CERCETĂRI PRIVIND SUDAREA MANUALĂ CU ELECTROZI ÎNVELIŢI ÎN CURENT PULSAT

Transcript

1 UNIVERSITATEA POLITEHNICA TIMISOARA FACULTATEA DE MECANICĂ Departamentul Ingineria Materialelor şi Fabricaţiei Specializarea: INGINERIA SUDARII CERCETĂRI PRIVIND SUDAREA MANUALĂ CU ELECTROZI ÎNVELIŢI ÎN CURENT PULSAT NOUA PROVOCARE A SURSELOR MODERNE CU INVERTOR AUTORI: S.L.DR.ING. MIRCEA BURCA PROF. DR. ING. IOAN LUCACIU ING. VASILE PELECACI S.L.DR. ING. AURELIAN MAGDA TIMIŞOARA 2017

2 CUPRINS INTRODUCERE:. pag.1 CAPITOLUL I: SUDAREA MIG/MAG SI WIG IN CURENT PULSAT...pag Principiul procedeului......pag Parametrii tehnologici ai curentului pulsat pag Curentul de puls I p......pag Curentul de bază I b... pag Timpul de puls t p......pag Timpul de bază t b......pag Frecvenţa pulsurilor f......pag Curentul mediu de sudare I s Viteza de avans a sârmei electrod v as...pag Curentul critic sau de tranziţie I tr......pag Curentul efectiv de sudare I ef...pag Avantajele sudării MIG/MAG în curent pulsat...pag Caracterizarea transferului prin curent pulsat...pag Stabilitatea arcului de curent pulsat la sursele de tipul U/I...pag Stabilitatea arcului de curent pulsat la sursele de tipul I/I...pag Reglarea curentului de impuls şi de bază la sursele de curent pulsat cu invertor. pag Sudarea WIG în curent pulsat...pag.16 CAPITOLUL II: SUDAREA MANUALA CU ELECTROD INVELIT...pag Caracterizarea procedeului...pag Definiţie... pag Avantajele procedeului... pag Dezavantajele procedeului... pag Performanţele procedeului... pag Materialul de sudare (adaos)... pag Clasificarea electrozilor... pag Marcarea şi simbolizarea electrozilor... pag Recomandări tehnologice la sudarea S.E... pag.22 CAPITOLUL III: ECHIPAMENTUL PENTRU SUDAREA MANUALĂ CU ELECTROD INVELIT...pag Forma caracteristicii externe a sursei de sudare...pag Surse de sudare cu invertor...pag Schema bloc a sursei de sudare în impulsuri cu invertor... pag Funcţii tehnologice specifice surselor de sudare cu invertor... pag Caracteristicile tehnico-funcţionale principale a surselor de sudare... pag Regimuri de lucru... pag Sursa de sudare manuală cu electrod învelit în curent pulsat...pag.35 CAPITOLUL IV: ÎNREGISTRAREA FORMEI IMPULSULUI DE CURENT...pag Osciloscopul numeric cu memorie HAMEG...pag Caracteristici tehnice......pag Setarea osciloscopului......pag.37

3 4.2. Determinarea experimentală a formei impulsului de curent generat la sursa de sudare în curent pulsat STEL......pag.39 CAPITOLUL V: CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND SUDAREA MANUALĂ ÎN CURENT PULSAT CU ELECTROD ÎNVELIT... pag Motivaţia cercetării...pag Sudarea WIG în curent pulsat...pag Sudarea MIG/MAG în curent pulsat... pag Bazele sudării în curent pulsat cu electrod învelit... pag Prezentarea sursei de sudare în curent pulsat...pag Cercetări experimentale...pag Studiul sudării manuale cu electrod învelit în curent pulsat vs. sudarea standard...pag Influenţa sudării în curent pulsat asupra geometriei sudurii la îmbinări sudate de colţ...pag Influenţa sudării în curent pulsat asupra geometriei sudurii la îmbinări sudate cap la cap...pag.63 CONCLUZII FINALE...pag.71 BIBLIOGRAFIE...pag.72

4 Introducere Sudarea în curent pulsat, apanajul procedeelor de sudare in mediu de gaze protectoare MIG/MAG şi WIG (dar nu numai) folosind surse moderne de sudare cu invertor, reprezintă o opţiune tot mai atractivă pentru realizarea unor suduri performante dpdv tehnologic şi calitativ, datorită avantajelor pe care procedeul le oferă, în special controlul modului de transfer şi a energiei introduse în componente. Folosirea curentului pulsat la sudarea manuală cu electrod învelit era considerată, până nu de mult, şi de mulţi, improprie pentru acest procedeu, fără intuirea unor potenţiale avantaje tehnologice ca în cazul procedeelor mai sus amintite. Lucrarea prezintă, în premieră pentru România, această nouă provocarea a surselor moderne cu invertor si anume sudarea manuală cu electrozi înveliţi în curent pulsat. In acest caz avantajul curentului pulsat este pus în legătură cu controlul băii de metal topit, a volumului acesteia, asemănător cu sudarea manuală WIG în curent pulsat folosind frecvenţe mici, sub 10Hz. Sunt prezentate aspectele tehnologice constatate în timpul efectuării cercetărilor experimentale de punere în evidenţă a folosirii curentului pulsat la sudarea manuală cu electrozi înveliţi, cu echipamentul aflat în dotarea catedrei prin bunăvoinţa firmei S.C. Weding Distribution SRL, reprezentant în Romania a firmei STEL Italia.

5 I. SUDAREA MIG/MAG ŞI WIG ÎN CURENT PULSAT 1.1. Sudarea MIG/MAG în curent pulsat Transferul sinergic în curent pulsat sau în impulsuri se caracterizează prin transferul dirijat a picăturii de metal prin arcul electric prin modificarea periodică a curentului de sudare Principiul procedeului Deosebirea esenţială dintre sudarea MIG/MAG în impulsuri şi sudarea MIG/MAG clasică constă în faptul că la acest procedeu, curentul de sudare nu mai este constant în timp, ci variază periodic între o valoare maximă curent de puls şi o valoare minimă curent de bază cu o anumită frecvenţă, figura 1.1. Figura 1.1. Principiul procedeului de sudare în curent pulsat În timpul de puls t p, denumit şi timp cald, valoarea ridicată a curentului de puls I p determină topirea rapidă şi desprinderea sub efectul forţelor electromagnetice a picăturii de metal de dimensiuni mici fără scurtcircuitarea arcului electric, asemănător transferului prin pulverizare, figura 1. În timpul de bază t b, denumit şi timp rece, curentul de bază I b de valori relativ mici asigură întreţinerea arderii stabile a arcului electric fără însă să producă topirea sârmei, respectiv transferul picăturii. Valoarea medie a curentului obţinut se situează, în funcţie de valorile parametrilor curentului pulsat, în domeniul transferului prin scurtcircuit sau intermediar corespunzătoare sudării clasice folosind curent constant Parametrii tehnologici ai curentului pulsat Principalii parametri ai curentului pulsat sunt, figura 1.2: Figura 1.2. Parametrii curentului pulsat curentul de puls I p ; curentul de bază I b ; timpul de puls t p ;

6 timpul de bază t b ; frecvenţa pulsurilor f; durata ciclului de puls t c ; curentul mediu de sudare I m ; curentul critic (de tranziţie ) I tr ; curentul efectiv I ef ; Curentul de puls I p. Curentul de puls trebuie să aibă o valoare mai mare decât valoarea curentului critic sau de tranziţie I tr, pentru a asigura transferul prin pulverizare a picăturii de metal topit. Sub influenţa curentului de puls I p de valori ridicate are loc topirea vârfului sârmei electrod şi sub acţiunea forţelor electromagnetice pinch de valori mari F p = I 2 /2 are loc detaşarea picăturii de metal la dimensiuni mici, asemănător transferului prin pulverizare. Totodată valoarea ridicată a curentului de puls I p măreşte stabilitatea arcului electric. Deci din acest puncte de vedere este de dorit ca valoarea curentului de puls să fie cât mai mare. Pe de alta parte însă, o valoare prea ridicată a curentului de puls măreşte presiunea dinamică a plasmei arcului, ceea ce poate conduce la perforarea tablei sau la apariţia unor defecte de tipul crestăturilor marginale. În plus, trecerea (plonjarea) picăturii cu viteze mari în baie poate conduce la împroşcări de metal topit. Curenţii de puls mari conduc la distrugerea prematură a duzei de contact precum şi la creşterea nivelului de zgomot. Prin urmare curentul de puls nu poate fi oricât de mare Curentul de bază I b. Asigură stabilitatea arcului electric în perioada timpului de bază, evitând stingerea acestuia. Curentul de bază are o valoare prea mică pentru a determina o topire semnificativă a sârmei electrod respectiv un transfer al picăturii. În acest timp se produce totuşi o încălzire prin efect Joule Lenz a capătului liber a sârmei electrod favorabilă topirii mai uşoare a sârmei în timpul de puls. Se recomandă să se menţină la o valoare cât mai redusă pentru a obţine un curent mediu la valori scăzute, esenţa sudării în curent pulsat. Totuşi curentul de bază nu rămâne la o valoare constantă ci se modifică, însă în limite mici, între A, după o variaţie liniară proporţională cu viteza de avans a sârmei electrod. Prin aceasta se favorizează îmbunătăţirea condiţiilor de topire şi de transfer a picăturii de metal Timpul de puls t p. Depinde de valoarea curentului de puls I p, fiind o funcţie de acesta. Cuplul de valori (I p, t p ) defineşte condiţiile de transfer. Reglarea optimă a celor două valori determină detaşarea unei singure picături pe puls. Acest caz particular al sudării MIG/MAG în curent pulsat caracterizat prin transferul unei singure picături pe puls poartă denumirea de sudare sinergică şi constituie optimul reglării parametrilor tehnologici de sudare, din punct de vedere a stabilităţii arcului electric, a eliminării totale a stropilor, a controlului dimensiunilor picăturilor, respectiv a energiei introduse în componente. În literatura de specialitate sunt prezentate corelaţii între curentul de puls I p şi timpul de puls t p pentru asigurarea unui transfer optim. Aceste corelaţii sunt de forma: n I P * TP D unde, n şi D sunt constante ce depind în mod esenţial de natura metalului de bază, de diametrul sârmei şi de gazul de protecţie; de exemplu, pentru o sârmă de oţel nealiată cu diametrul de 1,2 mm şi utilizând un amestec de gaze Ar + 1,5% O 2, valorile celor două constante sunt : n = 2 si D = 400 A 2 s. Dacă durata timpului de puls este prea scurtă, picătura de metal nu se poate forma şi detaşa în cursul unui puls. Astfel ea se măreşte cu fiecare puls şi se detaşează după mai multe pulsuri, sub forma unor picături mari (globule) asemănător transferului globular a picăturii prin efect gravitaţional. Acest mod de transfer este nefavorabil din punct de vedere a stabilităţii arcului şi a modului de transfer conducând la stropiri. Dacă durata timpului de puls este prea lungă la fiecare puls are loc detaşarea mai multor picături sub forma unui şirag de mărgele care prin atingere pot scurtcircuita arcul electric conducând şi pe această cale la instabilităţi şi stropiri.

7 În figura 1.3 se prezintă corelaţia dintre curentul de puls I p şi timpul de puls t p, pentru asigurarea unui transfer optim al picăturii (o picătură pe puls). Figura 1.3. Domeniul optim de transfer în curent pulsat Se observă că domeniul de reglare a celor doi parametri este destul de extins. De regulă alegerea unei valori reduse pentru curentul I p trebuie compensată prin mărirea timpului t p şi invers, figura 1.4. Figura 1.4. Comparaţie între 2 impulsuri de curent Între cele două forme de impulsuri există însă următoarele diferenţe (chiar dacă valoarea curentului mediu de sudare este constantă): a) detaşarea picăturii se face mai lent pentru impulsul cu amplitudine mai mică; b) presiunea dinamică a arcului în cazul curentului I i1 este mai mică decât pentru valoarea I i2 ceea ce conduce la o pătrundere mai mică şi la o diluţie mai redusă, lucru deosebit de important la sudarea tablelor subţiri sau la placarea sau încărcarea MIG/MAG cu un sârmă electrod din bronz de aluminiu; c) nivelul de zgomot al arcului mai redus în cazul I i1 ; d) uzura mai redusă a duzei de contact în cazul I i1. Din aceste considerente timpul de impuls este legat direct de curentul de impuls, care la rândul lui depinde de materialul de adaos, diametrul sârmei şi gazul de protecţie.

8 În figura 1.4 nu s-au reprezentat şi pantele de creştere/descreştere, determinate de timpul de creştere t cr şi timpul de descreştere t dc a impulsului, din motive simplificatoare. La unele instalaţii timpii t cr şi t dc se pot regla între anumite limite, iar la alte instalaţii sunt fixi, prereglaţi de către producător. În literatura de specialitate aceşti parametri poartă denumirea de UP SLOPE pentru t cr, respectiv DOWN SLOPE pentru t dc şi ei acţionează asupra transferului picăturii de metal şi a nivelului de zgomot al arcului. O valoare redusă a timpilor t cr, respectiv t dc dă o pantă abruptă, rezultând un arc dur, cu un nivel sonor puternic care poate deveni supărător pentru pentru operatorul sudor şi pentru personalul auxiliar. Forma pantelor de creştere şi descreştere este diferită de la o instalaţie la alta: liniară, în trepte, logaritmică, exponenţială, etc., înfluenţând forma pulsului. Cea mai simplă formă de puls este forma trapezoidală Timpul de bază t b. Se modifică astfel încât să se obţină curentul mediu de sudare, a cărui valoare determină topirea optimă şi lungimea adecvată a arcului electric. Este o rezultantă a frecvenţei pulsului în condiţiile în care timpul de puls este constant. În tabelul 1.1 se prezintă domeniul de variaţie a principalilor parametri ai curentului pulsat folosiţi frecvent pe instalaţiile de sudare utilizate în practică. Tabelul 1.1. Domeniul de variaţie a parametrilor curentului pulsat Nr. crt. Denumirea parametrului Simbolul Domeniul de variaţie 1 Curent de puls Ip ( ) A 2 Timpul de puls tp (2 5) ms 3 Curentul de bază Ib (30 100) A 4 Timpul de bază tb (2 20) ms 5 Frecvenţa pulsurilor f (50 300) Hz Observaţie: cel mai dificil de selectat dintre parametrii de mai sus este durata optimă a curentului de puls tp Frecvenţa pulsurilor f. Frecvenţa pulsurilor depinde în principal de viteza de avans a sârmei fiind o funcţie direct proporţională cu aceasta. Practic în cazul instalaţiilor sinergice de sudare în curent pulsat reglarea frecvenţei pulsurilor se face automat o dată cu modificarea vitezei de avans a sârmei de către microprocesor prin funcţia care leagă cele două mărimi. Frecvenţa pulsurilor mai depinde de diametrul sârmei electrod, gazul de protecţie, lungimea capătului liber, lungimea arcului. Influenţează direct durata timpului de bază, deoarece timpul de puls este constant pentru anumite condiţiile date de sudare, timpul de bază fiind prin urmare o rezultantă a frecvenţei (nu este un parametru care se reglează). În figura 1.5 este prezentată variaţia frecvenţei pulsurilor în funcţie de viteza de avans a sârmei. Această variaţie este practic liniară şi depinde de diametrul electrodului. Se recomandă să se evite frecvenţe mai mici de 40 Hz deoarece efectul de pâlpâire este obositor pentru operatorul sudor. Frecvenţa pulsurilor scade cu creşterea lungimii capătului liber. La variaţiile aleatoare a lungimii capătului liber din timpul sudării modificarea frecvenţei se percepe prin modificarea nivelului de zgomot respectiv prin timbrul sunetului. Pentru operatorul sudor poate fi un mijloc practic de reglare şi menţinere a capătului liber prin păstrarea aceluiaşi timbru al sunetului produs de arcul electric Curentul mediu de sudare I s Viteza de avans a sârmei electrod v as. Determină puterea (energia) arcului electric respectiv cantitatea de căldură introdusă în componente. Corespunde curentului de sudare impus din punct de vedere tehnologic pentru realizarea îmbinării sudate în condiţiile de execuţie şi calitate cerute. Este echivalent din punct de vedere energetic cu valoarea curentului de sudare constant corespunzător sudării MIG/MAG clasice.

9 Figura 1.5. Corelaţia dintre viteza de avans a sârmei electrod şi frecvenţa impulsurilor Pentru calculul curentului mediu I m se foloseşte relaţia: I m I p t p I t f c = b t b unde : 1 t C f ( I t P P 1 t b t p I b t b ) Prin urmare şi la sudarea în curent pulsat modificarea curentului mediu se face prin modificarea vitezei de avans a sârmei electrod v as, pe baza relaţiei aproape liniare care există între cei doi parametri: I m m v as unde: m factor de topire [A s/m]; Din analiza relaţiilor de mai sus rezultă că, pentru păstrarea condiţiilor de transfer (mărimea picăturii constantă), o dată cu creşterea vitezei de avans a sârmei, trebuie să se modifice şi parametrii curentului pulsat. Teoretic, pentru modificarea curentului mediu se poate modifica unul sau toţi parametrii curentului de puls. În practică însă pentru simplificarea reglării, respectiv simplificarea programului microprocesorului la modificarea vitezei de avans a sârmei se modifică proporţional frecvenţa pulsurilor. Curentul de puls I p şi timpul de puls t p, cei care asigură transferul efectiv a picăturii şi mărimea acesteia, rămân constanţi pentru anumite condiţii date: metalul de bază, diametrul sârmei, gazul de protecţie. În figura 1.6 se prezintă modificarea puterii arcului la modificarea vitezei de avans a sârmei electrod.

10 Figura 1.6. Corelaţia dintre viteza de avans a sârmei şi puterea arcului Creşterea vitezei de avans a sârmei determină creşterea frecvenţei pulsurilor şi implicit reducerea proporţională a timpului de bază. Prin aceasta mărimea picăturilor rămâne practic constantă chiar la dublarea vitezei de avans a sârmei deoarece atât curentul de puls, respectiv forţa electromagnetică cea care determină desprinderea picăturii, cât şi timpul de puls în care are loc topirea sârmei rămân nemodificaţi. În schimb frecvenţa se dublează, figura 1.7. Figura 1.7. Modificarea frecvenţei pulsurilor la creşterea vitezei de avans a sârmei Curentul critic sau de tranziţie I tr. Corespunde unei valori minime a curentului de puls pentru care se poate realiza transferul prin pulverizare a metalului topit, valoare care asigură o forţă electromagnetică pinch de valori ridicate. Valoarea curentului critic I tr depinde în principal de materialul sârmei electrod, de gazul de protecţie, respectiv de diametrul sârmei. De asemenea mai este influenţat de lungimea capătului liber a sârmei electrod şi de lungimea arcului electric (tensiunea medie a arcului) Curentul efectiv de sudare I ef. Reprezintă un curent continuu echivalent curentului pulsat care produce acelaşi efect Joule Lenz la trecerea printr-o rezistenţă. Pentru calculul lui se foloseşte relaţia: t 1 2 I ef I dt t 0 Valoarea curentului efectiv este mai mare decât valoarea curentului mediu cu care adesea se confundă. Măsurarea lui este greu de realizat necesitând un aparat integrativ care este foarte scump. În practică aparatele de măsură de pe sursele de sudare măsoară valoarea curentului mediu. În cartea tehnică a echipamentului precizarea măsurării efective a curentului (dacă aceasta este operaţională) se face prin termenul TRUE VALUE. Sunt însă foarte puţine echipamentele de sudare industriale care

11 au această opţiune, care dă adevărata valoare a cantităţii de energie introdusă în componente la sudarea în curent pulsat Avantajele sudării MIG/MAG în curent pulsat Se pot sintetiza astfel: asigură transferul fără scurtcircuit (prin pulverizare) a metalului topit în tot domeniul de lucru, deci şi în cazul domeniilor corespunzătoare transferului prin scurtcircuit, respectiv transferului intermediar, caracterizate prin instabilitatea procesului de sudare şi stropiri intense. controlul energiei introduse în componente, de valori mai mici comparativ cu sudarea prin pulverizare cu care se compară adesea, cu efect asupra reducerii tensiunilor şi deformaţiilor la sudare; posibilitatea sudării tablelor de grosime mică sub 5 mm, utilizând un transfer fără scurtcircuit (prin pulverizare) şi fără stropiri; posibilitatea sudării în poziţii dificile, verticală, peste cap, ca efect al controlului băii metalice, prin reducerea volumului acesteia; posibilitatea utilizării sârmelor groase, ds = 1,6...2,0 mm la sudare, cu asigurarea unui transfer fără scurtcircuit (prin pulverizare) la valori reduse ale curentului mediu, pentru care în cazul sudării clasice transferul este prin scurtcircuit sau intermediar. Transferul prin pulverizare, în cazul sârmelor groase, la sudarea clasică, poate fi atins numai la valori foarte mari ale curentului de sudare, ceea ce limitează utilizarea acestor sârme numai la componente groase. Prin utilizarea curentului pulsat sârmele groase pot fi utilizate şi la sudarea componentelor cu grosimi mici, prin aceasta diminuându-se costul materialului de adaos. Avantajul folosirii sârmelor groase este cu atât mai important în cazul sudării aluminiului şi aliajelor sale, unde apar dificultăţi mari la antrenare, în special în cazul sârmelor subţiri acestea fiind sârme moi greu de antrenat prin tubul flexibil de ghidare. În plus tot în acest caz se reduce pericolul porilor din cusătură datorită ariei laterale a sârmei mult mai reduse raportate la cantitatea de metal depus, cunoscută fiind aviditatea mare a oxidului de aluminiu faţă de umiditatea din aer (suprafaţa exterioară a sârmei este acoperită cu un strat de Al 2 O 3 a cărei grosime depinde de modul de păstrare a sârmei). eliminarea stropirilor sau diminuarea drastică a acestora. În figura 1.8 se prezintă nivelul stropirilor în cazul sudării MIG/MAG în curent pulsat, comparativ cu sudarea clasică în CO 2 100% sau în amestecuri de gaze bogate în Ar. Figura 1.8. Nivelul stropirilor la sudarea MIG/MAG funcţie de tipul de transfer minimizarea influenţei factorului uman asupra calităţii îmbinării sudate; îmbunătăţirea calităţii îmbinărilor sudate; posibilitatea sudării stratului de rădăcină fără pericolul străpungerii acestuia;

12 stabilitate mai bună a arcului electric la fluctuaţii mai mari ale poziţiei pistoletului de sudare; estetica mai bună a cusăturii sudate; reducerea riscului de lipire al sârmei electrod în baia de sudură; uşurinţa amorsării arcului electric prin ascuţirea vârfului sârmei electrod Caracterizarea transferului prin curent pulsat Particularităţile principale ale acestui mod de transfer sunt: specific puterilor mici şi medii ale arcului electric: domeniul transferului prin scurtcircuit, respectiv domeniul transferului intermediar; productivitate mică şi medie în funcţie de puterea arcului, dar mai mare decât la modurile de transfer pe care le substituie: rată de depunere mai mare, pătrundere mai ridicată, viteze de sudare mai mari, fără pierderi de material; energie liniară controlată introdusă în componente: mai mare decât la sudarea prin scurtcircuit, respectiv mai mică decât la sudarea prin pulverizare, la aceeaşi valoare a curentului mediu de sudare; forţa dominantă în arc: forţa electromagnetică pinch dată de valoarea ridicată a curentului de puls; transferul materialului: sinergic, fără scurtcircuit în tot domeniul de lucru; asemănător transferului prin pulverizare dar cu transferul dirijat a picăturii o picătură pe puls ; transferul picăturii (o picătură pe puls) este condiţionat de gazul de protecţie: argon sau amestecuri bogate în argon cu mai mult de 80% Ar; nu se poate suda în curent pulsat folosind CO2 100%; transferul este condiţionat de polaritatea curentului: numai curent continuu CC + ; stropiri foarte reduse sau fără stropiri (transfer sinergic); eliminarea operaţiei de curăţire a stropilor; stabilitate ridicată a arcului electric; prezenţa inductanţei în circuit deranjează derularea rapidă a fenomenelor de transfer; necesită echipamente de sudare mai scumpe şi mai complicate; necesită o mai bună cunoaştere a fenomenelor specifice sudării în mediu de gaze protectoare în (cazul reglajului manual); uşor de operat la sudarea cu surse de sudare sinergice cu invertor; utilizare: la sudarea oţelului carbon: pentru tehnologii de sudare specifice transferului intermediar; la sudarea stratului de rădăcină; la sudarea în poziţie; transferul (procedeul) ideal la sudare aluminiului şi aliajelor sale în special în domeniul transferului prin scurtcircuit şi intermediar; nu este recomandat în domeniul transferului prin pulverizare; pătrundere sigură la sudare; estetică foarte bună a cusăturii; se pot suda MIG pulsat table subţiri de până la 1 mm (comparabil cu sudarea WIG); la sudarea oţelurilor înalt aliate: în toate domeniile de transfer; la sudarea cuprului şi aliajelor de cupru: în domeniul specific transferului prin scurtcircuit şi intermediar; este transferul (procedeul) optim pentru toate materiale metalice; Aspectul transferului picăturii la sudarea în curent pulsat obţinut prin filmare rapidă este prezentat în figura 1.9.

13 Figura 1.9. Aspectul transferului picăturii prin pulverizare (prin filmări rapide) În concluzie folosirea curentului pulsat este specifică domeniului corespunzător transferului (arcului) intermediar caracterizat prin stabilitate scăzută a arcului electric şi pierderi mari de material de adaos prin stropi. Utilizarea curentului pulsat în domeniile specifice transferului prin scurtcircuit respectiv transferului prin pulverizare nu este raţională nici din punct de vedere tehnologic şi nici din punct de vedere economic Stabilitatea arcului electric la sudarea MIG/MAG în curent pulsat Stabilitatea arcului electric reprezintă proprietatea acestuia de a reveni la starea iniţială de echilibru atunci când sub acţiunea unor factori exteriori perturbatori de mică amploare şi cu acţiune de scurtă durată are loc scoaterea lui din această stare de funcţionare. La sudarea cu arcul electric, sistemul sursă de sudare arc electric este un sistem energetic dependent reciproc, regimul staţionar de funcţionare al sistemului fiind determinat de egalitatea dintre valorile tensiunilor şi curenţilor sursei respectiv ale arcului electric: U a = U s ; I a = I s. Dependenţa U s = f(i s ) considerată în regim de funcţionare staţionară defineşte caracteristica exterioară a sursei sau caracteristica exterioară statică a sursei. În cazul sudării semimecanizate sau mecanizate MIG/MAG cu viteză de avans constantă a sârmei electrod stabilitatea arcului electric este asigurată de aşa numitul fenomen de autoreglare sau reglare internă, conform căruia arcul electric îşi restabileşte starea energetică stabilă în urma apariţiei unui factor perturbator fără intervenţia unui sistem de reglare automată din exterior. Pentru asigurarea fenomenului de autoreglare este necesar ca sursa de sudare să aibă o caracteristică externă rigidă sau uşor coborâtoare. Funcţionarea stabilă a arcului în acest caz presupune egalitatea dintre viteza de topire v ts şi viteza de avans v as a sârmei electrod, ceea ce conduce la asigurarea unei lungimi a arcului l a constante: v ts = v as, respectiv dl a /dt = 0 În figura 1.10 se prezintă fenomenul de autoreglare al arcului electric la sudarea MIG/MAG standard, adică folosind un curent de sudare constant.

14 Figura Stabilitatea arcului la sudarea MIG/MAG clasică, v as = ct. Considerăm că punctul de funcţionare stabilă al arcului se află în punctul A, corespunzător unei lungimi l a1 a arcului electric. Presupunem că sub acţiunea unui factor perturbator, ca de exemplu modificarea distanţei dintre pistoletul de sudare şi piesă datorită unei conduceri defectuoase a acestuia, existenţa unor denivelări a componentelor, respectiv neuniformităţi ale rostului, sau datorită unor variaţii bruşte a vitezei de avans a sârmei electrod care pot fi de natura electrică sau mecanică, arcul electric îşi modifică lungimea de la l a1 la l a2. Corespunzător, punctul de funcţionare stabilă se mută din punctul A în punctul B ceea ce conduce la o variaţie mare a curentului prin arc I a. Având în vedere că viteza de avans a sârmei v as este constantă, creşterea lungimii arcului produce scăderea pronunţată a curentului (determinată de forma caracteristicii externe rigide), ceea ce produce scăderea vitezei de topire a sârmei electrod şi prin urmare revenirea în punctul de funcţionare stabilă A, ca efect a reducerii lungimii arcului de la l a2 la l a1. Lucrurile decurg asemănător dacă sub acţiunea factorului perturbator lungimea arcului scade (aspect neevidenţiat în figură). În acest caz creşterea curentului de sudare care apare, determină creşterea vitezei de topire a sârmei electrod şi prin urmare lungirea arcului până la restabilirea echilibrului. În cazul sudării MIG/MAG în curent pulsat, datorită diferenţelor mari care există faţă de sudarea MIG/MAG clasică, stabilitatea arcului electric este relativ diferită. Stabilitatea arcului electric de curent pulsat este în strânsă legătură cu particularităţile acestuia, cu particularităţile surselor de sudare MIG/MAG în curent pulsat, în principal cu modul de obţinere şi reglare a regimului de sudare pulsat. Mecanismul de asigurare a stabilităţii arcului electric de curent pulsat este determinat de forma caracteristicilor externe a surselor de sudare. Modul de asigurare a stabilităţii arcului electric de curent pulsat depinde prin urmare de tipul sursei de sudare: sursă de tipul U/I, (caracteristică externă rigidă pentru curentul de puls şi caracteristică externă brusc coborâtoare pentru curentul de bază, figura 1 scap 2.3); sursă de tipul I/I; (caracteristica externă brusc coborâtoare atât pentru curentul de puls cât şi pentru curentul de bază, figura 2 scap 2.3) Stabilitatea arcului de curent pulsat la sursele de tipul U/I În cazul sursei de tip U/I, punctele de funcţionare stabilă corespunzătoare pentru o lungime dată a arcului electric l a1, pentru curentul de puls I p, respectiv pentru curentul de bază I b sunt punctele A respectiv B, figura Dacă sub acţiunea factorului perturbator lungimea arcului se modifică de la l a1 la l a2 se observă că punctele de funcţionare se mută în A', respectiv B'.

15 Figura Stabilitatea arcului electric la sursele de curent pulsat de tip U/I Caracteristica externă brusc coborâtoare corespunzătoare curentului de bază face ca acesta să rămână nemodificat (constant), în timp ce caracteristica externă rigidă corespunzătoare curentului de puls determină o variaţie mare a acestuia şi anume o scădere de la valoarea I p1 la valoarea I p2. Această variaţie determină la rândul ei modificarea curentului mediu de sudare I m [I m = f(i p t p + I b t b )] şi anume reducerea acestuia faţă de valoarea iniţială, lucru evidenţiat şi pe diagramele de variaţie ale curentului pulsat corespunzătoare celor două valori ale lungimii l a1, respectiv l a2 ale arcului electric, figura 1.11.b. Având în vedere că viteza de avans a sârmei electrod este constantă, această scădere importantă a curentului de puls, respectiv a curentului mediu, determină scăderea vitezei de topire a sârmei electrod (v ts < v as ) şi prin urmare revenirea în punctele de funcţionare stabilă A şi B fără intervenţia unui sistem de reglare exterior. Practic, în acest caz asigurarea stabilităţii arcului electric se realizează prin fenomenul de autoreglare, exact ca şi în cazul sudării standard. Acest lucru constituie unul din avantajele acestor tipuri de surse şi anume asigurarea stabilităţii arcului prin fenomenul de autoreglare fără a necesita un sistem de reglare suplimentar. Un al doilea avantaj constă în posibilitatea reglării manuale mult mai uşoare (accesibile) a parametrilor sinergici, pentru un regim optim, datorită numărului mult mai mic al acestor parametrii. Dezavantajul acestor surse constă în modificarea relativ importantă a dimensiunilor picăturilor de metal la variaţia inerentă a lungimii capătului liber a sârmei, ca efect al modificării geometriei pulsului (amplitudinea pulsului), respectiv în plaja de variaţie admisă a distanţei duză de contact piesă mult mai redusă decât în cazul surselor de tip I/I Stabilitatea arcului de curent pulsat la sursele de tipul I/I În cazul surselor de sudare cu ambele caracteristici externe brusc coborâtoare asigurarea stabilităţii arcului prin fenomenul de autoreglare nu se mai poate realiza, figura Modificarea lungimii arcului sub acţiunea factorului perturbator şi mutarea punctelor de funcţionare stabilă A şi B, corespunzătoare lungimii l a1 a arcului electric, în punctele de funcţionare A ' şi B ', corespunzătoare lungimii l a2, nu mai este însoţită de variaţia curenţilor I p, respectiv I b, aceştia rămânând practic constanţi (datorită caracteristicilor externe brusc coborâtoare) ceea ce face ca nici valoarea curentului mediu să nu se modifice. Viteza de topire a electrodului rămâne nemodificată şi prin urmare revenirea sistemului în punctele de funcţionare stabilă, prin fenomenul de autoreglare nu mai este posibilă. Prin urmare, pentru aducerea arcului electric în punctele de funcţionare stabilă este necesară utilizarea unui sistem de reglare automată SRA.

16 Figura Stabilitatea arcului electric la sursele de curent pulsat de tip I/I Sistemul de reglare utilizat se bazează pe observaţia că în acest caz, modificarea lungimii arcului determină o variaţie mare a tensiunii arcului. În principiu, funcţionarea sistemului de reglare automată este următoarea: se măsoară tensiunea arcului, care este o funcţie de lungimea arcului, şi se compară cu o valoare de referinţă, corespunzătoare unei lungimi optime a arcului. Semnalul de eroare rezultat comandă prin SRA modificarea curentului mediu I m după necesităţi. În principiu, modificarea curentului mediu se poate face acţionând asupra oricărui termen din relaţia de calcul a acestuia. În practică însă, se acţionează în general asupra frecvenţei impulsurilor şi în măsură mai mică asupra curentului de bază, figura 1.12b. Reducerea frecvenţei impulsurilor prin comanda SRA determină aşa cum se observă modificarea curentului mediu I m în sensul reducerii acestuia ceea ce va determina modificarea vitezei de topire a sârmei electrod în acelaşi sens. Scăderea vitezei de topire a sârmei conduce la scăderea proporţională a lungimii arcului electric ceea ce determină în final revenirea în punctele de funcţionare stabilă. Fenomenele se petrec asemănător la scăderea lungimii arcului electric. În acest caz SRA comandă creşterea frecvenţei impulsurilor ceea ce duce la creşterea curentului mediu I m, care la rândul lui determină creşterea vitezei de topire a sârmei electrod. Viteza de topire fiind mai mare decât viteza de avans a sârmei (care rămâne constantă) conduce la creşterea lungimii arcului şi revenirea în punctele de funcţionare stabilă iniţiale. Valoarea de referinţă a curentului mediu se reglează de către operatorul sudor, funcţie de particularităţile tehnologiei de sudare: tip de transfer, materialul sârmei (compoziţia chimică), diametrul sârmei electrod, gazul de protecţie, viteza de avans a sârmei, în urma unui dialog interactiv cu calculatorul. Schema bloc a unui sistem de reglare automată este prezentată în fig Figura Schema bloc a sistemului de reglare automată SRA la sursele de curent pulsat de tip I/I Avantajul acestor surse de sudare constă în faptul că prin menţinerea constantă a valorii curentului de puls la acelaşi timp de puls, se asigură menţinerea aproximativ constantă a dimensiunilor

17 picăturilor pe durata tranzitorie, până la revenirea în punctele iniţiale de funcţionare stabilă. Acest lucru justifică utilizarea majoritară a acestor tipuri de surse la sudarea pulsat sinergică. Dezavantajul lor constă în faptul că necesită un sistem de reglare automată SRA pentru asigurarea stabilităţii arcului electric. De asemenea reglarea manuală a parametrilor sinergici este extrem de dificilă. În concluzie, se apreciază că asigurarea stabilităţii arcului electric la sudarea în curent pulsat, depinde de particularităţile surselor de sudare în curent pulsat, respectiv de forma caracteristicilor externe, stabilitatea fiind asigurată după caz, prin fenomenul de autoreglare la sursele de tipul U/I, respectiv printr-un sistem de reglare automată SRA, care acţionează asupra curentului mediu de sudare prin modificarea frecvenţei pulsurilor şi a curentului de bază Reglarea curentului de impuls şi de bază la sursele de curent pulsat cu invertor Modul de reglare pentru cei doi curenţi depinde de forma caracteristicilor externe alese de producător pentru o sursă dată. În practică există două variante de surse: surse cu caracteristică externă rigidă pentru curentul de puls şi caracteristică externă brusc coborâtoare pentru curentul de bază, denumite surse de tipul U/I, figura 1.14; surse cu caracteristica externă brusc coborâtoare atât pentru curentul de puls cât şi pentru curentul de bază, cunoscute sub denumirea de surse de tipul I/I; figura 2. În cazul primei variante de surse, figura 1.14, în momentul 1 începe să crească impulsul de curent cu o pantă determinată de timpul de creştere sau UP Slope tcr. Datorită valorii foarte reduse a acestui timp, lungimea arcului practic nu se modifică, iar punctul de funcţionare se translatează pe caracteristica arcului în punctul 2. Ca rezultat, începe un proces rapid de topire a electrodului şi de formare a picăturii, arcul electric lungindu-se aproximativ cu diametrul picăturii, iar punctul de funcţionare se mută în 3, punct care marchează procesul de desprindere al picăturii şi scăderea pulsului de curent la Ib, în timpul de descreştere sau Down Slope tds. Din punctul 4 arcul arde la curentul de bază în timpul de bază tb, iar punctul de funcţionare se mută din punctul 4 în punctul 1, după care fenomenul se repetă. Se remarcă faptul că în timpul de puls t p curentul de impuls nu rămâne constant, ci se modifică datorită fenomenului de autoreglare, prin care sursa cu caracteristică rigidă variază curentul odată cu variaţia lungimii arcului. În cazul celei de-a doua variante de surse, figura 1.15, fenomenele se petrec asemănător, cu singura deosebire că sursa având caracteristici externe brusc coborâtoare, atât curentul de impuls cât şi cel de bază rămân nemodificaţi (constanţi) ceea ce este foarte favorabil atunci când se impune o reglare precisă pentru cei doi curenţi. Totuşi, în acest caz este necesar un sistem de reglare automată care să modifice frecvenţa impulsurilor şi curentul de bază pentru a menţine tensiunea medie a arcului în limitele impuse de tehnologia de sudare. Amplitudinea impulsului de curent trebuie astfel reglată încât să se detaşeze o picătură din sârma electrod la finele timpului t p. Mărimea impulsului trebuie să fie menţinută cât mai jos posibil. Dacă amplitudinea este prea ridicată există pericolul perforării în cazul sudării tablelor subţiri datorită presiunii dinamice prea ridicate a arcului. O amplitudine prea redusă va conduce la scurtcircuitări ale arcului sau la picături mari suspendate de vârful electrodului. Durata impulsului de curent trebuie astfel aleasă încât la finele impulsului să se desprindă o singură picătură de metal din vârful electrodului, iar desprinderea să aibă loc pe panta coborâtoare a impulsului cât mai jos, pentru diminuarea forţei electrodinamice care împinge picătura în baie. Se evită astfel pericolul stropirilor. Mărirea durate pulsului poate conduce la o desincronizare dintre pulsuri şi picături, putându-se continua procesul de topire după desprinderea unei picături, cu riscul provocării unor scurtcircuitări ale arcului. Instalaţiile sunt prevăzute cu un sistem de reglare automată SRA care micşorează imediat frecvenţa pulsurilor.

18 Figura Reglarea parametrilor de puls pentru sursele de sudare sinergice de tipul U/I Figura Reglarea parametrilor de puls pentru sursele de sudare sinergice de tipul I/I Din aceste motive, la majoritatea instalaţiilor sinergice de sudare MIG/MAG valoarea impulsului şi durata lui sunt mărimi constante, care depind de materialul electrodului, diametrul lui şi de natura gazului de protecţie. Aceste mărimi nu se modifică odată cu modificarea vitezei de avans a sârmei şi nu intră ca mărimi reglabile în sistemul de reglare automată care corectează influenţa factorilor perturbatori. Curentul de bază trebuie reglat cât mai jos posibil pentru a folosi la maximum unul din avantajele sudării MIG/MAG în impulsuri, şi anume o valoare medie sau efectivă a curentului de sudare redusă. De obicei, curentul de bază se alege sub 100A, limita minimă de stingere a arcului fiind între 5 şi 10A, în funcţie de natura gazului de protecţie.

19 1.2. Sudarea WIG în curent pulsat Sudarea WIG în curent pulsat se deosebeşte faţă de sudarea clasică prin variaţia curentului de sudare între 2 valori extreme numite curent de puls respectiv curent de bază, cu o anumită frecvenţă, figura Figura Principiul sudării WIG în curent pulsat Prin ajustarea după dorinţă a nivelului parametrilor specifici Ip, Is, tp, ts respectiv f este posibilă dozarea foarte precisă a energiei introduse în componente. Topirea materialului şi formarea băii metalice au loc în timpul unui impuls, în vreme ce în timpul de bază se menţine arderea stabilă a arcului electric, realizându-se o răcire cu solidificarea parţială băii topite. La acelaşi curent mediu de sudare, pătrunderea cusăturii e mai mare ca la sudarea WIG clasică iar energia liniară este mai mică, ceea ce conduce la reducerea tensiunilor şi deformaţiilor la sudare. Alegerea frecvenţei impulsurilor depinde de scopul tehnologic urmărit. Putem distinge: la sudarea manuală cu material de adaos, folosim f < 10 Hz (0,5 2 Hz); are loc o solidificare parţială a băii metalice în timpul de bază putându-se controla astfel volumul băii. creşterea frecvenţei la valori de zeci sau sute de Hz determină finisarea grăunţilor la sudarea unor materiale (titan); la sudarea cu valori foarte mari ale vitezei de sudare respective la curenţi de sudare foarte mici folosim f > 100 Hz 2000 (10000) Hz, pentru creşterea stabilităţii arcului şi evitarea suflajului termic şi magnetic al arcului. Utilizarea curentului pulsat se aplică la sudarea tablelor subţiri, la stratul de rădăcină, în poziţii dificile. Curentul de puls are valori de 1,5-2 ori mai mari decât curentul standard. Curentul de bază se ia de obicei 25% din curentul de impuls iar timpul de impuls este de 0,02s-1 s. Din punct de vedere operator sudarea se desfăşoară după cum urmează: pistoletul se menţine pe loc în timpul de impuls şi se retrage în timpul de bază, iar materialul de adaos se introduce în timpul de impuls şi se scoate în timpul de bază.

20 II. SUDAREA MANUALA CU ELECTROD INVELIT 2.1. Caracterizarea procedeului Definiţie. Sudarea SE este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil sub formă de electrod învelit. Pentru protecţia arcului, a picăturii şi a băii metalice se folosesc gazele şi zgura ce rezultă din topirea învelişului electrodului. Sudarea SE este un procedeu manual deoarece atât operaţiile principale, viteza de sudare şi viteza de avans a electrodului, cât şi operaţiile auxiliare sunt executate manual de către operatorul sudor Avantajele procedeului: - universalitate mare; - calitate foarte bună a sudurii; - sudarea în orice poziţie şi orice formă de sudură; - echipamente simple, ieftine, uşor de reglat, întreţinut şi manipulat; - flexibilitate mare; - nu necesită personal foarte calificat. Datorită acestor avantaje, deşi e în scădere la ora actuală atât pe plan mondial cât şi la noi în ţară fiind substituit de procedeul de sudare MIG/MAG, se estimează că ponderea sudării SE nu va scădea în viitorul apropriat sub 20% Dezavantajele procedeului: - productivitate mică la sudare: - rata depunerii scăzută, A d 0,5-1,5 g/s; - viteza de sudare mică, v s cm/min; - pătrundere mică; - calitatea sudurii depinde hotărâtor de calificarea operatorului sudor; - pierderi mari de material de adaos prin capetele de electrozi şi stropi Performanţele procedeului: Is = A Ua = V v s = cm/min s = mm d e = 1,6 6 mm j = A/mm² W = 3,5 7 KWh/kg metal depus Materialul de sudare (adaos) Materialul de sudare este electrodul învelit format dintr-o vergea metalică, ce asigură materialul de adaos necesar formării cusăturii, acoperită cu un strat de înveliş ce asigură în principal protecţia arcului electric (A.E.) şi a băii metalice împotriva pătrunderii gazelor din atmosferă. Învelişul electrodului este compus din silicaţi, carbonaţi, floruri, celuloză, etc. şi are următoarele funcţii: de protecţie, stabilizatoare, metalurgică, moderatoare, formatoare, de aliere, de legătură, de sprijinire. Ca dezavantaj, învelişul electrodului absoarbe umiditatea din mediul înconjurător conducând la pericolul de introducere a hidrogenului în baia metalică, respectiv la pericolul fisurării la rece.

21 Vergeaua electrodului asigură cantitatea de material de adaos necesară umplerii rostului şi are compoziţia chimică asemănătoare cu aceea a materialului de bază, dar poate fi şi din oţel nealiat în cazul în care alierea se realizează prin înveliş cu ajutorul feroaliajelor conţinute de acesta. Dimensiunile electrodului: sunt diametrul electrodului şi lungimea electrodului. Diametrul electrodului: se execută în următoarea gamă:de = 1,6; 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6 mm Diametrele mici de 1,6 şi 2 mm se întâlnesc în special la electrozii aliaţi utilizaţi la sudarea oţelurilor inoxidabile şi mai rar pentru electrozii nealiaţi. Lungimea electrodului: depinde în principal de diametrul electrodului şi de destinaţia acestuia după cum urmează: - pentru d e 3,25mm, L e = 350mm; - pentru d e 3,25 mm, L e = 450mm. În cazul electrozilor aliaţi (în special cu diametre mici) lungimea electrozilor este mai mică, putând lua şi următoarele valori, L e = 200; 250; 300 mm pentru diametre mai mici de 3,25mm, respectiv L e = 350mm pentru diametre mai mari sau egale cu3,25 mm. Limitarea lungimii electrodului este determinată de evitarea supraîncălzirii electrodului prin efect Joule-Lenz respectiv pentru asigurarea unor condiţii de conducerea facilă şi corecte a arcului electric la sudare. Lungimea mai mică a electrozilor aliaţi faţă de cei nealiaţi este determinată de faptul că încălzirea lor la aceeaşi valoare a curentului este mai mare datorită rezistivităţii electrice mai ridicate a oţelului înalt aliat comparativ cu oţelul nealiat (ρ INOX 5ρ OL ). Legat de ultimul aspect, pentru reducerea supraîncălzirii, şi curentul de sudare la acelaşi diametru de electrod se ia mai mic Clasificarea electrozilor a. după modul de aplicare a învelişului - electrozi cu înveliş presat, ( 99% din electrozi, p = bar); - electrozi cu înveliş imersionat. b. după grosimea învelişului: cu înveliş subţire; cu înveliş mediu; cu înveliş gros; cu înveliş foarte gros cu pulbere de Fe în înveliş. c. după destinaţie: cf. STAS 1125/82 respectiv SR EN 499/97: - electrozi pentru oţeluri nealiate şi slab aliate cu granulaţie fină; - electrozi pentru oţeluri slab aliate cu limită de curgere ridicată; - electrozi pentru oţeluri termorezistente; - electrozi pentru oţeluri inoxidabile; - electrozi pentru încărcare prin sudare; - electrozi pentru sudarea fontei; - electrozi pentru sudarea metalelor si aliajelor nefieroase. d. după tipul învelişului: - acid; - oxidant; - titanic (rutilic); - bazic; - celulozic (organic); - combinat (rutil - celulozic, rutil - bazic, etc.). Caracterizarea electrozilor după înveliş. a. Electrozi cu înveliş oxidant şi acid. Sunt utilizaţi relativ rar, datorită caracteristicilor mecanice şi de plasticitate reduse şi a pericolului de fisurare ridicată a metalului depus. Electrodul se caracterizează prin curenţi de sudare mari, productivitate ridicată, transfer fin al picăturii fără scurtcircuit, aspect estetic al suprafeţei. Ex.: E 38A; E42A (R m = 42 dan/mm 2 pentru metalul depus) b. Electrozi cu înveliş titanic (rutilic). Conţin în înveliş o cantitate mare de oxid de Ti, sau ilmenit FeOTiO 2, (peste 35%).

22 - utilizare: sunt utilizaţi frecvent în practică, fiind destinaţi sudării oţelurilor nealiate cu puţin C şi a unor oţeluri slab aliate; - temperatura de exploatare a îmbinării: mai mare de 0ºC (minim 10ºC); - natura şi polaritatea curentului: sudarea se poate face atât în curent continuu c.c., sau în curent alternativ c.a.. În c.c. se preferă polaritatea directă c.c. - care conferă o stabilitate mai bună a arcului, stropiri mai puţine, geometrie mai favorabilă a cusăturii. Sudarea în c.a. se preferă în cazul apariţiei suflajului magnetic sau când nu se dispune de surse de c.c.. - caracteristicile mecanice ale metalului depus: sunt bune cu excepţia rezilienţei care scade foarte mult cu scăderea temperaturii, la temperaturi negative, conducând la pericolul ruperii fragile, motiv pentru care aceşti electrozi nu se recomandă pentru structuri exploatate la temperaturi negative; - stabilitatea A.E.: foarte bună cu amorsare şi întreţinere uşoară a aecului; - pătrunderea cusăturii: mai mare ca la electrozii bazici, p = 2-4 mm - aspectul cusăturii: estetică cu solzi foarte fini şi regulaţi şi supraînălţare corespunzătoare; - transferul metalului topit (picăturii): se face în picături fine si medii, în general fără scurtircuitarea arcului; - conţinutul de hidrogen difuzibil din cusătură: necontrolat, mai mare de 15cm 3 /100 gr. metal depus; - ex.: E44T, Supertit, Supertit fin, E50 Favorit, etc. c. Electrozii cu înveliş celulozic (organic). Conţin în înveliş materiale organice, cel mai frecvent celuloză, care prin ardere produce o cantitate mare de gaze (CO 2 şi H 2 ) respectiv o cantitate mică de zgură. Datorită acestui fapt, aceşti electrozi se recomandă la sudarea în poziţie vertical descendentă, deoarece producând puţină zgură se reduce pericolul scurgerii băii sub acţiunea gravitaţiei. Totodată datorită conţinutului ridicat de H 2 din coloana arcului se obţine o putere mare a acestuia, dată de tensiune mult mai mare a AE comparativ cu celelalte tipuri de învelişuri. De exemplu la electrozii celulozici U a = 30-40V, comparativ cu U a =18-27V la celelalte tipuri de electrozi. în rest U = 18-. La electrozii celulozici U = V, în rest U = Puterea mare a arcului determină o rată de topire ridicată, deci productivitate mare, respectiv o pătrundere sigură. Din acest motiv, aceşti electrozi sunt recomandaţi şi la sudarea stratului de rădăcină a ţevilor când nu există posibilitatea resudării la rădăcină. Ca dezavantaj conţinutul mare de H 2 din coloana arcului poate conduce la pericolul fisurării la rece prin pericolul pătrunderii acestuia în baia metalică şi în cusătură respectiv ZIT. Sudarea se face în curent continuu polaritate inversă cc +. Există si o excepţie si anume sudarea stratului de rădăcină când se recomandă sudarea cu polaritate directă c.c. - pentru creșterea ratei depunerii, deci creșterea secţiunii depunerii, cu consecinţe asupra reducerii pericolului de fisurare a stratului de rădăcină. Aspectul cusăturii e mai puţin estetic, cu solzi mari şi neregulaţi, cu supraînălţarea mare, cu transferul picăturii de dimensiuni medii si mari. Obs: Datorită tehnicii de control a puterii arcului prin modificarea lungimii acestuia, la sudarea cu aceşti electrozi se recomandă surse cu caracteristică exterioară coborâtoare, specifice convertizoarelor si redresoarelor. Prin urmare la sudare nu sunt recomandate sursele cu invertor caracterizate prin caracteristică externă brusc coborâtoare. Există în prezent invertoare destinate sudării cu electrozi celulozici ce au caracteristică externă coborâtoare în zona de lucru a arcului. Recunoaşterea acestor surse se face prin simbolul CEL ce apare în denumirea echipamentului, figura 2.1.

23 Figura 2.1. Formele caracteristicilor externe ale surselor de sudare SE d. Electrozii cu înveliş bazic. Se caracterizează în principal prin conţinutul ridicat de fluorită CaF 2 si carbonat de calciu CaCO 3. Utilizare: au cea mai mare gamă de fabricaţie si diversitate de utilizare fiind destinaţi la sudarea oţelurilor slab aliate, a oţelurilor înalt aliate, a metalelor şi aliajelor nefieroase Cu, Al, Ni, la sudarea fontelor, la încărcarea prin sudare, etc. Temperatura de exploatare: sunt destinaţi atât sudării structurilor exploatate la temperaturi pozitive cât si exploatării (nota bene) la temperaturi negative. Natura şi polaritatea curentului: cu electrozii bazici se sudează aproape exclusiv în curent continuu polaritate inversă CC +. Stabilitatea arcului: este mai redusă ca la ceilalţi electrozi datorită prezenţei ionilor de fluor din coloana arcului, cu caracter puternic electronegativ, care reduc numărul electronilor din coloana arcului (purtătorii de sarcină principali care asigură stabilitatea arcului). Prezenţa ionilor de F în coloana AE rezultă din descompunerea fluorinei, prezentă în cantitate mare în învelişul acestor electrozi. Caracteristicile mecanice şi de plasticitate ale materialului depus: sunt foarte bune datorită rafinării acestuia, a oxidării reduse a metalului, conferind astfel şi rezilienţa (tenacitatea) la temperaturi negative a materialului. Este redus astfel si pericolul fisurării la cald a materialului depus. Transferul metalului topit: se face în picături mari si foarte mari, în general prin scurtcircuitarea arcului. Pătrunderea la sudare e mai mică decât la ceilalţi electrozi 1-3mm. Aspectul cusăturii: este inestetic, cu solzi mari şi neregulaţi cu supraînălţare şi convexitate ridicată, figura 2.2. Figura 2.2. Comparaţie între aspectul sudurii funcţie de înveliş Conţinutul de H 2 difuzibil din cusătură: este controlat, fiind mai mic de 15 cm 3 /100gr. metal depus, putând ajunge la unii electrozi până la max. 1-3 cm 3 /100 gr. metal depus. Prin urmare, pericolul de fisurare la rece e mult scăzut, proporţional cu scăderea conţinutului de hidrogen difuzibil al electrozilor. Eliminarea hidrogenului din baia metalică se face cu ajutorul fluorinei conform reacţiilor: CaF 2 + 3SiO 2 2CaSiO 3 + SiF 4 SiF 4 + 2H 2 O 4HF + SiO 2 Gaz Zgură Prin urmare acidul fluorhidric se degajă în atmosferă legând hidrogenul, iar dioxidul de siliciu este scos în zgură. Învelişul electrozilor bazici este puternic higroscopic datorită prezenţei elementelor higroscopice din înveliş, în special fluorina CaF 2 şi carbonatul de calciu CaCO 3. Din acest motiv, înainte de sudare pentru sudare, este obligatorie calcinarea (uscarea) electrozilor bazici pentru eliminarea umidităţii din înveliş, la temperatura de C timp de 2-3h, mai precis conform prescripţiilor producătorului de electrozi. Obs.1. Electrozii bazici necalcinaţi pot introduce mai mult hidrogen difuzibil în cusătură decât ceilalţi electrozi. Tot în acest sens cutiile electrozilor bazici sunt învelite în pungi de polietilenă sau sunt livraţi

24 în cutii metalice etanşe. De asemenea se recomandă ca utilizarea electrozilor să se facă imediat după deschiderea cutiilor sau pungilor, fără păstrarea îndelungată în aer. Depozitarea electrozilo se va face în incinte închise cu umiditate controlată. Uscarea electrozilor se face în etuve cu temperatura reglabilă. Se va evita uscarea electrozilor prin scurticircuitarea lor un timp scurt înalinte de sudarea propriu zisă. Se interzice calcinarea electrozilor prin încălzirea cu flacără de gaze. Obs2. Există electrozi cu caracter bazic care pot fi utilizaţi si în c.a., aceştia având înveliş dublu, cu caracter titanic respectiv bazic. Electrodul românesc din această categorie este electrodul UNIBAZ (marcaj rosu) Marcarea şi simbolizarea electrozilor. Se face în scopul recunoaşterii acestora, respectiv a evitării confuziei la utilizare, ceea ce poate duce la grave efecte tehnologice. Marcarea se poate face prin 2 metode: a. prin vopsirea capătului liber al vergelei cu o anumită culoare după cum urmează: - alb SUPERTIT - verde SUPERTIT FIN - roşu - UNIBAZ - albastru SUPERBAZ - negru - NIBAZ, etc. b. prin imprimarea (stampilarea) mărcii electrodului (funcţie de producător) sau a simbolului (conform unor normative) pe învelişul acestuia. De exemplu cf. normelor americane AWS 5.1., adoptate în ultimul timp si de catre producătorii români putem întâlni următoarele marcaje pe electrozii românesti: E Supertit E Superbaz unde: - E-electrod; - 60; respectiv 70; etc. rezistenţa la rupere a metalului depus în ksi (kilopound/inch pătrat; 1pound = 0,47kg; 1 inch = 25,4 mm; 1inch = 1 ţol); - 1 poziţia de sudare: - sudarea în toate poziţiile; 3, respeciv 8: - tipul învelişului, respectiv natura si polaritatea curentului (1 = invelis celulozic; 8 invelis bazic) În tabelul 2.1 sunt prezentate simbolizările electrozilor conform normelor AWS Tabelul 2.1. Simbolizarea tipului invelisului si a naturii curentului Simbol Tipul învelisului Natura curentului 0 Celulozic-Sodiu CC+ 1 Celulozic-Potasiu AC; CC+; CC- 2 Rutilic-Sodiu AC; CC- 3 Rutilic-Potasiu AC; CC+ 4 Rutilic-Pulbere de Fe AC; CC-; CC+ 5 Hidrogen scăzut-sodiu CC+ 6 Hidrogen scăzut-potasiu AC; CC+ 7 Pulbere de Fe, oxizi de Fe AC; CC+; CC- 8 Hidrogen scăzut-pulbere de Fe Ac; CC+ E6020 Oxizi de Fe-Sodiu AC; CC+ În tabelul 2 se prezintă simbolizarea poziţiilor de sudare. Tabelul 2.2. Simbolizarea pozitiilor de sudare Simbol Poziţia de sudare 1 Sudarea în orice poziţie 2 Sudarea în poziţie orizontală 3-4 Sudarea vertical descendentă

25 Notarea si simbolizarea electrozilor este prezentată în STAS 1125/81 respectiv în SR EN 499/97. Această simbolizare se regăseşte si pe eticheta (vigneta) cutiei de electrozi. Exemple de notare: Cf. STAS 1125/81: E 45 3 R 2 2 unde: E-electrod; 43 - R m (dan/mm 2 ); 3 temperatura la care se garantează energia de rupere de 47J; R - tipul învelişului: rutilic; 2 - poziţia de sudare (prin cifrele 1,2,... 5); 2-natura şi polaritatea curentului; Cf. SR EN: EN-499-E Ni B 5 4 H5 unde: EN norma europeană; E-electrod; 46-limita de curgere R p0,2 (dan/mm 2 ); 3, temperatura la care se garantează energia de rupere de 47 J (-30 C); 1Ni-compoziţia chimică a metalului depus (Ni=1%); B-tipul învelişului (bazic); 5-natura şi polaritatea curentului (prin cifrele 1, 2,....8, 5 - cc sau ca); 4-poziţia de sudare(prin cifrele 1,2,....5, 4=orizontală); H5-conţinutul de hidrogen difuzibil (5cm/100 gr. metal depus) Recomandări tehnologice la sudarea S.E. a. Alegerea electrozilor. Se face în funcţie de următoarele criterii: a. Compoziţia chimică şi caracteristicile mecanice ale metalului de bază. Caracteristicile metalui depus trebuie să fie apropiată de cea a metalului de bază, caracteristicile mecanice să fie uşor superioare acestuia, iar compoziţia chimică apropiată metalului de bază. Nu se recomandă ca rezistenţa metalului depus să fie mult mai mare ca a materialului de bază deoarece aceasta conduce la diminuarea tenacităţii materialului şi la pericolul ruperii fragile deoarece este știut faptul că, caracteristicile mecanice sunt invers proporţionale cu tenacitatea lui. b. Temperatura de exploatare a sudurii. La temperaturi negative se recomandă utilizarea electrozilor cu înveliş bazic care depun un material cu tenacitate ridicată. În acest sens electrozii sunt aliaţi cu Ni şi/sau Mo care măresc caracteristicile de tenacitate ale materialului depus. În plus electrozii bazici au un conţinut de hidrogen difuzibil controlat (scăzut) ceea ce reduce pericolul fisurării la rece cu atât mai mult cu cât este știut faptul că temperatura negativă este un factor fragilizant. Prin urmare la structuri sudate exploatate la temperaturi negative, alegerea electrodului se face astfel încât să asigure atât caracteristicile mecanice cât mai ales caracteristicile de tenacitate. La temperaturi pozitive condiţia se limitează la asigurarea caracteristicilor mecanice. c. Poziţia de sudare. Majoritatea electrozilor se recomandă la sudarea în toate poziţiile mai puţin poziţia vertical descendentă. Pentru această poziţie se recomandă electrozii celulozici. d. Riscul de fragilizare a materialului de bază la sudare. În cazul în care acest risc este crescut, se recomandă alegerea unui material cu plasticitate ridicată chiar dacă caracteristicile mecanice sunt mai scăzute ca ale metalului de bază, prin aceasta reducându-se pericolul fisurării. De exemplu la sudarea fontelor pericolul de fisurare fiind foarte mare, se folosesc electrozi pe bază de Ni, iar la sudarea oţelurilor sensibile la călire QT, se recomandă utilizarea materialelor de adaos austenitice caracterizate prin plasticitate mare. e. Grosimea materialului de bază şi rigiditatea structurii. La grosimi mari se recomandă întotdeauna materiale cu caracter bazic şi cu plasticitate ridicată deoarece pe de o parte grosimea materialului constituie un factor de rigiditate a structurii, iar pe de altă parte la grosimi mari transmiterea tridimensională a căldurii în componente determină creșterea vitezei de răcire conducând la pericolul precipitării constituenţilor structurali duri şi fragili de tipul martensitei, dacă viteza de răcire de la sudare depășește viteza critică de călire. f. Sursa de sudare utilizată. Electrozii bazici si celulozici reclamă folosirea surselor de sudare în curent continuu, convertizoare, redresoare, invertoare. Cu restul electrozilor se poate suda si în curent alternativ folosind transformatoarele de sudare. Datorită randamentului scăzut al convertizoarelor (η < 0,56) se recomandă înlocuirea cât mai rapidă a acestora cu sursele moderne de sudare cu invertor, pentru reducerea pierderilor de energie electrică si creșterea performanţelor la sudare.

26 g. Importanţa îmbinării sudate, nivelul solicitării şi natura acesteia. Pentru îmbinări de rezistenţă puternic solicitate sau la solicitări dinamice se recomandă utilizarea electrozilor cu caracter bazic, caracterizaţi prin caracteristici mecanice si de tenacitate ridicate. h. Domeniul de lucru sau tipul construcţiei. În unele domenii ca de exemplu I.S.C.I.R. sau R.N.R. se impune folosirea doar a anumitor mărci de electrozi, autorizaţi de acestea. b. Alegerea formei şi dimensiunilor rostului. Se face conform SR EN 29592/94 respectiv STAS 6662/87 (în prezent abrogat), conform criteriilor de alegere a rosturilor prezentate anterior în curs. c. Alegerea diametrului electrodului de. Depinde de grosimea materialului de bază, poziţia de sudare, tipul îmbinării şi forma rostului, felul trecerii, marca electrodului, etc. La grosimi sub 2 mm se recomandă de = 1,6; 2,0 mm, iar pentru grosimi mai mari se ia d e = 3,25; 4; 5; 6(rar) mm, funcţie de grosime. La sudarea în poziţie verticală se aleg electrozi cu diametru mai mic ca la sudarea în poziţie orizontală, d e fiind de maxim 4 mm. Îmbinarea de colţ reclamă diametru de electrozi mai decât îmbinarea cap la cap la aceeaşi grosime de material, pentru compensarea pierderilor de căldură prin folosirea unor puteri de arc mai mari. La sudarea stratului de rădăcină se folosesc diametre de electrozi mici 2,5-3,25 mm pentru a uşura accesul în rost, respectiv la umplerea rostului se folosesc electrozi cu diametru mare 4-5 mm sau electrozi cu înveliş gros cu pulbere de Fe în înveliş. d. Parametrii tehnologici de sudare S.E.: d.1. Natura şi polaritatea curentului. Sudarea SE se poate face atât în curent continuu, CC+ sau CC - cât şi în C.A. Alegerea se face în principal în funcţie de caracterul învelişului respectiv de pericolul suflajului magnetic. La electrozi bazici şi celulozici se recomandă CC+ iar la restul CC- sau CA. Pentru evitarea suflajului se recomandă folosirea CA. Pentru alegerea corectă a polarităţii vezi recomandările producătorului de electrozi. d.2. Curentul de sudare Is [A]. Depinde de diametrul electrodului, grosimea materialului de bază, poziţia de sudare, destinaţia electrodului. În tabelul 2.3 se dau valorile recomandate pentru curentul de sudare funcţie de diametrul electrodului, respectiv de tipul acestuia. Tabelul 2.3. Alegerea curentului de sudare de (mm 2,0 2,5 3,25 4,0 5,0 Destinaţie Is [A] El. nealiaţi-supertit Is [A] El. aliaţi Inox Se observă că Is creste direct proporţional cu diametrul electrodului, respectiv la electrozi aliaţi pentru acelaşi diametru curentul de sudare este mai mic ca la cei nealiaţi. Motivaţia este evitarea supraîncălzirii electrodului prin elect Joule-Lenz. În cazul electrozilor INOX, reducerea curentului de sudare e corelată si cu o lungime mai mică a electrodului. Alegerea curentului de sudare se poate face pe diferite căi: a. conform recomandărilor producătorului de electrozi de pe eticheta cutiei de electrozi sau din catalog (cea mai recomandată alegere); b. conform relaţiilor empirice: Is=kxde, unde, k = A/mm la el. nealiaţi şi A/mm la el. aliaţi; c. cu ajutorul densităţii de curent: Is=j (π d²/4), unde j = A/mm²; d. cu ajutorul corelaţiilor statistice (teoretic). Dacă Is este prea mic AE. devine instabil şi electrodul are tendinţa de lipire. Dacă Is este prea mare, AE se alungește, este greu de menţinut, se produc stropiri mari şi există probabilitate mare de apariţie a defectelor în îmbinarea sudată (pori sau incluziuni de zgură). Alegerea corectă a curentului Is poate fi observată şi din aspectul solzilor cusăturii, figura 2.3.

27 Figura 2.3. Influenţa curentului de sudare asupra solzilor În czul sudării în poziţie orizontală sau în jgheab, curentul de sudare are valori maxime. În cazul sudării în poziţie verticală, curentul de sudare se reduce cu % iar în cazul sudării pe plafon curentul de sudare se reduce cu 10%. d.3. Tensiunea arcului Ua. Depinde în principal de lungimea arcului l a, dar şi de tipul învelişului electrozilor, valoarea curentului şi natura acestuia, tabelul 2.4. Tensiunea arcului este direct proporţională cu lungimea arcului. In funcţie de lungimea arcului se pot defini: l a de, arc normal (bun); l a > de, arc lung (protecţie slabă a picăturilor si băii metalice); l a < de, arc scurt (protecţie foarte bună a arcului, dar dificil de întreţinut); Tabelul 2.4. Valori informative ale tensiunii arcului electric de (mm) 2,5 3,25 4,0 Ua (V) Prezentare sintetică a factorilor de influenţă asupra tensiunii arcului (~ proporțional): Ua ~ l a ; Ua ~ Is; Ua > înveliş bazic; Ua < înveliş titanic; Ua > c.a.; Ua < c.c. În cazul sudării cu electrozi cu înveliş gros se folosește sudarea cu arc înecat, când arcul electric arde în interiorul craterului format la vârful electrodului ce se sprijină cu învelișul pe componente (avantaj: protecţie foarte bună). Figura 2.4. Comparaţie între sudarea cu arc normal şi arc înecat Prin urmare tensiunea arcului la sudarea SE se controlează prin lungimea arcului de către operatorul sudor care apropie electrodul de piesă, pe măsura topirii acestuia menţinând o distanţă cât mai constantă şi egală cu diametrul electrodului. d.4. Viteza de sudare. Depinde de grosimea tablei, poziţia de sudare, tehnica operatorie. Este un parametru mai greu de controlat deoarece sudarea decurge manual, luând valorile cele mai frecvente în domeniul vs = [10-20(30)] cm/min. Se apreciază în general prin lungimea depunerii realizată cu un electrod lc=(0,5-1,5)le. Viteza de sudare are valori mari la sudarea fără pendulare şi valori mai mici la sudarea cu pendulare. Pendularea arcului e o mişcare suplimentară a capătului electrodului care întreţine AE, figura 2.5. Figura 2.5. Mişcări de pendulare a AE Pendularea AE. se face când se doreşte să se depună o cantitate mai mare de material la o trecere, pentru încălzirea şi topirea sigură a marginilor rostului respectiv pentru controlul băii de metal topit şi evitarea scurgerii zgurii în faţa arcului. În acest sens pendularea este obligatorie în cazul sudării vertical ascendente. Pentru evitarea apariţiei defectelor lăţimea pendulării respectiv lăţimea trecerii nu trebuie să fie mai mare de 3 ori diametrul electrodului, b 3de. Nu se recomandă pendularea în cazul

28 sudării materialelor sensibile la supraîncălzire ca de exemplu oţeluri inoxidabile, cu granulaţie fină, tratate termic QT, respectiv la sudarea vertical descendentă. Prin pendulare respectiv prin viteza de sudare se controlează cel mai uşor energia liniară introdusă în componente. d.5. Energia liniară. Determină cantitatea de căldură introdusă în material la sudare. Se calculează cu relaţia: Ua Is El (J/cm) vs La sudarea SE, E L variază între ( ) J/cm. Energia liniară depinde de materialul de bază care se sudează respectiv de sensibilitatea acestuia la supraîncălzire. De multe ori prin energia liniară introdusă la sudarea compensăm operaţia de preîncălzire. e. Modul operator cuprinde: amorsarea arcului, întreţinerea şi conducerea acestuia, întreruperea arcului şi reluarea sudării. e.1. Amorsarea arcului se face prin lovirea sau ciocănirea electrodului de componente urmată de mişcarea de ridicare la o distanţă l a egală cu diametrul electrodului, respectiv se poate face printro mişcare de zgâriere (aprinderea unui chibrit), figura 2.6. Cea de-a doua variantă se recomandă în special la electrozi bazici pentru o amorsare mai ușoară si mai sigură. Figura 2.6.Amorsarea AE Figura 2.7. Conducerea AE e.2. Întreţinerea şi conducerea arcului, figura 2.7. După amorsarea AE, electrodul se orientează în direcţia de sudare la un unghi de faţă de sensul de sudare menţinându-se perpendicular faţă de suprafaţa piesei. În cazul îmbinării de colţ, electrodul se plasează în planul bisector al unghiului la faţă de componenta orizontală. Prin înclinarea electrodului se controlează formarea băii metalice, energia introdusă în componente, se evită pericolul de scurgere a băii de zgură în faţa arcului sau se controlează suflajul magnetic la începutul şi sfârşitul piesei. e.3. Întreruperea arcului, figura 2.8. Se face prin menţinerea un timp scurt a electrodului pe loc şi efectuarea unei mișcări de rotaţie pentru închiderea craterului, după care electrodul se ridică printr-o deplasare în sens contrar vitezei de sudare până la stingerea arcului. Se evită astfel pericolul formării defectelor de tipul fisurilor, porilor, incluziunilor de zgură. Nu se recomandă întreruperea AE prin ridicarea bruscă a electrodului pe verticală. Figura 2.8. Intreruperea AE Figura 2.9. Reluarea sudării e.4. Reluarea sudării, figura 2.9. Se face prin amorsarea AE în faţa craterului la mm de acesta, urmată de o deplasare rapidă înspre crater, menţinerea pentru un timp scurt deasupra craterului pentru topirea acestuia urmată de deplasarea în sensul de sudare. Se evită astfel pericolul apariţiei defectelor în zona de amorsare având în vedere că amorsarea este un proces tranzitoriu cu incidenţă mare de defecte. Se interzice amorsarea arcului în afara rostului, pe suprafaţa componentelor.

29 f. Tehnica operatorie. Depinde de poziţia de sudare respectiv de grosimea pieselor. La sudarea orizontală sau în jgheab se foloseşte o tehnică de sudare în număr minim de treceri cu pendularea electrodului şi cu valori maxime ale curentului de sudare, dacă metalul de bază permite introducerea unei energii liniare mari în componente. De asemenea viteza de sudare este minimă. La sudarea vertical descendentă se foloseşte tehnica de sudare fără pendulare, cu viteză mare de sudare, cu cele mai mici valori ale curentului de sudare, respectiv cu număr mare de treceri, evitânduse pericolul scurgerii băii de metal si de zgură sub acţiunea gravitaţiei. La sudarea vertical ascendentă, utilizată în cazul sudurilor de rezistenţă, sudarea se face cu pendularea electrodului pentru controlul băii şi formarea corectă a cusăturii respectiv pentru topirea sigură a metalului de bază. g. Alegerea sursei de sudare. Pentru sudarea SE se folosesc transformatoare la sudarea în curent alternativ respectiv redresoare, convertizoare sau invertoare la sudarea în curent continuu. Specific surselor de sudare SE este caracteristica externă a sursei care are o formă coborâtoare în cazul transformatoarelor, redresoarelor şi convertizoarelor. Această formă de caracteristică asigură stabilitatea AE. la modificările inerente ale lungimii arcului cu variaţii foarte mici ale parametrilor de sudare, respectiv asigură un curent de scurtcircuit mai mare decât curentul de sudare care uşurează amorsarea arcului. Caracteristicile brusc coborâtoare specifice invertoarelor asigură un curent constant de sudare la variaţia lungimii arcului.

30 II. SUDAREA MANUALA CU ELECTROD INVELIT 2.1. Caracterizarea procedeului Definiţie. Sudarea SE este un procedeu de sudare prin topire cu arcul electric cu electrod fuzibil sub formă de electrod învelit. Pentru protecţia arcului, a picăturii şi a băii metalice se folosesc gazele şi zgura ce rezultă din topirea învelişului electrodului. Sudarea SE este un procedeu manual deoarece atât operaţiile principale, viteza de sudare şi viteza de avans a electrodului, cât şi operaţiile auxiliare sunt executate manual de către operatorul sudor Avantajele procedeului: - universalitate mare; - calitate foarte bună a sudurii; - sudarea în orice poziţie şi orice formă de sudură; - echipamente simple, ieftine, uşor de reglat, întreţinut şi manipulat; - flexibilitate mare; - nu necesită personal foarte calificat. Datorită acestor avantaje, deşi e în scădere la ora actuală atât pe plan mondial cât şi la noi în ţară fiind substituit de procedeul de sudare MIG/MAG, se estimează că ponderea sudării SE nu va scădea în viitorul apropriat sub 20% Dezavantajele procedeului: - productivitate mică la sudare: - rata depunerii scăzută, A d 0,5-1,5 g/s; - viteza de sudare mică, v s cm/min; - pătrundere mică; - calitatea sudurii depinde hotărâtor de calificarea operatorului sudor; - pierderi mari de material de adaos prin capetele de electrozi şi stropi Performanţele procedeului: Is = A Ua = V v s = cm/min s = mm d e = 1,6 6 mm j = A/mm² W = 3,5 7 KWh/kg metal depus Materialul de sudare (adaos) Materialul de sudare este electrodul învelit format dintr-o vergea metalică, ce asigură materialul de adaos necesar formării cusăturii, acoperită cu un strat de înveliş ce asigură în principal protecţia arcului electric (A.E.) şi a băii metalice împotriva pătrunderii gazelor din atmosferă. Învelişul electrodului este compus din silicaţi, carbonaţi, floruri, celuloză, etc. şi are următoarele funcţii: de protecţie, stabilizatoare, metalurgică, moderatoare, formatoare, de aliere, de legătură, de sprijinire. Ca dezavantaj, învelişul electrodului absoarbe umiditatea din mediul înconjurător conducând la pericolul de introducere a hidrogenului în baia metalică, respectiv la pericolul fisurării la rece.

31 Vergeaua electrodului asigură cantitatea de material de adaos necesară umplerii rostului şi are compoziţia chimică asemănătoare cu aceea a materialului de bază, dar poate fi şi din oţel nealiat în cazul în care alierea se realizează prin înveliş cu ajutorul feroaliajelor conţinute de acesta. Dimensiunile electrodului: sunt diametrul electrodului şi lungimea electrodului. Diametrul electrodului: se execută în următoarea gamă:de = 1,6; 2; 2,5; 3,25; 4; 5; 6 mm Diametrele mici de 1,6 şi 2 mm se întâlnesc în special la electrozii aliaţi utilizaţi la sudarea oţelurilor inoxidabile şi mai rar pentru electrozii nealiaţi. Lungimea electrodului: depinde în principal de diametrul electrodului şi de destinaţia acestuia după cum urmează: - pentru d e 3,25mm, L e = 350mm; - pentru d e 3,25 mm, L e = 450mm. În cazul electrozilor aliaţi (în special cu diametre mici) lungimea electrozilor este mai mică, putând lua şi următoarele valori, L e = 200; 250; 300 mm pentru diametre mai mici de 3,25mm, respectiv L e = 350mm pentru diametre mai mari sau egale cu3,25 mm. Limitarea lungimii electrodului este determinată de evitarea supraîncălzirii electrodului prin efect Joule-Lenz respectiv pentru asigurarea unor condiţii de conducerea facilă şi corecte a arcului electric la sudare. Lungimea mai mică a electrozilor aliaţi faţă de cei nealiaţi este determinată de faptul că încălzirea lor la aceeaşi valoare a curentului este mai mare datorită rezistivităţii electrice mai ridicate a oţelului înalt aliat comparativ cu oţelul nealiat (ρ INOX 5ρ OL ). Legat de ultimul aspect, pentru reducerea supraîncălzirii, şi curentul de sudare la acelaşi diametru de electrod se ia mai mic Clasificarea electrozilor c. după modul de aplicare a învelişului - electrozi cu înveliş presat, ( 99% din electrozi, p = bar); - electrozi cu înveliş imersionat. b.după grosimea învelişului: cu înveliş subţire; cu înveliş mediu; cu înveliş gros; cu înveliş foarte gros cu pulbere de Fe în înveliş. c. după destinaţie: cf. STAS 1125/82 respectiv SR EN 499/97: - electrozi pentru oţeluri nealiate şi slab aliate cu granulaţie fină; - electrozi pentru oţeluri slab aliate cu limită de curgere ridicată; - electrozi pentru oţeluri termorezistente; - electrozi pentru oţeluri inoxidabile; - electrozi pentru încărcare prin sudare; - electrozi pentru sudarea fontei; - electrozi pentru sudarea metalelor si aliajelor nefieroase. e. după tipul învelişului: - acid; - oxidant; - titanic (rutilic); - bazic; - celulozic (organic); - combinat (rutil - celulozic, rutil - bazic, etc.). Caracterizarea electrozilor după înveliş. a. Electrozi cu înveliş oxidant şi acid. Sunt utilizaţi relativ rar, datorită caracteristicilor mecanice şi de plasticitate reduse şi a pericolului de fisurare ridicată a metalului depus. Electrodul se caracterizează prin curenţi de sudare mari, productivitate ridicată, transfer fin al picăturii fără scurtcircuit, aspect estetic al suprafeţei. Ex.: E 38A; E42A (R m = 42 dan/mm 2 pentru metalul depus) b. Electrozi cu înveliş titanic (rutilic). Conţin în înveliş o cantitate mare de oxid de Ti, sau ilmenit FeOTiO 2, (peste 35%).

32 - utilizare: sunt utilizaţi frecvent în practică, fiind destinaţi sudării oţelurilor nealiate cu puţin C şi a unor oţeluri slab aliate; - temperatura de exploatare a îmbinării: mai mare de 0ºC (minim 10ºC); - natura şi polaritatea curentului: sudarea se poate face atât în curent continuu c.c., sau în curent alternativ c.a.. În c.c. se preferă polaritatea directă c.c. - care conferă o stabilitate mai bună a arcului, stropiri mai puţine, geometrie mai favorabilă a cusăturii. Sudarea în c.a. se preferă în cazul apariţiei suflajului magnetic sau când nu se dispune de surse de c.c.. - caracteristicile mecanice ale metalului depus: sunt bune cu excepţia rezilienţei care scade foarte mult cu scăderea temperaturii, la temperaturi negative, conducând la pericolul ruperii fragile, motiv pentru care aceşti electrozi nu se recomandă pentru structuri exploatate la temperaturi negative; - stabilitatea A.E.: foarte bună cu amorsare şi întreţinere uşoară a arcului; - pătrunderea cusăturii: mai mare ca la electrozii bazici, p = 2-4 mm - aspectul cusăturii: estetică cu solzi foarte fini şi regulaţi şi supraînălţare corespunzătoare; - transferul metalului topit (picăturii): se face în picături fine si medii, în general fără scurtircuitarea arcului; - conţinutul de hidrogen difuzibil din cusătură: necontrolat, mai mare de 15cm 3 /100 gr. metal depus; - ex.: E44T, Supertit, Supertit fin, E50 Favorit, etc. c. Electrozii cu înveliş celulozic (organic). Conţin în înveliş materiale organice, cel mai frecvent celuloză, care prin ardere produce o cantitate mare de gaze (CO 2 şi H 2 ) respectiv o cantitate mică de zgură. Datorită acestui fapt, aceşti electrozi se recomandă la sudarea în poziţie vertical descendentă, deoarece producând puţină zgură se reduce pericolul scurgerii băii sub acţiunea gravitaţiei. Totodată datorită conţinutului ridicat de H 2 din coloana arcului se obţine o putere mare a acestuia, dată de tensiune mult mai mare a AE comparativ cu celelalte tipuri de învelişuri. De exemplu la electrozii celulozici U a = 30-40V, comparativ cu U a =18-27V la celelalte tipuri de electrozi. în rest U = 18-. La electrozii celulozici U = V, în rest U = Puterea mare a arcului determină o rată de topire ridicată, deci productivitate mare, respectiv o pătrundere sigură. Din acest motiv, aceşti electrozi sunt recomandaţi şi la sudarea stratului de rădăcină a ţevilor când nu există posibilitatea resudării la rădăcină. Ca dezavantaj conţinutul mare de H 2 din coloana arcului poate conduce la pericolul fisurării la rece prin pericolul pătrunderii acestuia în baia metalică şi în cusătură respectiv ZIT. Sudarea se face în curent continuu polaritate inversă cc +. Există si o excepţie si anume sudarea stratului de rădăcină când se recomandă sudarea cu polaritate directă c.c. - pentru creșterea ratei depunerii, deci creșterea secţiunii depunerii, cu consecinţe asupra reducerii pericolului de fisurare a stratului de rădăcină. Aspectul cusăturii e mai puţin estetic, cu solzi mari şi neregulaţi, cu supraînălţarea mare, cu transferul picăturii de dimensiuni medii si mari. Obs: Datorită tehnicii de control a puterii arcului prin modificarea lungimii acestuia, la sudarea cu aceşti electrozi se recomandă surse cu caracteristică exterioară coborâtoare, specifice convertizoarelor si redresoarelor. Prin urmare la sudare nu sunt recomandate sursele cu invertor caracterizate prin caracteristică externă brusc coborâtoare. Există în prezent invertoare destinate sudării cu electrozi celulozici ce au caracteristică externă coborâtoare în zona de lucru a arcului. Recunoaşterea acestor surse se face prin simbolul CEL ce apare în denumirea echipamentului, figura 2.1.

33 Figura 2.1. Formele caracteristicilor externe ale surselor de sudare SE d. Electrozii cu înveliş bazic. Se caracterizează în principal prin conţinutul ridicat de fluorită CaF 2 si carbonat de calciu CaCO 3. Utilizare: au cea mai mare gamă de fabricaţie si diversitate de utilizare fiind destinaţi la sudarea oţelurilor slab aliate, a oţelurilor înalt aliate, a metalelor şi aliajelor nefieroase Cu, Al, Ni, la sudarea fontelor, la încărcarea prin sudare, etc. Temperatura de exploatare: sunt destinaţi atât sudării structurilor exploatate la temperaturi pozitive cât si exploatării (nota bene) la temperaturi negative. Natura şi polaritatea curentului: cu electrozii bazici se sudează aproape exclusiv în curent continuu polaritate inversă CC +. Stabilitatea arcului: este mai redusă ca la ceilalţi electrozi datorită prezenţei ionilor de fluor din coloana arcului, cu caracter puternic electronegativ, care reduc numărul electronilor din coloana arcului (purtătorii de sarcină principali care asigură stabilitatea arcului). Prezenţa ionilor de F în coloana AE rezultă din descompunerea fluorinei, prezentă în cantitate mare în învelişul acestor electrozi. Caracteristicile mecanice şi de plasticitate ale materialului depus: sunt foarte bune datorită rafinării acestuia, a oxidării reduse a metalului, conferind astfel şi rezilienţa (tenacitatea) la temperaturi negative a materialului. Este redus astfel si pericolul fisurării la cald a materialului depus. Transferul metalului topit: se face în picături mari si foarte mari, în general prin scurtcircuitarea arcului. Pătrunderea la sudare e mai mică decât la ceilalţi electrozi 1-3mm. Aspectul cusăturii: este inestetic, cu solzi mari şi neregulaţi cu supraînălţare şi convexitate ridicată, figura 2.2. Figura 2.2. Comparaţie între aspectul sudurii funcţie de înveliş Conţinutul de H 2 difuzibil din cusătură: este controlat, fiind mai mic de 15 cm 3 /100gr. metal depus, putând ajunge la unii electrozi până la max. 1-3 cm 3 /100 gr.metal depus. Prin urmare, pericolul de fisurare la rece e mult scăzut, proporţional cu scăderea conţinutului de hidrogen difuzibil al electrozilor. Eliminarea hidrogenului din baia metalică se face cu ajutorul fluorinei conform reacţiilor: CaF 2 + 3SiO 2 2CaSiO 3 + SiF 4 SiF 4 + 2H 2 O 4HF + SiO 2 Gaz Zgură

34 Prin urmare acidul fluorhidric se degajă în atmosferă legând hidrogenul, iar dioxidul de siliciu este scos în zgură. Învelişul electrozilor bazici este puternic higroscopic datorită prezenţei elementelor higroscopice din înveliş, în special fluorina CaF 2 şi carbonatul de calciu CaCO 3. Din acest motiv, înainte de sudare pentru sudare, este obligatorie calcinarea (uscarea) electrozilor bazici pentru eliminarea umidităţii din înveliş, la temperatura de C timp de 2-3h, mai precis conform prescripţiilor producătorului de electrozi. Obs.1. Electrozii bazici necalcinaţi pot introduce mai mult hidrogen difuzibil în cusătură decât ceilalţi electrozi. Tot în acest sens cutiile electrozilor bazici sunt învelite în pungi de polietilenă sau sunt livraţi în cutii metalice etanşe. De asemenea se recomandă ca utilizarea electrozilor să se facă imediat după deschiderea cutiilor sau pungilor, fără păstrarea îndelungată în aer. Depozitarea electrozilor se va face în incinte închise cu umiditate controlată. Uscarea electrozilor se face în etuve cu temperatura reglabilă. Se va evita uscarea electrozilor prin scurtcircuitarea lor un timp scurt înainte de sudarea propriu zisă. Se interzice calcinarea electrozilor prin încălzirea cu flacără de gaze. Obs2. Există electrozi cu caracter bazic care pot fi utilizaţi si în c.a., aceştia având înveliş dublu, cu caracter titanic respectiv bazic. Electrodul românesc din această categorie este electrodul UNIBAZ (marcaj roșu) Marcarea şi simbolizarea electrozilor. Se face în scopul recunoaşterii acestora, respectiv a evitării confuziei la utilizare, ceea ce poate duce la grave efecte tehnologice. Marcarea se poate face prin 2 metode: a. prin vopsirea capătului liber al vergelei cu o anumită culoare după cum urmează: - alb SUPERTIT - verde SUPERTIT FIN - roşu - UNIBAZ - albastru SUPERBAZ - negru - NIBAZ, etc. d. prin imprimarea (stampilarea) mărcii electrodului (funcţie de producător) sau a simbolului (conform unor normative) pe învelişul acestuia. De exemplu cf. normelor americane AWS 5.1., adoptate în ultimul timp si de către producătorii români putem întâlni următoarele marcaje pe electrozii românești: E Supertit E Superbaz unde: - E-electrod; - 60; respectiv 70; etc. rezistenţa la rupere a metalului depus în ksi (kilopound/inch pătrat; 1pound = 0,47kg; 1 inch = 25,4 mm; 1inch = 1 ţol); - 1 poziţia de sudare: - sudarea în toate poziţiile; 3, respeciv 8: - tipul învelişului, respectiv natura si polaritatea curentului (1 = inveliș celulozic; 8 inveliș bazic) În tabelul 2.1 sunt prezentate simbolizările electrozilor conform normelor AWS Tabelul 2.1. Simbolizarea tipului invelișului si a naturii curentului Simbol Tipul învelisului Natura curentului 0 Celulozic-Sodiu CC+ 1 Celulozic-Potasiu AC; CC+; CC- 2 Rutilic-Sodiu AC; CC- 3 Rutilic-Potasiu AC; CC+ 4 Rutilic-Pulbere de Fe AC; CC-; CC+ 5 Hidrogen scăzut-sodiu CC+ 6 Hidrogen scăzut-potasiu AC; CC+ 7 Pulbere de Fe, oxizi de Fe AC; CC+; CC- 8 Hidrogen scăzut-pulbere de Fe Ac; CC+ E6020 Oxizi de Fe-Sodiu AC; CC+

35 În tabelul 2 se prezintă simbolizarea poziţiilor de sudare. Tabelul 2.2. Simbolizarea pozițiilor de sudare Simbol Poziţia de sudare 1 Sudarea în orice poziţie 2 Sudarea în poziţie orizontală 3-4 Sudarea vertical descendentă Notarea si simbolizarea electrozilor este prezentată în STAS 1125/81 respectiv în SR EN 499/97. Această simbolizare se regăseşte si pe eticheta (vigneta) cutiei de electrozi. Exemple de notare: Cf. STAS 1125/81: E 45 3 R 2 2 unde: E-electrod; 43 - R m (dan/mm 2 ); 3 temperatura la care se garantează energia de rupere de 47J; R - tipul învelişului:rutilic; 2 - poziţia de sudare (prin cifrele 1,2,... 5); 2-natura şi polaritatea curentului; Cf. SR EN: EN-499-E Ni B 5 4 H5 unde: EN norma europeană; E-electrod; 46-limita de curgere R p0,2 (dan/mm 2 ); 3, temperatura la care se garantează energia de rupere de 47 J (-30 C); 1Ni-compoziţia chimică a metalului depus (Ni=1%); B-tipul învelişului (bazic); 5-natura şi polaritatea curentului (prin cifrele 1, 2,....8, 5 - cc sau ca); 4-poziţia de sudare(prin cifrele 1,2,....5, 4=orizontală); H5-conţinutul de hidrogen difuzibil (5cm/100 gr. metal depus) Recomandări tehnologice la sudarea S.E. a. Alegerea electrozilor. Se face în funcţie de următoarele criterii: a. Compoziţia chimică şi caracteristicile mecanice ale metalului de bază. Caracteristicile metalului depus trebuie să fie apropiată de cea a metalului de bază, caracteristicile mecanice să fie uşor superioare acestuia, iar compoziţia chimică apropiată metalului de bază. Nu se recomandă ca rezistenţa metalului depus să fie mult mai mare ca a materialului de bază deoarece aceasta conduce la diminuarea tenacităţii materialului şi la pericolul ruperii fragile deoarece este știut faptul că, caracteristicile mecanice sunt invers proporţionale cu tenacitatea lui. b. Temperatura de exploatare a sudurii. La temperaturi negative se recomandă utilizarea electrozilor cu înveliş bazic care depun un material cu tenacitate ridicată. În acest sens electrozii sunt aliaţi cu Ni şi/sau Mo care măresc caracteristicile de tenacitate ale materialului depus. În plus electrozii bazici au un conţinut de hidrogen difuzibil controlat (scăzut) ceea ce reduce pericolul fisurării la rece cu atât mai mult cu cât este știut faptul că temperatura negativă este un factor fragilizant. Prin urmare la structuri sudate exploatate la temperaturi negative, alegerea electrodului se face astfel încât să asigure atât caracteristicile mecanice cât mai ales caracteristicile de tenacitate. La temperaturi pozitive condiţia se limitează la asigurarea caracteristicilor mecanice. c. Poziţia de sudare. Majoritatea electrozilor se recomandă la sudarea în toate poziţiile mai puţin poziţia vertical descendentă. Pentru această poziţie se recomandă electrozii celulozici. d. Riscul de fragilizare a materialului de bază la sudare. În cazul în care acest risc este crescut, se recomandă alegerea unui material cu plasticitate ridicată chiar dacă caracteristicile mecanice sunt mai scăzute ca ale metalului de bază, prin aceasta reducându-se pericolul fisurării. De exemplu la sudarea fontelor pericolul de fisurare fiind foarte mare, se folosesc electrozi pe bază de Ni, iar la sudarea oţelurilor sensibile la călire QT, se recomandă utilizarea materialelor de adaos austenitice caracterizate prin plasticitate mare. e. Grosimea materialului de bază şi rigiditatea structurii. La grosimi mari se recomandă întotdeauna materiale cu caracter bazic şi cu plasticitate ridicată deoarece pe de o parte grosimea materialului constituie un factor de rigiditate a structurii, iar pe de altă parte la grosimi mari transmiterea tridimensională a căldurii în componente determină creșterea vitezei de răcire conducând la pericolul

36 precipitării constituenţilor structurali duri şi fragili de tipul martensitei, dacă viteza de răcire de la sudare depășește viteza critică de călire. f. Sursa de sudare utilizată. Electrozii bazici si celulozici reclamă folosirea surselor de sudare în curent continuu, convertizoare, redresoare, invertoare. Cu restul electrozilor se poate suda si în curent alternativ folosind transformatoarele de sudare. Datorită randamentului scăzut al convertizoarelor (η < 0,56) se recomandă înlocuirea cât mai rapidă a acestora cu sursele moderne de sudare cu invertor, pentru reducerea pierderilor de energie electrică si creșterea performanţelor la sudare. g. Importanţa îmbinării sudate, nivelul solicitării şi natura acesteia. Pentru îmbinări de rezistenţă puternic solicitate sau la solicitări dinamice se recomandă utilizarea electrozilor cu caracter bazic, caracterizaţi prin caracteristici mecanice si de tenacitate ridicate. h. Domeniul de lucru sau tipul construcţiei. În unele domenii ca de exemplu I.S.C.I.R. sau R.N.R. se impune folosirea doar a anumitor mărci de electrozi, autorizaţi de acestea. b. Alegerea formei şi dimensiunilor rostului. Se face conform SR EN 29592/94 respectiv STAS 6662/87 (în prezent abrogat), conform criteriilor de alegere a rosturilor prezentate anterior în curs. c. Alegerea diametrului electrodului de. Depinde de grosimea materialului de bază, poziţia de sudare, tipul îmbinării şi forma rostului, felul trecerii, marca electrodului, etc. La grosimi sub 2 mm se recomandă de = 1,6; 2,0 mm, iar pentru grosimi mai mari se ia d e = 3,25; 4; 5; 6(rar) mm, funcţie de grosime. La sudarea în poziţie verticală se aleg electrozi cu diametru mai mic ca la sudarea în poziţie orizontală, d e fiind de maxim 4 mm. Îmbinarea de colţ reclamă diametru de electrozi mai decât îmbinarea cap la cap la aceeaşi grosime de material, pentru compensarea pierderilor de căldură prin folosirea unor puteri de arc mai mari. La sudarea stratului de rădăcină se folosesc diametre de electrozi mici 2,5-3,25 mm pentru a uşura accesul în rost, respectiv la umplerea rostului se folosesc electrozi cu diametru mare 4-5 mm sau electrozi cu înveliş gros cu pulbere de Fe în înveliş. d. Parametrii tehnologici de sudare S.E.: d.1. Natura şi polaritatea curentului. Sudarea SE se poate face atât în curent continuu, CC+ sau CC - cât şi în C.A. Alegerea se face în principal în funcţie de caracterul învelişului respectiv de pericolul suflajului magnetic. La electrozi bazici şi celulozici se recomandă CC+ iar la restul CC- sau CA. Pentru evitarea suflajului se recomandă folosirea CA. Pentru alegerea corectă a polarităţii vezi recomandările producătorului de electrozi. d.2. Curentul de sudare Is [A]. Depinde de diametrul electrodului, grosimea materialului de bază, poziţia de sudare, destinaţia electrodului. În tabelul 2.3 se dau valorile recomandate pentru curentul de sudare funcţie de diametrul electrodului, respectiv de tipul acestuia. Tabelul 2.3. Alegerea curentului de sudare de (mm 2,0 2,5 3,25 4,0 5,0 Destinaţie Is [A] El. nealiaţi-supertit Is [A] El. aliaţi Inox Se observă că Is creste direct proporţional cu diametrul electrodului, respectiv la electrozi aliaţi pentru acelaşi diametru curentul de sudare este mai mic ca la cei nealiaţi. Motivaţia este evitarea supraîncălzirii electrodului prin elect Joule-Lenz. În cazul electrozilor INOX, reducerea curentului de sudare e corelată si cu o lungime mai mică a electrodului. Alegerea curentului de sudare se poate face pe diferite căi: e. conform recomandărilor producătorului de electrozi de pe eticheta cutiei de electrozi sau din catalog (cea mai recomandată alegere); f. conform relaţiilor empirice: Is=kxde, unde, k = A/mm la el. nealiaţi şi A/mm la el. aliaţi; g. cu ajutorul densităţii de curent: Is=j (π d²/4), unde j = A/mm²; h. cu ajutorul corelaţiilor statistice (teoretic).

37 Dacă Is este prea mic AE. devine instabil şi electrodul are tendinţa de lipire. Dacă Is este prea mare, AE se alungește, este greu de menţinut, se produc stropiri mari şi există probabilitate mare de apariţie a defectelor în îmbinarea sudată (pori sau incluziuni de zgură). Alegerea corectă a curentului Is poate fi observată şi din aspectul solzilor cusăturii, figura 2.3. Figura 2.3. Influenţa curentului de sudare asupra solzilor În cazul sudării în poziţie orizontală sau în jgheab, curentul de sudare are valori maxime. În cazul sudării în poziţie verticală, curentul de sudare se reduce cu % iar în cazul sudării pe plafon curentul de sudare se reduce cu 10%. d.3. Tensiunea arcului Ua. Depinde în principal de lungimea arcului l a, dar şi de tipul învelişului electrozilor, valoarea curentului şi natura acestuia, tabelul 2.4. Tensiunea arcului este direct proporţională cu lungimea arcului. In funcţie de lungimea arcului se pot defini: l a de, arc normal (bun); l a > de, arc lung (protecţie slabă a picăturilor si băii metalice); l a < de, arc scurt (protecţie foarte bună a arcului, dar dificil de întreţinut); Tabelul 2.4. Valori informative ale tensiunii arcului electric de (mm) 2,5 3,25 4,0 Ua (V) Prezentare sintetică a factorilor de influenţă asupra tensiunii arcului (~ proporțional): Ua ~ l a ; Ua ~ Is; Ua > înveliş bazic; Ua < înveliş titanic; Ua > c.a.; Ua < c.c. În cazul sudării cu electrozi cu înveliş gros se folosește sudarea cu arc înecat, când arcul electric arde în interiorul craterului format la vârful electrodului ce se sprijină cu învelișul pe componente (avantaj: protecţie foarte bună). Figura 2.4. Comparaţie între sudarea cu arc normal şi arc înecat Prin urmare tensiunea arcului la sudarea SE se controlează prin lungimea arcului de către operatorul sudor care apropie electrodul de piesă, pe măsura topirii acestuia menţinând o distanţă cât mai constantă şi egală cu diametrul electrodului. d.4. Viteza de sudare. Depinde de grosimea tablei, poziţia de sudare, tehnica operatorie. Este un parametru mai greu de controlat deoarece sudarea decurge manual, luând valorile cele mai frecvente în domeniul vs = [10-20(30)] cm/min. Se apreciază în general prin lungimea depunerii realizată cu un electrod lc=(0,5-1,5)le. Viteza de sudare are valori mari la sudarea fără pendulare şi valori mai mici la sudarea cu pendulare. Pendularea arcului e o mişcare suplimentară a capătului electrodului care întreţine AE, figura 2.5.

38 Figura 2.5. Mişcări de pendulare a AE Pendularea AE. se face când se doreşte să se depună o cantitate mai mare de material la o trecere, pentru încălzirea şi topirea sigură a marginilor rostului respectiv pentru controlul băii de metal topit şi evitarea scurgerii zgurii în faţa arcului. În acest sens pendularea este obligatorie în cazul sudării vertical ascendente. Pentru evitarea apariţiei defectelor lăţimea pendulării respectiv lăţimea trecerii nu trebuie să fie mai mare de 3 ori diametrul electrodului, b 3de. Nu se recomandă pendularea în cazul sudării materialelor sensibile la supraîncălzire ca de exemplu oţeluri inoxidabile, cu granulaţie fină, tratate termic QT, respectiv la sudarea vertical descendentă. Prin pendulare respectiv prin viteza de sudare se controlează cel mai uşor energia liniară introdusă în componente. d.5. Energia liniară. Determină cantitatea de căldură introdusă în material la sudare. Se calculează cu relaţia: Ua Is El (J/cm) vs La sudarea SE, E L variază între ( ) J/cm. Energia liniară depinde de materialul de bază care se sudează respectiv de sensibilitatea acestuia la supraîncălzire. De multe ori prin energia liniară introdusă la sudarea compensăm operaţia de preîncălzire. e. Modul operator cuprinde: amorsarea arcului, întreţinerea şi conducerea acestuia, întreruperea arcului şi reluarea sudării. e.1. Amorsarea arcului se face prin lovirea sau ciocănirea electrodului de componente urmată de mişcarea de ridicare la o distanţă l a egală cu diametrul electrodului, respectiv se poate face printro mişcare de zgâriere (aprinderea unui chibrit), figura 2.6. Cea de-a doua variantă se recomandă în special la electrozi bazici pentru o amorsare mai ușoară si mai sigură. Figura 2.6.Amorsarea AE Figura 2.7. Conducerea AE e.2. Întreţinerea şi conducerea arcului, figura 2.7. După amorsarea AE, electrodul se orientează în direcţia de sudare la un unghi de faţă de sensul de sudare menţinându-se perpendicular faţă de suprafaţa piesei. În cazul îmbinării de colţ, electrodul se plasează în planul bisector al unghiului la faţă de componenta orizontală. Prin înclinarea electrodului se controlează formarea băii metalice, energia introdusă în componente, se evită pericolul de scurgere a băii de zgură în faţa arcului sau se controlează suflajul magnetic la începutul şi sfârşitul piesei. e.3. Întreruperea arcului, figura 2.8. Se face prin menţinerea un timp scurt a electrodului pe loc şi efectuarea unei mișcări de rotaţie pentru închiderea craterului, după care electrodul se ridică printr-o deplasare în sens contrar vitezei de sudare până la stingerea arcului. Se evită astfel pericolul formării

39 defectelor de tipul fisurilor, porilor, incluziunilor de zgură. Nu se recomandă întreruperea AE prin ridicarea bruscă a electrodului pe verticală. Figura 2.8. Intreruperea AE Figura 2.9. Reluarea sudării e.4. Reluarea sudării, figura 2.9. Se face prin amorsarea AE în faţa craterului la mm de acesta, urmată de o deplasare rapidă înspre crater, menţinerea pentru un timp scurt deasupra craterului pentru topirea acestuia urmată de deplasarea în sensul de sudare. Se evită astfel pericolul apariţiei defectelor în zona de amorsare având în vedere că amorsarea este un proces tranzitoriu cu incidenţă mare de defecte. Se interzice amorsarea arcului în afara rostului, pe suprafaţa coponentelor. f. Tehnica operatorie. Depinde de poziţia de sudare respectiv de grosimea pieselor. La sudarea orizontală sau în jgheab se foloseşte o tehnică de sudare în număr minim de treceri cu pendularea electrodului şi cu valori maxime ale curentului de sudare, dacă metalul de bază permite introducerea unei energii liniare mari în componente. De asemenea viteza de sudare este minimă. La sudarea vertical descendentă se foloseşte tehnica de sudare fără pendulare, cu viteză mare de sudare, cu cele mai mici valori ale curentului de sudare, respectiv cu număr mare de treceri, evitânduse pericolul scurgerii băii de metal si de zgură sub acţiunea gravitaţiei. La sudarea vertical ascendentă, utilizată în cazul sudurilor de rezistenţă, sudarea se face cu pendularea electrodului pentru controlul băii şi formarea corectă a cusăturii respectiv pentru topirea sigură a metalului de bază. g. Alegerea sursei de sudare. Pentru sudarea SE se folosesc transformatoare la sudarea în curent alternativ respectiv redresoare, convertizoare sau invertoare la sudarea în curent continuu. Specific surselor de sudare SE este caracteristica externă a sursei care are o formă coborâtoare în cazul transformatoarelor, redresoarelor şi convertizoarelor. Această formă de caracteristică asigură stabilitatea AE. la modificările inerente ale lungimii arcului cu variaţii foarte mici ale parametrilor de sudare, respectiv asigură un curent de scurtcircuit mai mare decât curentul de sudare care uşurează amorsarea arcului. Caracteristicile brusc coborâtoare specifice învertoarelor asigură un curent constant de sudare la variaţia lungimii arcului.

40 IV. ÎNREGISTRAREA FORMEI IMPULSULUI DE CURENT Determinările experimentale au urmărit evidenţierea următoarelor aspecte: 1) determinarea experimentală a formei impulsului de curent generat la sursa de sudare în curent pulsat STEL; 2) studiul comparativ dintre formele de impulsuri determinate experimental şi interpretarea rezultatelor; 3) evidenţierea unor fenomene şi aspecte noi privind transferul picăturii de metal topit la sudarea manuală cu electrod învelit în curent pulsat comparativ cu sudarea manuală standard. Încercările experimentale s-au desfăşurat în următoarele condiţii: sursa de sudare: invertorul STEL 200; instrumentul de înregistrare: osciloscopul numeric cu memorie HAMEG; materiale de sudare: electrozi înveliţi SUPERBAZ, SUPERTIT; STARINOX 304; diametrul electrozilor: 2,5 mm, 3,25; metalul de bază: S235; 4.1. Osciloscopul numeric cu memorie HAMEG Pentru evidenţierea semnalelor dintr-un circuit electric, cel mai frecvent, se foloseşte osciloscopul. În cazul semnalelor variabile (aleatorii) utilizarea osciloscopului clasic nu permite identificarea formei semnalului datorită suprapunerii imaginilor diferite la fiecare baleere a ecranului. Pornind de la acest aspect pentru înregistrarea formei de variaţie a curentului de sudare şi a tensiunii arcului electric s-a utilizat un osciloscop numeric cu memorie de tip HAMEG 205/3 cu imprimantă grafică de tip HD 148 HAMEG. In figura 4.1. se prezintă o vedere generală a osciloscopului HAMEG. Figura 4.1. Osciloscopul HAMEG În continuare se prezintă succint (selectiv) principalele aspecte legate de performanţele instrumentului de înregistrare. Osciloscopul este compus din două părţi importante şi anume osciloscopul propriu zis la partea superioară respectiv imprimanta la partea inferioară, figura 4.1.

41 Caracteristici tehnice: A. La funcţionare în regim analogic (standard): înregistrarea separată a semnalelor pe canalul 1 şi/sau canalul 2, respectiv înregistrarea sumei sau diferenţei între canalele 1şi 2; funcționarea în regim X Y între canalul 1şi 2; domeniul de frecvenţă: max. 20MHz; calibratorul de semnal: cu 10 poziţii de la 5mV/cm la 5V/cm; impedanţa de intrare: 1M ; coeficientul bazei de timp: cu 21 poziţii de la 0,2 s/cm la 1 s/cm; B. La funcţionarea în regim de memorare digitală: cu reîmprospătarea sau cu blocarea imaginii; pentru semnale periodice sau singulare; frecvenţa maximă de eşantionare: 20 MHz/canal; capacitatea memoriei: 2048 octeţi/canal; rezoluţia: 28 puncte/cm pe verticală; 204 puncte/cm pe orizontală; posibilitatea extensiei pe orizontală pentru detalieri la mărimi de 10 ori; funcţia DOT-Joiner pentru reprezentarea fidelă a curbei; coeficientul bazei de timp: 18 poziţii calibrate de la 10 s/cm la 5 s/cm; ieşire analog digitală pentru imprimantă grafică; timpul de conversie (eşantionare) analog digital: 50 ns; frecvenţa maximă a semnalului util: 1MHz; memorare individuală sau comună pentru cele două semnale; C. Imprimantă grafică Imprimanta primeşte semnalul numeric, memorat, de la osciloscop şi permite următoarele moduri de tipărire: copiere prin comandă manuală; copiere automată în concordanţă cu declanşarea operaţiei de memorare; copiere controlată prin ceas programabil (TIMER); memorare într-un buffer a 4 imagini ecran; Posibilităţi de programare ale imprimantei: tipărire semnal din memoria osciloscopului; tipărire semnal din memorie plus semnal din buffer; memorare semnal; tipărire semnal cu şi fără caroiaj; tipărire data de înregistrare; tipărire pe banda laterală a unor informaţii legate de reglarea osciloscopului şi de tipul undei utilizate; posibilitatea de reprezentare mărită (zoom) a unora din cele 10 zone a imaginii ecran pe întreaga lăţime a hârtiei; posibilitatea utilizării funcţiei DOT-JOINER Setarea osciloscopului Etapele punerii în funcţiune a osciloscopului la funcţionarea cu memorare sunt: punerea sub tensiune (conectare la reţea); reglarea focalizării şi a intensităţii fascicolului; poziţionarea pe verticală a axei de simetrie a semnalului pentru cele două canale; poziţionarea pe orizontală a începutului baleerii; conectarea sistemului de memorare; poziţionarea comutatorului bazei de timp pentru valoarea dorită;

42 poziţionarea comutatorului de atenuare pe verticală a semnalelor în poziţiile dorite în funcţie de valoarea semnalelor de intrare; conectarea pe declanşare automată sau manuală a baleerii pe orizontală; poziţionarea comutatorului de declanşare a impulsului pe poziţia DC sau mai avantajos pe pozitia LF (low freqvence); selectarea modului de memorare (semnal singular sau semnal periodic); selectarea funcţionării pe canalul 1, canalul 2 sau simultan 1 şi 2; conectarea sondelor corespunzătoare la mufele de intrare; conectarea imprimantei şi programarea ei; Schema bloc de măsurare şi înregistrare În figura 4.1 este prezentată schema bloc utilizată pentru măsurarea şi înregistrarea formei de variaţie a parametrilor tehnologici principali de sudare, curentul de sudare, respectiv tensiunea arcului electric. Figura4.1. Schema bloc de măsurare şi înregistrare a parametrilor tehnologici principali de sudare În circuitul de sudare se montează un şunt electric corespunzător valorii curentului de sudare (C ş = 2A/mV). Ieşirile de semnal de pe şunt, normal, trebuie introduse într-un filtru R f C f pentru reducerea la minim a semnalelor de bruiere (în special în cazul utilizării surselor cu invertor). În locul unui şunt normal şi a unui etaj de filtrare s-a folosit un şunt special cu autoecranare (tip ţeavă). De la filtru, semnalul util este introdus pe canalul 1 al osciloscopului. Tensiunea arcului este introdusă tot într-un filtru R f C f pentru reţinerea semnalelor de bruiaj furnizate de sursa de sudare, după care se introduce pe canalul 2. Frecvenţa de tăiere a filtrului se calculează aproximativ cu relaţia f = 1/2.. R. C şi pentru o frecvenţă de tăiere de 1450 Hz rezultă valorile elementelor de filtrare şi anume R f = 5k, respectiv C f = 22nF. Osciloscopul este alimentat de la reţea printr-un transformator de separare cu raportul de transformare 1:1 şi prevăzut cu ecran metalic pus la masă între cele 2 înfăşurări (primară şi secundară). Acest transformator de separare evită pe de o parte curenţii de circulaţie interioară prin circuitul de masă al osciloscopului şi a piesei de sudat şi pe de altă parte blochează eventuale semnale de bruiaj din reţeaua de alimentare. De asemenea prin acest transformator se întrerupe masa fizică a osciloscopului de legătura de protecţie la pământ şi de legătura de masă a piesei de sudat evitându-se distrugerea accidentală a osciloscopului prin conexiuni greşite.

43 Pentru culegerea semnalului se foloseşte un şunt special ecranat care evită bruierea din exterior a semnalului măsurat, şunt realizat în cadrul catedrei de sudură, figura, 4.3. Figura 4.3. Construcţia şuntului pentru culegerea semnalului 4.2. Determinarea experimentală a formei impulsului de curent generat la sursa de sudare în curent pulsat STEL Cercetările experimentale au vizat înregistrarea formei impulsurilor de curent pentru diferite mărci de electrozi, diametre diferite respectiv valori diferite ale curentului de sudare, respectiv pentru diferite valori ale frecvenţei pulsurilor şi analiza oscilogramelor prin prisma variaţiei curentului de sudare şi a tensiunii arcului, în vederea explicării fenomenelor ce au loc în arcul electric la sudare. Aceasta va permite o mai bună înţelegere şi a aspectelor de ordin tehnologic în cazul sudării manuale cu electrod învelit în curent pulsat. Încercările experimentale au urmărit determinarea modului de variaţie a curentului de sudare respectiv tensiunii arcului. În continuare se analizează diagramele de variaţie a parametrilor tehnologici principali ai arcului electric, curent de sudare I s tensiunea arcului U a pentru diferite situaţii. Condiţiile tehnice generale ale determinării şi măsurării: - sursa de sudare: STEL; - marca electrozilor: Superbaz; Supertit; Starinox; - diametrul electrozilor: 3,25mm; - curentul de sudare: o curentul de sudare constant: Is = 130A o curentul de puls: Ip = 174A; o curentul de bază : Ib =87A ; o curentul mediu Ism = 130A ; - frecvenţa impulsurilor pe sârmă: f = 1; 2; 3; 4; 5Hz; - baza de timp B T: 10 ms/div; - constanta măsurării curentului: C I = 40 A/div; - constanta măsurării tensiunii: C U = 10 V/div; - baza de referinţă a curentului: linia de referinţă 3; - baza de referinţă a tensiunii arcului: linia de referinţă 0 ; - dinamica sursei: 200% = const. (Obs. se poate regla in procente între 100% şi 200%).

44 In figurile se prezintă variaţia parametrilor principali de sudare, curent de sudare tensiunea arcului, pentru cazul sudării standard fără pulsarea curentului pentru 4 situaţii diferite. Pe canalul CH 1 se prezintă modul de variaţie al curentului de sudare, (linia de referinţă 3) iar pe canalul CH 2 modul de variaţie al tensiunii arcului electric (linia de referinţă 1). Figura 4.4. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudarea standard: electrod Superbaz; de = 3,25mm, Is = 130A Din analiza oscilogramei, figura 4.4, se observă 3 zone distincte: Zona din stânga se remarcă printr-un arc instabil cu variaţii importante ale curentului de sudare datorate unor unor scurtcircuite incipiente ale arcului electric însoţite probabil şi de stropiri la sudare. Este faza de formare a picăturii de metal din vârful electrodului. Zona din mijloc caracterizată printr-un scurtcircuit puternic, timpul de scurtcircuit de aprox. 10ms, determinat de scurtcircuitarea arcului de către picătura de metal, mare, formată în vârful electrodului. Tensiunea tinde la 0 în timp ce curentul de scurtcircuit tinde la valoarea dată de dinamica sursei de sudare reglată la max. adică 200% (din valoarea curentului de sudare), ceea ce indică aşa cum se vede o valoare de 200 (valoarea maximă pe care o poate da sursa de sudare). Este un timp de scurtcircuit mare datorită dinamicii micipe care o dă sursa pentru acest tip de electrod. Aceasta conduce la stropiri intense în această etapă. Zona din dreapta, de după ruperea scurtcircuitului şi reamorsarea arcului electric, caracterizată printr-o stabilitate foarte bună a arcului electric, practic fără scurtcircuitări, observată din constanţa celor doi parametri de sudare curent-tensiune. Este faza de topire a vârfului electrodului şi de formare şi creştere a picăturii, motiv care se explică de ce nu apar scurtcircuitări incipiente, lungimea arcului electric fiind maximă, iar picătura în formare în vârful electrodului. Figura 4.5. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudarea standard: electrod E308L-16; de = 2,5mm, Is = 70A

45 Oscilograma din figura 4.5 pune în evidenţă un arc mult mai stabil decât în cazul precedent determinat in primul rând de tipul electrodului (invelișului rutilic), dar si de alegerea corectă a curentului de sudare. In zona din stânga şi din dreapta scurtcircuitului practic nu apar scurtcircuitări deci si nivelul stropirilor este diminuat. Scurtcircuitul este mai scurt, aprox. 6ms, picăturile fiind mai mici, iar dinamică bună (dinamica reglată la 200% din Is determină o valoare a curentului de scurtcircuit de aprox. 140A aşa cum se vede pe oscilogramă). Este o comportare şi un arc specifice învelişului rutilic caracterizat prin picături de metal formate în vârful electrodului mai mici, mai fine. Figura 4.6. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudarea standard: electrod Supertit fin; de = 2,0mm, Is = 50A Pentru condiţiile de sudare din figura 4.6 se observă absenţa scurtcircuitelor la sudare. Asta nu înseamnă că ele nu apar, dar nu au fost prinse pe oscilogramă. Acest aspect este specific electrozilor nealiaţi cu înveliş titanic (rutilic) caracterizaţi prin stropi mici şi stropiri puţine cu scurtcircuite puţine. Figura 4.7. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudarea standard: electrod Supertit fin; de = 2,0mm, Is = 60A; BT = 20ms/div Apariţia scurtcircuitelor şi la aceşti electrozi este prezentă în oscilograma din figura 4.7. Formarea şi frecvenţa de producere a lor poate fi explicată şi de creşterea curentului de sudare la valoarea maximă recomandată de producătorul de electrozi, Is = 60A pentru diametrul de= 2,0mm, care conduce la o topire mai intensă a electrodului şi formarea în consecinţă a unei picături mai mari care scurtcircuitează arcul electric. Creştrea bazei de timp BT la 20ms/div permite surprinderea mai

46 multor scurtcircuite pe ecran. Se remarcă totodată frecvenţa de apariţie a scurtcircuitelor f= aprox. 16scurtcircuite/secundă; (vezi calculul T = 62ms; f = 1/T = 16Hz). Dinamica sursei în acest caz este excelentă conducând la un timp de scurtcircuit foarte mic de aprox. 2-3ms, ceea ce-i conferă arcului o stabilitate foarte bună. In continuare se analizează oscilografierea arcului electric în cazul curentului pulsat. In figurile se prezintă oscilogramele pentru diferite frecvenţe ale pulsurilor, de 1Hz; 2Hz; 3Hz; 4Hz; respectiv 5Hz, în condiţiile unui curent mediu de sudare pentru electrodul Superbaz Ism = 130A, adică egal ca valoare cu cea de la sudarea standard prezentată mai sus: - marca electrozilor: Superbaz; - diametrul electrozilor: 3,25mm; - curentul de sudare: o curentul mediu de sudare: Is = 130A o curentul de puls: Ip = 174A; o curentul de bază : Ib =87A ; o timpul de puls tp = timpul de bază tb : tp = tb ; - frecvenţa impulsurilor pe sârmă: f = 1; 2; 3; 4; 5Hz; - baza de timp B T: 20 ms/div; - constanta măsurării curentului: C I = 40 A/div; - constanta măsurării tensiunii: C U = 10 V/div; - baza de referinţă a curentului: linia de referinţă 3; - baza de referinţă a tensiunii arcului: linia de referinţă 0 ; - dinamica sursei: 200% = const. (Obs. se poate regla in procente între 100% şi 200%). Figura 4.8. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =1Hz Figura 4.9. Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =2Hz

47 Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =3Hz Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =4Hz Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =5Hz

48 Din analiza celor 5 oscilograme, figurile , se pot desprinde următoarele concluzii importante: - formarea picăturilor are loc pe timpul de puls sub acţiunea curentului de puls de valoare mare (Ip = 2Ib); - desprinderea picăturilor se face invariabil pe timpul de bază, fără să se constate însă o anumită tendinţă a momentului desprinderii picăturii, care are loc de exemplu la sfârșitul timpului de bază pentru momentul inregistrării din figurile 4.8 (f = 1Hz) sau 4.9 (f = 2Hz), la începutul timpului de bază din figura 4.10 (f = 3Hz) respectiv la mijlocul timpului de bază din figurile 4.11 (f = 4Hz) respectiv 4.12 (f = 5Hz); - trecerea de la curentul de puls la curentul de bază şi invers se face brusc (fără pantă de creştere sau descreştere); - durata timpului de scurtcircuit este variabilă între 5 şi 20ms; - momentul desprinderii picăturii şi durata de scurtcircuit a arcului pot fi puse în legătură cu mărimea picăturii formate; - nu se observă pe oscilograme apariţia unui curent de scurtcircuit, valoarea curentului la scurtcircuit rămânând la valoarea curentului de bază, un aspect deosebit de interesant; - pornind de la observaţia dinainte rezultă că transferul picăturii se face sub acţiunea tensiunii superficiale la intrefaţa picătură baie metalică, ceea ce ar putea fi un argument pentru faptul că stropirile rămân totuşi la un nivel acceptabil; - nu se constată scurtcircuite pe durata curentului de puls; - baza de timp mică, BT = 20ms, nu a permis surprinderea mai multor pulsuri pe o oscilogramă, ceea ce complică interpretarea rezultatelor; - se pare că frecvenţa pulsurilor controlează frecvenţa scurtcircuitelor, chiar ca cele două a fie gale, lucru greu de acceptat într-o primă instanţă; acest argument este susținut însă din analiza oscilogramei din figura 4.12, pentru frecventa pulsurilor f = 5Hz, unde măsurătorile conduc la următoarele rezultate: timpul de bază t b = 100ms; timpul de puls t p = timpul de bază (din construcţia sursei de sudare), dar si din măsurare; t p = t b =100ms; deci T ciclu = 200ms; prin urmare f scutcircuit = 1/T = 1000/200 = 5Hz; dar f p = 5Hz; prin urmare: f p = f scircuit ; QED); pentru celelalte frecvenţe este greu de făcut un calcul similar; - pentru surprinderea mai multor pulsuri pe oscilogramă, figura 4.13, s-a modificat baza de timp BT prin creşterea de la valoarea de 20ms la valoarea BT = 50ms, obținându-se 3 impulsuri; Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =5Hz; BT=50ms - pe baza impulsului din stânga scurtcircuitul lipsește ca apoi să apară pe baza ultimelor două impulsuri; aceasta poate fi explicată ori prin faptul că picătura este aruncată în

49 exteriorul arcului sub formă de stropi, ori nu este o condiţie obligatorie să se producă un scurtcircuit pe fiecare bază a impulsului de curent; amândouă supoziţiile par fezabile la prima vedere; - nu sunt vizibile nici acum apariţia unor scurtcircuite pe curentul de puls; - dacă se acceptă teoria ca este puțin probabil ca transferul picăturilor să aibă loc doar pe timpul de bază, aşa cum se observă în toate oscilogramele prezentate, rezultă că trebuie să aibe loc un transfer multiplu de picături pe timpul de puls sub acţiunea curentului de puls de valori mari, dar fără scurtcircuitarea arcului de către picături datorită dimensiunilor mici ale acestora corelate cu un arc mai lung dat de curentul de puls mare care lungeşte arcul; aceasta pare sa fie cea mai plauzibilă explicaţie a modului de transfer a picăturilor de metal in cazul curentului pulsat, teorie pe care o susţinem şi o agreem în continuare; - o oscilogramă asemănătoare este prezentată în figura 4.14 pentru electrodul Supertit fin cu diametrul de 2,0mm; se observă dispariţia scurtcircuitelor pe timpul de bază eventual Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: Supertit fin; de = 2,0mm f =5Hz;; Ism = 60A; Ip = 80A; Ib = Ip; BT=50ms timpul de scurtcircuit înregistrat este atât de scurt încât este greu de evidenţiat pentru aceasta bază de timp (vezi scurtcircuitul pe baza primului impuls, din stânga); este probabilă şi apariţia unor scurtcircuite pe timpul de puls, vezi vârfurile de curent (liniile verticale) pe ultimele pulsuri; - prin creşterea bazei de timp BT = 100ms, figura 4.15, cresc numărul de pulsuri înregistrate pe oscilogramă; sunt evidenţiate apariţia unor vârfuri de curent atât pe timpul de puls cât şi pe timpul de Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =5Hz; Supertit fin; Ism = 60A; Ip = 80A; Ib = Ip; BT=100ms bază care echivalează cu apariţia formării unor scurtcircuite aleatoare; această observaţie confirmă teoria acceptată mai sus că nu poate fi stabilită o relaţie clară între frecvenţa pulsurilor şi frecvenţa scurtcircuitelor.

50 Analize asemănătoare pot fi făcute şi pe oscilogramele din figurile pentru alte condiţii de sudare, precizate în legenda fiecărei figure. Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =5Hz; Superbaz; de =2,5mm; Ism = 80A; Ip = 106A; Ib = Ip; BT=100ms Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =4Hz; Superbaz; de =2,5mm; Ism = 80A; Ip = 106A; Ib = Ip; BT=100ms

51 Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =3Hz; Superbaz; de =2,5mm; Ism = 80A; Ip = 106A; Ib = Ip; BT=100ms Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =2Hz; Superbaz; de =2,5mm; Ism = 80A; Ip = 106A; Ib = Ip; BT=100ms

52 Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =1Hz; Superbaz; de =2,5mm; Ism = 80A; Ip = 106A; Ib = Ip; BT=100ms Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =5Hz; Supertit; de =3,25mm; Ism = 130A; Ip = 174A; Ib = Ip; BT=100ms

53 Figura Oscilograma de variaţie curent tensiune sudare în curent pulsat: f =2,5Hz; Supertit; de =3,25mm; Ism = 130A; Ip = 174A; Ib = Ip; BT=100ms Din analiza oscilogramelor din figurile rezultă aceeaşi concluzie şi anume că transferul picăturilor are loc aleator pe curentul de puls sau pe curentul de bază. Acest transfer poate fi fără scurtcircuitarea arcului electric în cazul curentului de puls şi întotdeauna prin scurtcircuitarea arcului când transferul are loc pe bază. Pot avea loc însă scurtcircuitări ale arcului şi pe curentul de puls în funcţie de condiţiile instantanee de sudare. Pe curentul de puls numărul scurtcircuitărilor poate fi unul sau mai multe, iar pe curentul de bază poate fi doar un singur scurtcircuit sau niciunul. Aceasta depinde de mărimea picăturii în momentul trecerii de la curentul de puls la curentul de bază, lucru ce determină şi momentul diferit al desprinderii picăturii pe timpul de bază. Cele mai multe picături însă se transferă fără scurtcircuit pe durata timpului de puls ca efect a curentului de sudare de valoare mare. Pe curentul de bază este dificilă topirea şi formarea unei picături respective transferul ei. Durata timpului de scurtcircuit este mai mare pe bază şi mult mai mic pe puls, datorită diferenţei dintre cei doi curenţi. Transferul picăturilor este strâns legat de tipul electrozilor, caracterul învelişului şi nu în ultimul rând de parametrii tehnologici de sudare utilizaţi şi de calificarea sudorului. Întotdeauna numărul scurtcircuitelor este mai mare la electrozi bazici decât la electrozii rutilici, în primul rând datorită dimensiunilor diferite ale picăturilor în cazul celor două tipuri de electrozi. In concluzie înregistrarea şi oscilografierea arcului electric la sudare reprezintă alături de filmarea rapidă o metodă modernă de analiză a arcului electric. Aceasta permite o înţelegere mai bună a a fenomenelor ce au loc în arcul electric şi prin urmare posibilitatea explicării acestor fenomene, a aspectelor legate de stabilitatea arcului electric, modul de transfer a picăturii, aspectele tehnologice, etc.. Acest lucru este probat în capitolul următor în cadrul cercetărilor experimentale privind sudarea în current pulsat cu electrod învelit.

54 V. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND SUDAREA MANUALĂ ÎN CURENT PULSAT CU ELECTROD ÎNVELIT 5.1. Motivaţia cercetării Sudarea în curent pulsat reprezintă o opţiune tot mai atractivă pentru realizarea unor suduri performante dpdv tehnologic şi calitativ, datorită avantajelor pe care procedeul le oferă, în special controlul modului de transfer şi a energiei introduse în componente. Folosirea curentului pulsat la sudarea manuală cu electrod învelit era considerată, până nu de mult şi de mulţi, improprie pentru acest procedeu, fără intuirea unor potenţiale avantaje tehnologice. Lucrarea prezintă în premieră această nouă provocarea a surselor moderne cu invertor şi anume sudarea manuală cu electrozi înveliţi în curent pulsat. In acest caz avantajul curentului pulsat este pus în legătură, în primul rând, cu controlul băii de metal topit, a volumului acesteia, asemănător cu sudarea manuală WIG în curent pulsat folosind frecvenţe mici. Cercetările experimentale pun în evidenţă aspectele tehnologice constatate în cazul folosirii curentului pulsat la sudarea manuală cu electrozi înveliţi cu echipamentul de sudare STEL aflat în dotarea catedrei de sudură, influenţa frecvenţei curentului pulsat asupra stabilităţii arcului electric, asupra geometriei cusăturii, respectiv înregistrează, analizează şi interpretează forma impulsurilor de curent şi fenomenele ce au loc în timpul sudării pentru înțelegerea modului de transfer a picăturii în acest caz. Pentru înțelegerea cadrului de desfăşurare a cercetării ştiinţifice pentru început se face a analiză teoretică comparativă între sudarea WIG respectiv MIG/MAG în curent pulsat Sudarea WIG în curent pulsat Sudarea prin topire cu arcul electric în curent pulsat se deosebeşte de sudarea clasică sau sudarea standard prin faptul că, curentul de sudare nu este constant în timp ci variază între o valoare maximă numită curent de puls şi o valoare minimă numită curent de bază cu o anumită frecvenţă, figura 5.1. Figura 5.1. Principiul sudării în curent pulsat Prin ajustarea după dorinţă a nivelului parametrilor specifici: Ip, Ig, tp, tg şi f este posibilă dozarea precisă a energiei introduse în componente. Topirea materialului şi formarea băii metalice au loc în timpul unui impuls, în timp ce în timpul de bază se menţine arderea stabilă a arcului electric, realizîndu-se o răcire cu solidificarea parţială băii topite. La acelaşi curent mediu de sudare, pătrunderea cusăturii e mai mare ca la sudarea clasică, iar energia liniară este mai mică. In cazul sudării WIG în curent pulsat alegerea frecvenţei impulsurilor depinde de scopul tehnologic urmărit. Se disting următoarele situaţii:

55 la sudarea manuală cu material de adaos se recomandă frecvenţe f < 10 Hz (uzual 0,5 2Hz); are loc o solidificare parţială a băii metalice în timpul de bază putându-se controla astfel volumul băii metalice; creşterea frecvenţei la valori de zeci sau sute de Hz determină finisarea grăunţilor la sudarea unor materiale (de exemplu titan); la sudarea cu valori foarte mari ale vitezei de sudare respectiv la curenţi de sudare foarte mici folosind f > 100 Hz 2000 (10000) Hz, are loc creşterea stabilităţii arcului şi evitarea suflajului termic şi magnetic al arcului. Utilizarea curentului pulsat se aplică la sudarea tablelor subţiri, la stratul de rădăcină, în poziţii dificile. Curentul de puls are valori de 1,5-2 ori mai mari decât curentul clasic. Curentul de bază se ia de obicei 25% din curentul de impuls iar timpul de impuls e de 0,02-1 s. Din punct de vedere operatoriu sudarea se desfăşoară după cum urmează: pistoletul se menţine pe loc în timpul de impuls şi se retrage în timpul de bază, iar materialul de adaos se introduce în timpul de impuls şi se scoate în timpul de bază Sudarea MIG/MAG în curent pulsat Deosebirea esenţială dintre sudarea MIG/MAG în impulsuri şi sudarea MIG/MAG standard constă în faptul că ştim în acest caz, curentul de sudare nu mai este constant în timp, ci variază periodic între o valoare maximă curent de puls şi o valoare minimă curent de bază cu o anumită frecvenţă, figura 5.2. Fig. 9 Fig. 10 a. b. Figura 5.2. Principiul sudării MIG/MAG în curent pulsat În timpul de puls t p, denumit şi timp cald, valoarea ridicată a curentului de puls I p determină topirea rapidă şi desprinderea sub efectul forţelor electromagnetice a picăturii de metal de dimensiuni mici fără scurtcircuitarea arcului electric, asemănător transferului prin pulverizare, figura 2.a. În timpul de bază t b, denumit şi timp rece, curentul de bază I b de valori relativ mici asigură întreţinerea arderii stabile a arcului electric fără însă să producă topirea sârmei, respectiv transferul picăturii. Valoarea medie a curentului obţinut se situează, în funcţie de valorile parametrilor curentului pulsat, în domeniul transferului prin scurtcircuit sau intermediar corespunzătoare sudării clasice folosind curent constant. Parametrii tehnologici ai curentului pulsat Principalii parametri ai curentului pulsat sunt, figura 2.b: curentul de puls I p ; curentul de bază I b ; timpul de puls t p ; timpul de bază t b ; frecvenţa pulsurilor f; durata ciclului de puls t c ; curentul mediu de sudare I m ; curentul critic (de tranziţie ) I tr ; curentul efectiv I ef ; unde: f = 1/t C

56 I m = ( I P t P + I b t b )/t C = f (I P t P + I b t b ) I ef = 1/t c i 2 S dt, I ef > I m I P I tr Timpul de puls t P este de valori foarte mici (de ordinul milisecundelor 2-5 ms) şi depinde de valoarea lui I P şi de materialul sârmei electrod. El se corelează cu I P şi se alege astfel încât la sudare să avem transferul unei singure picături pe puls. Acest mod de transfer este cunoscut sub denumirea de transfer sinergic în curent pulsat şi reprezintă idealul transferului la sudarea prin topire cu electrod fuzibil pentru că este controlat foarte bine modul de transfer şi energia introdusă în componente. Timpul de bază t b are valori mai mari decât t P şi el variază odată cu modificarea frecvenţei curentului. Curentul de bază I b se recomandă la valori cât mai mici variind foarte puţin cu creşterea curentului mediu de sudare respectiv a vitezei de avans a sârmei. Ceea ce se modifică la sudarea în curent pulsat este frecvenţa pulsurilor odată cu modificarea vitezei de avans a sârmei electrod şi cu curentul mediu de sudare, figura 5.3. Figura 5.3. Corelaţia viteza de avans a sârmei frecvenţa pulsurilor Şi în acest caz puterea arcului respectiv curentul mediu de sudare I m se reglează prin modificarea vitezei de avans a sârmei electrod. Aceasta determină modificarea frecvenţei astfel încât dimensiunea picăturii să fie aproximativ constantă indiferent de valoarea curentului de sudare: v ae I sm f d picăt = ct. Frecvenţa se poate modifica automat în timpul sudării dacă se modifică lungimea capătului liber al sârmei astfel: dacă l cl creşte frecvenţa pulsurilor scade şi invers astfel încât dimensiunea picăturii respectiv revenirea în punctul stabil de funcţionare să se facă prin fenomenul de autoreglare, fără intervenţia operatorului. Valori informative ale parametrilor: I P = A; I b = A; t P = 2-5 ms; f = Hz. Procedeul este ideal pentru sudarea aluminiului şi aliajelor sale pentru că asigură o calitate şi aspect foarte bun al sudurii, comparabil cu sudarea WIG. Se recomandă doar în cazul transferului prin scurtcircuit şi intermediar pentru eliminarea dezavantajelor acestor moduri de transfer. La sudarea oţelurilor nealiate şi slab aliate se recomandă doar în domeniul arcului intermediar pentru că în domeniul arcului scurt puterea arcului este mai mare în curent pulsat şi există pericolul străpungerii tablelor respectiv în domeniul arcului prin pulverizare puterea arcului pulsat este mai mică decât a arcului prin pulverizare şi deci nu se justifică tehnologic. Utilizarea sudării MIG/MAG în curent pulsat se face la: sudarea tablelor subţiri, stratului de rădăcină, sudarea în poziţii dificile, când se doreşte eliminarea sau reducerea stropirilor la sudare sau pentru o estetică mai bună a cusăturii.

57 Bazele sudării în curent pulsat cu electrod învelit Ideea utilizării curentului pulsat la sudarea electrică manuală cu electrod învelit porneşte de la observaţia influenţei frecvenţei, constatată la sudarea manuală WIG cu material de adaos, asupra volumului băii, prin solidificarea parţială a băii metalice în timpul de bază, putându-se controla astfel volumul acesteia. Prin urmare utilizarea curentului pulsat la sudarea manuală cu electrod învelit este fezabilă, sau interesantă, doar în domeniul frecvenţelor mici, sub 10Hz, aşa cum se va prezenta în cele ce urmează. Sudarea în curent pulsat cu frecvenţe mici se recomandă atunci când trebuie asigurat un control sau o stăpânire a băii de metal topit, ca de exemplu la sudarea stratului de rădăcină sau la sudarea în poziţii dificile. Această tehnică de sudare este realizabilă dacă parametrii curentului pulsat permit solidificarea parţială a băii metalice, ceea ce implică ca intre valoarea curentului de impuls şi cea a curentului de bază să fie diferenţe relativ mari, respectiv timpul dintre impulsuri sa fie considerabil. În timpul curentului de impuls de valori mari are loc topirea materialului de bază şi a materialului electrodului. In timpul curentului de bază, redus, baia de metal topit începe să se solidifice parţial începând de la marginile băii. Datorită faptului că în acest timp arcul se deplasează cu viteza de sudare, sudura care rezultă se compune dintr-o succesiune de puncte suprapuse, figura 5.4. Figura 5.4. Suprapunerea parţială a băilor metalice succesive la sudare Aceasta se observă din aspectul suprafeţei exterioare a sudurii sub forma unor solzi uniform distribuiţi, figura 5.5. Figura 5.5. Aspectul suprafeţei exterioare a sudurii în curent pulsat Privit în ansamblu, datorită solidificării parţiale a băii, volumul acesteia este mai mic decât la sudarea în curent constant şi prin urmare baia poate fi controlată mai uşor. Datorită însă curentului de impuls mare se asigură o pătrundere suficientă. Realizarea acestor condiţii este posibilă însă numai dacă între faza curentului de impuls şi faza curentului de bază se obţine o diferenţă de temperatură suficient de mare a băii metalice. Acest lucru este posibil numai dacă frecvenţa impulsurilor este mai mică de 6 Hz, figura 5.6.

58 Figura 5.6. Influenţa frecvenţei asupra temperaturii băii metalice Se observă că diferenţa cea mai mare între temperatura maximă a băii metalice în timpul curentului de puls şi temperatura maximă a băii în timpul curentului de bază se obţine pentru o frecvenţă a curentul mai mică de 2 Hz. Această diferenţă scade o dată cu creşterea frecvenţei, astfel că la o valoare mai mare de 6-7Hz devine practic nulă. Această observaţie importantă conduce la o concluzie fără echivoc că în cazul în care la sudare se urmăreşte controlul volumului băii metalice se impune întotdeauna utilizarea curentului de sudare de frecvenţă mică Prezentarea sursei de sudare în curent pulsat Ideea folosirii pentru prima dată, a curentului pulsat cu frecvenţă mică, la sudarea manuală cu electrod învelit aparţine firmei STEEL din Italia, care a implementat această soluţie tehnică pe unele din sursele sale de sudare destinate sudării manuale cu electrod învelit, frecvenţa de variaţie a curentului de sudare fiind limitată la 5Hz. Ideea are la bază aspectele teoretice privind controlul volumului băii metalice la frecvenţe joase, prezentate în capitolul de mai sus. Una din sursele de sudare ale firmei STEEL pe care este implementată această funcţie nouă de sudare în curent pulsat pentru sudarea manuală cu electrod învelit este sursa cu invertor tip MAX dp - 201C, care permite atât sudarea cu electrod învelit (MMA) cât şi sudarea cu electrod nefuzibil WIG, respectiv este compatibilă şi pentru sudarea manuală cu electrozi celulozici. Câteva din caracteristicile tehnico-funcţionale ale sursei sunt prezentate mai jos, după cum urmează: - tensiunea de alimentare: 1 x 230V, la o frecvenţă de 50/60Hz; - curentul de sudare: 200A la DA 20%, respectiv 140A la DA 100%; - tensiunea de mers în gol: 100V; - tensiunea arcului: 20 28V; - dinamica arcului (Arc Force): 0-200% la electrozi bazici şi 0-500% la electrozi celulozici; - frecvenţa impulsurilor: 0,4 5Hz la procedeul MMA, respectiv 0,4 999Hz la procedeul WIG; In ceea ce priveşte caracteristicile curentului pulsat la sudarea manuală cu electrod învelit MMA se reţin: - frecvenţa impulsurilor: 0,4 5 Hz, reglaj continuu; - curentul de impuls maxim: 200A, reglabil continuu; - curentul de bază: 50% din curentul de impuls (rezultă din curentul de impuls - nu se poate regla independent; de ex.: I p = 100A, rezultă automat I b = 50A); - durata ciclului t c = 1/f = ,2s (se modifică cu reglarea frecvenţei); - timpul de puls t p egal cu timpul de bază t b : t p = t b = (1/2)xf: f = 0,5Hz: t p = t b = 1s; f = 5Hz: t p = t b = 0,1s; - curentul mediu de sudare: I m = (I p xt p + I b xt b )/f = (I p + I b )/2; (vezi exemplul de mai sus I m = 75A) Obs.: setarea funcţiei de sudare in curent pulsat se face prin activarea modului pulsat a butonului FUNCTION; în caz contrar sursa funcţionează în modul standard cu curent constant;

59 Avantajele preconizate ale sudării în curent pulsat cu electrod învelit sunt: - stabilitate mai bună a arcului electric (în special la curenţi de sudare mici); - posibilitatea folosirii unor diametre de electrozi mai mari la sudarea tablelor subţiri, respectiv folosirea unor curenţi de sudare medii mai mici la acelaşi diametru de electrod cu păstrarea stabilităţii arcului electric ca la sudarea clasică; - reducerea pericolului de străpungere la sudarea tablelor subţiri (densităţi mici de curent); - un control mai bun al transferului picăturii prin arc; - un control al energiei liniare introduse în piese; - prietenos cu operatorul sudor; - obţinerea unei suprafeţe exterioare a sudurii cu solzi regulaţi (mai fini sau mai grobi în funcţie de frecvenţa impulsurilor) asemănător cu sudarea WIG; în special la sudarea cu frecvenţe mari, 4-5 Hz, sudura devine estetică cu solzi fini şi regulaţi; - asigură o punte de legătură mai bună şi sigură în cazul rosturilor cu deschidere variabilă sau dezaxate (vezi sudarea pe circumferinţă a ţevilor de diametre mari); - pătrundere sigură şi mai uşor de realizat în cazul sudurilor cap la cap pătrunse dintr-o parte; - potrivit (ideal) la sudarea vertical descendentă a ţevilor folosind electrozi celulozici; Procedeul comportă la prima vedere două dezavantaje: - productivitate mai redusă (curenţi de sudare medii mai reduşi, implicit viteze de sudare mai mici); - fluctuaţiile luminozităţii arcului pot deranja ochii operatorului sudor; 5.3. Cercetări experimentale Cercetările experimentale s-au axat pe următoarele direcţii: - studiul sudării manuale cu electrod învelit în curent pulsat vs. sudarea standard prin efectuarea de depuneri cu diferiţi electrozi; - influenţa sudării în curent pulsat asupra geometriei cusăturii la îmbinări cap la cap si de colţ; - oscilografierea formei impulsurilor curentului pulsat şi interpretarea rezultatelor Studiul sudării manuale cu electrod învelit în curent pulsat vs. sudarea standard Cercetările experimentale au urmărit, în această fază, studiul sudării manuale cu electrod învelit în curent pulsat, modul operator şi impactul psihologic asupra sudorului, influenţa frecvenţei impulsurilor asupra geometriei depunerilor respectiv asupra formării băii de metal topit cu efecte privind aspectul suprafeţei exterioare şi estetica acesteia, etc. Încercările s-au desfăşurat prin realizarea unor depuneri de metal pe o tablă de oţel, folosind valori diferite ale curentului de sudare (curent de impuls respectiv curent mediu), respectiv valori diferite ale frecvenţei impulsurilor, cuprinse între 0,5Hz respectiv 5Hz. S-au folosit două mărci de electrozi diferite, SUPERTIT FIN (cu înveliş rutilic) respectiv TISSEN CEL 70 (cu înveliş celulozic), la un diametru de electrod de 3,25mm în ambele cazuri. Valorile parametrilor tehnologici de sudare sunt prezentate în tabelul 5.1. Tabelul 5.1. Moduri şi parametri tehnologici de sudare pentru depuneri Nr. crt. Tipul electrodului Diametrul electrodului Curentul de impuls I p (A) Curentul de sudare mediu I m (A) Frecvenţa impulsurilor f (Hz) Mod de lucru standard pulsat 1.5 SUPERTIT 3, , standard pulsat

60 , , ,5 pulsat ,5 TISSEN 2.5 3, ,0 CEL standard , ,5 pulsat Aspectul exterior a suprafeţei sudurilor executate cu electrozi titanici respectiv celulozici este prezentat în figura 5.7 respectiv în figura 5.8. Geometria depunerilor se prezintă în figura 8, în partea de sus sunt depunerile cu electrodul titanic, iar în partea de jos sunt depunerile cu electrodul celulozic. Figura 5.7. Aspectul depunerilor cu electrodul titanic Figura 5.8. Aspectul depunerilor cu electrodul celulozic Figura 5.9. Geometria depunerilor

61 În urma cercetărilor efectuate pot fi trase câteva concluzii interesante: - controlul băii metalice la sudarea în curent pulsat cu frecvenţe mici este evident; - solidificarea parţială a băii metalice în timpul curentului de bază se manifestă prin formarea pe suprafaţa exterioară a sudurilor a unor solzi regulaţi şi simetrici, a căror formă şi mărime depinde de frecvenţa impulsurilor, fini la frecvenţe de 4-5Hz, grobi la frecvenţe de 0,5-1,0Hz; - estetica sudurilor la frecvenţe mari este îmbunătăţită comparativ cu sudarea în curent constant, prin formarea dirijată a solzilor; - la acelaşi curent mediu de sudare se observă o îmbunătăţire a pătrunderii ca efect al impulsurilor de curent; - nu există şi nici nu se poate vorbi de o sincronizare, o sinergie, între transferul metalului topit şi frecvenţa impulsurilor; prin urmare folosirea curentului pulsat la sudarea manuală cu electrod învelit are obiect doar asupra controlului volumului băii metalice prin solidificarea parţială a acesteia; - efectul psihologic asupra sudorului este bun, senzaţia unui control mai bun asupra băii metalice îi dă un comfort şi mai multă încredere; - sursa de sudare dovedeşte excepţionale proprietăţi de dinamică atât la sudarea cu electrozi titanici, cât mai ales la sudarea cu electrozi celulozici; - sudarea manuală cu electrod învelit în curent pulsat pare fezabilă şi pot fi obţinute efecte benefice; - se impune extinderea şi diversificarea cercetărilor pentru o evaluare mai completă; Influenţa sudării în curent pulsat asupra geometriei sudurii la îmbinări sudate de colţ Cercetările experimentale au urmărit evidenţierea sudării în curent pulsat şi a frecvenţei impulsurilor asupra aspectului exterior respectiv asupra geometriei sudurii pentru îmbinări sudate în colt nepătrunse, respectiv s-a urmărit influenţa frecvenţei curentului pulsat asupra stabilităţii arcului, stropirilor, etc., comparativ cu sudarea standard. Cercetările s-au desfășurat în următoarele condiţii de sudare: - metalul de bază: S235; - grosimea: s = 8mm; - tipul îmbinării: în colţ, nepărtrunsă; - marca electrodului: SUPERBAZ; - diametrul electrodului: d = 3,25mm; - modul de sudare: o standard: curentul de sudare: Is = 130A o în curent pulsat: curentul mediu de sudare: Ism = 130A; curentul de puls: Ip = 174A; curentul de bază: Ib = 86A; (Ib = 1/2Ip) frecvenţa pulsurilor: 1Hz; 2Hz; 3Hz; 4Hz; 5Hz; perioada T = 1/f = 1s; 0,5s; 0,33s; 0,25s; 0,2s (funcţie de frecvenţa pulsului); timpul de puls tp = timpul de bază tb = 1/T = 0,5s; 0,25s; 0,165s; 0,125s; 0,1s (funcție de frecventa pulsului); curentul mediu de sudare: calcula cu relaţia: Ism = (Ipxtp + Ibxtb)/T = 1/f(Ipxtp + Ibxtb) =(Ip + Ib)/2 viteza de sudare: vs = 17-18cm/min = const. temperatura probelor: T = 20ºC = const.

62 Se observă că s-a urmărit păstrarea constantă a parametrilor principali de sudare, curentul de sudare respectiv viteza de sudare, în toate cazurile pentru evidenţierea cât mai corectă şi obiectivă a influenţei frecvenţei pulsurilor la sudare comparativ cu sudarea standard. Înregistrarea parametrilor de sudare este prezentată figura Figura Înregistrarea parametrilor de sudare Aspectul suprafeţei exterioare a sudurilor pentru cele 6 suduri in colt (1 depunere standard cu Is =ct. respectiv 5 depuneri cu frecvente variabile si Ism = ct.) este prezentat în figurile Aspectul geometriei sudurilor pentru cele 6 suduri în colţ este prezentat în figurile In urma executării acestor suduri si a analizei sudurilor din figurile se desprind următoarele concluzii interesante: - stropirile sunt mai mari si mai multe în cazul sudarii in curent pulsat decât la sudarea clasică sau standard; - cele mai mari si mai multe stropiri sunt la sudarea cu frecvenţa cea mică de 1 Hz; - nivelul stropirilor si mărimea stropilor scad o dată cu creşterea frecvenţei pulsurilor; - aspectul exterior al sudurii este cel mai bun în cazul sudării standard; - se observă o finisare a solzilor de pe suprafaţa sudurilor o dată cu creşterea frecvenţei pulsului; - în toate cazurile stropirile sunt maxime în zona de capăt a sudurilor datorită manifestării suflajului magnetic (sudarea se face în curent continuu polaritate inversa CC+); - în toate cazurile stropirile sunt mai intense pe componenta orizontală decât pe cea verticală; - apar diferenţe la modul operator in funcţie de frecventa pulsurilor: o la frecvenţe mici sub 2Hz sudarea se face cu o mișcare intermitentă si anume sudorul se deplasează pe curentul de puls si stă pe loc pe curentul de bază; explicaţia este dată de faptul că la valoarea mică a curentului de bază comparativ cu curentul de puls nu se poate produce topirea metalului de bază lucru sesizat de sudor care simte nevoia să stea pe loc; topirea intensă a metalului de bază pe curentul de puls obligă sudorul să facă o mişcare de deplasare cu un pas după care iarași se opreşte; o se observă că modul operator în acest caz este exact invers ca în cazul sudării manuale WIG în curent pulsat unde are loc tot o mişcare intermitentă, dar de data aceasta sudorul stă pe loc în timpul de puls şi se deplasează cu un pas în timpul de bază; diferenţa este dată de modul de introducere a materialului de adaos la sudarea WIG independent de arcul electric;

63 o la creşterea frecvenţei peste 3Hz deplasarea arcului electric se face continuu, fără staţionări, întocmai ca la sudarea standard; în acest caz sudorul nu mai poate constata diferenţele de topire ale metalului de bază între curentul de puls şi curentul de bază. Figura Sudarea standard: f =0Hz Figura Sudarea in curent pulsat: f = 1Hz

64 Figura Sudarea in curent pulsat: f = 2Hz Figura Sudarea in curent pulsat: f = 3Hz Figura Sudarea in curent pulsat: f = 4Hz

65 Figura Sudarea in curent pulsat: f = 5Hz o aceste diferenţe în modul operator semnalate mai sus pot fi observate foarte bine în figura 4.20 pentru trei cazuri de sudare si anume sudarea cu frecvenţă mică de 1Hz la depunerea din stânga respectiv sudarea cu frecvenţă mare de 5 Hz la depunerea din dreapta, comparativ cu sudarea standard, cu frecvenţă de 0Hz, la depunerea din mijloc; se disting foarte clar solzii mari şi regulaţi la frecventa mică de pulsare a arcului, determinaţi de mişcarea intermitentă a arcului (întocmai ca la sudarea WIG cu material de adaos) respectiv dimensiunile mici ale solzilor abia perceptibili la creşterea frecvenţei, comparativ cu sudarea fără pulsuri unde aspectul sudurii este cel mai bun solzii fiind mult mai fini şi mai regulaţi datorită topirii uniforme a electrodului respectiv deplasării cu viteză constantă a arcului electric. Figura Aspectul depunerii funcţie de frecvenţa pulsurilor - stânga f= 1Hz; - dreapta f = 5Hz; - mijloc f = 0Hz(clasic) - la frecvenţe mici sub 2Hz sudorul are un control mai bun a băii metalice; - frecvenţa arcului electric este deranjantă pentru sudor, putând constitui un factor de stress suplimentar;

66 - se constată o diminuare a volumului băii de metal şi de zgură explicabilă prin solidificarea parţială a celor două băii pe curentul de bază ceea ce-i dă sudorului un comfort in plus la sudare; Aspectul macroscopic al sudurilor de colţ realizate este prezentat în figurile Figura Aspectul macroscopic al sudurilor de colţ (Atac cu NITAL 10%) Figura Detaliu: f = 0Hz (stânga); f = 5Hz (dreapta)

67 Figura Detaliu: f = 1Hz (stânga); f = 2Hz (dreapta) Figura Detaliu: f = 3Hz (stânga); f = 4Hz (dreapta) Analiza macrostructurilor permite desprinderea unor concluzii importante privind influenţa frecvenţei pulsurilor la sudare asupra geometriei cusăturilor de colţ după cum urmează: - frecvenţa pulsurilor influenţează evident geometria sudurilor de colţ; - cea mai evidentă influenţă se observă asupra pătrunderii sudurii şi anume pătrunderea sudurii creşte la pulsarea curentului comparativ cu sudarea standard fără pulsuri; - pătrunderea sudurii este mai sigură si mai bună la sudarea în curent pulsat, explicabilă prin valoarea ridicată a curentului de puls mai mare ca a curentului constant (în cazul nostru Ip 174A comparativ cu Is = 130A pentru un diametru de electrod de = 3,25mm); aceasta determină o putere mai mare a arcului electric si prin urmare mai multă căldură cedată componentelor; - pătrunderea cea mai bună şi mai uniformă se observă la proba sudată cu frecvenţe de 3Hz respectiv 4Hz (figura 5.21); - la frecvenţe sub 3Hz suprafaţa sudurii devine plană şi evident mai lată, comparativ cu sudarea standard, ca efect a alungirii arcului electric pe curentul de puls; - creșterea frecvenţei la 4-5Hz conduce la o suprafaţă convexă şi evident mai îngustă asemănătoare cu cea obţinută la sudarea standard, ca efect a concentrării arcului electric; - la sudarea cu curent constant pătrunderea sudurii in colţ este acceptabilă, dar la limită; - era de aşteptat ca pătrunderea să fie maximă pentru frecvenţa de 1Hz ca efect a modului operator cu deplasarea cu intermitenţă a arcului electric; posibil însă ca aceasta să varieze de la un punct la altul funcţie de zona unde se face secționarea probei, adică în zona curentului de puls sau a curentului de bază; - nu sunt evidenţiate defecte macroscopice in sudurile realizate; - concluzia tehnologică cea mai importantă desprinsă din aceasta analiză este că pătrunderea sudurii la sudarea in curent pulsat este mai bună şi mai sigură decât la sudarea standard Influenţa sudării în curent pulsat asupra geometriei sudurii la îmbinări sudate cap la cap Cercetările experimentale au urmărit şi în acest caz evidenţierea sudării în curent pulsat şi a frecvenţei impulsurilor asupra aspectului exterior respectiv asupra geometriei sudurii pentru îmbinări sudate cap la cap, în principal asupra pătrunderii la rădăcină, respectiv s-a urmărit influenţa frecvenţei curentului pulsat asupra stabilităţii arcului, stropirilor, etc., comparativ cu sudarea standard. Cercetările s-au desfășurat în următoarele condiţii de sudare: - metalul de bază: S235;

68 - grosimea: s = 8mm; 10mm; - tipul îmbinării: cap la cap, cu rost prelucrat; - marca electrodului: SUPERBAZ; - diametrul electrodului: d = 3,25mm; - modul de sudare: o standard: curentul de sudare: Is = 100A o în curent pulsat: curentul mediu de sudare: Ism = 100A; curentul de puls: Ip = 134A; curentul de bază: Ib = 67A; (Ib = 1/2Ip) frecvenţa pulsurilor: 1Hz; 2Hz; 3Hz; 4Hz; 5Hz; perioada T = 1/f = 1s; 0,5s; 0,33s; 0,25s; 0,2s (funcţie de frecvenţa pulsului); timpul de puls tp = timpul de bază tb = 1/T = 0,5s; 0,25s; 0,165s; 0,125s; 0,1s (funcție de frecventa pulsului); curentul mediu de sudare: calcula cu relaţia: Ism = (Ipxtp + Ibxtb)/T = 1/f(Ipxtp + Ibxtb) =(Ip + Ib)/2 viteza de sudare: vs = 15-16cm/min = const. temperatura probelor: T = 20ºC = const. De asemenea s-a urmărit păstrarea constantă a parametrilor principali de sudare, curentul de sudare respectiv viteza de sudare, în toate cazurile pentru evidenţierea cât mai corectă şi obiectivă a influenţei frecvenţei pulsurilor la sudare comparativ cu sudarea standard. Pregătirea componentelor şi înregistrarea parametrilor de sudare este prezentată figura 5.22.

69 Figura Condiţiile şi geometria rosturilor la sudare Influenţă frecvenţei pulsurilor asupra pătrunderii la rădăcină Studiul s-a efectuat prin efectuarea unor suduri pe o îmbinare cap la cap cu grosimea componentelor de 6mm respectiv cu rost în Y: α = 60⁰; b = 3mm; c = 2mm figura 5.23.

70 Figura Forma şi dimensiunile rostului Aspectul suprafeţei exterioare a sudurilor respectiv aspectul la rădăcină pentru pentru cele 6 suduri cap la cap (1 sudură standard cu Is =ct. respectiv 5 suduri cu frecvente variabile si Ism = ct.) este prezentat în figurile 5.24 respectiv Figura Suprafaţa exterioară a sudurilor, f = 0. 5Hz Figura Aspectul la rădăcină In urma executării acestor suduri si a analizei sudurilor din figurile 5.24 respectiv 5.25 se desprind următoarele concluzii interesante: - din lipsă de material sudarea s-a făcut pe o singură probă, ceea ce a influenţat intr-un fel rezultatele studiului în sensul că s-a produs închiderea rostului sub acţiunea contracţiei de la sudare, după cum se va observa în continuare; - sudarea cu frecvenţa de 0Hz respectiv 1Hz s-a făcut cu pendularea electrodului, impusă de deschiderea mare a rostului, b = 3mm; prin urmare sudura este mai lată, iar pătrunderea la sudare este bună cu o supraînălţare suficientă; - aspectul rădăcinii este mai bun si mai uniform la sudarea pulsată, figura 5.25; - modul de execuţie a pendulării a diferit în cele două cazuri şi anume pentru sudarea standard pendularea s-a realizat continuu cu o anumită frecvenţă impusă de controlul băii metalice şi a

71 pătrunderii, în timp ce pentru sudarea pulsată cu f = 1Hz pendularea s-a realizat cu intermitenţă, impusă de variaţia periodică a curentului între cele două limite curent de puls curent de bază; pe curentul de puls arcul electric era menţinut pe flancurile rostului pentru topirea sigură a acestora, iar pe curentul de bază s-a realizat pendularea electrodului de pe un flanc pe altul ceea ce a condus la evitarea pericolului de străpungere; frecvenţa fiind scăzută acest mod de lucru s-a realizat cu o foarte mare precizie şi siguranţă de către operatorul sudor; - s-a desprins concluzia că s-a născut o nouă tehnică de sudare a stratului de rădăcină specifică curentului pulsat cu frecventă redusă sub 2Hz, prin pendularea intermitentă a electrodului egală cu frecvenţa curentului pulsat; - închiderea rostului la sudare a făcut nerecomandabilă pendularea electrodului pentru următoarele secvenţe de lucru cu frecvenţe mărite, pentru a asigura pătrunderea la sudare; aceasta a obligat sudorul să sudeze fără pendulare la frecvenţele de 2Hz, 3Hz, respectiv 4Hz; prin urmare sudarea s-a făcut fără pendulare cu menţinerea electrodului în axa rostului în contact cu flancurile rostului; de aceea la exterior sudura este mai îngustă aşa cum se observă în figură; la rădăcină pătrunderea este la limită pentru frecvenţa de 2 Hz, respectiv insuficietă pentru frecvenţa de 3Hz, totul datorită închiderii foarte puternice a rostului în această zonă de mijloc a sudurii cum era de aşteptat dealtfel; - s-a născut si de această dată o nouă tehnică de sudare impusă de sudarea în curent pulsat la frecvenţe mai mari de 2Hz şi anume sudarea fără pendulare cu sprijinirea electrodului pe piesă cu aşa numitul arc înecat; aceasta tehnică impune însă alegerea cu mare grijă a deschiderii rostului la sudare, mai mică decât la sudarea standard cu pendulare respectiv cu măsuri tehnologice de evitare a închiderii rostuluila sudare; rădăcina obţinută este bună sigură şi uniformă; - concluzia de mai sus este confirmată şi pusă în evidenţă de sudurile realizate cu frecvenţele de 4Hz respectiv 5Hz, în zonele unde închiderea rostului nu a mai fost atât de mare ca urmare a amplasării acestor suduri la capetele probei sudate; se observă în primul rând pătrunderea foarte bună şi uniformă la rădăcina îmbinării sudate în acest caz; în plus sudarea cu arc înecat asigură o protecţie foarte bună a transferului picăturilor prin coloana arcului respectiv diminuează foarte mult stropirile la sudare (aproape ca nu apar stropiri); si toate acestea cu menţinerea unei stabilităţii foarte bune a arcului electric determinată desigur de dinamica excelentă a sursei de sudare cu invertor; sudarea cu o sursa de sudare standard cu redresor nu permite folosirea acestei tehnici de sudare care ar duce la scurtcircuite puternice cu stropiri si stingerea arcului electric; - rezultatele si concluziile observate în acest stadiu al cercetării vor fi folosite pentru studiile ce urmează; - concluzia cea mai importantă în acces caz este ca sudarea în curent pulsat determină două tehnici de sudare în rost, respectiv la rădăcină; o la frecvenţe mici sub 2Hz sudarea se face cu intermitenţă, cu pendulare electrodului cu o frecvenţă egală cu frecvenţa pulsurilor, în timpul de puls arcul stă pe flancurile rostului, iar în timpul de bază arcul se deplasează de pe un flanc pe altul; aceasta tehnică asigură pe de o parte topirea sigura a flancurilor, iar pe de altă parte evitarea străpungerii la rădăcină; o la frecvenţe mai mari de 2Hz sudarea la rădăcină se face fără pendularea electrodului cu sprijinirea electrodului pe flancurile rostului, aşa numitul arc înecat; rădăcina este foarte bună, sigură, uniformă şi fără pericol de străpungere; necesită însă o alegere corectă a deschiderii rostului şi evitarea modificării acesteia in timpul sudării; sudorul este mai relaxat si mai stăpân pe situaţie; Influenţa geometriei rostului la sudarea în curent pulsat Pornind de la rezultatele interesante obţinute în scap. precedent, pentru confirmarea acurateţii lor, cercetarea a continuat cu execuţia stratului de rădăcină a unor suduri cap la cap cu rost prelucrat cu diferite dimensiuni ale rostului.

72 In acest sens au fost pregătite şi sudate 3 probe cu diferite forme de rost şi de dimensiuni: a. Sudarea cap la cap cu rost în Y: α = 60⁰; b = 2mm; c = 1,5mm; s = 10mm; b. Sudarea cap la cap cu rost în Y: α = 60⁰; b = 3mm; c = 2mm; s = 10mm; c. Sudarea cap la cap cu rost în X: α = 60⁰; b = 3mm; c = 1,5mm; s = 10mm; Rezultatele cercetării şi analiza rezultatelor sunt prezentate în cele ce urmează. a. In figura 5.26 se prezintă aspectul sudurii pentru cazul a la suprafaţa exterioară respectiv la rădăcină în următoarele condiţii esenţiale de sudare: - curentul de puls Ip = 134A; - curentul de bază Ib = 67A; - curentul mediu Ism = 100A; - frecvenţa pulsurilor f = 5Hz; Figura Aspectul sudurii pentru Ism = 100A şi f = 5Hz Potrivit concluziilor din sub cap. anterior şi din observarea dimensiunilor rostului utilizat şi a frecvenţei pulsurilor este evident că tehnica utilizată ca mod operator la sudarea stratului de rădăcină a fost fără pendularea electrodului cu sprijinirea electrodului pe flancurile rostului. Suprafaţa sudurii este uniformă şi netedă, cu nivel redus al stropirilor respectiv cu stropi de dimensiuni mici. Se remarcă pătrunderea bună şi uniformă a sudurii la rădăcină folosind această tehnică de sudare, şi ca efect a utilizării curentului pulsat cu frecvenţa de 5Hz ceea ce-i conferă sudorului un bun control a băii metalice. Acest lucru este confirmat şi de aspectul macroscopic al sudurii, figura Figura Aspectul macroscopic al sudurii b. In figura 5.28 se prezintă aspectul sudurii pentru cazul b la suprafaţa exterioară respectiv la rădăcină în următoarele condiţii esenţiale de sudare: - curentul de puls Ip = 134A; - curentul de bază Ib = 67A; - curentul mediu Ism = 100A; - frecvenţa pulsurilor f = 5Hz;

73 Figura Aspectul sudurii pentru Ism = 100A şi f = 5Hz De această dată potrivit concluziilor din subcap. anterior şi din observarea dimensiunilor rostului utilizat este evident că tehnica utilizată ca mod operator la sudarea stratului de rădăcină a fost cu pendularea electrodului continuă a electrodului fără sprijinirea electrodului pe flancurile rostului, ca în cazul precedent. Suprafaţa sudurii este uniformă şi netedă, cu nivel mai crescut al stropirilor respectiv cu stropi de dimensiuni mai mari. Se remarcă pătrunderea mai bună şi uniformă a sudurii la rădăcină folosind această tehnică de sudare, în principal ca efect al deschiderii mai mari a rostului şi al pendulării electrodului. Pendularea electrodului favorizează pătrunderea mai mare şi mai sigură la rădăcină. Acest lucru este confirmat şi de aspectul macroscopic al sudurii, figura Figura Aspectul macroscopic al sudurii Sudura este uşor concavă şi se observă şi o tendinţă de scobire a flancului rostului stâng ca efect a unui arc de lungime mai mare folosit la sudare. c. In figura 5.30 se prezintă aspectul sudurii pentru cazul c la suprafaţa exterioară respectiv la rădăcină în următoarele condiţii esenţiale de sudare: - curentul de puls Ip = 134A; - curentul de bază Ib = 67A; - curentul mediu Ism = 100A; - frecvenţa pulsurilor f = 1Hz;

74 Figura Aspectul sudurii pentru Ism = 100A şi f = 1Hz Si de această dată potrivit concluziilor din subcap. anterior şi din observarea dimensiunilor rostului utilizat este evident că tehnica utilizată ca mod operator la sudarea stratului de rădăcină a fost cu pendularea electrodului, dar cu o frecvenţă egală cu a pulsurilor fără sprijinirea electrodului pe flancurile rostului, ca în cazul precedent. Suprafaţa sudurii este uniformă şi netedă, cu nivel mai crescut al stropirilor respectiv cu stropi de dimensiuni mai mari. Se remarcă pătrunderea bună şi uniformă a sudurii la rădăcină folosind această tehnică de sudare, în principal ca efect al deschiderii mai mari a rostului şi al pendulării electrodului. Pendularea electrodului favorizează pătrunderea mai mare şi mai sigură la rădăcină. Acest lucru este confirmat şi de aspectul macroscopic al sudurii, figura Figura Aspectul macroscopic al sudurii Deschiderea mare a rostului, b = 3mm respectiv pendularea electrodului cu frecvenţa pulsurilor, în cazul nostru fpendulare = fpuls = 1Hz, conduce la o topire şi o pătrundere sigură la rădăcină, cu o suprafaţă netedă şi uniformă. Aceasta face ca să nu mai fie necesară polizarea rădăcinii la sudarea pe partea opusă în cazul rosturilor prelucrate simetrice. Concluzia importantă şi în acest caz este că folosirea curentului pulsat la sudare conduce la o pătrundere mai bună şi mai sigură la rădăcinii sudurilor cap la cap cu rost prelucrat. Cele mai bune