Procedee de sudare (6)


PROCEDEELE ŞI ECHIPAMENTELE TEHNOLOGICE DE SUDARE (6)

 

     Prof. univ. dr. ing. Gh. P. ZAFIU                                

Sudarea cu flacără oxigaz

 

Sudarea cu flacără oxigaz se face prin topirea simultană a marginilor pieselor de sudat şi a metalului de adaos. Pentru sudarea cu flacără oxigaz sunt necesare următoarele: 

• gaze combustibile; 
• oxigenul; 
• materiale de adaos; 
• fluxuri sau fondanţi de sudare. 

Alcătuirea generală a unui post de sudare cu flacără oxigaz (fig. 16, documentare Cemont) este constituită din următoarele componente: căruciorul pentru butelii (1), butelia cu oxigen (2), butelia cu gaz (3), regulatorul pentru gaz (4), regulatorul pentru oxigen (5), furtunul pentru gaz (6), furtunul pentru oxigen (7), arzătorul (8), ochelarii de protecţie (9), îmbrăcămintea de protecţie (10), şorţul de protecţie (11).



                                            Fig. 16

Căldura necesară topirii se obţine prin arderea în oxigen a gazelorcombustibile: acetilena, hidrogenul, propanul, butanul, metanul, vaporii de  benzină(tabelul 5)Temperaturile medii ale flăcării pentru diferitele gaze utilizate în sudare sunt prezentate în tabelul 6Cea mai mare putere calorică este dată de acetilenă care, prin ardere în oxigen, dezvoltă o temperatură de 3100...3200 °C.

Acetilena se obţine prin reacţia chimică dintre carbid şi apă: 

CaC+2H2O = C2H+ Ca(OH)+ Q(căldură)

În urma reacţiei chimice dintre carbid şi apă se dezvoltă căldură.

Carbidul se livrează în butoaie de tablă închise ermetic. Acestea se păstrează în condiţii optime de umiditate şi temperatură. Carbidul cu granulaţie mare se utilizează în generatoarele de acetilenă, iar carbidul cu granulaţie mică în staţii de acetilenă. Acetilena lichefiată se produce în staţiile de acetilenă şi se livrează în butelii.
Ea prezintă următoarele avantaje: 
• este mai pură; 
• prezintă mai multă siguranţă în exploatare

În funcţie de caracteristicile materialelor de bază se aleg regimurile de sudare. Regimul de sudare este definit de următoarele elemente [13]:

• Sârma de adaos şi fluxurile;
• Structura flăcării;
• Poziţia arzătorului şi a sârmei de adaos; 
• Puterea flăcării;
• Presiunea oxigenului şi a acetilenei;
• Viteza de sudare.
Materiale de adaos necesare pentru formarea cordonului de sudură se utilizează sub formă de sârme, vergele, colaci, fâşii de tablă. Materialul trebuie să prezinte aceeaşi compoziţie chimică cu cea a metalului de bază (tabelul 7). 

Sudarea oţelurilor cu maxim 0,3% C nu necesită condiţii deosebite. Pentru grosimi mai mari de 3 mm, productivitatea este mai redusă şi se produc deformaţii mari. La sudare se foloseşte ca sârmă de adaos, S 10, iar pentru sudarea oţelurilor carbon de calitate, S 10 X. Pentru un conţinut mai mare de 0,3% C, se recomandă preâncălzirea pieselor la 150350 °C. Tablele cu grosimi de maxim 2 mm se pot suda şi fără sârmă de adaos. Tablele cu grosimi mai mari de 5…mm se sudează în straturi suprapuse. La sudarea tablelor cu grosimi inegale, flacăra se orientează spre tabla mai groasă. 

Sudarea fontelor se poate face numai la cald. Piesele se preâncălzesc la 650750 °C. Sudarea se face cu electrod din fontă, numai în poziţie orizontală în locaşuri delimitate de plăci de grafit. Procesul de sudare trebuie să fie neântrerupt şi de aceea se recomandă ca piesele mari să fie sudate de doi sudori. 

Sudarea aluminiului şi a aliajelor de aluminiu necesită unele pregătiri ale elementelor sudate. Se face curăţarea, degresarea şi decaparea tablelor pe o lăţime de 30...40 mm, în ambele părţi ale rostului de sudare. Degresarea se face cu o soluţie de 3...5% hidroxid de sodiu şi 1...3% silicat de sodiu, urmată de o spălare cu apă fierbinte şi o decapare într-o soluţie de 10% acid azotic, şi apoi spălare cu apă. În funcţie de grosimea tablelor, se face o preâncălzire la 300...350 °C

Sudarea alamei se face de asemenea după pregătirea prealabilă a pieselor sudate. După prelucrarea marginilor, tablele sunt decapate într-o soluţie de 10% acid azotic, apoi, se spală cu apă fierbinte şi se usucă. Ca material de adaos se utilizează AmSnLpBCu58Zn900 etc. sub formă de vergele. Pentru a evita evaporarea zincului, sudarea se face cu flacără oxidantă. Aliajele de cupru-zinc cu adaos de siliciu şi staniu sunt în conformitate cu STAS 204-77- "Mărci" şi cu STAS 294- 80- "Sârmă şi vergele din aliaje Cu-Zn pentru lipire".

Fluxurile sau fondanţii de sudare se prezintă sub formă de praf, pastă sau lichide aurmătoarele roluri

• evită formarea de oxizi în baia de metal topit; 
• separă zgura din baia de metal topit; 
• asigură răcirea lentă cordonului de sudură. 
Fluxurile au următoarele proprietăţi: 
• sunt uşor fuzibile; 
• sunt vâscoase în stare topită; 
• dizolvă pelicula de oxizi; 
• greutatea specifică este mai mică decât a metalului de bază; 
• nu formează emanaţii gazoase. 
Fluxurile utilizate pot fi
• borax 100%
• borax 50%bicarbonat de sodiu 47% şi acid sulfuric 3% (pentrusudarea oţelurilor); 
• borax 70%, clorură de sodiu 20% şi acid boric 10% (pentru sudarea cuprului şi a alamei) 

Flacăra oxiacetilenică rezultată prin combustia unui volum de acetilenă (gazul combustibil) pentru două volume şi jumătate de oxigen (comburantul) are următoarea structură (fig. 17a, documentare Cemont): 

• nucleul (1)
• zona reducătoare (2)
• învelişul (3).

Flacăra fără excedent de gaz sau oxigen (raportul k=O2/C2H2 =1,0), folosită în cele mai multe lucrări de sudare/lipire, este denumită flacără normală, neutră.

În funcţie de raportul oxigen/acetilenă, se mai deosebesc şi alte 3 tipuri de flacără oxiacetilenică (fig. 17b, documentare [13]):

• Flacăra carburantă (raportul k=O2/C2H2 <1,0) care poate fi:
cu un uşor excedent de gaz, folosită la sudarea oţelului inoxidabil;
cu un puternic excedent de gaz, care este lungă, galbenă şi începe să afume, folosită la sudarea aliajelor uşoare;
• Flacăra reducătoare, cu un uşor excedent de oxigen (raportul k=O2/C2H2 cuprins între 1,0…1,2), folosită la lucrările pe alamă pentru a evita emanaţiile nocive de vapori de zinc care îl pot afecta pe operator;
• Flacăra oxidantă, cu un puternic excedent de oxigen (raportul k=O2/C2H2 >1,2), care are nucleul redus, de culoare albastră. 


                                              Fig. 17

Consumul de oxigen se poate determina utilizând relaţia:

Qoxigen=kQacetilena

În timpul desfăşurării procesului de sudare sunt necesare mişcări simultane ale arzătorului şi sârmei de adaos:

• mişcarea de avans în lungul cordonului;
• mişcarea pendulară (oscilatorie).

Mişcările oscilatorii imprimate arzătorului şi sârmei de adaos se execută cu scopul de a regla procesul de topire, de a repartiza mai bine metalul topit şi de a facilita forma cordonului.

Poziţia arzătorului şi a sârmei de adaos în raport cu cordonul de sudură determină modul de lucru.

În funcţie de grosimea materialului de bază se pot aplica două moduri de lucru (fig. 18, documentare 12):

• sudarea spre stânga, când cordonul de sudură se află în urma flăcării oxiacetilenice, se aplică la sudarea tablelor cu grosimi de 4...mm la oţel şi 3 mm la aliaje cu conductivitate termică mare;
• sudarea spre dreapta, când cordonul de sudură se află în faţa flăcării oxiacetilenice, se aplică în cazul tablelor cu grosimi mai mari de 4 mm pentru oţeluri şi peste 3 mm la aliajele cu conductivitate termică ridicată.


                                                    Fig. 18

Sudarea spre dreapta are productivitatea mai mare cu 25% decât la sudarea spre stânga. 

În afară de orientarea în spaţiu a cordonului de sudură de către executat, modul de lucru mai este caracterizat şi de înclinarea flăcării respectiv, înclinarea şi poziţia sârmei de adaos (fig. 18). Mărimile uzuale ale înclinărilor sunt precizate în tabelul 8.

Sudarea alamei se face prin metoda de sudare spre stânga cu amplasarea sârmei de adaos sub un unghi de 15...30 faţă de piesă. Arzătorul se orientează sub un unghi de 70...80 faţă de orizontală, fără mişcare pendulară. 

Puterea flăcării este dată de consumul de acetilenă în funcţie de modul de sudare, de grosimea şi de natura metalului de bază.

Pentru oţel puterea flăcării se determină cu relaţiile:

• La sudarea spre stânga Qacetilena=(100...120)s [l/h];
• La sudarea spre dreapta Qacetilena=100s [l/h].

Cu “s” s-a notat grosimea materialului de bază, în mm.

În funcţie de consumul orar de acetilenă se alege mărimea arzătorului. 

Reglarea presiunii de lucru se face de la reductoarele de presiune. Presiunea oxigenului este de 2,45 bar, iar pentru acetilenă este 0,0098...0,049 bar.

Viteza de sudare influenţează încălzirea metalului de bază, sau supraîncălzirea băii de metal topit. Ea se stabileşte în funcţie de metoda de sudare, grosimea şi natura materialului de bază.

Pentru oţeluri, viteza de sudare se determină cu următoarea relaţipractică [12]:

V = K/s, [m/oră]

s este grosimea materialului de bază, în mm.

K=12 – pentru sudarea spre stânga;

K=15 – pentru sudarea spre dreapta.

Comparaţia între procedeele de sudare prezentate anterior, pentru cazul oţelului carbon, în funcţie de mărimile unor caracteristici de productivitate (viteza de sudare, penetrarea accesibilă într-o singură trecere şi rata depunerii de metal), poate fi făcută orientativ pe baza tabelului 9.

 


BIBLIOGRAFIE

1. Claude Michel, Principaux procédés de soudage par résistance, http://www.magazinemci.com
2. Drui M, Henni A, Heugel M, Martin C, Simon C. Les différents procédés manuels de soudage, leurs risques et leur prévention,http://www.ast67.org/PDF/soudage.pdf
3. Militaru Constantin Echipamente pentru sudare, în Revista de Unelte şi Echipamente, Anul Idecembrie 2000
4. Tondini Fabienne Principaux procédés de soudage. Description, démarche d’évaluation et de prévention des risques, http://www.ast67.org/PDF/soudage.pdf
5. Westgate Steve, Resistance seam Weldinghttp://www.twi.co.uk
6. * * * Procedee de sudurăhttp://www.protools.com.ro
7. * * * Aparate de sudură tip MIG-MAG-TIGhttp://www.metalotehnica.ro
8. * * * EN 50060 - Norma EUROPEANA pentru aparatele de sudare cu arc electric
9. * * * Le soudage manuel à l'arc avec électrodes enrobées. Fiche pratique de sécurité. Edition INRS ED 83. 1999, http://www.inrs.fr 
10. * * * Procédés de Soudage, http://igor.paoletti.free.fr/faq-home.htm
11. * * * Soudage S.A.E.E.CODIFOR – AFPI INTERNATIONALE, CDET_T_SOUDAGE 111_V1
12. * * * Utilajul şi tehnologia sudării manuale cu arc electric, Lucrare de laborator nr. 1, Tanaviosoft-2006, http://www.didactic.ro
13. * * * Utilajul şi tehnologia sudării cu flacără oxiacetilenică, Lucrare de laborator nr. 2, Tanaviosoft-2006, http://www.didactic.ro
14. * * * Utilajul şi tehnologia sudării automate cu arc electric sub flux, Lucrare de laborator nr. 3, Tanaviosoft-2006, http://www.didactic.ro
15. * * * Utilajul şi tehnologia sudării în mediu protector de gaz, Lucrare de laborator nr. 4, Tanaviosoft-2006, http://www.didactic.ro
16. * * * Utilajul şi tehnologia sudării electrice prin rezistenţă electrică, Lucrare de laborator nr. 5, Tanaviosoft-2006, http://www.didactic.ro
17. * * * Education Welding&Cutting, http://www.esab.com 
18. * * * Sudarea metalelor şi aliajelorhttp://www_RegieLive_ro
19. * * * Soudage : définition, applications et généralités, OTUA au service de l’acier, http://www.otua.org

20. * * * HELVI tehnologii de sudare, documentare INTERPRIMA, în Revista de Unelte şi Echipamente, Anul V, noiembrie 2004