SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE

APLICAŢIA 15 SUDAREA ELECTRICĂ PRIN PRESIUNE 1. Probleme generale Sudarea ee operaţia de îmbinare nedemonabilă a două au mai mule piee ub influenţa căldurii. Toaliaea operaţiilor ehnologice neceare realizării aceei îmbinări coniuie procedeul de udare al cărui rezula ee udura propriuziă. Procedeele de udare a pieelor mealice e po împărţi în două mari grupe şi anume: procedee de udare prin preiune (deformare plaică) şi procedee de udare prin opire. În ambele cazuri ee neceară o energie ermică furnizaă din exerior (arzăoare cu flacără, arc elecric, reacţii chimice exoerme ec.) penru a e aigura inerpărunderea reţelelor crialine ale maerialelor de îmbina. La udarea prin preiune, deformarea reţelei crialine conduce la o creşere a energiei poenţiale a aomilor şi penru a reveni la o are energeică abilă e impune ranformarea aceei energii în energie cineică. Converia energiei ee favorizaă de mărirea mobiliăţii aomilor, adică de încălzirea pieelor care e udează. Din aceaă cauză, deformarea plaică ee înoţiă de recerea curenului elecric prin zona de conac dinre piee, rezulând o caniae de căldură prin efec Joule-Lenz. Încălzirea e recomandă a e face înainea şi în impul deformării, deoarece creşerea emperaurii în zona de conac reduce eforul de compreiune, mărind în acelaşi imp rezienţa mecanică a îmbinării. Eforul de compreiune aplica din exerior erveşe la: - aducerea pieelor în conac inim şi realizarea deformării plaice neceare; - înlăurarea raului uperficial de impuriăţi; - obţinerea unei îmbinări compace, fără goluri şi cu eniuni mecanice redue; - eliminarea mealului opi dinre pieele de uda, la procedeele la care opirea are loc în paţii dechie. In funcţie de emperaura maximă aină de zonele în care are loc udarea, diingem: - udarea la rece; - udarea la cald în are olidă (prin rezienţă); - udarea la cald cu opire (prin cânei). Sudarea la rece are loc la o emperaură a zonei de conac mai mică decâ cea de recrializare, iar udarea la cald în are olidă are loc la emperauri cuprine înre cea de recrializare şi cea de opire. Dacă emperaura uprafeţelor în conac ee mai mare decâ cea de opire, aunci ne iuăm în cel de al reilea caz când apar cânei în zona îmbinării. Sudarea prin preiune, în funcţie de procedeul de lucru ale, poae fi cap la cap, prin punce, cu role, cu energie înmagazinaă, cu ulraunee ec.. Sudarea cap la cap Sudarea cap la cap e realizează la cald în are olidă au cu opire. În primul caz, capeele pieelor bine prelucrae un adue în conac şi li e aplică un efor de apăare. Apoi, e conecează ura de alimenare cu energie elecrică şi, după aingerea ării plaice a capeelor aflae în conac inim, e măreşe eforul de apăare, ceea ce are ca rezula refularea mealului şi deci, udarea pieelor. Îmbinarea obţinuă conţine impuriăţi de la uprafeţele limirofe şi oxizii formaţi în impul încălzirii. Procedeul decri fiind deul de coiior (e prelucrează mecanic uprafeţele în conac) e uilizează numai la îmbinarea barelor cu diamere ub 0mm au a ţevilor cu diamere mici şi pereţi groşi. Sudarea cap la cap cu opire e P, F 1 P F 1 F 3 Fig.15.1 Sadiile udării cap la cap cu opire inermediară F 3 poae execua în mai mule variane, dar cea mai de înâlniă ee cea cu opire inermediară în rei adii ucceive (fig.15.1) şi anume: preîncălzirea(1), opirea() şi refularea(3). Preîncălzirea are loc prin aducerea în conac şi prin prearea pieelor, ca şi la udarea în are olidă. Daoriă preiunii p de valoare ridicaă, rezienţa de conac ee mică şi apare un curen inen încâ preîncălzirea e face fără opire. Trepa capeele pieelor e încălzec, iar proeminenţele în conac aing emperaura de opire şi apar punţi de meal lichid înre aceea. O afel de pune (fig.15.) ee upuă la urmăoarele eforuri: - eniunea uperficială care inde ă măreacă diamerul d punţii de meal lichid; - forţa de conracţie F c generaă de efecul de aracţie dinre căile elemenare de curen parcure în acelaşi en de curenul de udare; - forţa elecrodinamică de aracţie F a dinre două bucle vecine; - forţa daoraă efecului de buclă F b al curenului elecric ce inde ă măreacă conurul circuiului elecric. 15-1

La creşerea curenului, forţele de aracţie şi (mai ale) conracţie devin preponderene, ecţiunea punţii cade şi în cele din urmă e ainge emperaura de vaporizare a mealului. Vaporii de meal, incluiv gazele formae, aing o preiune capabilă ă învingă eniunea uperficială şi are loc o împrăşiere a mealului ub formă de cânei. Prinr-o apropiere coninuă a pieelor e formează noi punţi de meal opi şi comprimare, elecrozii produc in maerial imprimări cu adâncimea de: (0,1.. 0,) g 10 - Examinând câmpul ermic în adiul final al udării e conaa că θ Φ max Q F c F b θ Φ med Φ min ΣQp d cale de curen F a Qu Q F c F b a b Fig.15. Forţe de acţiune aupra punţilor de meal lichid Fig.15.4 Curbe de încălzire la îmbinarea udaă prin punce începe cea de a doua fază, opirea, caracerizaă prinr-o ploaie coninuă de cânei. În ace imp zona incandecenă e exinde o mai mul până ce cuprinde înreaga uprafaţă fronală a pieelor. Când capeele un uficien de încălzie e rece la cea de a reia eapă, refularea, aplicându-e o preiune uficienă penru a avea loc udarea. 3. Sudarea prin punce Sudarea prin punce înlocuieşe niuirea şi e aplică la îmbinarea, prin uprapunere, a ablelor mealice. Cele două piee un adue în conac şi in zona îmbinării e aplică un efor de compreiune prin inermediul a doi elecrozi cilindrici, care un conecaţi la ecundarul unui 100 1500 600 C 900 C d in d n d e 300 C g Fig.15.3 Câmpul de emperaură la îmbinarea udaă prin punce ranformaor de forţă. Sudura ee de caliae aunci când nucleul cenral al zonei ce e udează (puncul de udare) ainge emperaura de opire (fig.15.3). Diamerul aceui punc d n ee aproximaiv egal cu diamerul de prijin al elecrodului şi e deermină cu: d e d n 3 ( δ + 3) 10 în care g ee groimea maerialului de uda, [mm]. Penru a împiedica ţâşnirea mealului opi din nucleul încălzi, ee necear ca acea din urmă ă fie înconjura de un inel cu diamerul d in în ineriorul căruia ablele e aing eanş. Prin 15- emperaura maximă e ainge în zona de conac a ablelor ( 100 C), înrucâ reziena de conac ee mai mare decâ cea corepunzăoare zonelor elecrodpieă. Penru a inenifica ranmiia căldurii in apropierea elecrozilor, aceşia e răcec cu apă. Vieza de ranmiere a căldurii depinde de fluxul ermic θ şi din analiza curbelor de încălzire (fig.15.4-a) raae penru curenţi de udare diverşi e obervă că emperaura de udare θ poae fi aină numai dacă fluxul ermic mediu Φ med depăşeşe o valoare minimă Φ min. Trebuie de preciza că fluxuri ermice ridicae aigură vieze de încălzire mari, deci conumuri de energie elecrică redue penru realizarea aceluiaşi punc de udare. Ecuaţia de bilanţ ermic la un proce de udare prin punce ee de forma: Q = Q u + Qp, [J] unde: Q u - caniaea de căldură uilă, neceară încălzirii şi opirii unui nucleu de meal cu diameru d m şi groime δ. Q p = Qc + Qr + Qa - pierderi de căldură; Q c - pierderi de căldură prin conducţie în maerialul pieelor de uda; Q r - pierderi de căldură prin convecţie şi radiaţie în mediul ambian; Q a - pierderi de căldură prin elecrozii răciţi cu apă. Pierderile de energie ermică un direc proporţionale cu duraa ciclului de udare (fig.15.4-b) şi penru impi de acţionare mici un neglijabile în rapor cu căldura uilă. Timpul necear udării unui punc depinde de groimea şi proprieăţile fizice ale maerialului de uda, de puerea maşinii de udare şi de eforul de compreiune. Orienaiv, duraa de udare a unui punc e poae conidera egală cu o ecundă penru fiecare milimeru groime de ablă (din oţel lab alia).

Din punc de vedere conruciv, uilajele deinae udării prin preiune (maşinile de udare) conţin o pare mecanică şi una elecrică. Parea mecanică (fig.15.5) erveşe la prinderea pieelor şi aigură eforul de apăare al elecrozilor pe zona de îmbinare. Acţionarea dipoziivelor de compreiune poae fi pneumaică, hidraulică au manuală. Parea elecrică are ca elemen principal un ranformaor de puere cu 4...1 repe de reglaj pe primar, ceea ce aigură o plajă uficien de largă penru curenul de udare. În cazul în care procedeul de udare neceiă impi foare exacţi de acţionare, cu un număr repea de cicluri de funcţionare, aunci înre reţea şi ranformaor e monează un conacor cu igniroane au irioare comanda de un releu elecronic de imp. 4. Caraceriicile elecrice ale maşinilor de udură prin preiune Dacă e neglijează curenul de magneizare şi pierderile în fier, chema echivalenă a unui circui de udare ee cea din fig.15.6 în care -a noa cu: U 1, I 1 - eniunea şi curenul primar; ~ 4 CM 5 6 N 1 Fig.15.5 Maşină de uda prin punce 1- elecrozi răciţi cu apă; - porelecrozi; 3- conole porelecrozi; 4- reor; 5, 6- iem de pârghii; 7- baiu; F- efor de apăare pe pedală (acţionare manuală); CM- conac mobil; CP- comuaor cu plouri (de reglaj); N 1, N - numărul de pire al înfăşurărilor primară şi ecundară. U 1, I - eniunea şi curenul ecundar, rapora la primar; CP N apă 3 3 apă 7 1 F 15-3 R c, X c - paramerii de curcircui ai ranformaorului; R c, X c - paramerii circuiului de udare raporaţi la primar; r - rezienţa de arcină (a udurii) raporaă la primar. iar randamenul inalaţiei devine: η = r r + ( R + R ) Valoarea aceuia ee aproximaiv η=0,4 în cazul unei dimenionări precie a uilajului de udare, când ermenul R c +R are o valoare apropiaă de r. Randamenul depinde în mare măură de ipul conruciv al maşinii, de modul de execuţie şi înreţinere a circuiului de udare, precum şi de calificarea peronalului de deervire. Afel, maşinile deinae îmbinării pieelor de gabari ridica au randamen căzu daoriă lungimii mari a circuiului de udare (conole şi porelecrozi lungi). În ceea ce priveşe facorul de puere, acea e deermină cu relaţia: co ϕ = c r + R + Rc ( r + R + Rc ) + ( x + xc ) R = Z şi are valori cuprine înre 0,5...0,6 deoarece reacanţa circuiului ee preponderenă i nu poae fi micşoraă prea mul din coniderene conrucive. Valorile redue ale randamenului şi facorului de puere au dezavanajul unei upradimenionări a uilajului, căci: S 1 = P /( co ϕ η) unde P ee puerea uilă neceară realizării unui punc de udură deerminaă cu: r P = r I = r k j I1 = U 1 Z Raporul de ranformare k j = U 1 /U j = I /I 1 penru reapa de reglare j e deermină din proba de mer în gol şi are valoarea U10 w1i k j = = U w R c X c R X U 1 U r iar dacă e părează eniunea de alimenarea conană, e poae modifica puerea uilă prin reglarea I 1 =-I raporului de ranformare. La alimenarea uniăţilor de mare puere, care în general un Fig.15.6 Schema echivalenă a circuiului de udare monofazae, po apare aimerii ale curenţilor şi eniunilor în iemul de alimenare. De aceea e recomandă fie funcţionarea imulană a rei maşini (la aproximaiv acelaşi curen de udare), fie imerizarea arcinii cu dipoziive peciale (Seinmez, ec.) în cazul conecării unei 0 j

ingure uniăţi. 5. Defăşurarea aplicaţiei Se vor examina şi chiţa părţile mecanice ale maşinii de udare prin punce aflaă în laboraor; Se va explica chema elecrică de funcţionare (fig.15.7) a maşinii de udare ce poae fi conecaă la reţea fie prin inermediul conacorului elecromecanic K, fie prin conacorul cu igniroane CI comanda de releul de imp RT; Se deermină, din proba de mer în gol, eniunile U 10j şi U 0j şi e calculează rapoarele de ranformare k j penru fiecare reapă de reglaj; Se deermină penru fiecare reapă de reglaj, din proba de mer în arcină, mărimile U 1, I 1, P 1 şi e calculează: - impedanţa oală de arcină: Z = U1 / I1 - rezienţa oală de arcină - impedanţa oală de arcină c 1 I1 R = r + R + R = P / X = R + X Se deermină, penru fiecare reapă de reglaj, din proba de curcircui (elecrozii aduşi în conac direc) mărimile U 1c, I 1c, P 1c şi e calculează rezienţa de curcircui a maşinii precum şi rezienţa udurii raporae la primar c = P1 c I1c r = R Rc R / Se deermină facorul de puere şi randamenul elecric pe fiecare reapă de eniune cu: η = r / R co ϕ = R / Z Se raează curbele de variaţie ale principalilor parameri elecrici în funcţie de raporul de ranformare k j. 15-4

TC K A C 1 I 1 I W D 1 D 3 TS D D 4 V 1 F 1 V C RT C 3 LS 1 K LS F RT Fig.15.7 Schema elecrică a maşinii de uda prin punce F 1, F iguranţe fuzibile; C 1, C, C 3 comuaoare; RT releu elecronic de imp; I 1, I igniroane; D 1..D 4 diode; A, V 1, V, W aparae de măură; TC ranformaor de curen; TS ranformaor de udare. 15-5