CAPITOLUL 1
PAGE 128Cap. 2 SUDAREA N PUNCTE
CAPITOLUL 2SUDAREA ELECTRIC PRIN PRESIUNE N PUNCTE2.1.
Principiul sudrii electrice prin presiune n puncte
Sudarea n puncte este un procedeu de sudare electric prin
presiune prin conducie a dou sau mai multe piese suprapuse, strnse
ntre doi electrozi de contact i care se realizeaz ntre suprafeele
de contact, n locurile prin care trece curentul electric. Deci,
acest procedeu de sudare se bazeaz pe efectul Joule, de trecere a
curentului electric prin coloana de metal cuprins ntre vrfurile
electrozilor de contact (figura 2.1.).
Punctul de sudur care se obine este de form lenticular i se
formeaz n planul de separaie al componentelor de sudat.Punctul de
sudur realizeaz o mbinare nedemontabil ntre piesele de sudat,
nlocuind cu succes celelalte tipuri de mbinri, respectiv, prin
uruburi (fig. 2.2.a) sau prin nituire (fig. 2.2.b).
Dup poziia electrozilor de contact se deosebesc dou tipuri de
sudare electric prin presiune n puncte, respectiv:
Sudarea direct n puncte, la care electrozii de contact sunt
plasai de ambele pri ale componentelor. Principiul de lucru este
cel prezentat n figura 2.1., unde componentele sunt strnse ntre
electrozii de contact (2) cu o for (F), care sunt conectai la sursa
de curent (3), ce furnizeaz un curent de intensitate ridicat (de
ordinul miilor de amperi) i tensiune mic (de ordinul volilor);
Sudarea indirect n puncte, numit i sudare n puncte pe o singur
parte, la care se utilizeaz un electrod ascuit (electrod activ)
pentru realizarea punctului de sudur i un al doilea electrod cu
suprafaa de contact mrit i este dispus de aceeai parte cu primul i
prin intermediul cruia se realizeaz nchiderea circuitului electric
(figura 2.3.). n acest caz piesele sunt aezate pe un suport (5),
punctul sudat obinndu-se, n principiu, n acelai mod ca i n cazul
precedent. Sursa de sudare se conecteaz o durat determinat de timp
numai dup o strngere prealabil a componentelor de sudat cu fora de
strngere F.
n ambele cazuri, curentul de sudare Is trece prin piese,
concentrndu-se n coloana de metal cuprins ntre vrfurile
electrozilor. Ca urmare a efectului Joule, masa de metal dintre
electrozii de contact se comport ca o rezisten electric i se
nclzete. n prim faz, nclzirea se va produce n zona de contact
dintre componente, unde rezistena opus la trecerea curentului este
mai mare. Sub aciunea forei de strngere, piesele vin n contact tot
mai apropiat si se produce nclzirea ntregii coloane de metal.
Datorit rezistenei electrice de contact dintre componente, al
rezistenei proprii a coloanei de metal i al efectului de rcire al
electrozilor, temperatura maxim se obine la locul de contact dintre
componente, ntre electrozi. Dup un anumit timp, n aceast zon se
formeaz un nucleu de metal topit aparinnd ambelor componente de
mbinat, nucleu ce va crete n dimensiuni pe msura trecerii
curentului electric de sudare. La ntreruperea curentului de sudare,
nucleul topit se va solidifica, formnd punctul de sudur.Rezistena
de contact ntre piese i pierde din importan pe msura nclzirii
pieselor i n aceast situaie rolul primordial n formarea nucleului
topit ntre piese l preia efectul rcirii electrozilor.
O operaie simpl de sudare prin presiune n puncte necesit
parcurgerea urmtoarelor faze (figura 2.4.).
a) introducerea componentelor de sudat suprapuse ntre electrozii
de contact, n poziia necesar;
b) coborrea electrodului de contact superior i strngerea
componentelor ntre cei doi electrozi cu fora F;
c) conectarea curentului de sudare pentru un timp determinat,
care duce la iniierea i dezvoltarea nucleului topit (sudarea);
d) ntreruperea curentului de sudare i solidificarea nucleului
topit sub aciunea forei de strngere F (forjarea);
e) ridicarea electrodului de contact superior i retragerea
componentelor, urmnd ca succesiunea fazelor s se repete pentru un
alt punct de sudur.
Diagrama prezentat n figura 2.4. reprezint un ciclu de sudare, n
care fora de sudare i intensitatea curentului de sudare au valori
constante n timp. Acesta este ciclul elementar de sudare prin
presiune n puncte. n realitate, n funcie de mai muli factori, exist
o multitudine de moduri de execuie a unei suduri, att cu fora
variabil ct i cu curent de sudare variabil.
n cazurile concrete de sudare este necesar stabilirea judicioas
a duratei fiecreia din fazele prezentate, astfel nct s se poat
obine o calitate corespunztoare a punctului sudat, n condiiile unei
productiviti ridicate.
2.2. Formarea punctului de sudurRezultatul sudrii este mbinarea
componentelor ntr-un punct sau mai multe puncte de sudur.
Formarea punctului de sudur cuprinde, n esen, trei procese
distincte, care se produc concomitent i se intercondiioneaz
reciproc:
procesul electric;
procesul metalurgic;
procesul mecanic.
2.2.1. Procesul electric al formrii punctului de sudurProcesul
electric se produce ca urmare a trecerii curentului electric de
sudare prin piesele de sudat i mai exact, prin coloana de metal
cuprins ntre vrfurile electrozilor de contact, n urma cruia, prin
efectul Joule, se degaj o anumit cantitate de cldur. Aceast
cantitate se poate exprima matematic printr-o relaie de calcul:
(2.1)
sau:
(2.2)
n care: Q reprezint cantitatea de cldur degajat; R este
rezistena electric total ce intervine n zona de sudare []; Is
intensitatea curentului de sudare [A]; iar t timpul de trecere a
curentului de sudare [sec].
n relaia de calcul a cantitii de cldur parametrul care are cea
mai mare influena este intensitatea curentului de sudare [Is],
deoarece este la ptrat.
Rezistena electric la sudarea n puncte [R] reprezint de fapt o
nsumare de mai multe rezistente (figura 2.5.): rezistena de contact
dintre componente Rc; rezistena proprie a componentelor Rp (doar
partea de metal ce este strbtut de curentul electric); rezistena de
contact dintre electrozii de contact i suprafaa componentelor Rc
.
n situaia n care componentele sunt din acelai material i au
aceeai grosime, rezistena total R este dat de relaia:
(2.3)
Deci, cldura total degajat n mbinare poate fi scris astfel:
(2.4)
Modul de variaie n timp al acestor rezistene i importana lor la
formarea punctului de sudur sunt prezentate n cele ce urmeaz.
2.2.1.1. Rezistena de contact [Rc]Indiferent de modul de
prelucrare, suprafeele metalice ale componentelor nu sunt perfect
plane, ci prezint o anumit rugozitate, mai mare sau mai mic.
Aspectul a dou suprafee metalice n contact, la o scar mare este
prezentat n figura 2.6. Pe lng acestea, suprafaa metalic poate fi
acoperit cu oxizi, impuriti, grsimi, etc., deci poate exista un
strat nemetalic, care ngreuneaz procesul de sudare (figura 2.7.),
iar ndeprtarea lui total este dificil de realizat practic.
Teoretic, suprafaa de contact este dat de relaia:
(2.5)
Suprafaa real de contact este ns mult mai mic dect seciunea A
datorit existenei microasperitilor. La trecerea curentului electric
prin cele dou suprafee metalice n contact, liniile fictive de
curent se concentreaz n zonele n care denivelrile i microasperitile
vin n contact. n cazul n care suprafeele metalice prezint oxizi sau
impuriti, curentul electric va trece prin poriunile de contact
metal-metal, iar n zonele cu oxizi vor opune rezisten sporit.
Rezistena opus trecerii curentului electric datorat concentrrii
liniilor de curent printr-un numr de zone n contact i prezenei
oxizilor sau impuritilor pe suprafeele metalice, formeaz rezistena
de contact. Aceasta are rol primordial n localizarea i formarea
punctului de sudur.
Astfel, n cazul sudrii n puncte, curentul de sudare ntmpin o
rezisten mai mare n zona de contact dintre componente, fa de
rezistena opus de coloana de metal () cuprins ntre cei doi
electrozi i rezistenelor () ntre suprafaa componentelor i vrfurile
electrozilor. Ca urmare a concentrrii liniilor de curent n
poriunile de contact metal-metal ale suprafeelor componentelor,
densitatea de curent fiind mai mare n aceste zone, se va produce
nclzirea i topirea acestora mai repede dect n interiorul coloanei
de metal a componentelor de sudat. Aceasta explic faptul ca, n
condiii normale de sudare, n cazul existenei unei simetrii a
cmpului termic, punctul de sudur se formeaz n planul de separaie al
componentelor i nu n interiorul acestora.
Rezistena de contact a dou componente metalice suprapuse este
influenat de urmtorii factori:
fora de apsare asupra componentelor de sudat F;
natura materialului componentelor de sudat, respectiv
caracteristicile acestuia (duritate, rezistena mecanica,
conductivitate);
starea suprafeelor componentelor de sudat (modul de elaborare,
prelucrare, tratamente termice aplicate, curirea suprafeelor);
temperatura metalului la locul de contact.
Influena forei de apsare asupra rezistenelor de contact Rc si Rc
este prezentat n figura 2.8.
Se observ c o dat cu creterea forei de apsare, rezistenele de
contact scad ca urmare a aplatisrii asperitilor n contact i a
mririi seciunii de contact.
Componentele de sudat fiind, n general, din acelai material se
comport similar la aplatisarea asperitilor. Electrozii de contact,
fiind executai din aliaj de Cu au o rezisten la deformare mai mic
dect a componentelor de sudat i deci contactul acestora cu suprafaa
exterioar a componentelor se va face ntr-un numr mai mare de zone,
suprafaa real de contact apropiindu-se de cea teoretic. n acest
caz:
(2.6)
Forma vrfului electrozilor de contact (tronconic, sferic, etc.)
influeneaz rezistena de contact i anume, la un vrf sferic,
contactul electric dintre electrozi i componente este mai bun dect
la electrozii tronconici sau cu suprafaa plan, fiind mrit seciunea
de trecere a curentului electric, obinndu-se o rezisten de contact
mic.
De asemenea, caracteristicile materialului componentelor
(duritate, rezisten mecanic, conductivitate, etc.) influeneaz
rezistenele de contact. Astfel, pentru aceeai valoare a forei de
apsare i aceeai grosime a componentelor se constat ca rezistena de
contact este mai mare n cazul oelului inoxidabil dect n cazul
oelului carbon moale, la care asperitile avnd o duritate mai mic se
aplatiseaz mai uor.
Starea suprafeelor de sudat depinde de modul de prelucrare
(laminare, prelucrare prin achiere, finisare, decapare, etc.)
precum i de tratamentele termice aplicate, ce influeneaz puternic
rezistenele de contact. n cazul componentelor prelucrate identic,
variaia relativ mic a rezistenelor de contact n diferite zone ale
aceleiai suprafee se datoreaz unei anumite eterogeniti a stratului
superficial al componentelor. Omogenizarea valorilor rezistenei de
contact pe ntreaga suprafa se obine prin aplicarea unor fore de
strngere mai mari.
Existena oxizilor, grsimilor, impuritilor, a prafului, etc. pe
suprafeele de sudat, conduce la obinerea unor valori ale
rezistenelor de contact mari i variabile n timp n diferite zone ale
aceleiai suprafee i de aceeai grosime, comparativ cu o suprafa
curat, decapat. n tabelul 2.1. sunt prezentate valorile rezistenei
de contact Rc dintre componentele de sudat din oel carbon obinuit,
funcie de starea suprafeelor, la o temperatur de 20C i la o for de
apsare ntre electrozi de 2000 N.
Aceast diminuare a rezistenei de contact este datorat aplatisrii
complete a asperitilor n contact sub efectul temperaturii,
obinndu-se o mrire accentuat a seciunii de trecere a curentului
electric.
Trebuie subliniat faptul c impuritile de pe suprafaa
componentelor de sudat pot ajunge n sudur, diminundu-i astfel
calitatea.
Temperatura influeneaz mult asupra rezistenelor de contact, o
cretere moderat a temperaturii determinnd o diminuare rapid i
accentuat a lor (figura 2.9.).
n mod simplificat, dependena rezistenei de contact de diferii
factori, la nceputul operaiei de sudare poate fi scris:
(2.7)
Aceast relaie exprim faptul c, rezistena de contact este invers
proporional cu fora de apsare i direct proporional cu rezistena
materialului, cu conductivitatea lui i cu gradul de impuriti al
suprafeelor componentelor de sudat.
S-a prezentat mai nainte c relaia (2.2.) exprim o cretere a
cantitii de cldur Q cu rezistena R, creterea acestei rezistene mai
putndu-se realiza i prin micorarea forei de apsare F, deci:
(2.8)
Prin micorarea forei de apsare F crete nu numai rezistena de
contact dintre componente Rc (ceea ce este favorabil formrii
punctului de sudur), ci i rezistena de contact ntre electrozi i
suprafaa componentelor Rc, ceea ce conduce la mrirea cantitii de
cldur pentru ntreaga coloan de metal cuprins ntre vrfurile
electrozilor, deci la pierderi energetice. n plus, datorit forei
diminuate poate avea loc o topire la suprafaa materialului (ntre
electrozi i componente) sau mbinarea prin difuzie a componentelor
cu electrozii. Din acest motiv, fora nu poate fi micorat prea
mult.
Pentru realizarea punctului de sudur ntre componente este
necesar ca rezistenele de contact ntre electrozi i componente Rc s
fie ct mai mici. Acest lucru se realizeaz prin utilizarea unor
electrozi de contact dintr-un material cu conductivitate termic
ridicat, care s fie rcii cu ap, ct i prin curirea componentelor de
sudat i a electrozilor.
Pentru calculul analitic al rezistenei de contact se pleac de la
ipoteza c ntre componentele de sudat se realizeaz un contact
circular de raza r intr-o singur zon. n acest caz rezistena Rc se
determin cu relaia:
(2.9)
n care este rezistivitatea metalului [mm2/m].
Mrimea suprafeei de contact depinde de fora de apsare F i de
limita de curgere convenional a materialului c prin relaia:
(2.10)
nlocuind r din relaia (2.10) n relaia (2.9) rezult:
(2.11)
c lund valori diferite n funcie de temperatur:
la 20C c=40000 N/cm2
la 1200C c=4500 N/cm2Dac contactul dintre componente se produce
simultan n mai multe zone, atunci este valabil relaia:
(2.12)
n care Rk este rezistena de contact pentru o for de apsare de 10
N, iar este un exponent al forei, determinat experimental n funcie
de material i starea suprafeelor n contact.
Dac materialele n contact sunt diferite, rezistena de contact va
fi calculat ca medie aritmetic a rezistenelor de contact pentru
fiecare material n parte.
(2.13)
n cazul cuplului oel-cupru, Rc va fi jumtate din rezistena
cuplului oel-oel, deoarece rezistena de contact a cuprului este
neglijabil, deci Rc va fi:
(2.14)
2.2.1.2. Rezistena proprie a componentelor de sudat
Aceast rezisten proprie a componentelor poate fi determinat
plecnd de la ipoteza c o plac de grosime s se afl n contact cu doi
electrozi de diametrul de, iar curentul strbate placa prin poriunea
cuprins ntre vrfurile electrozilor (figura 2.10.). n cazul unor
electrozi tronconici (ca n figura), poriunea strbtut de curent este
un cilindru cu diametrul bazei de i nlimea s. n acest caz rezistena
se va calcula astfel:
(2.15)
i ar fi independent de fora de presare i n care este
rezistivitatea materialului.
ns rezistivitatea materialului este variabil cu temperatura dup
legea:
(2.16)
T rezistivitatea la temperatura T (C);
0 rezistivitatea la temperatura ambiant (20C);
coeficient de temperatur.
Folosind aceast relaie ar rezulta c, la finalul operaiei de
sudare, rezistena electric a pieselor ar fi mai mare dect la
nceput, cnd piesele sunt mai reci, ceea ce ar fi n contradicie cu
rezultatele practice.
Acest lucru trebuie corectat cu anumii factori de corecie, care
trebuie s in cont de urmtoarele aspecte:
seciunea real de trecere a curentului;
variaia temperaturii materialului;
influena forei de apsare.
Pornind de la studiul cmpului termic electric existent ntre
placa dintre electrozii de contact, s-a observat c liniile de
curent nu trec numai prin cilindrul delimitat de vrful
electrozilor, ci printr-o seciune mai mare (figura 2.10.b.).
Din acest motiv i densitatea curentului este mai mare (figura
2.10.c.). n planul seciunii de contact cu electrozii densitatea
este maxim la marginea acestora, iar n seciunea median a plcii
densitatea este mai mic, descrescnd cu ct ne ndeprtm de axa
electrozilor.
Deoarece seciunea de trecere a curentului se mrete la mijlocul
plcilor, rezistena proprie a plcii R, va fi mai mic fa de rezistena
cilindrului de material:
(2.17)
n care k1 este un coeficient subunitar, care ine cont de
distribuia real a liniilor de curent n plac.
Configuraia cmpului electric i distribuia liniilor de curent
depind, n mare msur, de raportul dintre diametrul de contact al
electrozilor i grosimea plcii. La aceeai grosime a plcii, o data cu
creterea seciunii de contact, distribuia liniilor de curent este
mai redus. Pentru cazurile ce intervin la sudarea n puncte, cu
de/s0=1 .. 3, se poate lua: k1=0,4 .. 0,8.
O a doua corecie, care trebuie aplicat, se refer la
neuniformitatea nclzirii materialului dintre electrozi, care
modific rezistivitatea acestuia n diferite zone. La nceputul
nclzirii, densitatea maxim a curentului, n planul mediu al plcilor,
se aplic pe axa electrozilor (figura 2.10.c), ducnd la creterea
temperaturii n aceast zon. n continuare, trecerea curentului se
face preferenial, de la partea central mai cald, spre prile
periferice mai reci, cu rezistivitate mai mic, crescnd seciunea de
trecere. Rezult o micorare a rezistenei materialului pieselor
strbtute:
(2.18)
unde k2 este un coeficient de distribuie neuniform a liniilor de
curent ca urmare a nclzirii neuniforme, cu valoarea: k2=0,75 ..
0,95.
n ultimul rnd, a treia corecie ce se aplic va tine seama de fora
de apsare. n cazul real al sudrii n puncte, ntre electrozi se
gsesc, n mod obinuit, dou plci de sudat i nu una singur, ca n
situaiile de mai sus. Seciunea de trecere a curentului la contactul
dintre table va fi determinat de mrimea suprafeei de contact dintre
acestea. Suprafaa real de contact depinde att de fora de presare
exercitat de electrozi ct i de rezistena la deformare plastic a
materialului i temperatura la care se gsete acesta.
O data cu creterea forei F, diametrul de contact d0 crete
(figura 2.11.), pn la o valoare limit, care depinde de grosimea
plcii s, dup relaia:
(2.19)
Pentru calcule precise a rezistenei proprii, se va introduce n
locul diametrului electrodului de, diametrul fictiv de contact
d0.
Suprafaa fictiv de contact este dat de relaia:
(2.20)
unde: F este fora de apsare, iar p rezistena la deformare
plastic a materialului.
Pentru un contact fictiv circular, diametrul fictiv de contact
va fi:
(2.21)
Diametrul fictiv este diferit de diametrul electrodului. La
nceputul operaiei de sudare d0 este mai mic dect de, iar pe msur ce
temperatura crete, scznd rezistena la deformare plastic, d0 crete
pn la valoarea de. La sfritul operaiei de sudare d0 poate fi mai
mare dect de. Pentru calculul diametrului d0 la sudarea unor plci
din oel moale, folosind electrozi din cupru cu duritate mare, se
poate considera rezistena de deformare plastic a materialului:
p=400 N / mm 2 la nceputul operaiei de sudare;
p=40..50 N / mm 2 la sfritul operaiei de sudare.
2.2.1.3. Rolul rezistenelor electrice la formarea punctului de
sudurInfluena acestor rezistene asupra desfurrii procesului de
degajare a cldurii la sudare, se poate stabili prin analiza
variaiei temperaturii n zona dintre electrozi, reprezentat ca n
figura 2.12., pentru diferii timpi de la nceputul sudrii, n cazul
unor componente din oel.
Din grafic se observ ca, la nceput, creterea temperaturii are
loc n zonele de contact. n momentul urmtor, temperatura crete mai
puin n zona de contact a electrozilor, datorit efectului de rcire
produs de acetia, ca urmare a conductibilitii termice ridicate a
cuprului. O dat cu nclzirea materialului dintre electrozi, crete i
rezistivitatea materialului de sudat. Cldura ncepe s se dezvolte
mai rapid n interiorul componentelor, rolul rezistenei Rc devenind
neglijabil.
Temperatura maxim fiind atins ntre componentele de sudat n
contact, o dat cu depirea temperaturii de topire a materialului, se
formeaz i nucleul topit, n zona corespunztoare acestei temperaturi.
Din studiile efectuate, rezult faptul c, rezistena proprie a
materialului joac un rol principal n degajarea cldurii, partea
generat de rezistena de contact nefiind mai mare de 10% din cldura
total consumat n procesul de sudare.
La temperatura ambiant rezistena de contact ntre componente Rc
are valoarea cea mai ridicat. Spre exemplificare, n figura 2.13.
sunt prezentate valorile iniiale ale rezistenelor pentru cazul a
dou table din oel carbon de 1 mm grosime, laminate la rece i
decapate, strnse ntre electrozii tronconici cu o for de 5000 N.
Aceste rezistene, naintea trecerii curentului electric, au
urmtoarele valori: Rc=178 []; Rp=7 []; Rc=30 [].
Variaia pe parcursul sudrii a rezistenelor de contact sunt
prezentate n figura 2.14., rezistena de contact dintre electrozi i
pies, figura 2.15. rezistena de contact dintre componente i figura
2.16. rezistena proprie a componentelor.
Variaia rezistenei totale la sudare este reprezentat n figura
2.17. La nceputul operaiei de sudare, rezistena total este
determinat de rezistena de contact i are o valoare considerabil
care, pe msura nclzirii pieselor, scade foarte rapid, devenind
neglijabil la temperaturi de peste 600C (n cazul sudrii oelurilor).
Rezistena proprie a materialului crete la nceput, datorit creterii
rezistivitii o dat cu temperatura, scznd apoi, datorit creterii
suprafeei fictive de contact, sub aciunea forei de presare pe msura
nclzirii pieselor.
n figurile 2.18. i 2.19. sunt reprezentate variaia n timp a
rezistenelor 2Rp+Rc la sudarea n puncte a componentelor din oel i
respectiv duraluminiu.
Se observa c la duraluminiu rezistena de contact dintre
componente reprezint o surs termic de importan mai mare dect n
cazul oelului.
Datorit efectului preponderent al rezistenei proprii a
materialului, pentru simplificarea calculului rezistenei totale se
consider numai rezistena proprie final a pieselor de sudat,
amplificat cu un coeficient k3, care ine cont de variaia rezistenei
n timpul sudrii i de proprietile materialului de sudat:
(2.22)
unde: k3=1..1,1 pentru sudarea pieselor din oel; k3=1,2..1,4
pentru sudarea pieselor din aliaje uoare; Tf temperatura final
medie atins la sfritul operaiei de sudare; la sudarea oelurilor
Tf=1200..1400C.
Considernd curentul de sudare Is constant pe durata desfurrii
procesului, rezult cldura degajat Q la sudarea n puncte:
(2.23)
2.2.1.4. Cmpul termic la sudarea n puncteStudiul teoretic al
cmpului termic la sudarea n puncte ntmpin dificulti din cauza
caracterului spaial al cmpului i datorit numrului mare de factori
care influeneaz procesul termic.
Studiul experimental poate fi fcut prin msurarea temperaturii
atinse n diferite locuri ale mbinrii, cu ajutorul unor termocuple
introduse prin orificii fine n zonele dorite n electrozii de
contact sau n piesele sudate. Cmpul real de temperatur poate fi
recunoscut pe o prob metalografic ce conine o seciune a unui punct
sudat. Prin atacul cu reactiv metalografic se pune n eviden nucleul
topit, cu structura dendritic, specific metalelor topite, conturul
acestui nucleu corespunznd izotermei lichidus a metalului
respectiv. Temperaturile atinse n apropierea nucleului pot fi
recunoscute dup modificrile structurale din zona influenat
termic.
Cmpul termic real la sudarea n puncte poate fi reprezentat ca n
figura 2.20., dac se tine seama de urmtoarele:
plcile sunt nelimitate;
electrozii de contact sunt cu seciune circulara;
conductibilitatea termic a electrozilor este mai mare dect
conductibilitatea termic a materialelor de sudat.
n aceste condiii cmpul termic va fi simetric fa de axa
electrozilor OZ, izotermele reprezentnd suprafee de rotaie n jurul
acestei axe. Variaiile temperaturii atinse n anumite puncte va fi
urmrit n lungul axei OZ a electrozilor i pe direcie radial, n
lungul axei OR.
Temperatura maxim se atinge n centrul nucleului, putnd ntrece
temperatura de topire a materialului de sudat cu 350-500C.
Urmrind variaia temperaturii ]n lungul axei OZ, temperatura
scade rapid din cauza transmiterii cldurii ctre electrozii de
contact, ce au o conductibilitate termic mare. La suprafaa de
contact cu electrozii, temperatura ajunge la cel mult (0,4-0,6) din
temperatura de topire a materialului. Temperatura scade i n sensul
axei OR, pe msura ndeprtrii de nucleu, datorit transmisiei cldurii
n piesele de sudat. Zona nclzit va fi mai extins dac se sudeaz n
regim moale sau materialul are o conductibilitate termic ridicat
(curba 2) fa de sudarea n regim dur sau a materialelor cu
conductibilitate termic redus (curba 1).
Cunoaterea cmpului termic la sudare permite calculul cantitii de
cldur necesar la sudare Q, care va fi:
(2.24)
n care:
Q1 este cldura necesar nclzirii coloanei de metal cuprinse ntre
electrozii de contact;
Q2 cldura absorbit de metalul din jurul coloanei centrale (din
ZIT);
Q3 cldura transmis electrozilor;
Q4 cldura cedat mediului ambiant prin suprafaa pieselor supuse
sudrii; datorit timpilor foarte scuri de sudare, aceast cldur poate
fi neglijat, deci Q4=0.
Pentru simplificarea calculelor, se consider cmpurile termice
convenionale reprezentate n figura 2.21.
Cantitatea de cldur Q1 se calculeaz n ipoteza c tot materialul
dintre electrozi, cu diametrul nucleului dn se nclzete pn la
temperatura de topire Tt. Nu se ine seama de cldura latent de
topire deoarece se consider temperatura constant pn la suprafaa de
contact cu electrozii, dei acesta nu depete (0,4-0,6)Tt. Rezult
deci:
(2.25)
Coloana central este nconjurat de zona influenat termic, de form
inelar, n care temperatura scade de la temperatura de topire Tt pn
la temperatura mediului ambiant T020.
Extinderea zonei nclzite prin conducie crete o dat cu
difuzivitatea termic a materialului i cu timpul de nclzire
(respectiv de sudare ts), dup relaia:
(2.26)
unde K4 depinde de conductibilitatea termic a materialului, avnd
valoarea: 1,2 pentru oel carbon, 3,1 pentru aliaje de aluminiu, 3,6
pentru cupru.
n acest caz, cldura necesar Q2 transmis n zona inelar de
diametru D=dn+2X, considernd temperatura medie 0,5Tt, va fi:
(2.27)
(2.28)
Pentru calculul cldurii absorbite de electrozi se consider c
acetia se nclzesc pe lungimea X2 (calculat cu constanta K4 pentru
cupru) cu o temperatur medie 0,25Tt (de la 0,5Tt la suprafaa de
contact cu T0=20C). Rezult:
(2.29)
n relaie a fost introdus un coeficient de corecie K5 care ine
seama de vrful electrodului, care determin cantitatea de cldur
transmis n electrozi. Acest coeficient, determinat experimental,
are valorile: 1 pentru vrf cilindric; 1,5 pentru vrf conic; 2
pentru vrf sferic.
n electrozii de contact se pierde o cantitate important de
cldur, ajungnd la 30-50% din cantitatea total de cldur degajat.
Neglijnd cldura pierdut n mediul nconjurtor pe durata sudrii,
datorit timpului scurt n care se efectueaz sudarea n puncte, cldura
necesar la sudare va fi:
(2.30)
2.2.2. Procesul metalurgic al formrii punctului de sudurSudarea
n puncte, sub aspectul metalurgic, const n aducerea materialului la
temperatura de topire, urmat apoi de o rcire a unui volum
determinat de metal situat la contactul dintre componentele care se
sudeaz.
Perioada de nclzire corespunde duratei de trecere a curentului
de sudare prin componentele de sudat. Ca rezultat al aciunii comune
de nclzire i cedare a cldurii, naintea apariiei unei faze lichide,
se formeaz ntre componentele de sudat un nucleu cu gruni cristalini
comuni, care cuprinde atomi ai ambelor componente. Dac s-ar
ntrerupe curentul electric prin piesele de sudat ntr-un asemenea
moment, atunci s-ar obine o mbinare sudat cu caliti slabe. Dac
curentul de sudare nu se ntrerupe n acest stadiu, nucleul format se
topete i extinderea lui depinde de durata de trecere a curentului.
Nucleul de metal topit este nconjurat de o zon influenat
termomecanic (ZITM), n care temperatura variaz de la temperatura de
topire a nucleului pn la temperatura ambiant. Totodat, aceast zon
este supus i solicitrilor mecanice, datorit forelor de apsare
aplicate electrozilor de contact i presiunii exercitate de metalul
lichid din nucleu, care are tendina de evacuare n exterior. n
figura 2.22. este reprezentat schematic variaia temperaturii n
jurul nucleului topit, n cazul sudrii a dou table din oel moale. n
fia central A se gsete nucleul topit, n jurul cruia temperatur este
inferioar temperaturii de topire. Temperatura n fia B este mult
superioar temperaturii de transformare critic; n fia C temperatura
atinge aproape temperatura critic; fia D este adus la o temperatur
inferioar temperaturii critice, iar fia E este rmas la temperatura
ambiant.
Cnd curentul este ntrerupt, se termin perioada de nclzire i
acest lucru marcheaz nceputul celei de-a doua faze, respectiv,
rcirea sau solidificarea nucleului topit. Aceast rcire are o mare
importan cu privire la caracteristicile mbinrii sudate.
Rcirea poate avea loc n dou moduri diferite.
Nucleul se rcete liber, fora de apsare aplicat se ntrerupe o
data cu ntreruperea curentului de sudare;
Nucleul se rcete cu meninerea forei de apsare un anumit timp dup
ntreruperea curentului de sudare.
Rcirea nucleului topit progreseaz de la exterior spre centru,
fiind cu att mai mare cu ct gradientul de temperatur este mai
ridicat. Schimbul de cldur se stabilete ntre o surs rece zona
exterioar nucleului i o surs cald nucleul topit.
n cazul rcirii sub presiune sursa rece, meninut la o temperatur
aproape constant, este constituit din electrozii de contact, rcii
cu ap i din masa metalic a componentelor, care nconjoar nucleul
topit. Cristalizarea ncepe de la periferia zonei B i are loc sub
form de dendrite care converg spre centrul punctului. n continuare
structura i mrimea grunilor este funcie de temperatura atins.
n cazul rcirii libere, solidificarea se aseamn cu rcirea unei
mase de metal topit ntr-o cochil, aceasta fiind constituit din
metalul netopit al componentelor care nconjoar nucleul. n acest caz
singura surs rece fiind constituit din masa metalic a
componentelor, schimbul de cldur este mai lent dect n cazul
precedent, iar fia supranclzita (respectiv zona imediata nucleului)
este mai mare. Solidificarea ncepe de la exterior spre interior sub
forma unor dendrite mari, iar prin contracia zonelor periferice
solidificate se formeaz n interiorul punctului sudat retasuri. n
plus, pot apare sufluri i pori care alturi de retasuri, constituie
amorse de fisuri. Structura cu gruni mari, care se formeaz n
exteriorul nucleului solidificat, este fragil i nedorit.
Caracteristicile mecanice ale punctelor sudate, rcite sub
presiune, sunt superioare celor obinute prin rcire liber, celelalte
condiii de sudare fiind aceleai pentru ambele moduri de rcire.
2.2.3. Procesul mecanic al formrii punctului de sudurProcesul
mecanic la sudarea prin presiune este reprezentat prin aciunea
forei de apsare n timpul operaiei de sudare.
n decursul unui ciclu de sudare, exist trei faze consecutive de
acionare a forei de apsare: prinderea componentelor n vederea
sudrii, sudarea propriu-zis sub efectul forei i forjarea
(tratamentul sudurii).
n prima faz, fora de apsare are rolul de a apropia componentele
una de cealalt i de a realiza un contact ct mai intim ntre ele, n
locul n care trebuie efectuat punctul de sudur. La alegerea forei,
n aceast faz, trebuie s se in seama de faptul c tablele nu sunt
ntotdeauna perfect plane i deci ele trebuie deformate spre a ajunge
n contact (figura 2.23.a.).
n faza a doua, n timpul trecerii curentului de sudare, fora de
apsare aplicat electrozilor de contact produce o deformare plastic
a suprafeei cuprins ntre acetia. Deformarea plastic a zonei care
nconjoar nucleul topit este favorabil, deoarece mpiedic expulzarea
metalului lichid prin spaiul dintre componente. Concomitent se
produc dilatri (figura2.23.b.) ale zonelor nclzite, care parial
sunt anihilate de fora de apsare.
n ultima faz, cnd deja este format nucleul topit i ncepe s se
solidifice, se produc contracii (figura2.23.c.) ale metalului
lichid. Dac aceste contracii se produc liber, n punctul de sudur
pot s apar defecte tipice de turnare: retasuri, pori, structur
dendritic mare, etc. Prin meninerea forei de apsare (de obicei i
mrit) dup ntreruperea curentului de sudare se realizeaz forjarea
punctului de sudur cald, mbuntindu-i proprietile mecanice. La
sudarea materialelor mai groase prin efectul de presare se evit
formarea retasurilor i a porilor. Totodat, amprentele
(figura2.23.d) lsate de electrozi n piese cresc. Adncimea admis a
acestora este, n general:
(2.31)
Schematic, principalele etape ale formrii punctului sudat pot fi
urmrite n figura 2.24., i anume:
1. nceperea nclzirii;
2. sudare n solid;
3. apariia nucleului;
4. extinderea nucleului;
5. solidificarea nucleului.
2.2.4 Geometria punctului de sudurRezultatul unei operaii de
sudare este mbinarea pieselor printr-un punct de sudur, situat n
planul de separaie dintre acestea si format din metal topit i
solidificat din ambele piese.
Dac se efectueaz o seciune transversal printr-o mbinare sudat n
puncte ntre dou table, prin prelucrare metalografic se poate
observa geometria punctului sudat si vecintile acestuia (figura
2.25.).
Pe figur se poate observa diametrul punctului de sudur (d1),
diametrul amprentei lsate de electrozi n piese (d2), ca urmare a
strngerii acestora cu o anumit for i respectiv adncimea amprentei
(h2), nlimea punctului de sudur (h1), zona influenat termomecanic
(ZITM), precum si faptul ca ntre piese apare o separare, aceasta
datorit efectului de rcire, care provoac contracii ale materialului
de baz. Diametrul punctului de sudur poate ajunge la 90-110% din
diametrul activ al electrodului. Caracteristicile mecanice ale
mbinrii sunt n principal influenate de mrimea nucleului topit i n
particular de diametrul su n planul celor dou table. Dac puterea
electric este prea mic, nucleul topit este mic, poate chiar
inexistent; n acest caz caracteristicile mecanice ale mbinrii vor
avea valori mici. Dac se crete puterea electric furnizat, atunci
zona topit se extinde i punctul este mai rezistent la solicitrile
mecanice. n acelai timp, trecnd de un anumit prag i sub efectul
presiunii mecanice exercitate se poate observa evacuarea metalului
topit sub form de scntei (fenomen numit expulzare), iar calitatea
punctului se poate degrada. n prim faz la sudare, nlimea i
diametrul punctului de sudur cresc n aceeai msur, urmnd ca apoi
acesta s se dezvolte mai mult n diametru dect n nlime. Acest lucru
se datoreaz faptului ca fora de strngere blocheaz creterea
punctului n nlime, dar favorizeaz dezvoltarea lui n prile laterale
unde nu este constrns de nici un obstacol i att timp ct curentul de
sudare este conectat.
Tot datorit aciunii forei, la finalul operaiei de sudare poate
fi observat o amprent n piese. Diametrul acesteia este de acelai
ordin de mrime cu al diametrului activ al electrodului, iar
adncimea ei depinde de mrimea forei, timpul de strngere al pieselor
ntre electrozi i de natura materialului ce se sudeaz.
La finalul procesului de sudare, n procesul de rcire al
punctului apar contracii n materialul de baz, fapt ce duce la
discontinuitatea asamblrii (acest lucru este evideniat prin
separarea pieselor).
2.3. Parametrii regimului de sudare n puncteParametrii regimului
de sudare sunt acele mrimi pe care sudorul le poate regla de la
panoul de comand i anume: intensitatea curentului de sudare Is [A],
timpul de sudare sau durata conectrii curentului de sudare ts [sec
sau perioade] i fora de apsare aplicat electrozilor de contact F
[N].
n afar de parametrii menionai, calitatea sudrii este influenat i
de factorii tehnologici: grosimea materialului, diametrul la vrf al
electrozilor de contact, calitatea suprafeelor n contact a
componentelor de sudat, precum i factorii constructivi: influena
circuitului secundar i a masei magnetice introdus ntre braele
instalaiei de sudat, fenomenul de untare, amplasarea punctelor fa
de marginea componentelor de sudat, pasul ntre punctele sudate,
direcia de solicitare, etc.
2.3.1. Intensitatea curentului de sudare
Dup cum s-a artat anterior, cantitatea de cldur dezvoltat local
prin trecerea curentului de sudare este proporional cu complexul de
rezistene R, cu ptratul intensitii curentului de sudare Is i cu
timpul de trecere a curentului de sudare ts (relaia 2.2). Se
constat c pentru un anumit F=ct, pentru a obine cantitatea necesar
de cldur se poate aciona asupra parametrilor ls i ts. Acetia se
intercondiioneaz reciproc. adic la o intensitate de curent dat
corespunde un timp determinat, existnd un mare numr de combinaii
care dau aceeai valoare a lui:
EMBED Equation.3 (2.32)Dar, nu se poate micora pn la infinit
valoarea lui ls i majora valoarea timpului ts. Exist o intensitate
a curentului minim, Imin, sub care formarea punctului de sudur nu
mai este posibil. Valoarea minim a intensitii curentului, sau
ntr-un mod mai general a densitii de curent pe suprafaa de contact
dintre electrod si componenta de sudat, este aceea, la care
cantitatea de cldur dezvoltat n zona de sudare este superioar
pierderilor de cldur, prin conducie i radiaie, prin componente,
electrozii de contact si aer. Aceast intensitate minim depinde de
caracteristicile componentelor de sudat, de grosimea lor, diametrul
la vrf al electrozilor i de fora de apsare aplicat electrozilor de
contact.
Pentru fiecare caz n parte de sudare n puncte, cu dimensiuni
date ale punctului si cu o valoare determinat a forei de strngere
se poate trasa o diagram, care d relaia ntre intensitatea
curentului de sudare ls i timpul de sudare ts. (figura
2.26.).Curbele Is= f(ts) pentru F=constant, dup cum se vede din
figur, delimiteaz trei zone caracteristice:
zona A, n care energia termic necesar pentru sudare este
insuficient, corespunde domeniului sudurilor n stare solid; zona B,
corespunde unei combinaii a parametrilor Is si ts care asigur o
calitate bun punctelor de sudur (zona de sudabilitate); zona C, n
care energia termic este mai mare dect cea necesar, este o zon de
supranclzire i de mprocare de metal topit.
Pentru un curent Is, inferior curentului Imin, sudarea nu poate
avea loc, indiferent de valoarea timpului ts. Componentele se
nclzesc, dar cldura dezvoltat se disip n ele pe msur ce se produce.
Pentru o intensitate I2, superioar lui I1, la timpii t1, t2, t3,
t4, nu se produce o topire n locul de mbinare. Dup timpul t5
temperatura crete i punctul se formeaz odat cu creterea timpului de
la t5 la t7. La o intensitate de curent l3 superioara lui I2,
temperatura de topire este atins dup un timp t2 inferior lui
t5.
Zona B, care caracterizeaz domeniul de variaie admis a
parametrilor Is, ts, este bine delimitat pentru fiecare metal.
Pentru unele metale aceasta zon este ngust, necesitnd o reglare
precis a parametrilor Is si ts.
Dac pentru un timp de sudare t4 valoarea intensitii curentului
este I4, pentru un efort de compresiune dat, cantitatea de cldur
dezvoltat n zona de sudare este excesiv i apare fenomenul de
expulzare de material topit. Dac se mresc in continuare valorile
parametrilor Is si t5 mprocarea se amplific.
Curentul de sudare poate fi constant n timpul sudrii, variabil
sau sub form de impulsuri, dup cum urmeaz (vezi cap. 2.3.4.):
curent sub form de impuls constant, n cazurile simple de sudare;
curent sub form de impuls variabil. Valoarea iniial mic asigura o
prenclzire a materialului componentelor de mbinat i este urmat de
creterea intensitii n scopul formarii nucleului topit. Pentru
reducerea vitezei de rcire se poate menine un curent cu o valoare
mai mic; curent sub form de impulsuri repetate, ce asigur nclzirea
treptat a mbinrii; curent din dou impulsuri. Primul impuls
realizeaz sudarea, iar al doilea tratamentul termic ulterior
sudrii.Curentul de sudare necesar crete odat cu grosimea
componentelor de sudat O valoare orientativ pentru intensitatea
curentului Is, (n A) la sudarea unor table din otel cu procent
redus de carbon, cu grosime s (n mm), se poate stabili cu
relaia:
(2.33)
Se menioneaz c, n funcie de preteniile fa de calitatea punctului
sudat si de alte inconveniente, pot interveni situaii n care
curentul utilizat s difere chiar cu 50% fata de valoarea calculat
de mai sus.Valoarea curentului de sudare depinde de: materialul i
dimensiunile componentelor de sudat, ritmul de sudare impus, precum
i de lungimea circuitului secundar exterior i a masei magnetice
introduse ntre braele instalaiei i fenomenul de untare.
Intensitatea poate fi stabilit i n funcie de: mrimea suprafeei
de contact, ansamblul electrod-piesa si densitatea de curent, j
[A/mm2] necesar sudrii, n ipoteza repartizrii uniforme a curentului
n seciunea sa de trecere.
n scopul obinerii unor puncte sudate de calitate, densitatea
curentului de sudare trebuie s fie cu att mai mare cu ct urmtoarele
mrimi au valori mai mici:
rezistena de contact dintre piese; rezistena electric a
materialului pieselor cuprinse ntre vrfurile electrozilor, ce
depinde de rezistivitatea i grosimea componentelor; timpul de
sudare; randamentul procesului de sudare, care la rndul lui depinde
de conductibilitatea termic i grosimea componentelor.Plecnd de la
relaia cantitii de cldur Q necesar la sudare pentru topirea
volumului de metal ce formeaz punctul de sudur, pentru un anumit
metal se poate scrie:
(2.34)
unde: - randamentul procesului de sudare; K - echivalentul n
calorii al unui joule; R - rezistena complex, n ; I5 - curentul de
sudare, n A; ts - timpul de sudare, n secunde; K1 - constant ce
depinde de proprietile metalului ce se sudeaz; V - volumul
punctului de sudur, n cm3.Considernd c nlimea punctului sudat este
proporional cu grosimea pieselor ce se sudeaz, iar acestea au
fiecare grosimea s, se poate scrie
(2.35)
unde este seciunea punctului sudat.
Dac se consider c rezistena R are o valoare medie ce se
presupune constant, rezult:
(2.36)
(2.37)
(2.38)
Pentru un timp de sudare egal cu unitatea (o perioad este egal
cu 0,02 secunde) relaia devine:
(2.39)
Valoarea lui K (A/mm2), pentru o perioad de 0,02 secunde, s-a
determinat experimental avnd mrimi diferite funcie de materialul
care se sudeaz (tabelul 2.3.).
n general densitatea de curent trebuie s fie mai mare la sudarea
tablelor subiri, comparativ cu sudarea tablelor groase.
Densitatea curentului de sudare este dependent i de dimensiunile
capetelor electrozilor de contact. Modificarea densitii curentului
de sudare ca urmare a tocirii capetelor electrozilor impune
intervenii asupra sistemului de reglaj al intensitii curentului de
sudare.
2.3.2. Timpul de sudare
Alturi de intensitatea curentului, timpul de sudare contribuie
direct la formarea punctului de sudur i depinde de curentul de
sudare, natura materialului i dimensiunile componentelor de sudat,
de gradul de curire al suprafeelor n contact.
Se obinuiete ca la reglarea timpului de sudare, acesta s se
calculeze n perioade. Pe msura creterii timpului de trecere a
curentului de sudare, crete i diametrul punctului sudat, obinerea
diametrului dorit putndu-se realiza ntr-un timp mai scurt n funcie
de valoarea timpului de sudare. Acest lucru este artat n figura
2.27.
Pentru un timp de trecere a curentului t1, foarte scurt, nu se
formeaz nici un punct de sudur, chiar dac se folosete curentul I6.
Pentru timpii t2 si t3, se constat formarea unui punct de sudur din
ce n ce mai mare, iar pentru timpii t4,t5, t6 diametrul practic se
stabilizeaz. n aceast poriune a curbei, toat energia caloric
nmagazinat este evacuat n exterior, prin componentele de sudat i
electrozii de contact i nu contribuie deci la topirea n continuare
a materialului.
O reglare buna a timpului de sudare corespunde lui t4, punct
aflat pe cotul curbei. Se evit timpii pe partea ascendent a curbei
unde o mic variaie a timpului de sudare produce o variaie mare a
diametrului punctului. Astfel pentru curba I5, pentru timpul t2,
corespunde diametrul 2 mm sau pentru timpul t5 corespunde diametrul
5 mm.
Curbele sunt diferite pentru componente subiri (pn la 3 mm) i
groase (pn la 5 mm); spre exemplificare n figura 2.28. este
prezentat variaia diametrului punctului de sudur funcie de ts
pentru table din otel carbon cu s = 1 mm (pentru Is, F=ct), iar n
figura 2.29., aceeai variaie pentru table din otel carbon cu s = 3
mm (Is, F=ct.).
Timpul de meninere a curentului de sudare ts, crete odat cu
grosimea s. Pentru table cu grosimea s < 3 mm se pot calcula
valori orientative ale timpului de sudare (n secunde), cu relaiile
practice:, pentru regimuri dure; , pentru regimuri moi.
2.3.3. Fora de apsare
mpreun cu ceilali doi parametri, fora de apsare este la fel de
important n formarea punctului de sudur, din cauza influenei asupra
localizrii punctului i a rezistenei de contact. n subcapitolele
anterioare s-a prezentat deja modul cum influeneaz fora de apsare
asupra rezistenei de contact i rolul pe care l are n decursul unui
ciclu de sudare.
n figura 2.30. este reprezentat variaia diametrului punctului de
sudur n funcie de fora de apsare aplicat electrozilor de contact
pentru cazul sudrii a dou table de oel carbon. S-a constatat c,
pentru o anumit intensitate de curent, un timp de sudare dat i
dimensiuni constante ale electrozilor de contact, diametrul
punctului de sudur scade cu creterea forei de strngere, aceasta
datorndu-se scderii rezistentei de contact. Exista o interdependen
i ntre fora de apsare i curentul de sudare. n figura 2.31. este
reprezentat, limita dintre domeniul sudurilor fr expulzri i
domeniul cu expulzri de material topit i cu amprente adnci, lsate
de electrozii de contact. Se observa o variaie exponenial a acestei
granie.
n practica sudrii n puncte, fora de apsare poate sa fie constant
n tot timpul formrii punctului de sudur sau poate sa fie variabil
(vezi cap. 2.3.4. - cicluri de sudare).
Valoarea necesar forei F depinde de grosimea componentelor de
sudat. n cazul oelului cu coninut n carbon C < 0,2 %, valorile
orientative se pot calcula cu relaia:
(2.40)n care F este fora de apsare n daN, iar s grosimea
componentelor de sudat, n mm.Fora necesar crete odat cu rezistena
materialului la deformare plastic, dar depinde i de caracterul
regimului de sudare folosit. La un regim dur de sudare, datorit
extinderii mai reduse a zonei nclzite, fora de apsare trebuie sa
fie de 1,5..2 ori mai mare dect n regim moale.
Fora de apsare poate fi calculat n funcie de presiunea specific
p [MPa] necesar realizrii deformrii plastice i seciunea punctului
de sudat, recomandndu-se valorile: 7-12 MPa pentru otel carbon cu
coninut redus de carbon; 13-25 MPa pentru oel aliat inoxidabil;
8-25 MPa pentru aluminiu i aliajele sale.
n domeniul indicat se aleg valori din ce n ce mai mari, odat cu
creterea grosimii componentelor de sudat. Acestea se justific prin
faptul c la table mai groase, solidificarea nucleului se face cu
ntrziere.2.3.4. Tipuri de regimuri de sudare n puncte
n funcie de caracteristicile materialului de sudat se pot obine
puncte de sudur cu aceeai rezisten mecanic, folosind diferite
combinaii ale parametrilor regimului de sudare. Dup cum rezulta din
figura 2.25 pentru valori ale intensitii curentului egale sau ceva
superioare intensitii minime de sudare, timpul de sudare trebuie s
fie foarte lung. n acest caz sudarea se produce lent, corespunztor
unui regim de sudare moale. Pentru valori ale intensitii curentului
mult superioare intensitii minime de sudare, timpul de sudare este
foarte scurt ceea ce corespunde unui regim de sudare dur.
n cazul regimului dur, numai zona punctului de sudur este adus
la o temperatur ridicat, sudarea terminndu-se nainte ca suprafaa
elementelor de sudat n contact cu electrozii s ating o temperatur
ridicat. Ca atare, capetele electrozilor sunt meninute la o
temperatur sczut pstrndu-se la valoare iniial duritatea i diametrul
la vrf. Densitatea de curent rmne astfel constant, asigurndu-se o
bun repetabilitate a valorii rezistenei punctelor sudate.
n cazul regimului moale, se nclzete un volum mare de metal, care
depete zona punctului de sudur, iar electrozii n contact cu metalul
n stare plastic las n componentele de sudat amprente adnci.
Timpul lung de sudare face ca rezistena iniial de contact s
joace un rol relativ mai puin important n ceea ce privete
stabilirea cmpului termic final. n aceste condiii, deci, starea
iniial a suprafeelor componentelor influennd n mai mic msur
dimensiunile i rezistena punctului sudat, este admis o pregtire mai
puin pretenioas a lor.
n figura 2.32. este reprezentat forma punctului sudat obinut cu
un regim dur i cu un regim moale de sudare.
Din compararea dimensiunilor punctelor obinute cu cele doua
regimuri de sudare rezulta:
d1 > d2, ceea ce nseamn c rezistena la forfecare a punctului
sudat cu regimul dur este mai mare dect a celui obinut cu un regim
moale de sudare; h1 < h2, ca atare la regimul moale se obine mai
mult metal topit, deci mai mult structur dendritic, care este mai
fragil i mai puin rezistent; la regimul dur h10,3 H, iar la regimul
moale h20,9H.Alegerea ntre regimurile de sudare moi i cele dure se
face de la caz la caz, inndu-se seama de particularitile lor, de
condiiile impuse punctului sudat.
Avantajul principal al regimului moale const n aceea c nu
necesit maini de sudat de putere mare. Dezavantajele regimului
moale sunt:
necesit timpi lungi de sudare, deci productivitatea este mic;
produce amprente adnci i deformaii mari; ia natere o structur
dendritica grosolan, deci sudura cu rezisten mecanic mai mica;
energia necesar pentru realizarea unui punct este mai mare, din
cauza cldurii transmise ctre prile mai reci ale componentelor;
necesit o reparaie frecvent a electrozilor de contact.Regimul dur
s-a generalizat datorita avantajelor care le prezint:
pierderile calorice prin conducie n componentele de sudat si
electrozi sunt mai sczute dect la regimul moale; necesit timpi de
sudare scuri i deci productivitatea se mrete; produce deformaii
minime; consumul electrozilor i al energiei electrice este mai
mic.Dezavantajele regimului dur constau n aceea c necesit maini de
sudat de putere mare i o situaie energetic bun n ntreprinderi.
Regimul dur se impune pentru diferite situaii de asamblare, ca o
condiie indispensabil. Astfel, se utilizeaz n cazul materialelor cu
o conductibilitate termica i electric ridicat, ca de exemplu
aluminiul i aliajele sale, n cazul pieselor de form special, care
necesit o localizare a dezvoltrii ntr-o zona ngust, precum i n
cazul sudurii metalelor cu temperatura de topire mult diferit.
Timpul de sudare influeneaz, viteza de rcire a punctului, dup
ntreruperea curentului. Prin nclzirea mai lent a componentelor de
sudat, deci prin folosirea unor regimuri moi de sudare, rezult i o
rcire mai lenta. La acest regim de sudare sunt pierderi termice
mari, pierderi care sunt utilizate pentru reducerea gradientului de
temperatur. Regimurile moi se folosesc la sudarea oelurilor cu
coninut de carbon mai mare de 0,1% i a unor oeluri aliate, pentru
diminuarea efectului de contracie i evitarea fisurilor.2.3.5.
Cicluri de sudare n puncte
Ciclurile de sudare reprezint variaia n timp a principalilor
parametrii de sudare: curentul de sudare ls i a forei de apsare F,
n diverse faze de formare a punctului de sudur. n anumite condiii
se prezint n cadrul ciclului de sudare i variaia temperaturii n
nucleul punctului de sudur.
Dup cum s-a artat, aceti parametrii pot fi constani sau se pot
modifica n timpul sudrii n funcie de grosimea componentelor de
sudat, caracteristicile mecano-metalurgice ale acestora, calitatea
i rezistena mbinrii, n strns concordan cu performanele instalaiei
de sudare n puncte.
Dup modul de combinare a acestor variante, n cazurile concrete
de sudare se deosebesc mai multe variante de cicluri de sudare n
puncte.2.3.5.1. Cicluri de sudare cu for de apsare constant
Ciclurile de sudare cu for de apsare constant (F=constant) sunt
reprezentate in figura 2.33.
Deplasarea electrodului pe durata ciclului de sudare poate fi
urmrit n figura 2.33.a., n care: te1- este timpul de coborre al
electrodului; te2 - timpul de contact al electrodului cu suprafaa
pieselor de sudat; te3 - timpul de ridicare al electrodului.
Variaia forei de apsare, pe durata de contact a electrozilor, se
poate urmri n aceeai figur, unde: tF1 - timpul de aplicare a forei
de apsare; tF2 - timpul de meninere constant a forei de apsare: tF3
- timpul de anulare al forei de apsare.
Dup modul de aplicare a curentului se deosebesc urmtoarele
cicluri:
Sudarea cu un singur impuls constant de curent (figura 2.33.a.).
Dup ce fora de apsare a atins valoarea necesar F, constant pe toat
durata procesului, se conecteaz un curent de sudare, constant pe
durata ts (timpul de sudare). Temperatura n nucleul punctului de
sudare crete pn la o temperatur mai mare dect temperatura de topire
a materialului componentelor. Conectarea curentului se realizeaz
dup timpul ti1, iar deconectarea n timpul ti2. Dup aplicarea i
respectiv anularea forei de apsare, aceti timpi sunt: ti1 - timp de
ntrziere a curentului fa de fora de apsare; ti2 - timp de ntrziere
a forei fa de ntreruperea curentului de sudare.
n toate variantele sudrii n puncte, curentul de sudare se
conecteaz dup atingerea valorii prescrise pentru fora de apsare. n
caz contrar, dac electrozii se afla sub tensiune n momentul n care
ating suprafaa pieselor de sudat sau dac fora de apsare nu are nc o
valoare suficient de mare, datorit rezistenelor de contact mari,
pot s apar supranclziri locale ce deterioreaz suprafaa mbinrii
sudate sau a electrozilor.La un interval de timp, ti2, msurat din
momentul ntreruperii curentului, fora de apsare se anuleaz. Rolul
timpului de ntrziere este de a menine sub presiune nucleul topit,
astfel ca micorrile de volum datorate contraciei n timpul
solidificrii s nu duc la apariia unor goluri de contracie. n acelai
timp, se evit arderea superficial a suprafeei pieselor i a
electrozilor, fenomene ce ar aprea dac fora de apsare ar fi
ntrerupt nainte de ntreruperea curentului.Acest ciclu se aplic la
sudarea oelurilor cu coninut redus de carbon i grosime mic (s