Evaluarea stadiului actual privind materialele de sudare performante

Evaluarea stadiului actual privind materialele de sudare performante

 

4.2. Materiale de sudare pentru industria navala

Ca si în multe alte domenii industriale si în constructiile navale s-a impus ca o cerinta obligatorie cresterea performantelor si a rentabilitatii. Realizarea unei constructii navale, cu costuri minime se obtine printr-o consecventa introducere a celor mai moderne metode de fabricatie, corelate cu o utilizare optima a materialelor pentru sudare performante, disponibile. Acestea solicita din partea constructorului foarte bune cunostinte în ceea ce priveste materialele pentru sudare si comportarea lor la diferite solicitari.

La fel ca si în cazul materialelor de baza, care au fost prezentate într-un subcapitol anterior, exista cerinte si pentru materialele pentru sudare folosite la realizarea îmbinarilor sudate, cerinte ce nu sunt întotdeauna în concordanta cu valorile orientative date pentru otelurile din constructia navala. Atribuirea gradelor de calitate materialelor pentru sudare, pentru diferite oteluri, este prezentata, functie de cerintele materialului sudat si în corelatie cu procedeele de sudare în tabelul 4.3. În timp ce materialele de baza, functie de gradul lor de calitate, sunt verificate pâna la -40⁰C, materialele pentru sudare trebuie sa dovedeasca o buna rezilienta doar pâna la -20⁰C. Desigur, ele au valorile medii ale caracteristicilor mai ridicate decât cele ale materialelor de baza cu care se compara.

Tabelul 4.3.

Cerinte referitoare la materialele de sudare si corespondenta materialelor de sudare cu oteluri din constructia navala

Deoarece constructia navala opereaza pe o piata mondiala în care sunt prezise noile preturi la care trebuie sa se ajunga, trebuie tot timpul sa se încerce cresterea capacitatii conventionale printr-o rationalizare cât mai accentuata atât în proiectare, cât si în productie. Tot aici, din considerente de calitate, dar si de producti 11511c211l vitate, se încearca si înlocuirea sudarii manuale prin procedee mecanizate de sudare. În acest sens, japonezii au realizat o munca de pionierat catre rationalizarea fabricarii prin sudare, prin folosirea de noi procedee moderne de sudare.

În figura 4.4. se prezinta o sectiune schematizata printr-un vapor, figura în care sunt prezentate posibilitatile de înlocuire a diferitelor procedee de sudare cu altele partial sau total mecanizate. În aceasta privinta, procedeele de sudare cu gaz protector se îndreapta în primul rând spre cele cu sârma tubulara sau cu mai multe sârme pline. Acestea se utilizeaza în special la constructia bloc-sectiilor, unde s-au impus pe plan mondial, dar se folosesc si la sudarea altor structuri interioare sau exterioare ale navelor.

Figura 4.4. Mecanizarea fabricatiei în constructia navala

1 - sudare mecanizata cu electrozi înveliti, 2 - sudare sub strat de flux (pozitie = pozitie opusa - tehnologie), 3 - sudare sub strat de flux a îmbinarilor în colt, 4 - sudare unilaterala cu gaz protector în pozitie w si s, 5 - sudare cu gaz protector, 6 - sudare electrica în baie de zgura a camerelor, 7 - sudare electrogaz

Dupa cum se vede din figura 4.3. sudarea manuala cu electrozi înveliti este utilizata în continuare în paralele cu procedeele mecanizate care se extind tot mai mult.

4.2.1. Materiale de sudare performante pentru sudarea electrica manuala în industria navala

Având în vedere volumul mare de sudura manuala utilizata înca în industria navala, în paralel cu perfectionarea unor caracteristici specifice (tenacitate marita la temperaturi negative, reducerea continutului de carbon echivalent din metalul depus s.a.) pe plan mondial s-au dezvoltat mult electrozii înveliti cu randamente marite de depunere de pâna la 22% în pozitie orizontala si 140 - 160% în pozitie verticala, cât si electrozi pentru sudare în toate pozitiile inclusiv vertical descendent.

Electrozii din acest domeniu se clasifica conform SR EN 499 care este identic cu standardul european EN 499 "Materiale pentru sudare - Electrozi înveliti pentru sudarea manuala cu arc electric a otelurilor nealiate si cu granulatie fina. Clasificare".

Simbolizarea randamentului de depunere se face conform tabelului 4.4.

Tabelul 4.4.

Simbolul pentru randamentul metalului depus si tipul de curent

În continuare, în tabelul 4.5 sunt prezentate câteva marci de electrozi înveliti cu caracteristici performante (randament de depunere mult marit) produse de firme recunoscute, utilizate în industria navala pe plan mondial.

Tabelul 4.5. 

Electrozi înveliti performanti (cu randament de depunere marit) pentru industria navala

Se observa ca toti producatorii au extins fabricatia electrozilor cu randament mult îmbunatatit la trei nivele de randament de depunere:

• 160% cu învelisuri bazice si rutilice utilizati pentru pozitii orizontale si orizontale în plan vertical;
• 180% cu învelisuri bazice si rutilice utilizate pentru pozitii orizontale cap la cap sau de colt;
• 200% cu învelisuri rutilice utilizati pentru pozitie orizontala cap la cap la umplerea rosturilor cu radacina sudata prin alte procedee sau alt tip de electrozi înveliti.

În afara principalei norme de clasificare - EN 499 adoptata si în România sub forma SR EN 499, la electrozii utilizati în industria navala sunt aplicabile urmatoarele norme:

• SR EN 22401:1996 Electrozi înveliti. Determinarea diferitelor randamente si a coeficientului de depunere
• SR EN 26847:1996 Electrozi înveliti pentru sudarea manuala cu arc electric. Executarea unei depuneri de metal topit în vederea analizei chimice
• STAS 1125/1-91 Sudarea metalelor. Electrozi înveliti pentru sudarea cu arc electric. Conditii tehnice generale de calitate
• SR EN 759:1997 Materiale de sudare. Conditii tehnice de livrare a materialelor de adaos pentru sudare. Tipul produsului, dimensiuni, tolerante si marcare
• STAS 10047/1-81 Sudarea metalelor. Determinarea continutului de hidrogen difuzibil din metalul depus cu electrozi înveliti, prin metoda extragerii în vid

4.2.2. Materiale de sudare performante pentru sudare mecanizata utilizate în industria navala

Dupa cum s-a aratat anterior, tendinta principala în industria navala este de extindere a unor materiale de sudare si conexe destinate unor procedee de mare productivitate pentru sudare în medii de gaze protectoare.

La sudarea în medii de gaze protectoare cu procedee de mare productivitate se pot utiliza:

• sârme pline
• sârme tubulare
• gaze si amestecuri de gaze de protectie

4.2.2.1. Sârme pline

În cazul aplicatiilor cu sârme pline se pot utiliza procedee cu o sârma sau mai multe sârme concomitente.

Cresterea productivitatii la sudarea MAG cu o singura sârma se bazeaza pe adoptarea parametrilor specifici sudarii în amestec de gaze protectoare cu electrod fuzibil, si anume:

• tensiunea arcului de amorsare;
• lungimea de amorsare;
• diametrul sârmei;
• compozitia amestecului de gaz protector;
• pozitia pistoletului.

Combinarea în mod adecvat a acestor parametrii permite cresterea vitezei de sudare sau a ratei de depunere rezultând procedee noi de sudare MIG-MAG cum sunt:

• RAPID MELT^TM;
• RAPID ARC^TM;
• T.I.M.E. (Transfered Ionized Molten Energy).

Aceste procedee diminueaza timpii efectivi de sudare cu mai mult de 50%, deci mecanizarea operatiei de sudare este vazuta sub alte aspecte. Utilizarea unor parametrii de sudare neconventionali poate conduce la cresterea considerabila a vitezei de sudare si a vitezei de depunere, diminuându-se astfel costurile de productie cu investitii minime.

Sudarea MAG cu doua sârme pline este o varianta a procedeului MAG, care a fost optimizata pentru productia de serie. Prin acest procedeu se poate marii puterea de topire si viteza de sudare. Viteze mari de sudare, care nu influenteaza geometria cusaturii, permit energii liniare mici si la puteri de topire mari, ceea ce face posibila folosirea procedeului si la oteluri de granulatie fina specifice anumitor constructii navale. Procedeul permite randamente de topire mai mari de 15 kg/h si viteze de sudare de aproximativ 2 m/min fata de 1,2 m/min la sudarea sub flux si 0,4 m/min la electrozii înveliti.

Sârmele pline pentru sudarea în mediu de gaze protectoare fac obiectul unui standard european EN 440:1994, adoptat si ca standard national în România - SR EN 440:1996 "Materiale pentru sudare consumabile. Sârme electrod si depuneri prin sudare pentru sudare cu arc electric în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil a otelurilor nealiate si cu granulatie fina".

Alt standard aplicabil este SR EN 759:1997 mentionat si la capitolul electrozilor înveliti.

În tabelul 4.6. sunt prezentate câteva sârme pline utilizate pe plan mondial în constructiile navale si principalele lor caracteristici.

Tabelul 4.6. 

Sârme pline pentru sudarea MIG-MAG a otelurilor navale

4.2.2.2. Sârme tubulare

Fata de sudarea cu electrozi înveliti, sudarea cu sârma tubulara ofera, n general, aceleasi avantaje ca si sudarea MIG-MAG cu sârma plina. La sudarea cu sârma tubulara secventele de pornire - oprire sunt mult reduse, realizându-se cusaturi mai lungi într-un timp mai scurt.

Fata de sârmele pline, sârmele tubulare difera în mai multe privinte, aducând avantaje suplimentare de productivitate în special la sudarea în pozitie. O diferenta de baza este prezenta mantalei metalice prin care este condus curentul de sudare. Comparativ cu o sârma plina de acelasi diametru, partea conductoare a sectiunii transversale este mult mai mica, rezultând o densitate mai mare de curent la aceeasi valoare a curentului de sudare si, deci, o încalzire mai mare prin efect Joule. Ambele fenomene contribuie la realizarea de rate mai mari de topire, existând o îmbunatatire neta a ratei de depunere în favoarea sârmelor tubulare. Acest lucru poate fi observat în figura 4.5, unde se prezinta, comparativ, randamentele de depunere a doua sârme tubulare rutilice cu diametrul de 1,6 mm, respectiv o sârma plina cu acelasi diametru.

Figura 4.5. Randamentul de depunere a doua tipuri de sârme tubulare, cu coeficient de umplere diferit, comparativ cu o sârma plina

Curbele din figura 4.5 sunt determinate în pozitie orizontala la testele de depunere. Avantajele ratei depunerilor sunt mai benefice la sudarea în pozitie folosind sârme de diametru mic.

Din cele trei tipuri de sârme tubulare prezentate la capitolul 4.1.2, sârmele tubulare cu autoprotectie se preteaza mai bine la constructiile navale, chiar daca în prezent sârmele tubulare în medii de gaze protectoare au înca o utilizare preponderenta.

În tabelul 4.7 sunt prezentate câteva sârme tubulare reprezentative, utilizate în constructiile navale si principalele lor caracteristici.

Tabelul 4.7. 

Sârme tubulare pentru sudarea constructiilor navale

Se observa din tabel ca toate firmele, inclusiv firma româneasca (cu capital strain), produc toate tipurile de sârme tubulare cu caracteristici specifice utilizarii lor la sudarea otelurilor din constructiile navale.

Normele cele mai utilizate de standardizare în domeniul sârmelor tubulare sunt normele americane AWS. Cu toate ca exista norme germane, franceze si chiar europene, normele americane confera avantajul de a reda într-un mod sintetic caracteristicile esentiale ale produsului.

AWS A5.20 se refera la sârmele tubulare nealiate si slab aliate specifice constructiilor navale. Normele europene în domeniu sunt cuprinse în EN 758-97 "Materiale pentru sudare. Sârme tubulare pentru sudare cu arc electric cu sau fara gaz, a otelurilor nealiate si cu granulatie fina". Acest standard a fost preluat integral în tara sub forma SR EN 758 si înlocuieste partial STAS 11587-83 "Sudarea metalelor. Sârma tubulara pentru sudare si încarcare".

4.2.2.3. Gaze si amestecuri de gaze pentru protectie

Din motive economice în industria navala s-a utilizat cu precadere dioxidul de carbon ca si gaz de protectie.

Având în vedere rezultatele cercetarilor privind influenta gazelor de protectie asupra transferului picaturilor de metal topit, asupra patrunderii la sudare si compozitiei chimice a metalului depus, s-au dezvoltat si promovat o serie de amestecuri de gaze, cel mai utilizat fiind CORGONUL cu 82% Ar si 18% CO₂.

Extinderea utilizarii amestecurilor de gaze a condus la standardizarea lor în norma europeana EN 439 "Materiale pentru sudare consumabile. Gaze de protectie pentru sudare si taiere cu arc electric". Standardul european a fost preluat si ca standard românesc sub forma SR EN 439.

Clasificarea gazelor de protectie din acest standard este cuprinsa în tabelul 4.8.

Tabelul 4.8. 

Clasificarea gazelor de protectie pentru sudare si taiere cu arcul electric