-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 1/ 43
2.18.1 ncrcarea prin sudare 2.18.1.1 Consideraii generale
Procedeele de ncrcare a pieselor prin sudare se folosesc n scopul
depunerii de material pentru funcionalizarea suplimentar a unor
materiale, pentru compensarea uzrilor, a recuperrii pieselor cu
fisuri, crpturi sau sprturi, pentru mbinarea unor piese rupte sau a
elementelor componente ale unor dispozitive sau construcii sudate.
Aceste procedee au urmtoarele avantaje: - nu necesit utilaje
complexe, costisitoare, complicate; - straturile depuse prin sudare
pot avea grosimi variabile; - operaiile pregtitoare ale suprafeelor
nu sunt complicate, de cele mai multe ori, reducndu-se la simple
splri i degresri - sunt productive, eficiente i au un cost redus,
putndu-se mecaniza i automatiza; - pot fi recondiionate piese care
nglobeaz o mare valoare de manoper i material. n comparaie cu alte
procedee de recondiionare, procedeele prin sudare prezint
urmtoarele dezavantaje: - stratul depus este neuniform, cu
denivelri crescnd volumul prelucrrilor mecanice ulterioare. -
temperaturile ridicate realizate n custuri n timpul sudrii modific
structura materialului de baz al piesei, de aceea, dup
recondiionare, acestea vor fi supuse unor tratamente termice ceea
ce impune noi cheltuieli de energie i for de munc. 2.18.1.2 Diluia
i ptrunderea Diluia poate fi definit ca o schimbare a compoziiei
chimice MA prin amestecarea cu MB ca urmare a ptrunderii sudurii n
MB. Se cunoate c scopul sudurii este de a mbina dou piese printr-o
sudur omogen care s difere ct se poate de puin de MB din care sunt
realizate piesele. Pentru aceasta sudorul alege un electrod de
sudare care asigur un MD cu o compoziie chimic similar sau apropiat
de a MB. Pe de alt parte, ncrcarea sau sudarea de ncrcare are ca
scop depunerea pe suprafaa unei piese a unui aliaj cu o compoziie
chimic i proprieti mult diferite de ale MB din care este realizat
piesa. n acest scop sudorul alege un electrod de ncrcare cu o
compoziie chimic diferit de a MB. Sudura convenional ideal trebuie
s prezinte o diferen foarte mic pe suprafaa transversal ntre MD i
MB. n schimb, seciunea transversal a MD n cazul ncrcrii, trebuie s
prezinte, n mod ideal, o tranziie bine definit ntre MD i MB.
Succesul acestui deziderat depinde de priceperea sudorului n a
compensa gradul de topire a rdcinii, necesar unei bune adeziuni, cu
nivelul de ptrundere a metalului de baz. La sudare i ncrcare sunt
aplicate dou reguli empirice simple: - cu ct este mai mare nivelul
de ptrundere al sudurii n MB, cu att este mai mare diluia aliajului
depus; - cu ct este mai mare diluia, cu att este mai nefavorabil
efectul asupra proprietilor de rezisten la uzare a stratului depus.
Diluia este influenat de procedeele de ncrcare prin sudare, tipul
materialelor de adaos, tipul nveliului, forma i dimensiunile
materialelor de adaos (ex. electrozi cu vergea plin sau cu vergea
tubular), diametrul, parametrii de sudare, numrul de straturi i
grosimea stratului depus. Dintre parametrii de sudare, care
influeneaz ptrunderea, respectiv diluia, cei mai importani sunt:
curentul de sudare i viteza de avans a electrodului. Cel din urm
poate fi perfecionat prin experiena sudorului, dar primul depinde
de dimensiunea i tipul electrodului i aici se pot face mbuntiri
considerabile. Acest aspect poate fi pus n eviden fcnd o comparaie
ntre sudarea i ncrcarea cu electrozi (convenionali) cu vergea plin
i cu electrozi tubulari (cu vergea tubular). Efectul asupra
procesului de sudare de mbinare este nesemnificativ, exceptnd
faptul c pentru acelai diametru, curenii de sudare sunt
semnificativ mai mici n cazul electrozilor cu vergea tubular.
Orientativ, n tabelul 1 sunt date valori ale diluiei pentru cele
mai importante procedee de ncrcare prin sudare, n funcie de numrul
de straturi i grosimea depunerii.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 2/ 43
Tabelul 1. Valorile diluiei (%) pentru cele mai importante
procedee de ncrcare prin sudare, n funcie de numrul de straturi i
grosimea depunerii
2.18.1.3 Particulariti ale suprafeelor obinute prin ncrcare
Performanele materialelor sunt determinate de natura, compoziia i
dispersia fazelor, de cantitatea i distribuia constituenilor
structurali i de mrimea gruntelui cristalin. Suprafaa pieselor este
eterogen din punctul de vedere al caracteristicilor fizico-chimice.
Pe acest fond se manifest solicitrile din exploatare i tensiunile
reziduale. Eterogenitile chimice i structurale asociate cu
defectele specifice ce pot aprea la solicitarea procedeului de
sudare (fisuri, goluri etc.), cu solicitrile complexe din
exploatare i cu tensiunile reziduale, datorit sudurii, genereaz n
piesele ncrcate tensiuni complexe triaxiale. Eterogenitatea chimic
a pieselor ncrcate este generat n procesul de sudare. Ea este
determinat de diferenele care exist ntre compoziiile chimice ale MB
i MA, de proprietile termofizice ale acestora, de concepia
constructiv, de tipul depunerii i de puterea sursei termice
utilizate. Eterogenitatea structural nsoete n mod obinuit pe cea
chimic, dar poate s apar i din cauza unor procese deosebite de
nclzire-rcire ale anumitor zone ale pieselor ncrcate. Proprietile
zonei intermediare de trecere (ZT) sunt determinate de procesele de
cristalizare i difuzie ce au loc ntre MA i MB. n timpul acestora
exist posibilitatea de apariie dinspre metalul de baz a unor
structuri de cristalizare i difuzie care determin prezena n zona de
trecere a unor straturi cu proprieti i compoziie chimic diferit de
a componentelor respective. Aceste fenomene, care se manifest n
zonele caracteristice ale structurii bimetalice, depunerea (MD),
zona influenat termic(ZIT), metalul de baz(MB) (fig. 1), n special
la nivelul zonei de trecere sau la nivelul suprafeelor de
separaie.
Fig.1 Prob de mbinare sudat (a) i prob de ncrcare(b). MD-metal
depus: custur(a); strat depus sau depunere(b)
ZIT-zon influenat termic; MB-metal de baz.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 3/ 43
Se remarc faptul c structura i proprietile zonei de trecere (ZT)
sunt mult diferite fa de cele ale MA i MB, dac acestea sunt din
clase structurale distincte i apropiate dac sunt din aceeai clas.
Se menioneaz c ele depind de asemenea, de natura materialului n
care are loc procesul de difuzie i de natura difuzantului.
Amploarea proceselor de difuzie depinde de temperatur i de timpul
de meninere, cauz pentru care n anumite condiii de exploatare
straturile se dezvolt iar proprietile acestora se modific, astfel
nct se poate ajunge la fragilitatea zonei de trecere i implicit la
reducerea capacitii portante a acesteia. Eterogenitile structurale
apar i se manifest n mod pregnant n zona influenat termic.
Fenomenele menionate anterior nu sunt singulare. Ele se asociaz
fenomenelor de mbtrnire difereniat a MA i MB i de modificare a
strii iniiale a pieselor ncrcate. Din prezentarea aspectelor
fenomenologice, de mai sus, rezult faptul c alegerea judicioas a
materialelor din componena pieselor ncrcate precum i tehnologia de
execuie a acestora au o influen hotrtoare asupra nivelului
calitativ i de eficien pe care l putem obine n condiiile realizrii
industriale a pieselor ncrcate. 2.18.1.4 Clasificarea materialelor
de adaos pentru ncrcare La selectarea unui material sau aliaj
pentru un numit tip de uzare trebuie avute n vedere acele
caracteristici i proprieti ale aliajelor care sunt dominante n
comportamentul lor. Pe aceast baz s-au fcut mai multe criterii de
clasificare a aliajelor; cele mai cunoscute sunt: dup destinaie,
dup baza de aliere, dup compoziia chimic, dup microstructur i dup
forma de realizare i livrare. A) Dup destinaie, se poate face
urmtoarea clasificare: -Materiale de adaos pentru realizarea
stratului de rezisten la uzare; -Materiale de daos pentru relizarea
stratului tampon. B) Dup baza de aliere, materialele de adaos pot
avea baza de aliere: Fe, Ni, Co, Cu sau carbur de W. Aceste prime
dou moduri de clasificare sunt prezentate sintetic i schematic n
fig.2.5.
Fig. 2 Clasificarea materialelor de ncrcare dup destinaie i baza
de aliere
C) Dup compoziia chimic a materialului depus, exist mai multe
clasificri, care nu difer prea mult ntre ele. Una dintre
clasificrile cele mai cunoscute, care n mare parte se regsete i n
standardele romneti, este cea conform normelor germane DIN 8555. n
aceste norme clasificarea aliajelor se face n funcie de coninutul
de Fe al metalului depus i cuprinde trei categorii mari: - Aliaje
cu coninut ridicat de Fe; - Aliaje cu coninut redus de Fe; - Aliaje
fr coninut de Fe (neferoase). n tabelele 2, 3 i 4 sunt prezentate,
detaliat, clasificrile (i descrierile) materialelor de adaos pentru
ncrcare, pe grupe de aliere, domeniul pentru compoziia chimic,
caracteristicile tehnice i exemple de utilizare.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 4/ 43
Tabelul 2. Aliaje pe baz de Fe
Tabelul 3. Aliaje cu coninut redus de Fe
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 5/ 43
Tabelul 4. Aliaje fr coninut de Fe
D) Dup microstructura metalului depus, aliajele pe baz de Fe
(vezi tabelul 2), sunt grupate n 16 microstructuri tipice n care se
regsesc cele mai cunoscute aliaje de ncrcare pe baz de Fe i sunt
prezentate n tabelul 5.
Tabelul 5. Aliaje pentru ncrcare dur
E) Dup forma de realizare sau livrare, materialele de adaos
pentru ncrcare pot fi mprite n 5 grupe mari dup cum urmeaz: vergele
(baghete), electrozi nvelii, srme, fluxuri i pulberi. Sub aceste
forme de realizare i livrare materialele de adaos se gsesc n
majoritatea ofertelor i cataloagelor productorilor i dealerilor din
domeniu. n fig. 3 este prezentat sintetic aceast clasificare, cu
detaliere pe fiecare grup i procedeele de ncrcare corespunztoare.
2.18.1.5 Descrierea aliajelor pentru ncrcare pe baz de Fe Domeniile
de compoziii chimice tipice, microstructura, prelucrabilitatea,
duritatea, tratamentul termic post sudare, rezistena la impact,
rezistena la uzare metal pe metal, rezistena la abraziune,
rezistena la coroziune, tendina la fisurare i aplicaiile tipice
sunt prezentate n continuare. I. E-H-Fe-FS Compoziie tipic: pn la
0,3%C i pn 6% elemente de aliere Principalele
caracteristici:-duritate 200-400 HB
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 6/ 43
-MD este prelucrabil prin achiere -rezisten excelent la impact
-rezisten bun la uzare metal pe metal -rezisten slab spre moderat
la abraziune. Exemplu tipic: 0,25%C, 3%Cr Aplicaii: ncrcare piese
solicitate la uzare metal pe metal-role de ghidare, trolii, roi de
transmisie, roi dinate.
Fig. 3 Clasificarea materialelor de adaos dup forma de realizare
sau livrare. II. E-H-Fe-M1 Compoziie tipic: 0,3-0,8%C i pn la 6%
elemente de aliere Principalele caracteristici: -duritate:450-600
HB; -MD prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten bun la impact;
-Rezisten excelent la uzare metal pe metal. Exemplu tipic: 0,5%C,
5% Cr, 0,5%Mo Aplicii: ncrcare piese solicitate la uzare metal pe
metal- ghidaje i role. III. E-H-Fe-M2 Compoziie tipic: 0,2-1,5%C i
7-20% elemente de aliere:Mo, W, Cr. Principalele caracteristici:
-duritate: 45-60 HRC; -MD prelucrabil numai prin polizare;
-Rezisten la impact uor; -Rezisten bun la abraziune; -Duritatea se
menine i dup tratament termic pn la temperatura de 5500C sau mai
ridicat.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 7/ 43
Exemplu tipic: 0,7%C, 5%Cr, 1,5%Mo, 1,5%W Aplicaii: ncrcare
scule pentru debitare la cald- foarfece, tane, matrie etc. IV.
E-H-Fe-M3 Compoziie tipic:0,05-0,6%C i 10-20% elemente de aliere, n
principal Cr; Caracteristici principale: -duritate: 30-55 HRC; -MD
cu carbon sczut sunt prelucrabile; -rezisten la impact satisfctor
spre bun; -rezisten bun la coroziune. Exemplu tipic:- aliaje 410,
410 NiMo, 420; Aplicaii: ncrcare role la oelrii cu turnare continu.
V. E-H-Fe-MA Compoziie tipic: 0,8-1,5%C i 5-15% elemente de aliere:
Mn,Cr, Si. Caracteristici principale: -duritate: 45-60 HRC; -MD
neprelucrabil n stare sudat; -Rezisten bun la impact; -Rezisten la
uzare metal pe metal: satisfctoare; -Rezisten la abraziune:
satisfctoare spre bun. Exemplu tipic: 1%C, 9%Cr, 3%Si Aplicaii:
ncrcare piese de maini agricole pentru prelucrare soluri moi. VI.
E-H-Fe-MK Compoziie tipic: 1-2% C i pn la 13% elemente de aliere
eseniale: Cr, Mo,W i carburi primare de Ti, Nb. Caracteristici
principale: -duritate: 50-55 HRC; -MD neprelucrabil n stare sudat;
-Rezisten bun la impact; -Rezisten bun la abraziune. Exemplu tipic:
1,8%C, 5%Cr, 1%Mo, 6% Ti Aplicaii: ncrcare piese solicitate la
uzare metal pe metal i abraziune. VII. E-H-Fe-MEK Compoziie tipic:
2-3%C i 6-15% elemente de aliere, n principal Cr i Mn
Caracteristici principale: -duritate: 45-60 HRC; -MD neprelucrabil
n stare sudat; -Rezisten bun la uzare metal pe metal; -Rezisten la
impact satisfctoare; -Rezisten moderat la abraziune. Exemplu tipic:
2,2%C, 7% Cr Aplicaii: ncrcare ciocane pentru mori, ghidaje pentru
transfer metal. VIII. E-H-Fe-A Compoziie tipic: 0,2-0,15%C i pn la
40% elemente de aliere, eseniale Cr, Ni, Mo Caracteristici
principale: -duritate: 180-250 HB; -MD prelucrabil prin achiere;
-Rezisten nalt la impact i foarte ductil; -Rezisten excelent la
coroziune; -Rezisten la uzare metal pe metal satisfctoare;
-Rezisten slab la uzare. Exemplu tipic: oeluri inoxidabile de tip
307, 309(L), 309 Lmo Aplicaii: straturi i mbinri table din oeluri
austenitice manganoase.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 8/ 43
IX. E-H-Fe-AF Compoziie chimic: 0,05-0,15%C i pn la 40% elemente
de aliere eseniale Cr, Ni. Caracteristici principale: -duritate:
200-280 HB; -MD prelucrabil prin achiere; -Rezisten nalt la impact
i foarte ductil; -Rezisten excelent la coroziune; -Rezisten la
uzare metal pe metal: satisfctoare. Exemplu tipic: oeluri
inoxidabile de tip 312 Aplicaii: realizare straturi tampon, mbinri
table din oeluri austenitice manganoase, reparaii, reparaii scule i
piese din oeluri martensitice. X. E-H-Fe-AM Compoziie tipic:
0,5-1,2% C i pn la 30% elemente de aliere, eseniale C, Mn, uneori
pn la 8%Cr, Ni; Mo. Caracteristici principale: -duritate: cca 300HB
n stare sudat i pn la 550 HB dup ecruisare; -MD prelucrabil greu;
-Rezisten la impact puternic; -Rezisten excelent la uzare metal pe
metal; -Rezisten bun la abraziune (prin ecruisare). Exemplu tipic:
1%C, 14%Mn Aplicaii: ncrcare concasoare de piatr, ciocane pentru
mori, inimi de ncruciare/ macaze de cale ferat XI. E-H-Fe-AMC
Compoziie tipic: 0,3-0,5% C i 25-40% elemente de aliere, eseniale
Mn i Cr, n cantiti aproximativ egale. Caracteristici principale:
-duritate: cca 300 HB n stare sudat i pn la 550 HB dup ecruisare;
-MD prelucrabil greu; -Rezisten la impact puternic; -Rezisten
excelent la uzare metal pe metal; -Rezistena bun la abraziune (prin
ecruisare). Exemplu tipic: 0,4%C, 15%Mn, 15%Cr Aplicii: ncrcare
concasoare de piatr, inimi de ncruciare i macaze. XII. E-H-Fe-AK
Compoziie tipic: 1-2%C i 15-25% elemente de aliere, n principal Mn
cu carburi primare de Ti sau Nb Caracteristici principale:
-duritate: 30-40 HRC n stare sudat; -MD neprelucrabil n stare
sudat; -Rezisten excelent la impact; -Rezisten foarte bun la
abraziune; -Rezisten bun la uzare metal pe metal. Exemplu tipic:
1,5%C, 14% Mn, 2%Ti Aplicaii: piese solicitate la impact sever cu
abraziune. XIII. E-H-Fe-PAE Compoziie tipic: 2-3%C i 15-35%
elemente de aliere, n principal Cr, Mo Caracteristici principale:
-duritate: 40-55 HRC n stare sudat; -MD prelucrabil numai prin
polizare; -Rezisten satisfctoare la impact; -Rezisten bun la
abraziune; -La ncrcare multistrat apar fisuri la intervale de
20-30mm.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 9/ 43
Exemplu tipic: 3,5%C, 25%Cr Aplicaii: ncrcare piese solicitate
la abraziune cu impact semnificativ, ex.: ciocane pentru mori, dini
de cupe pentru excavator etc. XIV. E-H-Fe- NE Compoziie tipic :
3-4%C i 20-35% elemente de aliere, n principal Cr, Mo
Caracteristici principale: -duritate: 53-58 HRC n stare sudat; -MD
prelucrabil numai prin polizare; -Rezisten satisfctoare la impact;
-Rezisten bun la abraziune; -La ncrcare multistrat apar fisuri la
intervale de 20-30mm. Exemplu tipic: 3,5%C, 25%Cr Aplicaii:
ncrcarea pieselor solicitate la abraziune cu impact moderat- buze i
dini de cupe pentru dragline, lame de buldozer etc. XV. E-H-Fe-PKE
Compoziie tipic: peste 4%C i 20-35% elemente de aliere, n principal
Cr Caracteristici principale: -duritate: 58-65 HRC; -MD prelucrabil
numai prin polizare; -rezisten excelent la abraziune la temperaturi
pn la 6500C; -rezisten slab la impact; -la ncrcare multistrat apar
fisuri n coordonatele de sudur la intervale de 5-15 mm. Exemplu
tipic: 5,5%C, 20%Cr, 6%Mo, 6%Nb Aplicaii: ncrcarea pieselor
solicitate la abraziune sever i temperaturi ridicate, ex.
concasoare n industria cimentului (clincher). XVI. E-H-Fe-KKA
Compoziia tipic: peste 5%C i 25-40% elemente de aliere, n principal
Cr dar i cel puin 5% carburi primare de TiNb sau V. Caracteristici
principale: -duritate: 58-70 HRC; -MD prelucrabil numai prin
polizare; -rezisten excelent la abraziune la temperaturi pn la
6500C; -rezisten slab la impact; -la ncrcare multistrat apar fisuri
n cordoanele de sudur la intervale de 5-15 mm; Exemplu tipic:
5,5%C; 20%Cr; 6%Mo; 6%Nb. Aplicaii: ncrcare piese solicitate la
abraziune sever i temperaturi ridicate-concasoare n industria
cimentului (clincher). 2.18.1.6 Corelare ntre compoziia chimic i
microstructur Pentru corelarea compoziiei chimice cu microstructura
aliajelor de ncrcare pe baz de Fe, a fost elaborat la I.I.S o
diagram care este prezentat n fig. 4. Pe ordonat, n procente, este
reprezentat coninutul de carbon-C (%) pe scar logaritmic, iar pe
abscis, n procente, este reprezentat suma total a elementelor de
aliere: Cr Mn Si Mo Ni Nb V W Ti.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 10/ 43
Fig. 4 Digrama de corelare a compoziiei chimice a aliajelor de
ncrcare cu microstructura
2.18.1.7 Influena elementelor chimice asupra metalului depus
Principalele elemente chimice care sunt precizate, cantitativ sau
calitativ, de productori n compoziia chimic a aliajelor (metal
depus) sunt C, Cr, Mn, Si, Mo, Ni, Co, Nb, B, W, V, Ti, Cu i Al.
Rolul i influena acestora, considerate individual, asupra
proprietilor MD depind de proporiile n care se introduc sau se
gsesc MA sau MB. Efectele sinergice ale elementelor prezentate mai
sus difer de asemenea i n funcie de modul de existen a lor n MD.
Influena elementelor de aliere se deosebete dup cele dou tendine
ale lor i anume: trecerea n masa de baz i formarea de carburi. n
ansamblu elementele chimice, adugate separat sau n diferite
combinaii, acioneaz n urmtoarele direcii principale: -durificarea
masei de baz; -finisarea granulaiei; -duricarea prin precipitare;
-mrirea clibilitii. Pe aceast baz se dezvolt preocuprile principale
privind conferirea unor nsuiri speciale aliajelor- rezistena la
uzur, rezistena la coroziune, rezistena la impact, rezistena la
oboseal, duritate, comportare la sudare. 2.18.1.8 Alegerea
materialelor pentru ncrcarea prin sudare Reguli generale n practica
ncrcrii prin sudare, alegerea materialelor de adaos este o problem
la care trebuie avute n vedere dou aspecte importante i anume:
-aspectul tehnologic, care se refer la compatibilitatea la sudare a
MB cu MA; -aspectul economic, prin care se are n vedere eficiena
ncrcrii. n domeniul fabricrii pieselor noi i recondiionarea
pieselor uzate prin ncrcare, una din condiiile de baz care trebuie
analizate este cea a utilizrii unor tehnologii i materile de adaos
alese pe criterii raionale, n care de cele mai multe ori trebuie
inut sema i de aspectele economice. n general pentru alegerea
corect a materialelor pentru ncrcare trebuie parcurse urmtoarele
etape:
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 11/ 43
-stabilirea tipului de uzare i solicitrile la care este supus
piesa; -stabilirea condiiilor tehnice de calitate minime impuse
piesei; -proiectarea constructiv a ncrcrii prin sudare; -stabilirea
caracteristicilor pentru MB i MA; -verificarea compatibilitii la
sudare a MB cu MA; -verificarea comportrii n exploatare a piesei
ncrcate; -analiza aspectelor economice. n cazul recondiionrilor de
piese (uzate), MB este cunoscut i proiectantul alege MA adecvat din
punct de vedere al compatibilitii la sudare i al comportrii la
tipurile de uzare i solicitri impuse. n cazul pieselor noi este
necesar elaborarea unui cuplu MB-MA n aa fel nct n final, pe
ansamblul rezultat s se obin caracteristicile de rezisten la
solicitri mecanice i de uzare optime. La alegerea MB se au n vedere
caracteristicile de rezisten mecanice, iar la alegerea MA se au n
vedere comportarea (rezistena) uzarea i justificarea din punct de
vedere economic. Procesul de ncrcare cu materiale de adaos cu
proprieti speciale i rezultatul acestuia este influenat n mare msur
de cunoaterea n detaliu a cerinelor de exploatare i a
caracteristicilor fizico-chimice, tehnologice i economice ale
materialelor implicate. Marea majoritate a productorilor ofer date
tehnice suficiente despre materialele utilizate la ncrcare i
indicaii/ recomandri de utilizare pentru dierite tipuri specifice.
Criterii de alegere a materialelor pentru ncrcare Cele mai uzuale
criterii pentru alegerea materialelor de ncrcare sunt corelate cu
criteriile de clasificare a materialelor de ncrcare i sunt
prezentate, succint, dup cum urmeaz: Pe baza grupelor de aliere:
acest criteriu este larg utilizat i are n vedere faptul c pentru
fiecare grup de aliere i marc de material de adaos sunt indicate
domeniile de utilizare specifice, pe tipuri de solicitri i cu
exemple concrete de aplicaii; pe baza acestora se poate alege
materialul de adaos cel mai potrivit pentru o reacie dat; Pe baza
microstructurii metalului depus: acest criteriu este de dat mai
recent, i ine seama de faptul c performanele materialului depus
sunt influenate de natura, cantitatea i distribuia constituenilor
structurali; productorii de materiale, din rile industrializate,
ofer date despre microstructura metalului depus i chiar a
distribuiei constituenilor structurali, cu aplicaiile tipice
recomandate pe baza testrilor n condiii reale de exploatare; acest
criteriu este larg aplicat n special pentru domeniul de uzare prin
abraziune. Pe baza domeniului de uztilizare: acest criteriu are la
baz domeniile specifice de utilizare, frecvent ntlnite n procesele
de producie din industrie i agricultur; astfel pentru rile din CSI
au fost stabilite un numr de 42 de domenii specifice de utilizare,
i pe baz de experimentri au fost clasificate materialele de adaos n
funcie de comportarea cea mai bun la diferite tipuri de solicitri;
n rile UE exist ntocmite atlase cu componentele (piesele) afectate
de uzare pentru fiecare proces de producie din industriile de baz i
agricultur i bnci de date cu tehnologiile i materialele de ncrcare
stabilite i verificate experimental pentru fiecare pies; alegerea
materialului de adaos se poate face att pe baza celei mai bune
comportri la uzare ct i innd cont de aspectele economice; Pe baza
comportrii la diferite solicitri: acest criteriu a fost promovat de
firme cu tradiie n producerea i utilizarea materialelor de ncrcare
(Castolin Eutectic, Smitweld etc.) i are la baz determinri
experimentale pe baza crora s-au ntocmit histograme, specifice
fiecrei mrci de materiale de ncrcare, n care sunt reprezentate, n
procente, caracteristicile de rezisten la abraziune, coroziune,
temperaturi ridicate i solicitri prin oc. Alegerea materialului de
adaos se face pe baza caracteristicilor de rezisten dominante
pentru o anumit solicitare sau pentru diferite tipuri de solicitri;
Pe baza factorilor tehnico-economici: acest criteriu se aplic
atunci cnd cerinele de eficien economic sunt prioritare; n acest
caz se au n vedere durabilitatea n exploatare a pieselor ncrcate,
compatibilitatea la sudare a pieselor ncrcate i costurile pentru
fiecare variant de material de adaos luat n considerare; n final se
face o analiz a efectelor economice obinute prin ncrcare att n
producie ct i n exploatare i se alege materialul de adaos optim
dpdv al factorilor tehnicoeconomici.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 12/ 43
2.18.1.9 Tehnologii pentru ncrcare prin sudare cu arc electric
cu electrozi nvelii. Cunotinele acumulate pn n prezent, n domeniul
ncrcrii prin sudare permite abordarea sistemic a modului de
elaborare a tehnologiei de ncrcare. Aceast modalitate de rezolvare
a problemei implic cercetarea de ansamblu a fenomenelor de uzare n
corelaie cu posibilitile de combatere eficient a acestora prin
protejarea suprafeelor de contact ale pieselor cu materiale cu
proprieti adecvate scopului urmrit. Se cunoate c ntre
caracteristicile metalului depus prin sudare i structura acestuia
exist o legtur direct, n baza creia pentru un anumit domeniu
concret se poate stabili aliajul care asigur performanele maxime.
La conducerea proceselor de ncrcare se urmrete ca n final depunerea
s conin constituenii dorii iar acetia s prezinte un raport optim,
ntre cantitile lor i o distribuie a acestora care s conduc la
obinerea performanelor proiectate. Elaborarea tehnologiilor de
ncrcare se face succesiv n trei etape distincte i anume: -
proiectarea tehnologiei de ncrcare prin sudare; - verificarea
experimental i omogenitatea tehnologiei elaborate; - verificarea
lotului prototip i urmrirea acestuia n condiii concrete de execuie.
Fiecare etap tehnologic este alctuit dintr-o succesiune de secvene
(figura 5).
Fig. 5 Schema bloc de elaborare a tehnologiilor de ncrcare
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 13/ 43
Detalierea procesului de elaborare a tehnologiilor de ncrcare
prezint importan teoretic deoarece permite acordarea ateniei
cuvenite fiecrui element n parte, ncepnd cu stabilirea condiiilor
de solicitare i terminnd cu efectuarea modificrilor ce se impun n
urma experimentrilor efectuate pe lotul prototip. Acest fapt
conduce la o cunoatere amnunit i de ansamblu a posibilitilor de
combatere a uzrii a modului de rezolvare optim a acestei probleme.
2.18.1.10 Particulariti conceptuale ale realizrii pieselor prin
ncrcare cu sudur. Fabricarea pieselor prin ncrcare cu sudur, care s
permit obinerea unor structuri cu caracteristici de rezisten optime
i adecvate condiiilor concrete de solicitare a fiecrui tribosistem
n parte, este condiionat de ndeplinirea nc din faza de proiectare a
urmtoarelor cerine: -asigurarea proteciei i consolidarea
suprafeelor active ale pieselor ncrcate; -utilizarea unor materiale
i a unor tehnologii de ncrcare care s conduc la obinerea unor
cupluri, metal de baz metal depus, capabile s asigure o bun
rezisten la solicitrile specifice condiiilor concrete de
exploatare; -stabilirea unor reglementri de ntreinere i exploatare
care s asigure meninerea n timp a performanelor iniiale ale
pieselor ncrcate; -elaborarea unor tehnologii simple i eficiente de
remaniere a defectelor accidentale. Pentru a veni n ntmpinarea
cerinelor, proiectantul trebuie s considere c, n realitate, are de
realizat un sistem eterogen, caracterizat prin modul de conlucrare
a dou sau a mai multor materiale, distincte, ntre care exist o
legtur rigid la nivelul suprafeelor de separaie dintre metalul
depus i cel de baz i defecte specifice proceselor de ncrcare prin
sudare asociate cu tensiuni reziduale. A) Proiectarea constructiv a
piesei ncrcate Prin proiectarea constructiv, urmrindu-se protecia i
consolidarea suprafeelor active ale pieselor ncrcate, se parcurg
dou etape i anume: - proiectarea configuraiei geometrice a
depunerii; -stabilirea modului de pregtire a piesei n vederea
ncrcrii. La proiectarea configuraiei geometrice a depunerii se au n
vedere principalele particulariti ale aliajelor dure i anume o bun
rezisten la compresiune i o comportare necorespunztoare la traciune
i forfecare. De aceea aliajele pentru ncrcare trebuie aplicate n
locuri solicitate la compresiune iar materialul de baz trebuie s
preia solicitrile de traciune i ncovoiere. Pentru cazul n care
anumite zone ale metalului de baz sunt supuse la solicitri care
depesc limita de curgere a acestuia se poate proceda la
consolidarea zonelor respective prin armare cu materiale cu
proprieti adecvate. Prin pregtirea suprafeelor n vederea ncrcrii se
urmrete curirea acestora de impuritile provenite din mediul
nconjurtor i profilarea lor n aa fel nct s devin un bun suport al
metalului depus prin sudare i un element de preluare a solicitrilor
din exploatare. Unghiurile i adnciturile suprafeelor de ncrcat se
vor racorda la vrf, n aa fel, nct la sudare s nu genereze
concentrri de cldur care produc topirea unor cantiti suplimentare
din materialul de baz, deoarece acest fenomen poate s conduc la
neomogeniti chimice i structurale n depunere i la introducerea unor
concentratori de tensiune. Proiectarea constructiv se face pe baza
solicitrilor la care este supus piesa, a modului de distribuire a
acestora, a defectelor specifice nregistrate n condiii reale de
exploatare i a procedeului de ncrcare utilizat. Ea trebuie adaptat
fiecrei piese n parte i fiecrui mod de solicitare. Din acest punct
de vedere se disting piese ale cror suprafee active se pot
considera uniform solicitate i piese la care solicitarea
suprafeelor este difereniat pe zone bine determinate. 2.18.1.11
Criterii pentru alegerea eficient a procedeelor i a materialelor de
ncrcare prin sudare. Alegerea procedeelor i a materialelor de
ncrcare prin sudare este o problem de importan major. n aceast etap
trebuie s se asigure posibilitatea de obinere a unor piese ncrcate
cu o eficien ct mai ridicat din punctul de vedere al execuiei, al
siguranei n exploatare, al consumurilor specifice i al
costurilor.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 14/ 43
Cele dou laturi ale procesului de alegere a procedeelor i de
selectare a materialelor de ncrcare se intercondiioneaz i depind de
factorii tehnico-economici. Pe plan mondial satisfacerea
necesitilor exprimate de beneficiar i corelarea acestora cu
posibilitile de fabricaie ale productorilor, cu cel mai nalt grad
de flexibilitate, se face dinamic prin elaborarea unor tipuri de
utilaje i/sau grupe de materiale specifice anumitor condiii de tip
sau grup i adaptarea acestora conform necesitilor concrete din
exploatare. Alegerea procedeelor de ncrcare Procesul de alegere a
procedeului de ncrcare prin sudare este influenat n principal de
trei grupe de factori decizionali, tehnici, economici i umani.
Factorii tehnici sunt: a.Volumul depunerilor, apreciat ca: mic
-masa depunerii este de max.5% din masa piesei ncrcate; mediu -masa
depunerii este cuprins ntre 5% i 10% din masa piesei; mare -masa
depunerii este mai mare de 10% din masa piesei ncrcate.
b.Configuraia depunerii, apreciat ca: simpl; complex. c.Diluia
metalului depus cu cel de baz: limitat i redus- pentru ncrcarea cu
materiale sensibile la impurificare cu elemente din MB; fr
restricii - deosebite la nivelul de diluare a MD cu MB. d. Poziiile
n care se poate face ncrcarea cu procedeul respectiv, pot fi:
orizontal; n jgheab; vertical; n corni; pe plafon. e. Condiiile de
execuie a ncrcrii, care pot fi: la temperatura specific mediului
ambiant la temperaturi de prenclzire i ntre rnduri de min 2500C. f.
Metalele i aliajele ce se pot ncrca cu procedeul respectiv. Acest
factor are caracter restrictiv, find dependent de materialele de
ncrcare din fabricaia curent. Factorii tehnici definesc
posibilitile de execuie ale pieselor bimetalice la cerinele
calitative impuse prin proiectare. Prin analiza comparativ a
procedeelor disponibile, privite prin prisma factorilor tehnici, se
stabilesc soluiile aplicabile pentru ncrcarea unor serii de piese
date i o ordonare orientativ a acestora n funcie de nivelurile
calitative, obinute n producia industrial. Dei, n general, aceti
factori prezint o importan major n privina nivelului calitativ al
produciei, totui n practic trebuie s se acorde o atenie deosebit
diluiei MA cu MB i materialelor utilizabile deoarece acestea sunt
dttoare de ton. Factorii economici sunt: a.Productivitatea,
exprimat prin calitatea de metal depus n unitatea de timp, depinde
de procedeul de sudare i de tehnologia de ncrcare aplicat.
Procedeele de ncrcare mecanizat realizeaz productiviti superioare.
Printre acestea un loc deosebit ocup cele cu arce multiple i srme
groase. b.Investiiile, exprimate prin cheltuieli necesare pentru
dotarea cu echipamente i spaii de producie. Aceste cheltuiei sunt
minime n cazul ncrcrii prin sudare electric manual i cresc n cazul
procedeelor de ncrcare mecanizat, att datorit utilajelor de sudare
ct i ale celor auxiliare. c.Cheltuielile de producie, exprimate
prin costurile materialelor de sudare, al energiei i al manoperei.
Aceste cheltuieli sunt variabile n timp i depind de situaia
conjunctural a pieii. Influena factorilor economici trebuie
analizat prin prisma tipului de producie. n cazul produciei de
unicate i serie mic este recomandabil s fie utilizate acele
tehnologii care sunt aplicabile cu dotarea existent n unitatea de
producie, fr a fi necesare noi investiii. Pentru producia de serie
mare sau pentru fabricaia n condiii grele de munc se recomand
utilizarea procedeelor
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 15/ 43
mecanizate. Pentru a veni n ntmpinarea acestui deziderat se
poate proceda la organizarea produciei pe tipuri de produse,
realizabile prin aceeai tehnologie de ncrcare prin sudare. Factorii
umani Sunt greu de definit cantitativ, sunt variabili n timp i deci
mai greu de controlat. Totui, trebuie s li se acorde o atenie
deosebit deoarece de acetia depinde nivelul calitativ al
produselor. Selecia procedeelor de ncrcare a unei serii de
fabricaie date se face n trei etape i anume: - pe baza factorilor
tehnici se selecteaz procedeele neutilizabile de cele utilizabile
iar cele din urm se ordoneaz n funcie de nivelele calitative ce se
pot obine; - procedeele rmase din prima etap se analizeaz din
punctul de vedere al preului de cost sau al altor condiii
restrictive i se ordoneaz n funcie de eficiena economic de
realizare a produciei date la anumite niveluri calitative;
-procedeele, ordonate din punct de vedere economic, se analizeaz n
privina cerinelor referitoare la nivelul de calificare al forei de
munc i al disponibilitilor existente. Aceast etap se va finaliza cu
stabilirea procedeului de ncrcare prin sudare. Criterii de alegere
a materialelor de ncrcare prin sudare. n perioada actual se impune
tot mai mult ideea utilizrii unor tehnologii capabile s conduc la
obinerea unor piese ieftine, cu disponibilitate ridicat. n domeniul
fabricrii i recondiionrii prin ncrcare cu sudur, una din condiiile
de baz care concur la realizarea dezideratului de mai nainte, este
cea a utilizrii n procesul de elaborare a tehnologiei de ncrcare a
unor materiale optime, din punctul de vedere al scopului urmrit, de
cele mai multe ori economic, alese pe baza unor criterii raionale.
Pornind de la faptul c procesul de ncrcare cu straturi, cu
proprieti speciale, nu este numai un mijloc de fabricare a pieselor
ci i un proces de sudare dintre cel puin dou materiale, care de
cele mai multe ori sunt diferite i greu sudabile, se poate aprecia
c alegerea materialelor de ncrcare prin sudare prezint cel puin dou
aspecte care se intercondiioneaz reciproc i anume: -aspectul
tehnologic, care se refer la compatibilitatea metalului de baz cu
cel de adaos i la influena parametrilor de ncrcare asupra
caracteristicilor piesei obinute; -aspectul economic, prin care se
apreciaz efectele obinute prin ncrcare. n general, un studiu de
fundamentare a alegerii materialelor de ncrcare trebuie s urmreasc
succesiunea din fig.2.13. Procesul de ncrcare cu materiale cu
proprieti speciale i rezultatul acestuia este influenat n mare msur
de caracteristicile i specificul materialelor introduse n lucru.
Din aceast cauz, pentru o selectare raional a materialelor de adaos
este necesar cunoaterea n detaliu att a cerinelor de exploatare ct
i a caracteristicilor fizico-chimice, tehnologice i economice ale
materialelor utilizabile i a corelailor dintre ele. Studierea
elementelor menionate trebuie ns corelat i particularizat cu cele
dou direcii practice de desfurare a activitii de ncrcare prin
sudare i anume: -remanierea defectelor de fabricaie sau de
exploatare ale pieselor; -execuia unor piese noi, ncrcate prin
sudare. n primul caz, anume cel al remanierii, materialul de baz
este cunoscut att din punctul de vedere al caracteristicilor
fizico-chimice ct i al nivelului i al strii de degradare a
acestuia, cerndu-se proiectantului numai alegerea materialelor de
ncrcare. n cazul al doilea, de execuie a pieselor noi, este necesar
elaborarea cuplului metal de baz-metal de adaos, n aa fel nct n
final, pe ansamblul rezultat, s se obin, de cele mai multe ori
caracteristici de rezisten la uzare egale fa de solicitrile
concrete din exploatare. n scopul atingerii obiectivului menionat
pe plan mondial se utilizez diverse criterii de alegere a
materialelor de ncrcare. 2.18.1.12 Conducerea judicioas a
proceselor de ncrcare. Caracteristicile obinute pe un cuplu dat,
ansamblul metal de baz-metal de adaos, sunt dependente de modul de
desfurare a procesului de ncrcare prin sudare utilizat.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 16/ 43
Compoziia chimic i structura depunerilor este influenat de
factorii fizici (temperatura i volumul bii topite, natura reaciilor
din arcul electric, viteza de topire i rcire a metalului de baz i
de adaos etc.) iar acetia la rndul lor sunt dependeni de parametrii
tehnologici de ncrcare (tipul, natura i diametrul materialelor de
ncrcare, curentul de sudare, tensiunea arcului, viteza de sudare,
parametrii operaionali, temperatura de prenclzire i ntre rnduri
etc.). Din aceast cauz, n prima faz a procesului de elaborare a
tehnologiei de ncrcare prin sudare se urmrete stabilirea
obiectivelor i n corelaie cu aceasta, elaborarea principiului de
realizare a depunerii. Astfel, se va stabili structura necesar n
exploatare, nivelul de fisurare acceptabil, cerinele privind
stabilitatea dimensional a ansamblului pies ncrcat, cerinele
privind modul de variaie a caracteristicilor pe straturi,
procedeele disponibile pentru prelucrare la cot final etc.
Structura ce se poate obine pe depunerile reale, diluate, este
dependent n principal de nivelul de aliere, de viteza de rcire i de
tratamentul termo-mecanic aplicat post-sudare. Nivelul de aliere
este influenat de diluia metalului depus cu metalul de baz iar
aceasta la rndul su este determinat de procedeul de sudare
utilizat, de tipul i natura materialelor de ncrcare i de parametrii
tehnologici folosii. Viteza de rcire depinde de temperatura i
volumul piesei ncrcate, de temperatura i volumul bii topite, de
temperatura de prenclzire i ntre rnduri i de natura i
caracteristicile mediului de protecie i ambiant. Nivelul de
fisurare acceptat se stabilete prin proiectare. n unele cazuri
fisurile sunt considerate defecte ale pieselor ncrcate i pot
provoca diminuarea rezistenei la uzare sau nesatisfacerea unor
cerine funcionale, ca de exemplu la suprafeele de etanare.
Stabilitatea dimensional a ansamblului bimetal este influenat n
principal de nivelul tensiunilor reziduale i de modul de variaie a
acestora n timpul exploatrii. Tensiunile reziduale sunt funcie de
concepia constructiv a ansamblului pies ncrcat, de rigiditatea
acesteia i de parametrii tehnologici de ncrcare. Nivelul i
distribuia tensiunilor reziduale se poate modifica prin aplicarea
unor tratamente termo-mecanice. Cunoaterea modului de variaie a
caracteristicilor, cu numrul de straturi i a posibilitilor de
dirijare controlat a acestora are importan deosebit pentru
situaiile n care performanele ansamblului sunt afectate
semnificativ. Pentru unele materiale, dirijarea caracteristicilor
se poate face prin parametrii tehnologici de ncrcare. Studierea
posibilitilor de prelucrare, la cota finit, n corelaie cu
mijloacele disponibile urmrete n mod deosebit trei aspecte
distincte dar conjugate n cadrul ansamblului ncrcat i anume:
-prelucrabilitatea metalului depus prin sudare; -prelucrabilitatea
zonei influenate termic i a zonelor constituite din metal diluat;
-prelucrabilitatea metalului de baz. Obinerea unor structuri
prelucrabile prin procedeele de productivitate ridicat este
determinat de natura materialelor utilizate, de parametrii
tehnologici de ncrcare i de tratamentele post sudare aplicate.
Analiza celor prezentate evideniaz faptul c pentru atingerea
scopului propus prin proiectare este necesar o alegere judicioas a
parametrilor tehnologici de ncrcare. 2.18.1.13 Alegerea
parametrilor tehnologici de ncrcare Parametrii tehnologici de
ncrcare sunt: tipul, natura i diametrul materialelor de ncrcare;
curentul de sudare Is; tensiunea arcului, Ua ; viteza de sudare vs;
temperatura de prenclzire Tpi; temperatura ntre rnduri; parametrii
operaionali. Parametrii tehnologici Tipul,natura i diametrul
materialelor de ncrcare, Is i Ua. n cazul selectrii procedeelor i a
materialelor de ncrcare se opteaz pentru utilizarea unui anumit tip
de aliaj depus printr-un procedeu de ncrcare, atabilit n mod
judicios. Acestui aliaj i corespunde un material de ncrcare bine
determinat (electrod, cuplu flux-srm sau srm-gaz etc.) caracterizat
prin natura proteciei i tipul i natura reaciilor din arc. Aceste
caracteristici influeneaz att performaele depunerilor ct i
productivitatea la ncrcare.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 17/ 43
Diametrul electrodului se stabilete n funcie de scopul urmrit,
grosimea depunerii i de accesibilitatea n zona de ncrcat. Pentru
depuneri de grosimi reduse se recomand utilizarea unor electrozi cu
diametrul mic, care s permit obinerea dimensiunilor prescrise la o
singur trecere. n cazul realizrii unor depuneri cu grosime mare
este preferabil folosirea electrozilor groi, deoarece sunt mai
ieftini i asigur o productivitate mai mare. Diametrul electrozilor
este funcie de procedeul utilizat. Electrozii nvelii se fabric n
mod industrial cu urmtoarele diametre: 1,6-2,0-2,5-3,25-4,0-5,0-6,0
mm. Srmele pentru ncrcare prin sudare se produc cu urmtoarele
diametre: 0,5-0,6-0,8-1,2-1,25-1,6-1,8 mm. Diametrul srmelor
tubulare este cuprins n general ntre 0,8 i 2,5 mm. Curentul de
sudare (Is) are influen direct asupra cantitii de cldur furnizat de
arc i ca urmare influeneaz volumul de metal topit. Pentru condiii
identice de ncrcare, la creterea curentului de sudare crete
adncimea de ptrundere, crete diluia i se reduce limea rndului. Din
considerente economice este de preferat s se lucreze cu cureni
mari, care permit obinerea unor produciviti ridicate. Curentul de
sudare i mai ales densitatea acestuia influeneaz de asemenea
coeficienii de trecere prin arc a elementelor de aliere. O parte
dintre acestea se pot vaporiza la o temperatur prea ridicat. n
unele cazuri valoarea lui Is este limitat n aa fel nct s conduc la
obinerea diluiei proiectate. Curenii utilizai depind n mare msur de
materialele folosite pentru ncrcare, iar valorile acestora trebuie
s se ncadreze n cele recomandate de productorii materialelor de
ncrcare. Tensiunea arcului este proporional cu lungimea acestuia,
fiind dependent de natura materialelor utilizate. Tensiunea mic
caracterizeaz un arc scurt deci ptrundere mare i lime mic. n
aceleai condiii de ncrcare, cu creterea tensiunii crete limea
sudurii i scade adncimea de ptrundere. Temperatura de prenclzire.
Piesele ncrcate sunt un ansamblu n care particip de cele mai multe
ori dou componente distincte din punctul de vedere al compoziiei
chimice i anume depunerea i materialul de baz. Acest fapt are
repercursiuni asupra coeficientului de dilatare i a punctelor
critice de transformare, care pot s difere esenial n timpul
proceselor de nclzire-rcire i s genereze, la nivelul ansamblului
bimetalic, tensiuni tranzitorii sau remanente, care ating uneori
valori periculoase ce pot produce fisurarea la rece sau chiar
exfolierea depunerilor. Una din metodele frecvente de reducere a
susceptibilitii la fisurare a structurilor ncrcate este prenclzirea
componentelor. Nivelul i modul de aplicare ale prenclzirii este
influenat printre altele de numrul, lungimea, natura i distribuia
fisurilor acceptate. Nivelul de fisurare acceptat este una din
condiiile tehnice de calitate ale pieselor ncrcate, fiind stabilit
la proiectare. Temperatura minim de prenclzire (Tpi) se alege n aa
fel nct susceptibilitatea la fisurare a piesei ncrcate s fie mai
mic sau cel mult egal cu cea admis prin proiectare. Stabilirea
temperaturii de prenclzire este o problem complex, dependent de mai
muli factori. n general, Tpi se stabilete experimental pe piese
reale, prin tatonri succesive. n unele cazuri particulare
temperatura de prenclzire a fiecrui material coninut de piesa
ncrcat (Tpi) se poate determina analitic printr-o metod specific,
urmnd a se alege ca Tpi a ansamblului, valoarea maxim obinut pentru
componentele ansamblului. Efectele prenclzirii se manifest prin:
-scderea vitezei de rcire a zonelor caracteristice. Aceasta face ca
transformrile structurale care au loc la nivelul MD i ZIT s fie mai
lente i mai apropiate de echilibru, fapt ce creeaz posibilitatea
reducerii cantitative a constituenilor fragili i a coninutului de
gaze ale zonelor respective; -uniformizarea relativ a cmpului
termic al ansamblului bimetalic care face ca tensiunile tranzitorii
s scad. Aceast scdere este lent dac temperatura de prenclzire este
inferioar temperaturilor de variaie n salturi a coeficienilor de
dilatare a componentelor participante n cadrul bimetalului i
semnificativ n caz contrar; -mrirea temperaturilor maxime ale
ciclurilor termice din ZIT. Fenomenul menionat poate duce la
creterea grunilor cristalini i la diminuarea caracteristicilor ZIT,
fiind ntlnit de exemplu n variant
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 18/ 43
bimetal, a tanelor pentru prelucrarea la rece, unde, pentru a
evita limea fiei de supranclzire s-a utilizat un material de baz cu
granulaie fin; -diminuarea coninutului de hidrogen difuzibil din
depunere; -transformri de revenire n metalul de baz, dac acesta
este n stare clit i /sau fenomene de mbtrnire; -creterea
cheltuielilor de producie i scderea productivitii muncii.
Temperatura ntre rnduri este dat de temperatura depunerii sau a
metalului de baz din zona adiacent la care se poate depune urmtorul
strat. Prescrierea acestui parametru se impune numai n cazul n care
ncrcarea se face prin mai multe treceri i este necesar controlul
vitezei de rcire, a fiecrui rnd n parte sau prevenirea nclzirii
excesive a regimului de ncrcat. Prin controlul vitezei de rcire a
fiecrui rnd se urmrete obinerea unor depuneri omogene din punct de
vedere structural. Pentru prevenirea nclzirii excesive se recomand
ca temperatura ntre rnduri s nu depeasc temperatura de apariie a
martensitei sau a unor constitueni fragili n metalul de ncrcat.
Parametrii operaionali Depunerile sunt constituite, n general, din
mai multe rnduri i uneori din mai multe straturi. Modul de aezare
al acestora n cadrul depunerii influeneaz nivelul calitativ al
suprafeelor ncrcate. Aceasta influen se manifest n mod deosebit
asupra diluiei, a omogenitii depunerii i a nivelului tensiunilor
reziduale. n scopul obinerii unor suprafee omogene se recomand ca
rndul ulterior s topeasc pe cel precedent pe 1/3....1/2 din limea
acestuia. n mod obinuit, ptrunderea la sudare este de cca 1/3 din
limea b a rndului de sudur. Aceast valoare asigur o legtur intim
ntre cele dou elemente i o diluie a metalului depus de 10...40%, n
funcie de procedeul utilizat i de densitatea de curent folosit la
sudare. n cazul n care ncrcarea se face cu pendulare este indicat
ca aceasta s nu depeasc de trei ori diametrul electrodului. Ordinea
de sudare se stabilete n aa fel nct s conduc, n piesa ncrcat,
tensiuni i deformaii minime, pe ct posibil echilibrate. 2.18.1.14
Tratamente termice dup sudarea de ncrcare Tratamentele termice dup
sudare se aplic n principal, n scopul obinerii unor caracteristici
cerute n exploatare sau al unor faciliti n procesul de fabricaie a
pieselor ncrcate. Dintre acestea se menioneaz: mrirea siguranei n
exploatare, creterea stabilitii dimensionale, reducerea
sensibilitii la fisurare, mbuntirea prelucrabilitii prin achiere
etc. Prametrii tehnologici prescrii tratamentelor dup sudare
trebuie s asigure, frecvent, un compromis ntre cei recomandai
pentru materialele ce concur la realizarea ansamblului pies ncrcat.
Acestea sunt de cele mai multe ori diferite din punctul de vedere
al compoziiei chimice, al structurii i al procedeului de obinere,
fapt ce poate duce la manifestri de incompatibilitate la anumite
tratamente a pieselor ncrcate. Dup scopul urmrit tratamentele
termice dup sudare se clasific n: -tratamente de dehidrogenare;
-tratamente de recoacere; -tratamente de mbuntire a
caracteristicilor mecanice prin clire-revenire; -tratamente de
precipitare; -tratamente speciale sau combinaii ale acestora.
Dehidrogenarea are ca obiectiv reducerea nivelului de hidrogen
difuzibil din ansamblul pies ncrcat pn la o valoare acceptabil. Ea
const din nclzirea la o temperatur de cca 250...3500C i meninerea
la aceast temperatur o durat de cteve ore pn la cteva zile. Acest
tratament permite eliminarea hidrogenului prin difuzie, pentru
evitarea fisurii ntrziate. n scopul obinerii unor rezultate
superioare se recomand ca tratamentul termic de dehidrogenare s fie
aplicat imediat dup sudare, pe piesa cald. Recoacerea pieselor
ncrcate se face, n general, pentru: a) mbuntirea prelucrabilitii
prin achiere; b) detensionare;
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 19/ 43
c) recristalizare dup deformare plastic la rece.
Prelucrabilitatea unui material este determinat printre altele de
structura sa. Aceasta poate fi modificat prin tratament termic.
Prelucrabilitatea oelurilor carbon sau slab aliate cu structur
preponderent feritic este determinat de faptul c acest constituent
ader la muchia sculei achietoare. Pentru mbuntirea prelucrabilitii
acestor oeluri se urmrete diminuarea aderenelor de ferit.
Modalitile de realizare a acestui obiectiv sunt: creterea
granulaiei austenitice, reducerea cantitii de ferit i creterea
corespunztoare a proporiei de perlit; dispersarea feritei n toat
masa structural; modificarea formei feritei, de la poliedric spre
acicular. Oelurile de mbuntire au n stare recoapt structuri
ferito-perlitice, cu prelucrabilitate satisfctoare. n cazul n care
se dorete creterea productivitii la achiere se va proceda la
distrugerea eventualelor structuri de benzi sau la globulizarea
perlitei. Pentru oelurile carbon sau aliate eutectoide sau
hipereutectoide efectul abraziv al lamelelor de cementit i eventual
al carburilor aciculare se poate diminua prin globulizarea
acestora. Muchia tietoare a sculei va aluneca pe paticulele
globulare, ptrunznd uor n masa feritic i smulgnd achii ce vor
conine i globule de cementit sau carburi. n cazul oelurilor
autoclibile, mbuntirea prelucrabilitii prin achiere se poate
realiza n funcie de coninutul elementelor de aliere prin recoacere
complet, prin recoacere izoterm sau prin normalizare. Avnd n vedere
diversiatatea materialelor de prelucrat, alegerea regimului optim
de mbuntire a prelucrabilitii prin achiere trebuie s se fac pentru
fiecare caz n parte, urmrindu-se totodat i influena acestui
tratament asupra factorilor tehnico-economici. Detensionarea se
aplic pieselor ncrcate n scopul reducerii tensiunilor interne i al
mririi stabilitii dimensionale a acestora. Totodat influeneaz
caracteristicile mecanice ale ansamblului realizat,
susceptibilitatea spre fisurare la rece i prelucrabilitatea
acestora. Eliminarea tensiunilor interne, la oeluri, ncepe de la
cca 4500C, detensionarea aproape complet realizndu-se la 600-7000C.
Detensionarea la temperaturi coborte, de 150...2000C este utilizat
mai rar i se aplic oelurilor clite. n cazul fontelor eliminarea
tensiunilor interne se produce rapid, ncepnd de la cca 4000C. n
toate situaiile, nclzirea i rcirea trebuie s fie lent, pentru a
evita cumularea tensiunilor termice cu cele iniiale (la nclzire)
sau producerea celor termice de rcire n materialul deja
detensionat. Cea mai mare parte din tensiuni se elimin n primele
1-2 ore de meninere la temperatura de detensionare. Din cele
prezentate rezult c pentru o detensionare ct mai avansat
temperatura trebuie s fie situat ct mai aproape de 6000C, iar
durata de meninere nu trebuie s depeasc 3-4 ore din momentul
egalizrii temperaturii. De asemenea se recomand c detensionarea s
fie aplicat imediat dup sudare, pe piesa cald. Recoacerea de
recristalizare are drept obiectiv eliminarea parial sau total a
ecriusajului, urmrind fie scopuri tehnologice, fie obinerea unei
anumite asociaii ntre proprietile de rezisten i cele de
plasticitate. Pentru readucerea spre starea de echilibru,
materialele ecruisate se supun nclzirii. Temperatura de
recristalizare este caracteristic fiecrui material n parte, fiind
cuprins ntre 35% i 55% din temperatura de topire. La alegerea
parametrilor de recristalizare trebuie avut n vedere un factor
extrem de important i anume mrirea gruntelui cristalizat. Aceasta
crete excesiv dac durata de meninere depete durata recristalizrii
propriu-zise. Tratamente de clire-revenire se aplic uzual pieselor
recoapte n scopul durificrii acestora. Parametrii tehnologici de
clire-revenire sunt specifici fiecrui ansamblu MD MB. Acetia se
determin experimental, n funcie de parametrii recomandai pt
materialele utilizate. Fenomenele de precipitare, de carburi sau
compui intermetalici, se pot manifesta la unele aliaje de ncrcare
att n condiii de exploatare (temperaturi ridicate) ct i prin
aplicarea unor tratamente adecvate acestui scop. Natura proceselor
i factorii de influen a acestora depind de aliaj. n cele ce urmeaz
se prezint trei exemple de folosire eficient a proceselor de
precipitare:
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 20/ 43
a. Aliajul de tipul 0,35%C-1%Mn-1,5%Cr-8%W-2%Co-87%Fe, utilizat
la ncrcarea muchiilor tietoare ale tanelor. Duritatea depunerilor,
n stare sudat, este de cca 45 HRC. Tratamentul de precipitare
(550+200C/0,1h/cuptor) duce la creterea duritii pn la cca 55 HRC. n
stare sudat depunerile sunt prelucrabile prin procedee speciale de
achiere. Tratamentul de precipitare la 5500C permite realizarea
unor scule cu o rezisten bun la uzare de abraziune i o stabilitate
dimensional satsfctoare. Aceste rezultate apar ca urmare a
suprapunerii tratamentului de precipitare n depunere a compuilor
intermetalici pe baz de Co i a carburilor de W, peste cel de
detensionare, recomandat suportului (MB) care este n mod obinuit un
oel carbon sau slab aliat. b. Aliajul de tipul
0,03%C-18%Ni-4,5%Mo-11%Co-0,2%Ti-0,01%N2-66,5%Fe, recomandat pentru
ncrcarea matrielor.Depunerile acestuia n stare sudat au o duritate
de cca 30 HRC i o structur de turnare constituit din martensit
moale, datorit att coninutului redus de carbon, de max. 0,05% ct i
unor adaosuri de Ni, Co,Mo, Ti, Al judicios dozate. Un tratament
termic efectuat ntre 3 i 7 h la 4800C provoac precipitarea
compuilor intermetalici pe baz de nichel i molibden i de nichel i
titan. Acetia sunt repartizai foarte fin n toat masa metalic i
conduc la o cretere foarte mare a duritii, de pn la 55HRC dar i nc
o excelent alungire. Utilizarea acestui aliaj n condiiile de
tratament menionate mai nainte pernite fabricarea prin ncrcare a
unor scule uor prelucrabile prin achiere, cu o bun rezisten la
uzare i o bun stabilitate dimensional. c. Aliajul de tipul
1,25%C,-17%Cr-4,5%W-2,5%Mo-1%Ni, destinat ncrcrii suprafeelor
active ale cuitelor pentru debitat bare la cald. Duritatea
depunerilor, n stare sudat, este de cca 40HRC. Tratamentul termic
de precipitare (930100C/10,5 h/aer) are ca rezultat o cretere a
duritii cu cca 25%. Pe baza acestor date se poate trece la
utilizarea raional a aliajului menionat. Astfel, n cazul ncrcrii
unor cuite supuse la abraziune sub presiune medie sau ridicat
temperatura de exploatare a acestora nu o poate depi pe cea de
precipitare deoarece n aceast situaie se favorizeaz fragilizarea i
degradarea materialului. Dimpotriv, cnd cuitele sunt supuse la
abraziune sub presiune sczut, se recomand aplicarea unui tratament
de precipitare care duce la creterea duritii depunerii i deci la
durabiliti n exploatare. Tratamentele speciale cuprind o serie de
procedee care concur la obinerea unor performane superioare celor
realizate pe depunerile prelucrate clasic. Un astfel de exemplu
este cel de nitrurare, aplicat aliajului de tipul
0,03%C-18%Ni-4,5%Mo-11%Co-0,2%Ti-0,01%N2-66,5%Fe, n stare
precipitat, care datorit adaosurilor de Al permite creterea duritii
acestuia pn la cca 61 HRC. 2.18.2 ncrcarea pieselor prin sudare cu
electrod nvelit Recondiionarea pieselor uzate prin sudare electric
este un procedeu aplicat larg i pe scar industrial n
ntreprinderile, seciile i atelierele de reparaii. Acest procedeu de
recondiionare are o mare productivitate, iar zona de influen termic
este mult mai mic (cu grosimea de numai 2-6 mm), ceea ce face ca
att materialul de adaos, ct i piesa s aib proprieti mecanice
superioare. nainte de recondiionare, piesa se cur prin
splare-degresare, i se ndeprteaz oxizii sau vopseaua de pe suprafaa
care urmeaz a fi ncrcat. Sudarea electric se poate efectua la rece
sau la cald. Dac sudarea se face la cald atunci piesa se prenclzete
la temperaturi diferite, n funcie de materialul din care a fost
fabricat (tabelul 6). Temperatura de prenclzire, n 0C.
Tabelul 6. Temperatura de prenclzire
Materialul de fabricaie Temperatura de prenclzire, 0C Oeluri
nealiate (grosimi mai mari de 30 mm) 100-150 Oeluri aliate i cu
coninut mare de carbon 150-350
La executarea acestei operaii se folosesc electrozi care au un
nveli special de flux, pentru a putea proteja metalul topit
mpotriva aciunii oxigenului i a azotului din aer. Electrozii cu
nveli subire (0,15-0,55 mm) se utilizeaz pentru sudarea pieselor
mai puin solicitate, supuse la sarcini statice. Cel cu nveli gros
(care reprezint 25-30% din diametrul total al electrodului) se
ntrebuineaz la sudarea pieselor importante din oel carbon i oeluri
aliate care sunt supuse unor
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 21/ 43
regimuri grele de lucru, la sarcini dinamice, la frecri intense
etc. nveliul conine substane care formeaz gaze (amidon, fin
comestibil, rumegu de lemn, celuloz etc.), zgur (feldspat, nisip
cuaros, marmur etc.) cu proprieti dezoxidante (feromangan,
ferosiliciu etc.), toate legate printr-un liant (sticl solubil,
clei organic, dextrin etc.). Substanele din prima categorie
realizeaz un strat gazos care protejeaz metalul topit contra
aciunii aerului, iar stratul de zgur ncetinete rcirea i permite
compactizarea sudurii. Pentru sudarea oelurilor aliate, n stratul
de flux se introduc elemente de aliere (crom, molibden, mangan
etc.). Regimul de sudare pentru diferite categorii de electrozi
ntrebuinai la sudarea electric este dat n tabelul 7.
Tabelul 7. Electrozi i regimuri pentru sudarea oelurilor
Tipul electrodului
pentru sudarea oelurilor
Diame-trul, mm
Intensitatea
curentului, A
Regimul de sudare pentru piese din oel
Indicaii de utilizare
EL-38A EL-42A
2 2,5 3,25 4 5 6
50-70 80-100 120-150 160-190 200-240 250-290
Curent continuu cu polul negativ la electrod sau curent
alternativ de min. 50 V
Sudarea oelurilor carbon necalmate
EL-38 T EL-44 T EL-46 T
2 2,5 3,25 4 5 6
50-70 80-100 110-140 150-180 200-230 240-280
Curent continuu cu polul negativ la electrod sau curent
alternativ de min. 50 V
Sudarea oelurilor carbon calmate i necalmate
EL-44 C 2,5 3,25 4 5
70-90 100-120 130-150 160-180
Curent continuu cu polul pozitiv la electrod sau curent
alternativ de min. 50 V
Pentru sudare n poziii speciale
EL-42 B EL-46 B
2,5 3,25 4 5
70-90 110-130 140-170 180-210
Curent continuu cu polul pozitiv la electrod sau curent
alternativ de min. 50 V.
Pentru sudarea oelurilor calmate i slab aliate cu Mn i Mn+Si
El-50 B EL-55 B
2,5 3,25 4 5
70-90 110-130 140-170 180-210
Curent continuu cu polul pozitiv la electrod. Nu se recomand
curent alternativ. Oelurile clite se prenclzesc
Pentru sudarea oelurilor carbon calmate i slab aliate cu Mn i
Mn+Si
EL-Mo B EL-Mo-Cr B
2,5 3,25 4 5
70-90 110-130 140-170 180-210
Curent continuu cu polul pozitiv la electrod . Nu se recomand
curent alternativ. Piesele groase i cele din oeluri greu sudabile
se prenclzesc la 200-300C
Pentru sudarea oelurilor termorezistente. Electrozii sunt aliai
cu Mo i Cr-Mo
intensitatea curentului, I; coeficientul de depunere, Cd;
greutatea materialului depus, Gd; cantitatea de electrozi consumat,
Gel; viteza de depunere a metalului, Vd; viteza de naintare a
electrodului, Vel; turaia piesei de recondiionat, np; timpul de
depunere, td; consumul de energie electric, W.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 22/ 43
2.18.3 ncrcarea prin sudare sub strat de flux Principiul de
lucru este urmtorul: electrodul i metalul de baz topit formeaz o
baie de metal topit care se deplaseaz n sens invers direciei
sudrii, deplasare sub aciunea jetului de gaze emanate de arcul
electric. Fluxul topit izoleaz de aer zona de sudur i coloana
arcului. Electrodul se deplaseaz n sensul sgeii (spre stnga) timp n
care se umple cavitatea creat de arcul electric (fig. 6). Fluxul
care acoper partea superioar a piesei ncetinete rcirea metalului
supranclzit, influennd asupra structurii zonei sudate.
Fig. 6. Schema procesului de ncrcare sub strat de flux:
1-metalul topit; 2-zgur lichid; 3-zgur solid; 4-metalul solidificat
al custurii,5-flux sub form de pulbere; 6-metalul de baz;
7-electrod
Sudarea sub strat de flux se poate efectua semiautomat i
automat, putndu-se ncrca fusurile pentru rulmeni, semiarbori
planetari, arbori canelai etc. Se pot ncrca piese cu diametrul
minim de 35 mm. Mai avantajos datorit scurgerii metalului topit se
poate aplica la piese cu diametrul mai mare de 50 mm. Instalaia
folosit n uzinele de reparaii se compune din urmtoarele: - grup de
sudare electric; - strung paralel; - aparatul de ncrcare montat pe
cruciorul strungului. Aparatul de ncrcare folosete o srm electrod
care trece prin dou role de tragere i printr-un ghidaj, de la care
primete curentul electric. Fluxul se afl ntr-un buncr, care ajunge
la pies prin acelai ghidaj cu srma (fig. 7).
Fig. 7. Aparat de ncrcare prin sudare sub strat de flux: 1-bobin
pentru srm; 2-electromotor; 3-roi dinate;4-angrenaje melcate;
5-role pentru avansul srmei; 6-conduct cu ajutaj;
7-buncr pentru flux; 8- diuz
Procesul tehnologic de ncrcare automat prin sudare sub strat de
flux, care se folosete la recondiionarea semiaxelor de transmisie n
uzinele de reparaii este:
o degresarea i splarea pieselor; o montarea pieselor n
dispozitive; o reglarea distanei electrodului (15-20 mm);
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 23/ 43
o reglarea nlimii dozatorului de flux (5-8 mm) fa de pies; o
pornirea grupului de sudur i reglarea curentului; o pornirea
strungului; o punerea n funciune a automatului de sudur prin
cuplarea cruciorului, pornirea
electromotorului i deschiderea dozatorului de flux; o oprirea
procesului dup efectuarea sudurii (se face dup ntreruperea srmei
electrod
i apoi oprirea fluxului). Srma electrod trebuie s fie tras i
curat (s nu prezinte ulei, coroziuni). Fluxul rezultat dup folosire
(zgura) se macin i se refolosete cu flux nou n proporie de 50%.
2.18.4 Sudarea electric cu arc vibrator (acoperirea prin
vibrocontact) Acest procedeu de ncrcare se caracterizeaz prin
faptul c electrodul vibreaz n timpul procesului de ncrcare. Pentru
rcirea piesei care se sudeaz, pentru clirea stratului de metal
depus, ct i pentru protejarea acestuia mpotriva aciunii oxidante a
mediului nconjurtor se ntrebuineaz o emulsie de rcire. Procedeul se
aplic pentru recondiionarea pieselor importante, fabricate din
oeluri aliate cu diametru mic, avnd n vedere urmtoarele avantaje:
stratul depus cu grosimea de 1,5-3 mm are proprieti antifriciune
superioare, o mare rezisten la
uzur i o bun aderen la piesa de baz; piesa de recondiionat se
nclzete puin (sub 100oC) n timpul lucrului, ceea ce face s nu
mai
apar tensiuni interne (deformri) i nici modificri n structura
metalografic (zona de influen termic este de numai 0,5 pn la 1,5
mm);
electrozii folosii pot avea un bogat coninut n carbon sau
aliaje, ceea ce permite obinerea unor straturi dure care nu mai fac
necesar ulterior tratamentul termic al piesei;
productivitatea procesului de acoperire este mare; procedeul nu
impune o pregtire special a piesei de recondiionat. Instalaiile de
sudare cu arc vibrator sunt alimentate de generatoare de curent
continuu cu o tensiune de 15-25 V. Nu se ntrebuineaz tensiuni mai
mari pentru c la tensiuni mari arderea elementelor de aliere este
intens i conduce la scderea duritii stratului depus, la creterea
pierderilor de metal, oxidarea puternic a materialului,
supranclzirea piesei etc. Sudarea la tensiuni mai mici de 15-25 V
scade substanial productivitatea i se nrutesc calitile mecanice ale
stratului depus. Intensitatea curentului variaz ntre 100 i 180 A.
Se folosete polaritatea invers: piesa de prelucrat este polul
negativ, catodul, iar electrodul pentru adaos, polul pozitiv,
anodul. Sudarea electric prin vibrocontact folosete vibratoare
(electromagnetice sau mecanice) pentru electrozi care realizeaz o
frecven de 50-100 Hz i o amplitudine aproximativ egal cu grosimea
stratului depus (1-3 mm). Dispozitivul de sudare se monteaz pe un
strung. Regimul de sudare recomandat este urmtorul:
- viteza de depunere (viteza periferic a piesei) trebuie s fie
de 20-60 m/h (valori mari pentru straturi de acoperire subiri i
invers);
- diametrul srmei de acoperire de 1,5 2 mm; - avansul
longitudinal al capului vibrator este de 1,5-2,2 mm/rot (avansurile
mari sporesc
productivitatea, dar diminueaz calitatea depunerii); - lichidul
de rcire const fie dintr-o soluie 4-6% sod calcinat n ap, fie
dintr-o soluie de
glicerin tehnic (15-20%) n ap. Dac nainte de acoperire btaia
piesei de recondiionat este mai mare de 0,5 mm, pentru a asigura
arcului electric stabilitatea necesar, se recomand strunjirea sau
rectificarea ei. Stabilitatea arcului electric, precum i grosimea i
calitatea stratului depus depind direct de viteza de rotaie a
piesei de recondiionat.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 24/ 43
2.18.5 ncrcarea pieselor prin sudare cu plasm Sub form de plasm,
materia se caracterizeaz nu numai prin temperaturile nalte dar i
printr-o mare densitate de energie, putnd fi folosit, cu succes, n
procesul de prelucrare a aliajelor metalice care, fie c se
prelucreaz greu, fie c nu pot fi prelucrate prin alte procedee.
Plasma rece se poate obine n practic prin urmtoarele procedee: -cu
ajutorul arcului electric, avnd temperaturi de 6000-15000oK i
presiuni de ordinul celei atmosferice; arcul electric se poate
obine n curent continuu (pentru puteri pn la 100 kW) sau n curent
alternativ (pentru puteri mai mari de 100 kW; -cu ajutorul
curentului de nalt frecven, la temperaturi de 6000oK i presiuni
inferioare celei atmosferice; acest procedeu este mai economic,
puterea maxim a generatorului fiind pn la civa kilowai.
Fig. 8. Generarea plasmei cu ajutorul arcului
electric de curent continuu: 1-electrod de wolfram; 2-ajutaj din
cupru; 3-gaz plasmogen sub presiune: 4-arc electric; 5-ap de
rcire;
6-jetul de plasm; G - generatorul electric
Fig. 9. Generarea plasmei cu ajutorul arcului electric de curent
alternativ: 1-electrozi din wolfram; 2-gaz plasmogen sub
presiune;
3- ajutaj din cupru, 4-arc electric; 5-ap de rcire; 6-jetul de
plasm
Exist unele deosebiri ntre procedeul de recondiionare prin
sudare cu arc electric i cel de recondiionare cu jet de plasm.
Astfel, la arcul electric mediul ionizat l constituie aerul, pe cnd
plasma se dezvolt ntr-un format dintr-un gaz (numit plasmogen) care
se injecteaz din spatele electrodului. Aerul ionizat, precum i
gazele dezvoltate ale arcului electric de sudur se gsesc la
presiunea atmosferic, n timp ce la plasm gazul plasmogen se
introduce sub presiune, ceea ce determin viteze mari de curgere,
Coloana arcului electric de sudur se dezvolt liber, pe ct vreme
jetul de plasm este puternic trangulat att mecanic prin existena
unei diuze la ajutaj ct i termic din cauza unei mari diferene de
temperaturi ntre plasm i pereii diuzei ajutajului care sunt rcii cu
ap, dar i electromagnetic, ca urmare a atraciei dintre curenii
electrici paraleli. Avnd n vedere forma coloanei, la arcul electric
de sudare aceasta este tronconic iar la jetul de plasm este
cilindric. n sfrit, temperatura arcului electric de sudare este
considerabil mai mic dect cea a plasmei. Att cercetrile ct i
practica au demonstrat c electrozii trebuie fabricai din wolfram
aliat, pentru a asigura o ardere stabil a plasmei, precum i pentru
o intensificare a emisiunii termolectrice. De asemenea, tot n
practic se demonstreaz c uzura electrodului pentru generarea
plasmei depinde nu numai de materialul din care este confecionat ci
i de: gazul plasmogen folosit, temperatura electrodului, regimul de
lucru etc. Debitul gazului plasmogen are o mare importan n
realizarea recondiionrii pieselor prin sudare cu plasm. Astfel, cnd
acesta este prea mare atunci este ndeprtat baia de metal topit care
se formeaz. Cnd, dimpotriv, debitul gazului plasmogen se micoreaz,
atunci apare un fenomen nedorit, respectiv arcul electric secundar,
care deterioreaz att ajutajul ct i dispozitivul portelectrod. Arcul
electric secundar, se anihileaz prin aplicarea unui cmp magnetic
exterior i prin folosirea unui gaz de focalizare. Din practic, s-au
determinat valorile optime ale parametrilor generatorului de plasm
pentru
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 25/ 43
sudare, respectiv: debitul gazului plasmogen de 600 l/or,
curentul de sudare de 80-140 A, iar pentru focalizare folosirea
hidrogenului. Sudarea cu plasm este un procedeu modern care ofer
certe avantaje n comparaie cu alte procedee. Durata efecturii
sudrii este mult mai mic (de circa 4-5 ori) din cauza vitezelor
sporite de sudare care se pot obine. De asemenea, scade i durata
ciclului de sudare de aproape dou ori (timpul scurs de la prima
operaie pregtitoare i pn la ultima operaie final). Prin acest
procedeu se realizeaz importante reduceri de consumuri de gaze
(aproape de dou ori), de material de adaos (de dou ori i jumtate),
precum i de personal pentru deservire (de peste trei ori).
Principalele caracteristici tehnice ale instalaiei I.T.S.P. 15
sunt: tensiunea circuitelor de comand de 24 V n curent continuu;
puterea generatoarelor de plasm de 55 kW (regim automat) i 45 kW
(regim manual); tensiunea de mers n gol a generatoarelor de 260 V;
diametrul electrodului de wolfram are 6 mm, tensiunea gazelor
plasmogene este de 60 V pentru argon, 180 V pentru azot i 100 V
pentru amestec argon + azot, curentul de lucru este de 350 A pentru
regim automat i 260 A pentru regim manual; presiunea gazelor la
amorsare: 0,5 1,2 MPa pentru azot, 1,5-4,5 MPa pentru argon i
1,2-3,5 MPa pentru amestec de argon - azot; presiunea gazelor la
sudare: 4,5 5,2 MPa pentru azot, 3,2 MPa pentru argon i 3,5 4,5 MPa
pentru amestec argon + azot; focalizarea jetului se poate realiza
cu aer la presiunea de 1,8 3 MPa sau cu amestec de azot i hidrogen
la presiunea de 2 3,5 MPa. ncrcarea prin sudare cu plasm a pieselor
de recondiionat const n acoperirea suprafeelor uzate cu metale sau
aliaje de adaos, care au performane suplimentare metalului de baz.
Jetul de plasm topete rapid i concomitent att metalul de adaos ct i
un strat din cel de baz, fenomenul putnd fi condus, reglat i
controlat cu uurin. Zona de metal topit (baia de metal constituit
din metalul de adaos i cel de baz) se numete zon de aliere. Aceasta
trebuie s fie de o grosime ct mai mic dar s asigure o bun legtur
ntre cele dou metale de adaos i de baz), astfel cnd piesa
recondiionat va fi supus unor solicitri mari (ocuri mecanice i
termice, frecri intense etc.) stratul depus s nu se desprind.
Fig. 10 Schema de principiu a ncrcrii prin sudare cu plasm
Pentru o ncrcare de calitate superioar trebuie ca stratul depus
s fie compact i ct mai uniform (obinut dintr-o singur trecere), iar
metalul de baz s fie ct mai puin afectat termic n adncime (zona de
influen termic s fie minim). presiunea jetului de plasm va fi
astfel aleas nct s evite tendinele de mprocare a metalului de baz,
precum i pierderile de metal topit. n sfrit, o ultim condiie impus
unei ncrcri corespunztoare prin sudarea cu jet de plasm este
realizarea unei bune protecii cu gaze neutre a bii de metal topit
pentru a evita oxidrile. Temperaturile ridicate ale acestuia permit
folosirea unei largi game de metal i aliaje pentru ncrcare
obinndu-se, n final, suprafee cu proprieti mecanice superioare ale
unor piese de recondiionat deosebit de pretenioase i care lucreaz
la intense solicitri mecanice i termice (arbori, supape, boluri,
segmeni, came etc.). 2.18.6 Procedee termice de acoperire prin
pulverizare 2.18.6.1 Generaliti Aceste procedee s-au dezvoltat i
const n nclzirea pn la topire a unor particule din materialul de
depus i apoi proiectarea ctre un substrat ce are suprafaa relativ
rece (temperatura
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 26/ 43
procedeelor de depunere termic este dat n Fig. 11.
material de depus (fir metalic sau
pulbere)
depunere final(strat
depus+substrat)
topirea materialului de depus (picturi)
picaturile la impactul cu suprafaa
substratului se aplatizeaz
picturile se deplaseaz cu vitez
mare
v
suprafaa iniial rugoas i curat
incluziuni de oxizi pe limite
Fig. 11. Schema de principiu de procedeelor termice de
depunere
n acest categorie de procede intr:
pulverizarea cu flacr pulverizarea cu plasm la presiunea
atmosferic pulverizarea cu plasm n vid HVOF (High Velocity Oxy
Fuel) flacr oxidant de mare vitez D-gun (Detonation Gun Spraying)
pulverizare prin explozie
La o analiz general a aacestei categorii de procedee se remarc
urmtoarele avantaje/dezavantaje: Avantaje:
majoritatea metalelor, materialelor ceramice i unii polimeri pot
fi depui prin pulverizare; un domeniu larg de materiale metalice
pot fi folosite ca substrat; posibilitatea de a face tratamente
locale.
Dezavantaje:
majoritatea acoperirilor prin pulverizare sunt poroase; aderena
pe suport este mai mic comparativ cu alte procedee; calitatea i
fiabilitatea acoperirii depinde de controlul riguros al puterii
sursei i de parametrii
pulverizrii dificulti de a realiza o calitate ridicat la
repararea straturilor depuse anterior
2.18.6.2 Pulerizarea termic a srmelor Materialul de pulverizat
se prezint sub forma de srm care iniial este introdus ntr-o camer
unde este topit i apoi este atomizat de un gaz balast (de obicei
aer comprimat).
Fig. 12 Metalizarea cu srm: a-pistol de metalizare; b- instalaie
de metalizare
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 27/ 43
aer+gaz
strat depus substrat
srm
flux de picturi i
gazeghidaj
zon de topire a srmei
arztor
Fig. 13. Schema de principiu a depunerii metalice prin topirea a
srmelor
topirea se face cu o glacr sau cu un arc electric; se folosesc
numai srme metalice; cantitate mare de oxizi inclui n depunere;
procedeu recomandat pentru ncrcarea i remanierea elementelor cu
defecte n construcie de
maini; utilizarea arcului electric este limitat datorit creterii
zgomotul produs i a cantitii mari de
gaze i volatile transportate n stratul de pus chiar dac
productivitatea crete.
2.18.6.3 Pulverizare cu flacr Acoperirea prin acest procedeu se
face prin introducerea ntr-o flacr a unei pulberi din materialul ce
trebuie depus i apoi dirijarea flcriictre suprafaa ce trebuie
acoperit.
aer (oxigen)+
gaz
strat depus substratarztor
flux de picturi i
gaze
duz zon de topire a srmei
alimentare cu pulbere
Fig. 14. Schema de principiu a depunerii metalice prin
pulverizare cu flacr
procedeu simplu i ieftin; varietate mare de pulberi metalice i
pulberi de oxizi ce pot fi pulverizate i depuse; viteza mic a
particulelor conduce la un strat cu proprieti reduse; proprietile
straturilor pot fi imbuntite folosind alieje speciale aa cum este
aliajul Ni-Cr-B-Si.
Instalaia de metalizare cu pulberi metalice este de tipul cu
flacr (gaze) i se compune din: - aparatura de metalizare, alctuit
din: pistol de metalizare, set diuze arztor, set complet de pulberi
metalice (cu duriti ntre 20 65 HRC), reductoare de presiune, past
izolant; - sursa de combustie, format din recipiente de acetilen i
oxigen; - sursa de aer comprimat pentru pulverizare; - instalaiile
auxiliare (de rcire, de control etc.). Presiunea de lucru a gazelor
de combustie este de 0,4 0,5 MPa cnd se folosete oxigen i de 2 MPa
cnd se utilizeaz acetilen. Pulberile metalice folosite ca materiale
de adaos sunt amestecuri de metale nichel, cobalt, fier, crom,
cupru, aluminiu, molibden etc. cu fondani n proporie riguros
stabilit pe cale experimental.
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 28/ 43
n tabelul 8 se arat compoziia chimic a unor pulberi metalice
ntrebuinate la Institutul de studii i cercetri n transporturi.
Fig. 11 Instalaie de metalizare cu pulberi:
a instalaia n ansamblu; b-pistol de metalizat
Tabelul 8. Pulberi pentru metalizare
2.18.6.4 Pulverizare prin topire cu arc electric Diferena fa de
procedeul anterior este dat de felul n care se face topirea
materialului de depus prin folosirea arcului electric. Materialul
de depus este metalic i se prezint sub forma a dou fire izolate
ntre ele. Arcul electric se produce ntre aceste fire iar picturile
formate sunt antrenate de un jet de aer comprimat ctre
substrat.
aer comprimat
strat depus substratcontacte electrice
flux de picturi i
gaze
duz arc electricsrme
electrod
Fig. 15. Schema de principiu a depunerii metalice prin
pulverizare cu flacr
2.18.6.5 Pulverizare cu flacr de mare vitez (HVOF) Procedeul
folosete arderea ntr-un ajutaj a unui amestec controlat
combustibil/aer combustie cu presiune mare. Pulberea care se dorete
a se depune se introduce n curentul de gaze care datorit
presiunilor ridicate de lucru conduc la viteze mari de ieire i deci
la viteze mari de depunere. Acest procedeu a fost dezvoltat pentru
a realiza depuneri cu cermei (WC/Co) n vederea mririi
Tipul pulberii metalice
Carburi de Wo i Co Oel Ni Cr Ca Si Bo Cu Mo Co
12C 14E-k4F
- -
2,5 4
77,5 74
- 10
15 6
2,5 3,5
2,5 2,5
- -
- -
- -
15E-15F - 4 73,5 14 1 4 3,5 - - - 16C - 2,5 61,5 17 5 4 4 3 3 -
18C - 2,5 27 16 2 3,5 3 - 6 40 31C 35 2,5 34,5 18 5 2,5 2,5 - - -
32C 50 8 14 11 1 8 8 - - - 34F-34F8 50 3,5 34 3,5 5 2 2 - - -
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 29/ 43
rezistenei la uzur a pieselor. Exemplu: Sistemul Jet III al
firmei A-flame Error! Reference source not found. care este
destinat pentru depuneri dure din carburi. Caracteristici
alimentare cu combustibil lichid i oxigen la presiune mare;
arderea are loc n camera de ardere i rezult gaze fierbini cu
presiune mare; gazele ies printr-un ajutaj Laval cu 1500m/s;
pulberea este uor absorbit n jet; flacr de veghe cu hidrogen;
senzori i sistem computerizat pentru controlul procesului.
Fig. 18. Instalaia HVOF tip Jet III n timpul procesului de
depunere a unei pulberi pe o pies
2.18.6.6 Acoperire prin explozie (D-GUN) Compactitatea
straturilor realizate prin pulverizare crete cu creterea vitezei
pulberii transportate ctre suport. Acest procedeu folosete modelul
unei arme de vntoare cu deosebirea ca explozie necesar pentru a
crete viteza se obine din presiunea creat de arderea unui amestec
gaz combustibil i aer. Explozia este amorsat de o scnteie dat de o
bujie. Reacia de ardere se desfoar cu viteze foarte mari ctre ieire
astfel c pulberea de depus este nclzit i apoi antrenat de unda de
oc format, de mare vitez.
temperatura este limitat la 3500K; procedeul este foarte
zgomotos; detonarea se face cu frecvena de 4...8Hz; se folosete
pentru a realiza depuneri cu cermei (WC/Co).care mresc rezistena la
uzur.
Exemplu: Sistemul D-gun al firmei A-Flame, care are urmtoarele
caracteristici:
gaze folosite: metan, propan, gaze naturale; materiale depuse
pot fi;
Fig. 16. Imagine de ansamblu a instalaiei HVOF tip Jet III
Fig. 17. Camera, tunul, duza i sistemele de aliemntate ale
instalaia HVOF tip Jet III
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 30/ 43
metale: Al, Zn, Cu, Fe, Ti, V, Co, Ni, etc.; oxizi (Al2O3,
Cr2O3, MgAI2O4, TiO2, etc.); carburi: (WC, Cr3C2, 91WC-9Co, 85Cr3C2
- 15[Ni-Cr], etc.); aliaje (2OCr-8ONi, 30Al-O.2Fe-69, 8NI,
53Nb-47Ti, etc.); compui: (lOONi [B, A], etc.).
stratul poate fie: metal, sticl, ceramic, plastic; porozitate
obinut:
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 31/ 43
strat depus substrat
contacte electrice
flux de picturi i
gaze
duz electrod rcit cu
ap
electrod
argonpulbere
arc electric deformat
Fig. 21. Schema de principiu a depunerii metalice prin
pulverizare cu plasm
Avantaje: straturi cu caracteristici foarte bune temperatura
poate fi foarte mare (10.000K) transferul de cldur este foarte
eficient, n special la gazele biatomice; este posibil acoperirea
materialelor ceramice, metalele i polimeri; procedeul se poate
realiza i n vid reducnd frecarea atmosferei i oxidarea.
Dezvantaje: generatorul plasmogen are costuri ridicate
Tabel 9. Comparaie ntre diferite procedee de depunere termic
Type of System
Flame or Plasma Exit Temperature
Heat Transfer to Substrate
Particle Impact Velocity
Oxide Content
PorosityAdhesion
(Bond Strength)
m.u. ( C) ( C ) (m/s) ( % ) ( % ) -Detonation
Gun3000 20...150 max 800-1000 0.1 0,1...1 Extremely high
Plasma Jet (HVOF)
2500...3100 500...700 500-800 0.2 1...10 Very High
Plasma Spraying
5500...8300 700...1000 200-600 0,1...1 1...10 Very High
Wire Arc 4000...6000 500...800 240 0,5...3 10...20 HighFlame
Spraying2500...3000 500...700 30...180 4...6 10...30 Low
2.18.6.8 Acoperiri cu ceramic Ceramica poate fi aplicat cu
adezivi, cementuri sau lipire. Se recomand oelurilor manganoase
(13% Mn), font nalt aliat cu Cr i oelurilor de cementare.
Avantaje:
se realizeaz orice grosime de strat; nu afecteaz proprietile
materialului de baz; poate fi nlocuit (acoperirea); pentru obinerea
unor performane optime se folosesc diferite tipuri de ceramic n
diferite zone.
Dezavantaje: nu se aplic produselor de geometrice complicate;
domeniu limitat de aplicare din punt de vedere al materialelor;
manoper scump (timp ndelungat de realizare); procedeu scump.
Exemplu Izolarea eficient cu material ceramic a conductelor
pentru transportul aerului cald cu materiale ceramice. Procedeul
are avantaje evidente in creterea duratei de via a conductei, n
simplificarea procedurii de ntrinerea, n creterea eficienei
-
Curs de Inginer Sudor Internaional/European IWE/EWE
2.18 Straturi de protecie
M2/Materiale i comportarea la sudare 2012 ASR Cap. 2.18 D.Savu
M2 32/ 43
Exemplu Izolarea cu materiale ceramic a navetei spaiale funcie
de temperatura generat n n urma frecrii cu atmosfera n timpul
reintrrii cu vitez mare n atmosfera terestr. Industria aerospaial
constituie domeniul n care au avut loc mbuntiri dramatice ale
performanelor materialelor. Capabil la 100 misiuni proiectate,
Naveta Spaial este unul din cele mai performante realizri tiinifice
i inginereti. Un astfel de exemplu este sistemul termic de protecie
(scutul termic) realizat din materiale de nalt performan. Cerinele
acestor materiale:
greutate mic; dilataie termic redus; temperatura de lucru
gradual pn la 1650C; fixare simpl i sigur.
Pentru a proteja structura metalic, materialele izolatoare se
prezint sub form de placue care se fixeaz de corp prin lipire n
funcie de temperaturile maxim