) Parametrii ce determin comportarea arcului de sudare sunt curentul ce trece prin arc (Ia), tensiunea arcului (Ua) i lungimea arcului(la). Caracteristica arcului va fi definit prin relaia: f(Ua, Ia, la) = 0(2.4) i se numete caracteristica static a arcului electric. Pentruasimplificareprezentareaiinterpretareaacesteifunciise pstreaz unul din parametri, fie intensitatea curentului Ia, fie lungimea arcului la, la valori constante, obinndu-se caracteristicile: Ua = f1(la) la Ia = ct., respectiv (2.5) Ua = f2(Ia) la la = ct.(2.6) nmodobinuit,caracteristicaarculuisereprezintsubformaunei familii de curbe Ua = f(Ia)(2.7) 8 lundu-se drept parametru variabil lungimea arcului la. Deoarecetensiuneaaretreicomponente,pentruasedetermina caracteristicaarcului,sevaconsideramodulncarevariazcu intensitatea curentului fiecare component din relaia (2.3). CdereadetensiunepezonacatodicUknudepindepracticde valoareacurentului,ntr-un domeniulargdevariaiea curentului,dela100 Ansus.Cercetrileaudemonstratc,lacurenimici,suprafeelepetelor catodice i anodice cresc proporional cu intensitatea curentului, densitatea de curent rmnnd constant. Se consider c intensitatea cmpului electric n zoneleelectrozilor,precumitensiunileUkiUan suntpracticindependente devaloareacurentului.Lavalorimarialecurentului,cndpatacatodic acoperntreagasuprafatransversalaelectrodului,cdereadetensiune cretentr-ooarecaremsur,deoarececretereacurentuluisefacepe seama creterii densitii de curent (cazul sudrii automate). ValoareatensiuniiUkdepindedematerialulelectroduluiidemediuln care are loc descrcarea. O importan mare o are prezena namestecul degazeaunorelementeavidedeelectroni,cecaptureazcuuurin electronii, formnd ioni negativi. Astfel de elemente sunthalogenii (F2, Cl2, Br2,I2),precumioxigenul,azotul,etc.Prezenafluoruluiconducela absorbireaintensaelectroniloremiidecatod,reducndnumrul electronilorliberidinspaiulcatodiciridicndcdereadetensiuneUkcu (8...9)V. Cderea de tensiune anodic Uan nu depinde de valoarea curentului, ci doarnmicmsurdematerialulelectroziloridemediulncareareloc descrcarea. Pentru un arc n vapori de fier: Uan = (2...3)V. CdereadetensiunencoloanaarculuiUcpoatefiexprimatprin relaia: Uc =IaRc a(2.8) undeRcaesterezistenaechivalentacoloaneiarculuielectric.Aa cum se va arta ulterior, Rca are un caracter neliniar. DeoareceEc=ct.(2.2),sepoatedeterminacdereadetensiunen coloana arcului: Uc = Ec.la,(2.9) unde intensitatea cmpului electric Ec se poate exprima ca fiind egal cu raportul dintre densitatea de curent Jc i conductibilitatea electric a coloanei arcului (c): | |2,mmASIJ undeJEcacccc= =(2.10) deci: c caa c cSII E U = = (2.11) rezultnd astfel c: c cacaSIR = (2.12) 9 La valori mici ale curentului, aria seciunii coloanei arcului Sc va depinde dedimensiunilepeteloractive.Cucretereacurentului,cretesuprafaa peteloractive,deciidiametrulcoloaneiarcului,astfelnctvaloarealuiRca vascdeamairapiddectcreteIa,obinndu-seodiminuareavaloriiUc. Cndunadintrepeteleactivevaacoperintreagaseciuneaelectrodului, cretereancontinuarealuiScdevineimposibil,cderiledetensiunepe catodianoddevinaproximativconstante,iarRcavaaveaovaloare aproximativ constant. n aceste condiii se poate scrie: Uk + Uan = a = ct. = Uap i deci Ua = a + IaRca sau: Ua = a + Ec.la(2.13) undeUapreprezinttensiuneadeaprindereaarculuiidepindede diametrul electrodului, natura nveliului i a gazului n care arde arcul. Forma general a caracteristicii statice a arcului electric este prezentat n figura 2.3, n care se observ trei zone distincte: Figura 2.3. Caracteristica static a arcului electric. Izonacurenilormici,ncaretensiuneanarcscadeodatcu cretereacurentului,deoarececreteseciuneacoloaneiarcului.Crescnd seciuneacoloaneiarcului,precumitemperaturaacesteia,vacrete conductibilitatea c, prin ionizarea mai bun a gazului; II-zonancarecderiledetensiuneUk,UaniUcdevinpractic independentedevariaiacurentului.Caracteristicaestepracticrigid, aceasta fiind zona cu larg aplicare n tehnica sudrii; III-zonancareSciAcdevinpracticconstante,ajungndla valorilemaxime,iarUavancepescreasccucurentul,respectnd aproximativ legea lui Ohm. 10 Figura 2.4. Caracteristica dinamic a arcului electric. Caracteristicastaticestedeterminatprinvariaiilenteale curentului i tensiunii. Dac se mrete rapid curentul de la I1 la I2 (fig. 2.4) se constat c n locul tensiunii indicate de caracteristica static este necesar o tensiunemaimare(curba2),datoritinerieifenomenelortermiceide ionizareiinversdacsemicoreazcurentuldelaI2laI1,tensiuneavafi indicat de curba 3. Buclacareseformeazpoartnumeledecaracteristicadinamica arcului electric. 3.Stabilitatea arcului electric i a procesului de sudare Lasudareacuarcelectricametalelor,arculelectricisursade sudareformeazunsistemenergeticreciprocdependent.Deproprietile acestuisistemsuntlegatenmaremsurcalitateasuduriiiposibilitilede folosireeficientautilajuluidesudare.ncazulcelmaigeneral,arculse numete stabil cnd valorile medii ale parametrilor ce l determin, electrici i geometrici,rmnneschimbai(ncadrulunorlimite),petoatperioadact se fac observaiile. Limitelencarevariazparametriiarculuidepindderegimulde transportalpicturilordemetal,influenacmpuluimagneticpropriu,felul curentului, tipul sursei de curent, etc. Apreciereadacunarcestestabilsaunu,sefacestudiind oscilogramele ridicate pentru curent i tensiune. n consideraiile fcute pn acums-auprezentatcondiiiledenaturfizicielectricalecircuituluin caresegsetearcul,pentrucaacestasardstabil.ncontinuare,seva studia influena proprietilor sursei de alimentare asupra stabilitii arcului. narculelectriccuelectrodfuzibilseproducvariaiibruteale regimului electric n intervale de timp foarte scurte (sutimi de secund). Topireaelectroduluiitrecereametaluluisubformadepicturi provoacvariaiibrutealelungimiiarculuiiscurtcircuitrirepetateale sursei.Caracteruldinamicalsarciniinecesitcasursadealimentares ndeplineasc anumite condiii speciale. 3.1 Stabilitatea static a arcului electric i caracteristicileexterne ale surselor de sudare Se consider sistemul format dintr-o surs de alimentare (S.A.) i un arc electric(fig.3.1).PentrufiecarevaloareacurentuluidebitatIs,labornele surseivafioanumittensiuneUs.Regimulstaionaralsistemuluieste determinatdeegalitateatensiuniloricurenilor.Prinurmare,laoastfelde stare se poate scrie: Ua = Us = Ur (3. 1) Ia= Is = Ir unde Ur si Ir reprezint tensiunea i curentul n punctul de funcionare (de regim). 11 Figura 3.1. Sursa de alimentare i arcul electric. Princaracteristicaexternasurseidesudaresenelegecurbade variaie a tensiunii la borne n funcie de intensitatea curentului debitat.ntre caracteristicaexternasurseiicaracteristicastaticaarcului trebuies existe o corelaie care s asigure un proces de sudare stabil i uniform. Pentru determinarea stabilitii statice a sistemului din figura3.1, se va analiza comportarea lui la abateri mici de la starea de echilibru. Celedouacurbe(fig.3.2),caracteristicaexternasursei(1)i caracteristicastaticaarcului(2),seintersecteaznpuncteleAiB,ce reprezintpuncteledearderestaionarasistemului,punctencaresunt satisfcute relaiile (3.1). Figura 3.2. Caracteristica static a arcului; caracteristica extern a sursei de sudare. n punctul A - dac va crete curentul cu AI, tensiunea sursei devine mai mare dect a arcului i curentul crete pn ajunge n punctul B.Rezult c punctul A este un punct instabil de funcionare. n punctul B - dac va crete curentul cu AI, tensiunea sursei devine mai mic dect tensiunea arcului, curentul scade, revenindu-se astfel n punctul B. Punctul B va fi deci un punct stabil de funcionare. Caracteristicile externe trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: 1.Lamersngol,sursatrebuiesasigureotensiunesuficient pentru aprinderea arcului electric; 2. Dupaprindere,tensiuneasurseitrebuiesfieacordatcuaceeaa arcului,ceeaceimpunecaracteristiciisurseisvariezedupcumcere caracteristica static a arcului; 12 3.Intensitateacurentuluidesudaretrebuiesfiectmaiconstantla variaiialetensiuniinarc,deoarecelasudarelungimeaarculuinuse poate menine riguros exact; 4. Raportul dintre curentul de scurtcircuit (Ik) i curentul de sudare (Is), trebuiesvariezentreanumitelimite.DacIkestepreamare,vorapare stropiri intense, iar dac Ik este mic n raport cu Is, apare fenomenul de lipire a electrodului de pies. Valorile optime sunt date de intervalul Ik/Is = (1,2...1,4). ngeneral,osursdecurentpoateaveaocaracteristicexternde forma curbelor (1), (2) sau (3) (fig.3.3a). Analiznd stabilitateasistemului energeticformatdinsurselecucaracteristicile(1)i(2)iarcul electric, se constatcpuncteleAiBsuntpuncteinstabiledefuncionare,deci singurele caracteristici utilizabile sunt cele cobortoare. Figura 3.3.Caracteristica extern a sursei. Diferitelecaracteristicicobortoareposibilesuntprezentatenfigura 3.3b. Se observ c n cele trei puncte de funcionare A1, A2 i A3, curenii desudareauvaloriapropiate.Ceeacevariaznlimitemari,esteraportul Ik/Is.Pentrucaracteristica(1),raportulIk/Isestesupraunitar,darapropiatde valoarea1.ncazulcaracteristicilordetipul(3)seobservcsursaeste impropriepentrusudare,punctulA3fiindunpunctdefuncionare n regim instabil. nfigura3.4suntreprezentatevariaiilecaracteristicilorarculuicnd lungimea arcului se modific. Figura 3.4. Modificarea caracteristicilor Figura 3.5. Variaia intensitiiarcului cu lungimea acestuia.pentru dou caracteristici externe. 13 ncazuladoucaracteristicicobortoaredeforma(1)i(2)s-a reprezentatnfigura3.5,variaiaintensitiicurentuluiculungimeaarcului pentruceledoucaracteristiciexterne.naceastafigurseobservc variaiilemaimicidecurent,lamodificarealungimiiarcului,seobinpentru caracteristicidetipul(1),maicobortoare.Rezultcacesttipde caracteristicisuntconvenabilelasudareamanual,deoarecevariaiimari ale lungimii arcului curentul rmne aproape constant. nconcluzie,caracteristicileexternebrusccobortoare,asiguro limitareavariaiilorcurentuluilasudareiprinurmareunregimde funcionareconstant.Tensiuneademersngoltrebuiesfiesuficientde marepentruaprindereaarcului,darnuvadepitensiuneapericuloas prescrisdeN.T.S.M.Reglareacurentuluidesudarepentrudiferite diametredeelectroziigrosimidematerialserealizeazprin modificarea formei caracteristicii externe a sursei. nfigura3.6suntprezentatediferiteposibilitidemodificarea caracteristicii externe a surselor. Figura 3.6. Variante de modificare a caracteristicii externe. nfigura3.6a,surseleaucaracteristiciconvenabile,deoarece tensiuneademersngolnuseschimblavariaiacurentuluidesudare. Surseledinfigura3.6bnucorespund,deoarecelacurenidesudaremici, cnd ionizarea gazelor din coloana arcului este redus, tensiunea de mers n gol este cobort. Cazulideallreprezintsurseleavndcaracteristicidetipulcelordin figura3.6c.nacestcazseobservclacurenimici,cndionizarea gazelordincoloanaarculuiestemairedus,tensiuniledemersngolsunt ridicate, asigurnd amorsarea i stabilitatea arcului. 3.2 Proprietile dinamice ale surselor pentru sudare narculelectriccuelectrodfuzibil,fenomenelesecomplic, deoarecentr-osecundtrecprinarc20-30picturiitotdeatteaorise scurtcircuiteazsursadealimentare,producndu-seosolicitaredinamica ei. Datorit acestui fapt se produc variaii rapide ale intensitiicurentului i 14 tensiunii,astfelnctnumaicaracteristicaexternnupoateficoncludent pentruapreciereacalitilorsursei.Variaiilerapidealeparametrilorelectrici, ce se produc n intervale de ordinul sutimilor de secund, sunt reprezentate n figura 4.7. Figura 3.7. Variaia parametrilor electrici. nfazaaI-aarelocscurcircuitulntreelectrodipies;intensitatea curentului variaz de la valoarea zero la valoarea maxim (de vrf) Ikv, n timpul tkv,apoicurentuldescurtcircuitscadeisestabilizeazlavaloareade scurtcircuit de durat tk. Tensiunea arcului scade de la valoarea demers n gol Uo la valoarea Uk, egal cu cderea de tensiune pe rezistena de contact dintreelectrodipies.Valoareatkestetimpulnecesarpentrustabilirea curentuluidescurtcircuit,deciprimaperioadreprezinttrecereadela regimul de mers n gol la regimul de scurtcircuit. nfazaaII-a,prinndeprtareaelectroduluidepies,caurmarea temperaturii ridicate, respectiv a cmpului electric intens, apare arcul electric. TensiuneaareunsaltrapidpnlavaloareaUv,apoiscadelavaloarea tensiuniiderezervUr,pentrucaulteriorscreasclatensiuneaarculuiUa. Toate aceste fenomene se petrec n timpul ts de stabilizare a arcului electric. n acesttimp,curentuldescurtcircuitsestabilizeazlavaloareacurentuluide sudare Ia. nfazaaIlI-a,ntimpulta,arculardenormaliseformeazo picturdemetaltopitncreterecare,launmomentdat,scurtcircuiteaz arculelectricpeoduratdetimptk(faza1).Dupdesprindereapicturiiare locoperioadderestabilireaarculuielectriccuduratatR(faza2)i fenomenele descrise se repet cu o frecven ridicat. nurmastudieriifenomenelorceseproducnarculelectriccu electrodfuzibil,rezultcsursatrebuies-imodificerapidceidoi parametri (tensiune, intensitatea curentului), manifestnd o inerieminim. Numaidacaceastcondiieestendeplinit,procesuldesudarevafi constantiuniform.Sursadesudarecarereacioneazrapidpeparcursul 15 fazelorartatevaaveacaracteristicidinamicebune,trecereadelaostare staionar la alta fcndu-se prin intermediul unor procese tranzitorii, datorit ineriei electromagnetice a sursei. Experimentalseconstatcpentruareaprindeunarcelectricntre doielectrozinclzii,estenecesarotensiunedeaproximativ25V. Tensiuneasurseitrebuiescreascdeci,ntr-untimpctmaiscurt,dela valoareaUk~0la25V,acesttimpfiindnumittimpderestabiliretr.Pentru ca sursa s aib caracteristici dinamice bune, timpul de restabilire trebuie s fie mai mic de 0,03 sec. nafaraacestuicriteriualtimpuluiderestabilire,pentruaaprecia proprietiledinamicealesurselor,semaiutilizeazdiferitealtecriterii,cum sunt: 1.Criteriul rezistenei aparente a sursei de sudare: kvfIUR0=Stabilitatea arcului este cu att mai bun cu ct Rf este mai mare. 2.Criteriul : aiimin= undeiminestevaloareaminimacurentuluidupndeprtareaunui scurtcircuit. Se recomand ca > 0,7. 3. Criteriul P (pentru transformatoare de sudare): kkvtgIT UP |t=20 nacestcriteriu,Uoestetensiuneaefectivdemersngol,Ikveste valoareamaximacurentuluidescurtcircuit,iar|ksedeterminpe oscilograma curentului n timpul procesului de sudare (fig. 3.8). Figura 3.8. Oscilograma curentului la sudare. S-astabilitcuntransformatordesudareareocomportaredinamic bun dac Pe (40...50). 16 3.3 Reglarea curentului de sudare Valoareacurentuluidescurtcircuitsepoateschimbaprin modificareafiearaportuluidetransformare,fieareactanei transformatorului. a)Modificarearaportuluidetransformaresefacecuajutorulunor prize pe primarul sau secundarul transformatorului (fig. 3.9): Figura 3.9. Modificarea raportului de transformare. SchimbarearaportuluidetransformareKprezintdezavantajulc odat cu micorarea curentului, scade i tensiunea de mers n gol. Din acest motiv se prefer modificarea reactanei totale a transformatorului. b)Modificareareactaneitotaleserealizeazprintr-oconstrucie special a transformatorului, n mai multe variante: I-Aezareanfurrilorprimareisecundarepeaceeaicoloan,la distanavariabild(variantanfurrilormobile).Unadinnfurrise realizeazmobilisepoatedeplasacuajutorulunuidispozitiv(fig. 3.10a).Prinmrireadistaneid,reluctanamagnetic(Rm)scadedatorit mririifluxurilordedispersie,deciinductivitateaL=C1-W2/Rmcrete, conducndlacretereareactaneiX=e.LiimplicitIareducereavalorii curentului I2k. Oaltvariantdereglajesteposibilncazultransformatoarelorcu mieztoroidal(fig.3.10b).Miezulmagneticestecircular,iarsecundarulse poate roti pn la un unghi o = 180 . Caracteristicile externe i de reglaj (I2 = f(o))suntasemntoarecuceledelatransformatoarelecucoloanei bobinemobile(fig.3.10c).Prinacestprocedeusepoatefaceoreglare continuacurentuluidesudare.Dezavantajulacesteivarianteconstn 17 faptulc,pentrurealizareaunorcurenimici,bobineletrebuie considerabil ndeprtate, ceea ce conduce la creterea greutii miezului. Figura 3.10. Modificarea raportului de transformare cu nfurare mobil. O alt problem o constituie rigidizare bobinei mobile pentru ca s nu vibreze.nschimb,factoruldeputereicoeficientulputeriiaparentesunt bunenraportcualtetransformatoare:cos=(0.3...0,4)io= (0,22...0,24). II - Metoda unturilor magnetice Figura 3.11. Transformator cu unt magnetic. untulmagneticareacelaiefectcaivariaiadistaneidintre 18 nfurri,conducndlamrireafluxurilordedispersie,decilacreterea reactanei.Schemadeprincipiuaunuiastfeldetransformatoreste prezentat n figura 3.11. Cretereamaximareactaneiseobinelavaloareade90a unghiului o (curenii cei mai mici de sudare). Caracteristicaexternidereglajareaceeaialurcaila transformatoarele cu bobine mobile. Modificarea tensiunii de mers n gol este neglijabil, iar reglajul curenilor de sudare se face continuu. III - Metoda bobinei de reactan separat Transformatoruldesudareestemonofazat,cudispersienormal, tensiunealabornelesecundaruluifiindaproapeconstantlavariaia curentului (curba 1). n momentul n care se intercaleaz n circuit bobina de reactan,reactaneisensumeazcureactandedispersiea transformatoruluiicaracteristicaexternagrupuluiformatdin transformator i bobin va fi cobortoare (curba 2) (fig. 3.12). Figura 3.12. Reglarea curentului cu bobin de reactan. 4. Utilaje folosite la sudare 4.1. Utilaje pentru sudarea semiautomat sub strat de flux Laacesteinstalaii(fig.4.1),deplasareacapuluidesudareseface manual.Deobicei,capuldesudareestesprijinitpepiesadesudatcu ajutorul unui dispozitiv cu nlimea reglabil. Figura 4.1. Instalaie pentru sudarea semiautomat sub strat de flux. 1- sursa de sudare; 2- cutia de distribuie cu aparatajul de control; 3- mecanismul de 19 avans al srmei electrod; 4- tambur cu srma electrod; 5- cap de sudare cu plnia pentru de flux; 6- tub flexibil. Un tub flexibil cu lungimea de 3...5 m, asigur conducerea srmei de la mecanismuldeavanslacapuldesudare,alimentareasrmeicucurent, precumiposibilitateatransmiteriiunorcomenzidelacapuldesudarela mecanismul de avans (reglarea vitezei). Fluxulseaflntr-oplniefixatpecapuldesudare.Regimurilede sudarediferiteseobinprinmodificareacurentuluidesudareiavitezeide avans a srmei electrod. Tubulflexibilspecial(fig.4.2a)servetepentrunaintareasrmei electrod.Elestealctuitdintr-ospiraldubldeoel(1),dinfirelede alimentareaarcului(3)careasiguritransmitereacomenzilordepornire-oprire prin circuitul de comand (4). Cablul flexibil este acoperit cu o cma de bumbac (5), mbrcat la exterior cu cauciuc (6). Capul de sudare (fig. 4.2b) este compus dintr-un corp de aluminiu (1), la partea inferioar avnd nurubat un corp cilindric (2) din cupru. n interiorul corpuluiestefixatuncottubular(3)dinalamioduzdecontact(4)din bronz. La partea superioar a capului este fixat plnia pentru flux (5). Capul de sudare este fixat de mnerul (7), pe care este montat butonul de comand (8),careconecteazmotorulpentrucomandaavansuluisrmeielectrod. Capulestefixatpeunpivot(9)reglabilidemontabil,ceservetela sprijinirea i ghidarea capului n timpul sudrii. Figura 4.2. a) Tubul flexibil; b) Capul de sudare. Laacesttipdeutilajsepuneproblemadacacestapoatefunciona 20 fr reglaj automat al vitezei de avans a srmei, deplasnd manual capul de sudare,frcaoperatorulsudorspoatvedeaarculelectricivrful electrodului.Practicaadatrspunsafirmativlaaceastntrebare.La sudarea semiautomat nu se pot elimina variaiile lungimii arcului. Totui,practicaaartatcprocesuldesudareestestabillavitezade avansconstantaelectrodului,cu condiiacadiametrulsrmeielectrods nudepeasc2mm,iarintensitateacurentuluissemeninntre 250..650 A. Explicaia rezid din faptul c, micornd diametrulelectrodului semretedensitateadecurent,respectivstabilitateaprocesuluide sudare. Din aceste motive, semiautomatele pentru sudare se realizeaz, fr excepie, fr reglaj automat al vitezei de avans a electrodului. 4.2 Utilaje pentru sudarea n mediu de gaz protector Lasudareanmediudegazprotectorseasiguroproteciefoarte bun a bii de metal topit n timpul operaiei de sudare. ncondiiideantier,trebuiegsitemijloacelenecesarepentruca pturadeproteciegazoassnufiesuflatdecureniideaer.Gazele folositepentruproteciaspaiuluiarculuipotfimpritentrei grupeprincipale: 1.Gaze inerte: argon, heliu; 2.Gaze active: CO2, N2, H2, vapori de ap; 3.Amestecuri de gaze active i inerte: Ar + O2, Ar + N2, Ar + H2, Ar + CO2. Dezvoltareaaccentuataacestorprocedeenultimultimp,seexplic printr-o serie de avantaje tehnico-economice, i anume: - nusefolosescfluxurisaunveliuripentruelectrozi,prinurmare nu mai este necesar operaia de curire a custurii de zgur; - productivitate ridicat; - -gradnaltdeconcentrareaclduriinzonerestrnse,ceeace reduce mult deformaiile pieselor sudate; - aciune minim duntoare a oxigenului i azotului atmosferic; - posibilitateasudriiunormetaleialiajespeciale,lagrosimilecele mai variate; - posibilitateasupravegheriiarculuideschis,deciconducereamaibun a procesului de sudare; - -posibilitimailargidemecanizareiautomatizare.Procedeelede sudarenmediudegazprotectordiferdupfelulelectrozilorfolosii (fuzibilisaunefuzibili),dupfelulgazuluideprotecieidupfelularcului electric.Corespunztordiferitelorprocedeedesudare,utilajeledesudarese clasific n urmtoarele grupe: 1.Utilaje pentru sudarea n mediu de hidrogen atomic; 2. Utilajepentrusudareanmediudeargonsauheliu,cuelectrod nefuzibil (W.I.G. sau T.I.G.); 3. Utilajepentrusudareanmediudeargonsauheliu,cuelectrod 21 fuzibil (M.I.G.); 4. Utilajepentrusudareanmediudegazeactive,cuelectrodfuzibil (M.A.G.). 4.2.1 Utilaje pentru sudarea n mediu de hidrogen atomic Sudareanhidrogenatomic(arc-atom)sefacecuunarztorspecial, arcul formndu-se ntre doi electrozi de wolfram legai la o surs decurent alternativ (ca.)- Coaxial cu electrozii se trimite jetul de hidrogen care trece n zona arcului printr-un spaiu inelar format ntre electrod i ajutajul electrodului (fig. 4.3). Subinfluenatemperaturiinalteaarculuiseproducedisocierea hidrogenuluinatomi,absorbindu-seomarecantitatedecldur.Cnd atomiidehidrogenatingsuprafaametaluluicareestemairece,atomise recombinnmoleculedehidrogen.Acestfenomenestensoitde dezvoltarea cldurii ce fusese absorbit la disocierea hidrogenului: H + H = H2 + 10600 cal/mol Figura 4.3 Schema procedeului de sudare n mediu de hidrogen atomic. 1-arztoare;2-electrozi;3-zonadereasociere;4-zonadehidrogen molecular; 5- zona de disociere. Topireametaluluidebazideadaossefaceexclusivpebaza clduriidezvoltatenurmareacieidereasocire.Electroziidewolframse leaglatransformatoruldesudare,carearetensiuneademersngolde (250...300)V,ntimpcetensiuneaarculuiestede(60...100)V.Curentulde sudare este de (10...100)A i depinde de grosimea pieselor: Is = (15...20) de [A], unde de = s/3 + 1 [mm]. Debitul de hidrogen este QH2 = 800 + 15 Is [l/h] Datorit aciunii de rcire a arcului provocat de disociere, precum ia potenialului ridicat de ionizare a hidrogenului, este necesar o tensiune mare pentruamorsareaarculuiiinstalaiatrebuieprevzutcudispozitive de protejare contra electrocutrii. Procedeulseutilizeazlasudareapieselorrelativmicidinfont,oel refractar,ncrcricumaterialedureilucrridereparaiispeciale.Nuse 22 poate aplica aliajelor ce conin procente mari de elemente cu afinitate mare fa de hidrogen: Cu, Ni, Ti, Al. 4.2.2Utilajepentrusudareanmediudegazinert,cu electrod nefuzibil (W.I.G.) Arculelectricseformeazntreunelectrodnefuzibildinwolframi pies. Electrodul, arcul i baia topit sunt protejate de un nveli gazos inert (argon,heliu),ce sescurgedintr-unajutaj concentric cu electrodul.Dac se sudeazcumetaldeadaos,acestaseintroducelateral,subformaunei srme, ce nu intr n circuitul electric. Surselefolositepotfidecurentcontinuusaucurentalternativ. Arztoarele sunt de obicei rcite cu ap. Diametrul electrodului dewolfram estede(1,5...6)mm,iarcurentuldesudareestedepnla300A.Argonul folositcagazprotectorpoatefipur(99,99%),fiindutilizatlasudarea aliajelor de aluminiu, sau argon tehnic, utilizat la sudarea oelurilor. Schema instalaiei pentru sudarea manual, cu arc electric, n mediu de argon, n curent continuu, este prezentat n figura 4.4. Figura 4.4. Schema instalaiei de sudare WIG. 1 - generator de sudare; 2 - oscilator; 3 - rezisten de balast; 4- ampermetru; 5- condensator; 6- bobin; 7- arztor; 8- debitmetru; 9- reductor de presiune; 10- butelie. Pentruamorsareaarculuielectricsefoloseteunoscilator.Acesta produceotensiunedevaloaremareifrecvenridicat.Datorit cmpuluielectricintens,nspaiularculuiseproduceoionizare pronunat,permindaprindereaarcului.Dinpunctdevedere constructiv,oscilatorulesteungeneratordescntei,defrecvenridicat. Bobina(6)icondensatorul(5)alctuiescunfiltrudeproteciepentruca tensiunea nalt s nu ajung la sursa de sudare. Sudareasepoatefaceicuheliu,instalaiafiindasemntoare. Excepie face numai sursa de sudare, deoarece tensiunea arcului n heliu este de (1,5...2) ori mai mare ca n argon. La acelai curent de sudare, n heliu, se dezvoltocantitatedecldurmaimare,datoritcderiimaimaride tensiune pe coloana arcului. 23 Un amestec de He + Ar este cel mai convenabil (40%Ar + 60%He)i conducelacusturimaibunedectnargonsauheliu.Acestprocedeuse utilizeaz att la sudarea aliajelor de aluminiu, ct i la sudarea oelurilor. 4.2.3 Utilaje pentru sudarea MIG. Laacestprocedeu,arculelectricseformeazntrepiesisrma electrod(fig.4.5).Srmaavanseazmecanizaticontinuu,depeun tambur. Gazul protector se scurge printr-un ajutaj al arztorului special i are misiunea de a proteja baia de metal topit de aciunea atmosferei.Sursa de sudarepoatefiungeneratorsauunredresordecurentcontinuu,cese racordeaz cu polul negativ la pies i cu polul pozitiv la electrod. Gazeleutilizatepentruprotecielasudarepotfi:Ar,Hesau amestecuri de gaze: (Ar + He). Figura 4.5. Schema procedeului WIG. Figura 4.6. Caracteristica arcului. Deoarecearculardeladensitimaridecurent,vaaveacaracteristica staticurctoare.Deci,serecomandcaisursadecurentsaibo caracteristic rigid sau lent cobortoare. Sudarea prin acest procedeu noate fi executat att semiautomat ct i automat. n timpul sudrii, lungimea arcului variaz n anumite limite.n figura 4.6sevedecdaclungimeaarculuicreteaccidentalsetrecede De caracteristica 2 pe 3, curentul absorbit de la surs reducndu-se substanial (lavaloareaIS3).Deoarecevitezadeavansasrmeiesteconstant,seva reduceivitezadetopireaelectrodului,datoritmicorriiintensitii curentului.Caurmare,sevareducelungimeaarcului,revenindu-sela caracteristica2.Datoritvariaiilormarialecurentuluidesudarelavariaia lungimiiarcului,fenomenuldeautoreglajsemanifestfoarterapid. Autoreglareaarculuielectricsemanifestbineidinacestmotivvitezade avansasrmeielectrodestedeobiceiconstant.Fenomenularelocn mod similar n cazul micorrii accidentale a lungimii arcului. Procedeulseaplicpentrusudareaaluminiuluiiaaliajelorsale, precumiaaliajelorceconinprocentemaridecupru,nichel,ctila sudareaoelurilorcarbon,slabinaltaliat.Schemainstalaieieste 24 asemntoarecuceadelaprocedeulW.I.G.,cudeosebireacelectrodul esteavansatnarcdectreunmecanismdeavans,calainstalaiilede sudare semiautomat sub strat de flux. 4.2.4 Utilaje pentru sudarea MAG. Arculelectricseformeazntreelectrodulfuzibilipies,ntr-un mediudegazactiv.Deobicei,seutilizeazbioxiduldecarbon(CO2),care realizeazproteciaarcului.Acestgazareoaciuneoxidant,cepoatefi compensatprincretereaconinutuluideelementedealieredinsrma electrod.Datorittemperaturiiridicate,bioxiduldecarbondisociaz,iar oxigenul atomic oxideaz elementele de aliere: CO2 -> CO + O Elementelecuafinitatemarelaoxigen:Si,Va,Mn,C,vorintran reacie de oxidare, concomitent avnd loc i reacii de reducere: Mn + O = MnOoxidare MnO + C = CO + Mnreducere Din reacia azotului cu bioxidul de carbon rezult oxizi insolubili n baia de metal topit. Bioxidul de carbon trebuie s aib o puritate de 99%. Fiind avid de ap, bioxidul de carbon va forma acidul carbonic H2CO3. Prin destindere, la ieirea din butelie a bioxidului de carbon se va forma zpadacarbonic,carevareducepresiuneagazului.Dinacestemotive,n instalaievorfiprevzuteunnclzitorelectric, cuplatcuunusctorpentru eliminarea vaporilor de ap. SchemauneiinstalaiipentrusudareaprinprocedeulMAGeste prezentat n figura 4.7. Figura 4.7. Schema instalaiei de sudare prin procedeul MAG. 1 - sursa de curent; 2 - tabloul de comand; 3 - mecanism de avans; 4 - cap de sudare; 5 - tambur srm; 6 - debitmetru; 7 - usctor gaz; 8 - reductor de presiune; 9 - nclzitor gaz; 10 - butelie CO2. Acestprocedeudesudareareoseriedeavantaje,printrecare enumerm:, 25 - puteremaredetopire,caurmareadensitilormaridecurent (200 - 230)A/mm2; - productivitate ridicat: (3...4) kg/h de metal depus. 4.3 Robotizarea proceselor de tiere i a proceselor conexe. 4.3.1. Particulariti i cerine pentru roboii folosii la procesele de tiere. Numrul aplicaiilor robotizate ale proceselor de tiere este cu mult mai redusdectcelntlnitlasudare.Considermcunuldintremotiveeste preciziadeosebitcerutroboilornacestcaz,deoarecedaclasudare, baia de metal topitintegreaz" micile abateri de poziionare i deplasare, la tiereoricediscontinuitatedepoziionaresauinconstantavitezei, acceleraiei, etc. se traduce prin neuniformiti ale suprafeei tiate. nultimuldeceniu,perfecionareaorganelordemaini(ghidajeliniare, uruburicubile,reductoarearmonice,etc),amotoareloriacionrilor acestora,atraductoarelorisistemelordecomandaufcutposibil realizarea unor RI cu performane dinamice i de precizie mari la costuri ct sepoatedeaccesibile.Astfel,preciziideordinula+/-0,2mmichiarmai bune, n cea mai defavorabil combinaie de perturbaii permit folosirea unor roboi comuni inclusiv la robotizarea proceselor de tiere. Figura 4.8. Robot pentru RI tierea orificiilor ntr-o grind cu perei de 12 mm grosime DinpunctdevederealcapacitiiportanteRItrebuiespoartecapul de tiere i pachetul de cabluri i furtunuri al acestuia. Sunt suficieni pentru acestscop60...80N,inndcontidereaciuniledinamice.Adeseoriprin echilibroarejudiciosamplasateestesuportatparialgreutateafurtunurilor. Dacsuntnecesareventiledecomand/blocare/siguran,acestease monteaz de obicei pe o plac amplasat pe una din axele principale ( axa 2 sau 3 ) ale robotului. SistemuldecomandalRIasigurnprincipaldeplasareape traiectoriadetiereprinconturare(continuouspath")ipornirea/oprirea tierii. La tierea cu plasm, aceastanseamn conectarea / deconectarea 26 surseidealimentareaarculuideplasm;ncazultieriioxigaz,robotulva comandadinprogram,dupcumsearatnfigura2,ieiriceacioneaz asupra unor electroventile (comand oxigen, acetilen , metan); la tierea cu jet de ap, ventilul apei sub presiune, .a.m.d. nurmcuctevadecenii,lanceputulepociirobotizriiindustriale, majoritateaelementelordestructur,respectivorganedemainise confecionau din subansambluri debitate fie mecanic, fie pe maini de tiere n coordonate. Acesta ar putea fi un alt motiv pentru care roboii sunt mai rar utilizai la automatizarea proceselor de tiere. n ultimii ani, aceste repere se realizeazfrecventprindebitareaunorprofilesautuburi,adeseadup traiectorii foarte complexe. Considerm ca aceasta va duce la extinderea aplicaiilor robotizate de tiere. De asemenea, accelerarea folosiriiroboilor la tiere este favorizat de dezvoltarea sistemelor de programe specializate pentru debitare. ntructdatelecunoscuteprivindrspndireadiferitelorsistemede tieremecanizate,automatizateicuattmaipuinrobotizatedinara noastr sunt extrem de reduse, n tabelul 1 se prezint aprecierile cu privire la gradul de mecanizare (automatizare, de obicei pe maini n coordonate X-Y),bazatepecunoatereaunuimarenumrdeunitiindustriale reprezentative, att din sectorul de stat, ct i din cel privat. Tabelul 1. Aprecierile cu privire la gradul de robotizare al procesului de tiere (*) numrul de aplicaii cunoscute este nul, varianta manual nu poate fi imaginat 4.3.2. Sisteme robotizate de tiere cu flacr oxigaz Din diferite cauze, flacra utilizat la tierea oxi-gaz ar putea, n timpul procesuluidetieressesting.ncazultieriirobotizate,nabsena operatorului uman, aceasta ar putea avea efecte periculoase datorit gazelor combustibile / explozive cear continua s ias din capul de tiere. Pentru a mpiedicaacestlucru,npracticseutilizeazadeseaunsistemde supraveghere a arderii flcrii, ca de exemplu : >o fotocelul care sesizeaz absena radiaiei luminoase a flcrii;un traductor de ionizare al gazului fierbinte din apropierea jetului de tiere; 27 Figura 4.9. Schema de principiu a comenzilor i alimentrii unui cap de tiere oxigaz n cazul tierii robotizate. Semnaleledelaacestetraductoarecomandblocareaadmisiei gazelor(O2,C2H2)ioprirearobotuluipetraiectorie.Roboiiindustriali modernipermitcadupremediereacauzeistingeriiireaprindereaflcrii de tiere, procesul s poat fi reluat din locul opririi. Programulspecializatdeelaborareasubrutinelordetierevagenera ivatrimitedirectnsistemuldecomandalrobotuluicodulobiectal programului de debitare. Pn nu demult, apreciereacalitiitieturilorsefceapentru fiecaredintreceletreiprocedee(oxigaz,plasm,l aser)dupnorme specifice.nprezentestencursdefinalizarenormaENISO9013,care unific criteriile de evaluare. Capuldetiereutilizatlatierearobotizatoxigazestepracticsimilar cu cele utilizate la mainile de tiere CNC. Seobservnfigura4.8prezenaunuiconductorcarefaciliteaz folosirea capului de tiere ca senzor de contact. nfig.4.10aseprezintndetaliuuncapdetiereoxigazpentru sistemerobotizate,iarnfig.4.10btieturatipicdinpunctdevedereal calitii ce se poate obine pe astfel de sisteme. a)b) Figura 4.10. a) Cap de tiere oxigaz pentru sisteme robotizate b) tietur tipic pentru astfel de sisteme 28 Premizele i efectele procesului de tiere cu oxigaz Un proces continuu de tiere oxigaz poate s se produc n rostul tiat numai dac sunt ndeplinite urmtoarele condiii: dac muchia superioar a tieturii se afl n permanen la temperatura de aprindere ; dacexistnpermanenocantitatesuficientdemaredeatomidin substanele reactivante (oxigen i fier) ; dacclduradereacieestesuficientpentruaproducelichefierea produilor de reacie ; dacenergiacineticajetuluideoxigenestesuficientdemare pentru a produce purjarea ( ndeprtarea ) filmului de material topit 4.3.3. Sisteme robotizate de tiere cu plasm. Datorit numeroaselor avantaje tehnico-economice, n ultimul timp se constat tendina de nlocuire a flcrii oxigaz cu arcul de plasm. Att comanda mediilor plasmagene i de protecie,controlul energiei arculuidetiere,precumisesizareaarderiiacestuiasepotfacemultmai uor dect la sistemele oxigaz, pe cale electric. Figura 4.11. Aspect din timpul tierii robotizate cu plasm de aer Caincazultieriipemainiautomate,pieselepotfiaezatepe mese de tiere, prevzute cu cuie conice sau role. n cazul tierii robotizate apare posibilitatea suplimentar de a pune piesele pe o mas de poziionare cu1-3gradedemobilitate,canfigura4.12.,ceeacepermiteanfrenri orict de complexe. 29 Figura 4.12. Sistem complex pentru tierea robotizat cu arc de plasm, avnd 8 pn la 12 grade de libertate. n cazul reperelor de mari dimensiuni, roboii obinuii (antropomorfi) se deplaseazcuajutorulunuisistemcarteziandebaz,avnd1-3axe, obinndu-se n mod curent volume de lucru de 10 x 4 x 2,5 m3; un astfel de sistem este nfiat n figura 4.13, iar cteva dintre reperele debitate pe el n figura 4.14. Capetelepentrutierearobotizatcuarcdeplasmpotficilindrice saupotaveaformadinfigura15,carepermiteabordareacudiverse unghiuri prestabilite a operaiilor de debitare/anfrenare: prinderea capului peaxafinalarobotuluisepoatefacepeporiuneavertical(canfigur) sau pe poriunea adiacent nclinat. Figura 4.13. Sistem robotizat pentru tierea pieselor de mari dimensiuni 30 b) Figura 4.14. Repere avnd configuraie complex ( a ), debitate pe un sistem robotizat de tiere cu plasm ( b ). Capetele moderne det i er esunt prevzute cu diuze din aliaje dure decupru,rci tecuapi electrozidezirconiuTiafhiuncazultieriicu azot sau oxigen. Uzuraacestoraesteredus:operecheel ectrod/di uzasigur tierea a 3 pn la 120 metrii de tietur n tabl de 10 mm. 31 Figura 4.15. Cap tipic pentru tierea robotizat cu arc de plasm. Procedeuldetierecuplasmioxigen,dezvoltatnultimele decenii prezint anumite perticulariti. Arcul de plasm se prezint sub forma unui fascicol bine legat, pune la dispoziieocantitatemaredeenergietermiciestecapabilastfels topeasc materialul pe toat grosimea tieturii. n plus, jetul fierbinte, avnd temperaturintre4000i20000K,posedoenergiecineticmare,care uureaz ndeprtarea materialului topit. Oxigenul ptrunde prin jetul de plasm i se nclzete n aa msur, nctmoleculelesalesuntdisociateitrecntr-ostareionizat,ncare conductibilitateaelectricesteconsiderabil.nacestecondiii, reactivitateaoxigenuluisediminueazodatcucretereatemperaturii.Ca urmare, la tierea cu plasm i oxigen nu se ndeplinete condiia a doua din celepatruprezentate.Sepoatedemonstrachiariprincalculc,deasupra temperaturiide4500C,reaciadintrefierulconinutnmetaluldebazi oxigen nu mai este posibil.Acest lucru nseamn c n imediata apropiere a frontului de tiere, fierul nu este oxidat. Tierea cu plasm i oxigen este, n consecin, un procedeu de tiere prin topire. Oricearcdeplasmarede-alunguldiametruluisuorepartiie caracteristicatemperaturii.Miezularcului-extremdefierbinte-este nconjuratdeoteacdegaz(O2),relativrece.Dinacestmotiv,aceast mantapoateproduceooarecareoxidareasuprafeeidetiere.Cercetri analiticeimetalurgiceprecumimsurtorialeduritiiauconfirmatc modificrileprodusedeoxigenpemuchiiletieturilorsuntmaimicila procedeuldetierecuplasmdectlaprocedeulautogendetiere,dup cum se arat n figura 4.16. 32 b) Figura 4.16. Modificrile muchiei tieturii la procedeul de tiere cu laser i oxigen ( a ) i modificrile muchiei tieturii la procedeul de tiere cu plasm i oxigen ( b ). Sepotaducemaimulteargumentenfavoareafolosiriioxigenuluila tiereacuplasm.Oxigenulareoseriedeproprieticarelfacsse pretezepentruungazdeplasm:cldurspecific(entalpie)i conductibilitate caloric, ambele mari. Prin influena sa asupra metalului topit, oxigenul face cabaia topit s fiemaifluidceeacefavorizeazprocesuldedegazareatopiturii.De asemenea, n cazul oxigenului se potevita acumulrile compuilor de azot pe suprafeele tiate. Pelngtiereapropriu-zis,echipamenteasemntoare,compuse dintr-unrobotioinstalaielasersefolosescactualmentelacurirea suprafeelormetalice,marcaresauperforare.Deexemplu,compania americanDATRONIXapuslapunctunsistemdeperforarecufascicol laser al circuitelor imprimate. Echipamentul, dezvoltat la finele anilor 90, poate perfora pn la 1000 de orificii pe secund, n textolit stratificat armat cu fibre de sticl, avnd ase straturi de cablaj din cupru. Grafi cel eartatencontinuareilustreazdependenadintre coeficienii de interaciune ai materialelor cu raz laser i lungimea de und X a acesteia, pentru cteva dintre cele mai comune metale. Barele verticale din figurreprezintintensitatearelativdeinteraciunepentrudoutipuri uzuale de laser, cel carefolosete alexandritul (A) i cel bazat pe neodim-ytrium (Y). Pentruacesteaipentrualtemateriale,laserulcualexandriteste evidentmaiavantajosenergetic.Cadomeniuprincipaldeaplicarese menioneaz n literatur tierea tablelor i foliilor subiri metalice. 33 Figura 4.17. Coeficienii de intensitate relativ de interaciune dintre fascicolul laser i cteva metale uzuale. Seremarcdinfiguraprezentatclungimiledeundalecelordou surse laser analizate sunt n infraroul apropiat ( 755nm)pentrualexandrit, respectiv domeniul mijlociu al radiaiei infraroii ( 1060 nm ) n cazul laserului Nd:YAG. Parametrii principali ai laserului cu alexandrit sunt: energia impulsurilor: 5 - 40 J / impuls ; puterea medie : 10 - 100 J; durata impulsurilor : 0.1 - 10 ms ; frecvena impulsurilor : 1 - 20 Hz. Constituindosursdeenergiepur,perfectcontrolabildepnla 5...6 kW, att laserul cu CO2 ct i cel cu Nd:YAG continu s fie aplicate pe scara larg la tierea materialelor, obinndu-se tieturi acurate, calitative i repetitive ntr-un domeniu larg de grosimi. Fademetodeleclasicedetiere,laserulpermiteidecupripe pieseledejauzinatefinal,fraproducedistorsiunitermice.nultimiiani, laseruladevenitounealttehnologicuzual,nlocuinddeexemplu poansoanele pentru decupare mecanic. Posibilitateadeatiapiesetridimensionalecomplexencondiiide mareprecizie,cuzoneminimaleafectatetermic,acontribuitlaocretere substanial a aplicrii laserelor- att cel cu CO2 ct i cele solide la aceste procese. Laputerimici,laserulestefixatdirectpeultimulgraddemobilitateal robotului,pecndncazulputerilormarifascicoluldelumincoerent estecondusprintubulaturiadecvate.Deasemenea,existproductoride sistememanualepentrutiereculasercaicelprezentatnfigura4.18. Tubulaturilefolositepotfirigide,ncazulputerilormari(peste2...3kW), compuse din mai multe segmente articulate, prevzute cu oglinzi n nodurile articulaiilor.Datoritenergiilormarivehiculatelanivelulsuprafeelor 34 acestor oglinzi, ele sunt rcite cu lichid, n circulaie forat. Figura 4.18. Loc de munc destinat operaiilor de tiere manual cu laser. Sisteme robotizate de tiere cu jet de ap Debitarea cu un jet de ap sub presiune reprezint otehnologie care se impune tot mai mult, n special la debitarea materialelor neferoase. Pentrumaterialeleuzualesefolosescinstalaiicareridic presiunea apei la 2000 -4000 bar, realizate pebazaunorpompecudublu efect. n circuitul primar, o pomp hidraulic furnizeaz ulei la o presiune de 180...200bar,careatacprimarulamplificatoruluihidraulic(Pnfigura 4.19.). n secundar apa estecomprimat de ctre pistonul S, presiunea rezultat fiind dedus din egalitatea: P1 * S1 = p2 * S2 n consecinp2 = S1/S2*p1 Figura 4.19. Tierea robotizat utiliznd un jet de ap la mare presiune. 35 Figura 4.20. Schema de principiu a generatorului de presiune utilizat la tierea cu jet de ap. Utiliznd ap pur, dedurizat, se pot tia metale cu grosimea pn la 5...8 mm. Pentru grosimi mai mari seintroduc lateral n jetul de ap sub presiunepulberiminerale(corindonsaumaialesgranat)careexercitun efectabrazivputernicifacposibiltiereaunorgrosimidepnla 25...30mm. 5 mbinri sudate 5.1 Clasificarea mbinrilor sudate Clasificareambinrilorsudatesepoatefacedupmaimultecriterii. Printre acestea, cele mai importante sunt urmtoarele: a) dup poziia n spaiu a mbinrii n momentul sudrii; b) dup poziia reciproc a elementelor mbinate. Dup primul criteriul, mbinrile sudate se clasific n (fig. 5.1): 1.Custur orizontal sau orizontal n jgheab; 2.Custurorizontalpeplannclinatsauorizontalcuunperete vertical; 3.Custurorizontalpepereteverticalsauorizontalcupereinclinai; 4.Custur n corni; 5.Custur de plafon sau peste cap; 6.Custur vertical - de jos n sus (ascendent); - de sus n jos (descendent). Figura5.1.Tipuridembinriduppoziianspaiunmomentul 36 sudrii. 1-orizontal(orizontalnjgheab);2-orizontalpeplannclinat (orizontalcuunperetevertical);3-orizontalpeperetevertical(orizontal cu perei nclinai); 4 - n corni; 5 - de plafon;6-vertical(ascendent, descendent). Dup cel de-al doilea criteriu, mbinrile sudate se clasific n: 1. mbinri cap la cap: - unilaterale sau bilaterale; - cu sau fr prelucrarea marginilor. 2. mbinri de col; 3. mbinri n guri. 5.2. mbinri cap la cap 5.2.1. Elementele geometrice ale cordonului Formacordonuluidesudurdepindedemaimulifactori,nspecialla sudareamanualundeintervineicalificareaoperatoruluisudor.Forma cordonului, lambinarea cap la cap, este prezentat n figura 5.2. Figura 5.2. Elementele geometrice ale mbinrii cap la cap. Pe msur ce se topete electrodul, se topete i metalul de baz, care participlaformareacordonului.Cantitateademetaldebaz,ceintrn fuziune, respectiv adncimea pn la care ptrunde arcul electric, depinde de intensitateacurentuluidesudare.Deaceea,lasudareamanual,carese face cu intensiti mici, adncimea de ptrundere H este limitat. Experimental s-astabilit,pentrusudareamanualcaplacapfrteireamarginilor,c adncimeadeptrunderemaximestedeHmax=5mm.Dinacestemotive, tablele cu grosimi mici s < 4mm, pot fi sudate pe o singur parte, iar la grosimi s=(5...8)mmtablelesesudeazpeambelepri,frteireamarginilor. Pentrugrosimimaimarimuchiileseteesc,i arrostul bvafi mai mare. Li meacordonul ui areval oareaE = (5...15)mm, iar raportul + = E/H ia valori cuprinse ntre (2...8). raport ce poart numele de coeficient de form al cordonului.Cordonuldesudurestecaracterizat,nafaramrimilor prezentate mai sus, i de supranlarea h < 0,1 s (valoare recomandat). 5.2.2. Prelucrarea marginilor la mbinrile cap la cap Formamarginilorpieselorsupusesudriidepindedegrosimea materialuluiideprocedeulfolositpentrusudare.ngeneral,lasudarea grosimilormariaparepericolulscurgeriimetaluluitopitnparteaopus 37 cordonului,datoritcantitiimaridemetaldinbaiadesuduridatorit rostuluimaimarealmbinrii.nacestcazestenecesaradoptareaunor msuri pentru susinerea bii de metal topit. Sudarea ntr-un singur strat, fr prelucrare,necesitmsuririguroasepentrupregtireaipoziionarea tablelor,pentruaasiguraunrostctmaiconstant.Dinacestmotiv,n practic,serecurgeadesealasudareanmaimultestraturi,cuprelucrarea marginilor.Pregtireamarginilorserealizeaznurmtoareleaptemoduri (fig. 5.3): 1)1/2V;s=(5...25)mm;2)V;s=(5...25)mm;3)K;s=(12...40)mm;.o = 50;b.c = f(s).o = 60; b,c = f(s). o = 50; b,c = f(s). 4)1/2U; s = (12...60)mm; 5) X; s = (12...60)mm; 6)U; s = (20...60)mm o = 10; b,c = f(s)o = 60; b,c = f(s)o=10; b,c = f(s). 7)2U;s = (30...60)mm; o=10 ;b,c = f(s). Figura 5.3. Prelucrarea marginilor la mbinrile cap la cap. Geometriamarginilorasigurcondiiilenecesarepentruptrunderea cordonuluilardcinacusturii.ncazulteiriicuununghio,preamic,nu existposibilitatearealizriirdcinii,dupcumseobservnfigura5.4 (cazula),spredeosebiredecazulb,lacareteireas-aexecutat corespunztor. a)b) Figura 5.4. Ptrunderea cordonului n funcie de unghiul de prelucrare a marginilor. 38 PrelucrrilepentrusudareamanualsuntreglementateprinSTAS 8456-69. Principalele tipuri de prelucrare prezentate se pot aplica ntr-o gam largdegrosimialematerialului.Pentruaceeaigrosimesepotadopta modurideteirediferite.Alegereamoduluideteiresevarealizanurma unuistudiuasupraeconomicitiisudrii,naafelnctsseconsumeo cantitatectmaimicdemetaldeadaos,deciiocantitateminimde energie, iar sudura s rezulte cu o penetraie suficient. Dacsefaceuncalculalmaseidemetaldeadaos,pentruogamde grosimiipentrudiferitemodurideprelucrareamarginilor,sepoatetrasa diagrama prezentatn figura 5.5. Figura 5.5. Consumul de metal de adaos n funcie de grosimea tablelor i de modul de prelucrare a marginilor. Din analiza acestei diagrame, rezult c pentru grosimi s< 25mmeste mai convenabil prelucrarea n V dect prelucrarea1/2 V, iar pentru grosimi s >20mm,ceamaieconomicesteprelucrareanX,urmndprelucrrilen form de U i K. Trebuiesubliniat,ns,faptulcprelucrrilenV,XiUtrebuie realizate pentru ambele margini, ceea ce conduce la creterea consumului de manoperienergielaprelucrare.Deci,adoptareamoduluideprelucrare a marginilor se va face analiznd ambii factori. nceeaceprivetesudareacaplacapatablelorcugrosimidiferite, tablamaigroastrebuieteitpeoanumitlime,dacdiferenade grosime depete valoarea admis (tabelul 5.1). Tabelul9.1Diferenadegrosimeadmisibildelacareestenecesar teirea. s2[mm]2...34...3030...4040...50 s1-s2[mm]1246 Teireapoatefifcutipeambelepri,darnconstruciadenave nusepoatefacedectpeparteaopusceleipecaresesudeazosatura (fig. 5.6). 39 Figura 5. 6. Teirea marginii n cazul diferenelor mari de grosime. nceeaceprivetesudareaautomat,trebuiemenionatfaptulc prelucrareamuchiilorestenecesarlagrosimimaimaride14mm, deoarecelaacestprocedeudesuduradncimeadeptrundereestemai mare.nacestcaz,prelucrrilesuntnprincipiudeaceeaiformcala sudarea manual, diferind doar unele valori pentru a, b i c, ct i gamele de grosimi la care se recomand fiecare prelucrare. Ca observaie general, trebuie menionat faptul c unghiul a esteai mic la toate prelucrrile, iar pragul c este mai mare. n ceea ceprivete rostul b, acesta este n general acelai ca la sudarea manual.Consumul demetaldepusvafinconsecinmaimicpentruaceeaimbinare sudat automat. 5.3 mbinri de col Acestembinrisuntalctuitedinelementeaezateperpendicular, avndmarginileteitesaunu,nfunciedegrosimeamaterialului, mbinrile de col pot fi: continue - unilaterale; -bilaterale. discontinue-unilaterale; -n zig-zag; -n pieptene; - n lan. mbinrilediscontinue(fig.5.7)suntcaracterizatedelungimea cordonului 1 i pasul sudurii p. a) unilateral discontinuac) n pieptene b) n zig-zag d) n lan 40 Figura 5.7. Tipuri de mbinri discontinue. mbinrile n guri constituie un caz particular al mbinrilor de col, caz ncareceledouelementembinatesuntsuprapuse.Cordonuldesudur are aspectul unui cordon de col, fiind depus n orificiile practicate n una din piese. mbinrile n guri pot fi cu guri rotunde sau ovale (fig.5.8). a) n guri rotundeb) n guri ovale Figura 5.8. Tipuri de mbinri n guri. mbinrile n guri sunt caracterizate de urmtoarele dimensiuni: pasul pidiametruldpentrugurilerotunderespectivdelungimea1,limea b i pasul p pentru gurile ovale. 5.3.1 Elementele geometrice ale cordonului Seciuneatransversalacordonuluidesudurestecaracterizatde urmtoarele elemente geometrice (fig. 5.9): So, Sv - adncimea de ptrundere n tabla orizontal i vertical; c - adncimea de ptrundere; Ko, Kv - cateta orizontal, respectiv vertical; a - nlimea cordonului; f-sgeata cordonul ui . Figura 5.9. Elementele geometrice ale cordonului n cazul mbinrilor de col. PentrumbinriledecolseconstatexperimentalcSv=So= 0,5...1mm.Dinacestmotivseconsidercmbinareaseformeaz exclusivdin materialul de adaos, decic = 0. Pentru ca sudura sfieeficace, trebuiecavalorileKviKosfieegale:Kv=Ko=K=>Fc=K*K/241 cF K 2 = . Cordonuldesudursepoateformaastfelnctsgeatafsfie pozitiv sau negativ, nlimea a lund n acest caz valori cuprinse ntre (0,7 ...1)K.Trebuiemenionatcnuseacceptsgeatnegativ.Conform STAS,dimensiuneaasenumetenlimeasaucalibrulcordonului.Dup standardeleGOST,calibrulsuduriiestedefinitdecatetaK.Acoperitor,se considercrelaiadintreacesteatrebuiesfiea=0,7K.ncalcule, seciunearezistentacordonuluiestedefinitdenlimeaacestuiaa, neglijndu-sesupranlarea.Dinacestmotiv,secautcasuduriledecol s aib sgeata f = 0, valoare pentru care seciunea Fc este minim. 5.3.2 Prelucrarea marginilor Lambinareaprinsudaremanualapieselorgroase,pentruamri adncimeadeptrundereacordonului,ideciseciuneaacestuia,se prelucreazmuchiileadiacente,nconformitatecuunuldinceledou desene prezentate n figura 5.10. a) prelucrare n 1/2Vb) prelucrare n K Figura 5.10. Prelucrarea marginilor pentru mbinrile de col Prelucrareatip1/2V,sepracticpentrutablecugrosimicuprinse ntre valorile S1 = (10...24)mm, iar prelucrarea tip K pentru grosimiS1 = (16 ...40)mm, celelalte dimensiuni lund urmtoarele valori:o = 50 5, b = (0...3)mm = f(S1) i c = (0...2)mm = f(S1). Pentrusudareaautomat,unghiulaipragulcsealegmaimari dect la sudarea manual, prelucrrile utilizate fiind aceleai. 6. Reprezentarea, notarea i cotarea sudurilor ndesenultehnicindustrial,sudurilepotfireprezentatedetaliat, respectndregulilegeneralealedesenuluitehnic,sausimplificatprin simboluriispecificaii.ngeneral,asamblrilesudatesereprezintndou proiecii: o vedere longitudinal i o seciune transversal. 6.1. Reprezentarea detaliat a sudurilor Aceastreprezentarecuprindetoateformeleidimensiunilesuduriii seutilizeaz n cazul ncarereprezentareasimplificatnudeterminunivoc 42 forma i dimensiunile sudurii. nvederelongitudinal,cordonuldesudursereprezintprinlinii subiricurbeiechidistante. n seciune, conturul cordonului se traseaz cu liniecontinugroas,iaratuncicndnuseurmreteredareadetaliata rostului, cordonul se reprezint nnegrit. Figura 6.1. Reprezentarea cordonului de sudur n vedere i seciune. Lareprezentareadetaliatasudurilor,attformarostului,cti dimensiuniletrebuiesrezultedindesen.nfigura6.2,semnificaia notaiilor este urmtoarea: b- deschiderea rostului; c-rdcina rostului; s- grosimea piesei; r - raza rostului; a - unghiul rostului; l - lungimea rostului. Figura 6.2. Forma i dimensiunile rostului. ncazulsudurilorintermitentesecoteazlungimeautilaunui elementalcordonuluiiintervaluldintreele.Seciuneasuduriiintermitente de col nu se nnegrete (fig. 6.3). 43 Figura. 6.3. Reprezentarea sudurilor intermitente. 6.2. Reprezentarea simplificat a sudurilor n vedere longitudinal, frontal i n seciune transversal, cordonul de sudursereprezintculiniecontinugroas,excepiefcndsudurilen guri rotunde i prin puncte care se reprezint prin axele gurilor/punctelor de sudur i sudurile n linie care se reprezint prin axa sudurii (fig. 6.4). Figura 6.4. Reprezentarea simplificat a sudurilor. 6.3. Cotarea i notarea sudurilor reprezentate simplificat Sudurilereprezentatesimplificatsevornotapedesenecuajutorul urmtoarelor elemente (fig. 6.5): -simboluri principale; -simboluri secundare; -o linie de reper; -dou linii de referin; -un numr de cote i indicaii suplimentare. Figura 6.5. Cotarea sudurilor. 44 Simbolurileprincipalealesudurilordeterminformasudurii, indiferent de procedeul de sudare folosit. Simbolurile principale se traseaz culiniecontinugroas,cunlimeaegalcu1,5xh,undehreprezint dimensiunea nominal a cotelor nscrise pe desenul respectiv (tabelul 6.1). Tabelul 6.1. Simbolurile sudurilor. n cazul sudurii simetrice (pe ambele pri) se pot utiliza combinaii de simboluri principale (tabelul 6.2) Tabelul 6.2. Simbolurile sudurilor simetrice. 45 Tabelul 6.3. Simbolurile secundare Simbolurilesecundareindicformasuprafeeiexterioareasudurii. Acesteasenscriudoardacseimpuncondiiiprivindformaexterioara sudurii (tabelul 6.3). Liniadereperfaceculiniiledereferinununghidiferitde90,se termincuosgeatcesesprijinfiepembinare,fiepesuprafaa exterioarasudurii.Liniadereperseorienteazobligatoriusprepiesa prelucratncazulsudurilor1/2V,1/2U,1/2Y(fig.6.6);dacnusuntpiese prelucrate, linia de reper poate avea o poziie oarecare (6.7). 46 Figura 6.6. Linia de reper n cazulFigura 6.7. Linia de reper n cazul pieselor prelucrate pieselor neprelucrate Liniile de referin, n numr de dou, se traseaz paralel cu chenarul formatului.Liniadereferin1sereprezintculiniecontinusubire,n captullinieidereper.Simbolurilesudurii,fadeliniiledereferin,au urmtoarele poziii (fig. 6.8): -deasupra liniei de referin 1, dac suprafaa exterioar a sudurii se afl pe partea liniei de reper (fig. 6.8, a); -sub linia de referin 2, dac suprafaa exterioar a sudurii se afl n partea opus a liniei de reper (fig. 6.8, b); -peliniadereferin1,dacsuduraseaflnplanulmbinrii (sudura prin puncte); n acest caz linia de referin 2 nu se mai reprezint. Figura 6.8. Linia de referin Linia de referin 2 are urmtoarea poziie fa de linia de referin 1: -subliniadereferin1,dacliniadereperseaflpepartea mbinrii; -deasupralinieidereferin1,dacliniadereperseaflpepartea opus mbinrii; -nu se reprezint n cazul sudurilor simetrice. 47 Figura 6.9. Cotele la reprezentarea simplificat Reprezentarea simplificat trebuie s mai conin i un numr decote care se nscriu, fa de simbolul principal, astfel (fig. 6.9 i tabelul 6.4): -cotelereferitoareladimensiunileseciuniitransversale,nfaa simbolului principal; -cotele referitoare la dimensiunile longitudinale ale sudurii, n dreapta simbolului principal; -cotele referitoare la rosturi, deasupra simbolului principal. Cotele de poziionare a sudurii fa de marginile piesei trebuie indicate direct pe desen, ca n figura 6.9. Tabelul 6.4. Cotarea sudurilor. 48 n tabel s-a notat cu: s-distanaminimdelasuprafaatableilardcinacordonului;ea nu poate fi mai mare dect grosimea celei mai subiri table; a - nlimea celui mai mare triunghi isoscel nscris n seciune; z - cateta celui mai mare triunghi isoscel nscris n seciune; l - lungimea sudurii, fr craterele terminale; e - distana ntre dou elemente de sudur vecine (pentru poziiile 4, 5, 6 i 7 din tabel) sau distana dintre axe (pentru poziiile 8 i 9 din tabel); n - numrul elementelor de sudur; c - limea gurilor alungite; d - diametrul gurii sau a punctului de sudur. Indicaiilesuplimentaresenscriulacaptullinieidereferin,ntre ramurile unei bifurcaii, n urmtoarea ordine: procedeul de sudare (printr-un numrcecodificprocedeuldesudare),niveluldeacceptare,poziiade lucru, materialul de adaos etc. Sudurilepeconturnchisseindiccuajutorulunuicerculeplasatla intersecialinieidereperculiniadereferin1.Sudurileefectuatelamontaj sesimbolizeazprintr-unstegule(fig.6.10).ndeseneledeansamblu, sudurilenusereprezint,subansamblurilesudatepoziionndu-secao singur pies. ntocmirea desenului de execuie al subansamblului sudat este obligatorie. Figura 6.10. Cotarea sudurilor de montaj. 7.Materiale de adaos 7.1. Electrozi nvelii Electroduldesudare,prinsrmainveliulsu,trebuies ndeplineasc o serie de cerine, dup cum urmeaz: s asigure funcionarea stabil a arcului de sudare; sconduclarealizareauneianumitecompoziiichimicea cordonului; s realizeze custuri sudate fr defecte; sasiguretopireauniformasrmeiianveliului,progresivi corelat; s conduc la pierderi minime de metal prin ardere i stropire; s permit sudarea cu productivitate ridicat; 49 s permit ndeprtarea cu uurin a stratuluf de zgur solidificat pe cordon; nveliulsfierezistent,uniformiperfectconcentriccusrma electrod i s-i menin n timp proprietile fizice i chimice; nveliul s aib o toxicitate redus n timpul fabricrii i sudrii. nveliulelectroduluiareunrolimportantnasigurareacerinelor enumerate,avndncompoziieoseriedesubstanecepotfigrupate astfel: a)substanezgurifiante,careformeazceamaimarepartedin nveli. n categoria acestor substane avem: caolinul, siliciul, mica,talcul, ilmenitul,marmura,magnezitul,etc.Printopire,substanelezgurifiante formeaz,ncursulprocesuluidercire,unstratprotectorpentrubaiade metal; b)substanegazefiante,caresedescompunlatemperaturaarcului, formndoatmosferprotectoarenzonadelucru,separnd-odeaerul nconjurtor. Din aceast categorie fac parte: celuloza, amidonul, rumeguul, dextrina, creta, dolomita; c)substaneionizante,caremrescstabilitateaarculuiprin intensificareaprocesuluideionizareamediuluidintreelectrodipies,n aceastcategorieintracelesubstaneacrorvaporiaupotenialul deionizare sczut i anume: sodiu, potasiu, calciu, bariu. Pelngacestesubstane,nnvelisepotintroducesubstane dezoxidante(feroaliaje)ceabsorboxigenuldinbaiademetaliconducla mbogirea coninutului n elemente de aliere. Dupfelulnveliuluisuntstandardizateurmtoareletipuride electrozi: Electrozicunveliacid(A).Acetielectroziaunveliuldegrosime medieimare,careconine:oxiddefier,bioxiddesiliciu,oxiddemangan. Acestnveliformeazozgurfluid,sudareafcndu-sepreponderentn poziieorizontal.Custurasecaracterizeazprinptrunderebuni suprafaneted.Solidificareazguriisefacelent,cuostructurnfagure care se desprinde uor de cordon. Coeficientul de depunere este mare: (10 - 1 l)gr/A-h. Se recomand pentru oeluri cu coninut redus de carbon C < (0,2 -f 0,25)%. II. Electrozicunvelibazic(B).Acetielectroziaunveliulde grosime medie i mare, care conine componente bazice de tipul carbonarilor de calciu (piatr de var, cret, marmur), clorur de calciu i feroaliaje. Zgura rezultat se solidific uor, are o structur compact i se ndeprteaz mai greu.nveliulestehigroscopic,fiindnecesaruscareaelectrozilor naintedeutilizare,pentruaevitaptrundereahidrogenului n custur. mbinarea realizatcuelectrozibazici esterezistent la fisurare, electrozii deacesttipfiindutilizaipentrusudareaoelurilordenaltrezisten. Alimentarea arcului se face n curent continuu, dar exist electrozi bazici i pentru sudarea n curent alternativ. III.Electrozi cu nveli celulozic (C). Aceti electrozi conin cantiti mari 50 desubstaneorganiceceproducgazeabundentenzonaarcului, protejndastfelbaiademetaltopit.Lasudareseproduceocantitate redusdezgurcesendeprteazuor.Arculelectricestestabil,electroziiputndfiutilizaipentrusudareanpoziiidificile.Pierderileprin stropi sunt relativi mari iar cordonul are aspect neregulat. IV.Electrozicunvelirutilic(R)ititanic(T).Electroziideacesttip coninomarecantitatederutil(TiO2)iilmenit(FeTiO2),avndnveliuldegrosimemedieimare.Zgurarezultatestedensivscoaslacei rutilici,imaifluidlaceititanici,sesolidificrepede,areaspectporosi este uor de ndeprtat. Arcul electric este foarte stabil, cu pierderi minime. Acetielectrozisepotutilizapentrusudareanoricepoziie,arculelectric putnd fi alimentat cu curent continuu sau curent alternativ. V. Electrozicunvelioxidant(O).Electroziicunvelioxidantconin oxizidefieridemangancegenereazunprocesdeoxidareabii, datoritafinitiimarifadeoxigenamanganului.Metalulcusturiise caracterizeazprinconinutredusdemangan(careseridicnzgurasub formdeoxid)idecarbon,caurmareaaportuluidefierdinnveli.Cu acetielectrozisesudeazncurentcontinuusaucurentalternativ,n poziie orizontal, datoritvolumului mare al bii rezultate pe seama cldurii suplimentareobinuteprinardereamanganului.Caracteristicilemecaniceale custuriirezultatesuntsczute,daraspectulcordonuluiestefoarte convenabil.Electroziideacesttipsefolosesclambinrinerezistente,la care primeaz aspectul estetic. n funcie de destinaia lor, electrozii se mpart n cinci grupe : electrozipentrusudareaoelurilorcarbonislabaliate,derezisten mic: ar < 540 N/mm2; electrozipentrusudareaoelurilordenaltrezisten,cuaT>540 N/mm2; electrozi pentru sudarea oelurilor slab aliate, rezistente la temperaturi pn la 600C; electrozi pentru sudarea metalelor cu proprieti speciale; electrozipentrusudareaoelurilornaltaliate,inoxidabile refractare. Duppoziiadesudarelacaresepotutiliza,electroziisuntdestinat pentru : 1.sudarea n toate poziiile; 2.sudarea n toate poziiile, exceptnd sudarea vertical de sus n jos; 3.sudarea n poziie orizontal, orizontal n jgheab i uor nclinat; 4.sudarea n poziie orizontal n jgheab. n funcie de curentul de sudare, electrozii se clasific n: 1.electrozi pentru sudarea n curent continuu i curent alternativ; 2.electrozi pentru sudarea numai n curent continuu. Electroziisuntstandardizai,simbolizarealorfiindfcutprinliteraE urmat de o serie de cifre i litere, dup cum urmeaz: 51 7.2 Srme pentru sudarea sub flux Acetielectroziselivreazncolaci,srmaelectrodavnt urmtoarele diametre: 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6; 10 mm. Srmele trebuie s aib variaii minime de diametru, iar suprafaa lor trebuie s fie curat, fr rugin,oxizi,urmedegrsimi.Uneori,srmelepentrusudareseprotejeaz prin cuprare, pentru a asigura un contact electric mai bun. SrmelepentrusudaresesimbolizeazprinliteraS,urmatdedou sau mai multe cifre, reprezentnd procentul de carbon [%] i de simbolul unor elemente de aliere cu indicarea coninutului acestora. Exemplu:electroduldetip:"S10Mn1Ni1",conineC-0,1%Mn- 1% i Ni - 1%. Srmeleseclasificdupconinutuldecarbonidealteelemente astfel: srme cu coninut redus de carbon (sub 0,2% C); srme slab aliate cu mangan (0,5...2%Mn) i molibden (0,5% Mo); srmeslabaliatecumangan(0,5...2%Mn),crom(1...3%Cr)i molibden (0,5...1%Mo); srme slab aliate cu nichel, mangan, molibden, etc. Din ce n ce mai des au nceput s fie utilizate srmele tubulare (fig. 7.1) ceconinopulberecearerolulnveliului,fiindutilizatelasudarean mediudegazprotector.Srmeletubularesecaracterizeazprinvitezede avansicoeficienidedepuneremaimaridectlasrmeleplinesaula electrozii nvelii. Cadezavantaj,miezulsrmeifiindhigroscopic,depozitareasrmei trebuiefcutnlocuriuscatesautrebuie utilizate imediat dup livrare, n caz contrar, cordonul de sudur va rezulta cu pori. Figura 7.1. Srme tubulare. 52 7.3. Fluxuri pentru sudare Fluxurilerealizeazproteciabiidemetaliacordonului,asigurnd condiiilepentrufuncionareanormalaarculuielectric.nunelesituaii, fluxurile asigur prin componentele lor (feroaliaje) alierea metalului custurii, pentrua-1aducelacompoziiadorit.ngeneral,fluxurileauncompoziie substanele din care se fabric nveliurile de electrozi. Dup modul de preparare, fluxurile sunt de urmtoarele feluri: I.Fluxuritopite(T),caresuntformatedinminereuridemangan, fluorin,cuar,oxizidecalciu,demagneziu,aluminiu,etc.Componentele fluxuluisetopescisegranuleazprinturnareanap,avndaspect sticlos.Serecomandpentrusudareacuvitezedepnla60m/h.Din cauzaprocesuluidefabricaie,fluxuriletopitenupotfi obinutecu bazicitatemare.nfunciedetemperaturadetopire,fluxuriletopitepotfi sticloasesauspongioase.Acestefluxurisuntutilizate,cuprecdere,la sudarea oelurilor carbon i slab aliate cu mangan, fiind fluxurile cu cea mai mare utilizare n Romnia. II.Fluxurileceramice(C),coninelementeobinuteprinaglomerarea cusilicatdesodiu.Caelementecomponenteavem:marmora,feldspatul, oxizii de aluminiu, feroaliajele de mangan, cromul, siliciul, titanul, etc. Aceste fluxuri se utilizeaz la sudarea oelurilor slab aliate i la operaii de ncrcare prinsudur,obinndu-sesuduridebuncalitate.Dezavantajullorconst n preul de cost mai mare i n higroscopicitatea ridicat. IV.Fluxurilesintetizatesepreparprinamestecareacomponentelor granulatefin,dupcaresebricheteazprinsinterizarencuptorla temperaturi de (1000...1100)C. n final, se granuleaz i se sorteaz dup granulaie.Granuleleobinutesuntmaipuinhigroscopicedectlafluxurile ceramice. IV.Fluxurilepasivesepreparprinnlocuireaoxizilordesiliciui mangancuoxizidealuminiu(AI2O3).Conincantitimaridefluorin(CaF2). Prin caracterul pasiv, aceste fluxuri nu interacioneaz cu baia de metal topit. Serecomandpentrusudareaoeluriloraliatepentruanuinfluena compoziia metalului depus. Dup caracterul bazic sau acid al fluxurilor, acestea se mpart n fluxuri bazice sau fluxuri acide. Bazicitateaareoinfluensemnificativnspecialasupratenacitii metalului custurii. Bazicitatea unui flux se poate aprecia cu ajutorul relaiei: CaO + MgO + BaO + CaFe2+Na2O + 1/2(MnO + FeO) " SiO2 +1/2(Al2O3 +TiO2 +ZrO2) n standarde, nivelul de bazicitate se stabilete astfel: A- flux acidB < 1,1 B - flux bazicB = 1,1...2 BB - flux cu bazicitate ridicat B > 2. Se constat c, n general, fluxurile cu B = 1,1...2 dau rezultatele cele mai bune n domeniul naval. 53 Fluxurilesefabric,deregul,ncuplucusrmaelectrod,pentrua asiguraoanumitcompoziiechimicianumiteproprietimecanice custurii.nceeacepriveteefectulfizico-metalurgicalcelormaiutilizai oxizi coninui n fluxurile pentru sudare avem: SiO2 - este un bun zgurifiant, conduce la creterea vscozitii fluxului iaposibilitilordesudarelacurenimari.Aciuneasametalurgiceste redus; CaO - influeneaz pozitiv stabilitatea arcului, conduce la reducerea vscozitii zgurii. Datorit caracterului su bazic intervine activ n procesul metalurgic,cuefectepozitiveasupratenacitiimetaluluidepus.Conducela creterea sensibilitii la umiditate a fluxului; MgO - are un efect similar CaO, dar nu att de puternic; MnO-favorizeazcretereavitezeilasudareprecumiadncimea deptrundere,micoreazsensibilitatealaapariiaporilor,darlimiteaz posibilitatea sudrii cu cureni mari; CaF2 - mrete fluiditatea zgurii i favorizeaz trecerea incluziunilor nemetalice n zgur. 7.4. Gaze combustibile Principalele gaze combustibile utilizate pentru obinerea flcrii de gaze sunthidrocarburile:acetilena,metanul,propanul,butanul,metilacetilena-propadiena, hidrogenul, etc. 7.4.1.Acetilena (C2H2) Caracteristici Acetilena este n prezent gazul combustibil cel mai utilizat la obinerea flcrii de gaze n procesele de sudare i procedee conexe. Eficiena extrem de ridicat a acetilenei poate fi explicat foarte simplu: temperatur ridicat a flcrii, energie enorm eliberat la arderea ei i vitez mare de propagare a flcrii,datoratestructuriimolecularefavorabile.Moleculadeacetileneste constituit din doi atomi de carbon legai ntre ei printr-o legtur tripl i doi atomi de hidrogen aezai simetric (fig. 7.2). Fiura 7.2. Structura molecular a acetilenei. Formulastructurala acetileneiesteH-CC-Hi eareprezintprimultermendin seriahidrocarburilorceau formula CnH2n-2. ncondiiinormalede temperaturipresiune(20 oCi0,1MPa)acetilenatehnic esteungazincolor,cumiros iritantsaueteric(datorit impuritilor)ipuindulceag, toxic. Acetilena este solubil, n ap dizolvndu-se un volum de acetilen, n alcooldizolvndu-secincivolumedeacetilen,nacetondizolvndu-se 54 (24...26)volumedeacetilen(solubilitateaacetileneicretecupresiuneai scade cu creterea temperaturii). Acetilena este mai grea dect aerul. n condiii de presiune atmosferic se lichefiaz la - 84 oC i se solidific la - 72 oC. Alte caracteristici tehnice ale acetilenei sunt: densitatea la 0 0C i 1 bar: 1,178 Kg/m3; densitatea la 15 0C i 1 bar: 1,1 Kg/m3; comparaia densitilor: este cu aprox. 10 % mai uoar dect aerul; masa molar: 26,04 g/mol; conductivitatea termic la 4,4 0C: 0,45 104 cal/grdcms; punct triplu: - 80,8 0C/1,28 bar; punct critic: 35,18 0C/61,81 bar; temperatura de aprindere: n aer 335 0C, n oxigen 300 0C; temperatura flcrii: min. 3.106 0C i max. 3.160 0C; putereaflcrii(nnucleulflcrii):normal8,4kj/cm2simax.17,4 kj/cm2s; limita de explozie: n aer (2,3 - 82) % vol., n oxigen (2,5 - 93) % vol.; cldura de ardere: 48.700 kj/kg; raportulamestecdeacetilen/oxigenpentruflacr:normal1/1,1i max. 1/1,5; Arderea complet a acetilenei are loc conform relaiei: C2H2 + 5/2 O2 2CO2 + H2O + 1,3 106[kJ/kmol] (7.1) clduradegajatnsumndclduradedisociereexotermaacetileneii cldura dezvoltat la arderea primar a carbonului i hidrogenului, respectiv: C2H2 CO2 + H2 + 2,25 105[kJ/kmol] (7.2) C + O2 CO2 + 3,94 105[kJ/kmol] (7.3) H2 + 1/2O2 H2O (lichid) + 2,855105[kJ/kmol] (7.4) H2 + 1/2O2 H2O (vapori) + 2,4105[kJ/kmol] (7.5) Temperatura flcrii joac un rol important la obinerea unui transfer de cldurrapidiconcentratpentrunclzireasauprenclzireapieselor metalice.Cucttemperaturaflcriiestemaimarecuatttransferulde cldurdinflacrsprepiesestemairapid.nfigura7.3.esteprezentat distribuia cldurii n axa flacrii oxiacetilenice. 55 Figura 7.3. Distribuia cldurii n axa flacrii oxiacetilenice.

Figura 7.4. Cldura degajat la arderea acetilenei. Acetilenaestegazulcombustibilcuceamaimarevitezdeardere. Eficiena termic este cu att mai mare cu ct produselede ardere ating mai rapidsuprafaapiesei.Aceastcerinseimpunencazulmaterialelor metalice cu conductibilitate termic ridicat (oel, cupru, aluminiu). Produsul dintre viteza de propagare i cldura eliberat n prima treapt dearderenconulflcriiestedefinitcarandamentulspecificalflcrii primare. Acestuia i se datoreaz capacitatea de nclzire a flcrii.Proprietiledeosebitedecombustiealeacetileneioremarcpentru primul loc n tehnologia tierii oxi-gaz, aceasta i pentru c puterea caloric a gazuluicombustibilnuestefactoruldecisiv.Putereacaloriccuprindei clduradegajatnadouafazaarderiicuflacrasecundar.Aceast cldur, ns, nu este util la tierea oxiacetilenic (fig. 7.4). Lapresiuneatmosfericacetilenaardelinititcuoflacrluminoas. Dacseafllaoanumitpresiune,disociereaacetileneicareproduce arderea,esteexplozivcudegajaredecldur.Disociereaexploziveste precedat de polimerizare, respectiv de asocierea mai multor molecule ntr-o molecul gigant nC2H2C2nH2n, cu degajarea unei mari cantiti de cldur. Deoarecepolimerizareaesteoreacieexotermcestimuleaz disocierea exploziv, se limiteaz presiunea de stocare a gazului n recipieni 56 la 0,15 MPa. Figura 7.5. Limitarea convenional a domeniilor de polimerizare (1) i disociere exploziv a acetilenei (2). Urmrindpegraficuldinfigura 7.5, se observ c disocierea exploziv estestimulatidecreterea temperaturii. Prezenavaporilordeapn acetilenmicoreaztendinade disociereexploziv.Amestecareaacetileneicugaze(N2,CO,CH4,H2) sau cu lichide care nu intr n reacie cu acetilena,reduceposibilitateade disociere exploziv. Industrialacetilenaseobineprin disociereacarburiidecalciu(carbid) CaC2 n ap conform reaciei: CaC2+2 H2OC2H2+Ca(OH)2+127 [kJ/kmol] (7.6) caretranscriscugreutimoleculare devine: 64,10+36,032=26,036+74,096 (7.7) Figura 7.6. Forma flcrii acetilenice n combinaie cu: a- oxigenul; b- aerul comprimat; c- aerul aspirat. Purttorii de oxigen genereaz mpreun cu gazele combustibile diferite formealeflcrii(fig.7.6).Flacraoxi-acetilenicesteceamaifierbintei produce o cretere rapid a temperaturii metalului de baz.Lafolosireaacetileneincombustiecuaerulcomprimat,temperatura flcriiivitezadeaprinderesuntmultmaimici,datoritfaptuluicaerul conine circa 80 % azot (flacr mai moale care n piesa prelucrat produce un gradient plat de temperatur).La aparatele cu aspiraie de aer, viteza de ardere se micoreaz i mai multdatoritaeruluicomprimat,careavndopresiunemaximde1,5bar, imprim acetilenei aspirate o vitez mic la ieire.

57 Figura 7.7. Densitatea fluxului termic al unei flcri pentru diferite amestecuri de acetilen i oxigen. Laflcrileoxi-acetilenice,densitateafluxuluicaloricestediferitn funciederaportuldeamestecare(fig.7.7).Dinaceastfigurreieseice influenexercitdistanadintreconulflcriiimetaluldebaz,asupra fluxului caloric.7.4.2. Carbura de calciu (carbid). Generarea acetilenei Carburadecalciuesteosubstansolidcustructurcristalin, duritate mare, de culoare brun-cenuie, foarte hidroscopic (absoarbe chiar umezealadinatmosferanconjurtoare),cumasaspecificde2,8kg/dm3. Carbidulseobineprincombinareaoxiduluidecalciu(CaO)sauvarnestins (obinutprincalcinareacalcarului-CaCO3)cucrbunele(cocs,antracit, mangal).Celedoucomponente,sfrmateiamestecatesunttopitela temperaturicuprinsendomeniul(1.000...1.300) oCncuptoareelectrice rezultnd carbura de calciu conform reaciei: CaO+3CCaC2+CO - 452,5[kJ/kmol](7.8) Topituraobinutdupsolidificare,esteconcasatisortatprin cernere dup dimensiunile bulgrilor. Carbura de calciu tehnic (STAS 102 - 1986) se livreaz n calitile A i B. Calitatea A se livreaz n tipurile I i II iar calitatea B n patru tipuri I, II, III i IV. Carbura de calciu tehnic se ambaleaz n butoaie din tabl subire tip O(STAS5870-1974)incontainerespecialdestinatepentrucarbid, nchiseetan,eledepozitndu-senlocuriferitedeumezealifoc.Din ecuaia greutilor moleculare rezult: -pentru descompunerea a 1 kg carbur de calciu pur este necesar: 58 562 , 010 , 64032 , 36GG2CaCO2H= =kg ap(7.9) -din 1 kg carbur de calciu se obin: 406 , 010 , 64036 , 26GG2CaC2H2C= =kg acetilen (7.10) ( )156 , 110 , 64096 , 74GG2CaC2OH Ca= =kg hidroxid de calciu (7.11) Cantitateadecldurdezvoltatladescompunereaa1kgcarburde calciu pur este: 982 , 110 , 6410 27 , 1GQ32CaC'r==kJ/kg carbur de calciu(7.12) Volumuldeacetilenrezultatprindescompunereaa1kgcarburde calciuestemaimicdectcelrezultatdincalcul.Carburadecalciutehnic fiindobinutdincomponentecenusuntchimicpure,conine:(7075)% oxiddecalciu(CaO),sulfatdecalciu(CaS),fosfatdecalciu(Ca3P2),siliciu (Si),ferosiliciu,crbuneetc,volumuldeacetilen(C2H2)realestemaimic dectvolumulteoretic.Prezenaimpuritilor,nspecialoxiduldecarbon, reduce din cldura dezvoltat.Oxiduldecalciureacioneazcuapa,reaciarespectivfiind deasemenea exoterm: CaO+H2O Ca(OH)2 +62,8 103 kJ/kmol(7.13) respectiv cldura produs este: 11258 , 3610 8 , 62GQ3CaO' 'r==kJ/kg oxid de calciu(7.14) Considerndocarburdecalciudepuritate75%,efectulcalorical descompunerii carburii este: Qr = 0,75 1982 + 0,25 11250 = 1.709 kJ/kmol (7.15) Volumuldeacetilenscadecucretereagranulaieicarburiidecalciu deoarece granulele de dimensiuni mari ofer o suprafa mai mic de reacie cu apa. Scdereavitezeidereacienadouaparteaintervaluluidetimpse datoreazformriipesuprafaagranuleloraunuistratdehidroxiddecalciu 59 (nmoldevar).Deaicinecesitateanlturriipermanenteareziduului (nmoluldevar)produsirespectivrenprosptareaapeidingenerator (creterea temperaturii apei de reacie reduce viteza de reacie). n funcie de sistemuldegenerarealacetilenei,ea coninecantitivariabiledeimpuriti (aer, vapori de ap, hidrogen sulfurat - H2S i hidrogen fosforat - H3P). Aerul apare ca urmare a ptrunderii sale n generator la ncrcarea cu carbur de calciu i/sau la evacuarea nmolului de var. Vaporiideapaparnurmaridicriitemperaturiiapeingenerator datorit efectului caloric al descompunerii carburii de calciu.Prezenalorscadeputereacaloricaacetileneiioxideazfieruln cazul sudrii oxiacetilenice a oelurilor i a fontelor conform reaciei: 3Fe +4H2O Fe3O4+4H2(7.16) Hidrogenul sulfurat (H2S) apare n acetilen prin descompunerea n ap a sulfurilor din carbura de calciu. Hidrogenul fosfarat (H3P) apare n acetilen prin descompunerea n ap a fosfurilor din carbura de calciu. Conform STAS 3660 - 1979 hidrogenul sulfurat n acetilen este limitat la max. 0,05 % vol. iar hidrogenul fosforat este limitat la max. 0,02 % vol. 7.4.3. Generatoare de acetilen 7.4.3.1. Schema de principiu a unei instalaii generatoare de acetilen este prezentat n figura 7.8. Acetilenaprodusngeneratorul(4)estecondusprinregulatorulde debit(3)n spltoruldegaz(5) carereineimpuritile mecaniceistocat n rezervorul tampon (6). Din acest rezervor gazul este trimis spre consumatori prin filtrul (7) care reineimpuritilechimice,supapadesiguranhidraulic(9)irobinetulde serviciu (8). Cele cinci recipiente sunt prevzute cu vane de golire i splare (10). Pe generatorul de acetilen (4) sunt montate manometrul (1) i supapa de siguran uscat (2). 60 Figura 7.8. Schema de principiu a unei instalaii generatoare de acetilen: 1- manometru; 2- supap de siguran uscat; 3- regulator de debit; 4- generator de acetilen; 5- spltor de gaz; 6- rezervor tampon; 7- filtru; 8- robinet; 9- supap de siguran hidraulic; 10- vane de golire i splare. Clasificarea generatoarelor de acetilen Generatorulesteaparatulcareproduceacetilenaprinreaciadintre carbura de calciu tehnic (carbid) i ap. ConformstandarduluidestatSTAS6306/1-1980generatoarelede acetilen se clasific dup urmtoarele criterii principale: Dup modul de punere n prezen a substanelor ce intr n reacie: -generatordecontactncareocantitatedecarbidesteimersat ntr-o mas de ap n exces, pn la descompunerea complet a acestuia,cantitateadeacetilenprodusfiindreglatprin dozarea carbidului (fig.7.9a, b i c i fig. 7.12a i b); -generatorcustropirelacarestropiideapintrncontactcuo cantitate de carbid n exces, cantitatea de acetilen produs fiind reglat prin dozarea stropirii cu ap a carbidului (fig. 7.10a i b i fig. 7.11a i b); - Dup durata contactului dintre substanele ce intr n reacie: generator cu contact permanent (fig. 7.9a, b i c); generator cu contact intermitent (fig. 7.22a i b). Dupmodulderealizareaintermiteneicontactuluidintresubstanele ce intr n reacie: generator cu deplasarea ncrcturii de carbid (fig. 7.12b); generator cu refularea apei (fig. 7.12a). 61 Figura 7.9. Generatoare de acetilen sistem carbid n ap:1- corp;2- reactor; 3- colector; 4- dispozitiv de nchidere; 5- dispozitiv de golire; 6- dispozitiv de alimentare cu carbid; 7- dispozitiv de alimentare cu ap; 8- eav de supraproducie; 9- supap de siguran; 10- indicator de nivel; 11- supap de sens; 12- grtar; 13- eav de prea plin; 14- buncr de carbid; 15- eav de introducere; 16- eav de ieire. Dup starea varului rezidual descrcat din aparat: generator cu var umed la care varul rezidual este sub form de past (fig. 7.9a, b i c i fig. 7.12a i b); generator cu var uscat la care varul rezidual este n stare uscat sau uor umed (fig. 7.10a i b i fig. 7.11a i b). Dup presiunea acetilenei din reactorul generatorului: generatordejoaspresiunelacarepresiuneadegenerarea acetilenei este de max. 0,2 bar; generatordemediepresiunelacarepresiuneadegenerarea acetilenei este mai mare de 0,2 bar, dar de max. 1,5 bar. 62 Figura 7.10. Generatoare de acetilen sistem ap peste carbid umede: 1- corp; 2- reactor; 3- sertar cu carbid; 4- dispozitiv de nchidere; 5- dispozitiv de golire; 6- indicator de nivel; 7- supap de siguran; 8- eav de supraproducie; 9- colector de acetilen; 10- supap de sens; 11- dispozitiv de alimentare cu ap; 12- eav de ieire.

Figura 7.11. Generatoare de acetilen sistem ap peste carbid uscate: 1- reactor; 2- sit; 3- buncr de carbid; 4- dispozitiv de nchidere; 5- dispozitiv de golire; 6- dispozitiv de alimentare cu ap; 7- dispozitiv de alimentare cu carbid; 8- mecanisme de comand; 9- ntreruptor de siguran al circuitului de ap; 10- eav de ieire; 11- supap de sens; 1