Materiale de sudare pentru aliaje usoare (aluminiu si magneziu)

tehnica mecanica

În general, dezvoltarea materialelor performante de sudare necesare procedeelor mai productive de sudare precede introducerea noilor tehnologii actionând stimulativ asupra dezvoltarii acestora. Acest decalaj asigura totodata un ritm mai ridicat de generalizare a noilor procedee mai eficiente.

De exemplu, sudarea semimecanizata si mecanizata cu sârma tubulara a luat o dezvoltare rapida abia dupa punerea la punct a fabricatiei acestui tip de material în flux continuu în mai multe sortimente, asigurând posibilitatea unor verificari comparative pe scara industriala. De remarcat ca, acest tip de material de adaos, care în multe tari ca S.U.A. si Marea Britanie se fabrica sau se utilizeaza în proportie de peste 30% din totalul sârmei de sudare, la noi în tara nu a fost înca extins în fabricatie si are utilizare industriala doar în pondere restrânsa.

4.1. Orientari noi în diversificarea productiei si utilizarii materialelor performante pentru sudare

Directiile de dezvoltare si diversificare a noilor tipuri si marci de electrozi si sârme au în vedere, în primul rând, ridicarea eficientei economice, apoi perfectionarea calitativa, cât si satisfacerea cerintelor utilizatorilor, determinate de noile oteluri folosite ca metale de baza.

În continuare se prezinta sintetic caile si tendintele cu aspect mai general care se regasesc în numeroase tari dezvoltate industrial. De mentionat faptul ca aceste cerinte au început a fi materializate si la noi în tara, la scara mai redusa, prin productia sau importul de numeroase noi sortimente

4.1.1. Electrozi înveliti pentru sudare

Sunt materiale cu tendinta cea mai accentuata de diversificare. Exista patru directii de preocupari mai evidente spre care este canalizata atentia specialistilor:

• Ridicarea randamentelor electrozilor pentru oteluri carbon si slab aliate pentru a face fata concurentei materialelor folosite în tehnologiile mecanizate. Rezultatele obtinute în aceasta directie sunt remarcabile.
• Ridicarea nivelului de puritate la otelurile utilizate pentru realizarea materialelor, cât si a compozitiei metalului depus prin sudare, în concordanta cu tendinta manifestata la elaborarea noilor oteluri. Performante superioare au fost obtinute mai ales în directia maririi rezistentei la rupere fragila si îmbunatatirea proprietatilor de tenacitate la temperaturi negative în conditii de exploatare severa (industria chimica si petrochimica, navala, foraj marin, transport de gaze etc.)
• Asigurarea unei game largi sortimentale necesare sudarii noilor tipuri de oteluri adaptate particularitatilor specifice ale acestora, în special pentru oteluri de mare rezistenta sau înalt aliate.
• Reducerea noxelor la sudare cu electrozi înveliti prin dezvoltarea unor învelisuri cu componente mai putin toxice. În aceasta directie dezvoltarea unor categorii de precursori sintetici care înlocuiesc cu succes unele materii prime clasice utilizate la fabricarea învelisurilor electrozilor au condus la reducerea unor noxe din categoria fluorurilor în paralele cu îmbunatatirea stabilitatii calitative din punct de vedere chimic si granulometric a componentelor învelisurilor electrozilor.

Din grupa electrozilor nealiati sunt dezvoltate sortimente bazice si semibazice de mare randament (pâna la 200%) pentru sudare orizontala si în pozitii. Din aceasta categorie fac parte si electrozi cu învelis zirconic care se evidentiaza printr-o comportare la sudare mult îmbunatatita.

Se apreciaza ca electrozii cu pulbere de fier în învelis, prin randamentele de depunere pe care le realizeaza (3 - 6 kg / ora metal depus), se aproprie si chiar echivaleaza, pentru unele dimensiuni, randamentele obtinute de procedeele mecanizate de sudare (pentru unele tipuri de îmbinari), (figura 4.1.)

Figura 4.1.

Se diversifica noi tipuri de electrozi si se perfectioneaza electrozii bazici pentru sudarea în curent alternativ si electrozi cu învelisuri multiple. Se extind, de asemenea, sortimentele specializate pentru sudarea vertical descendenta folosita mult în constructii navale.

Prin îmbunatatirea caracteristicilor mecanice se dezvolta o serie de marci cu reziliente ridicate la temperaturi scazute si se elaboreaza noi sortimente cu ductilitate mare utilizate si pentru oteluri susceptibile la fenomenele de fisurare lamelara sau coroziune tenso-fisuranta.

Din grupa electrozilor slab si mediu aliati se dezvolta noi variante pentru diferite tipuri de oteluri slab aliate diversificate pe grupe de oteluri cu limita de curgere ridicata, din 50 în 50 N/mm² si în special reziliente ridicate la temperaturi negative.

Noile marci de electrozi slab aliati cât si termorezistenti asigura îmbinarilor proprietati superioare, prin cresterea puritatii metalului depus datorita reducerii continutului de gaze si a incluziunilor nemetalice.

Grupa electrozilor înalt aliati se diversifica datorita numeroaselor marci noi de oteluri elaborate si cuprinde noi tipuri de electrozi inoxidabili sau refractari, evidentiindu-se o reducere accentuata a continutului de carbon (max. 0,035% în norma, dar pâna la 0,015 - 0,018 în practica industriala), cât si mai nou, o microaliere cu pamânturi rare (lantanide) care asigura o serie de proprietati noi metalului depus prin sudare.

4.1.2. Sârme pentru sudare mecanizata

În ultimii 10 - 15 ani s-a manifestat o tendinta accentuata de înlocuire a sudarii electrice manuale cu procedee mecanizate cât si înlocuirea partiala a procedeelor de sudare sub strat de flux cu procedee de sudare MIG-MAG. Aceasta înlocuire se datoreaza în principal costurilor mai reduse care intervin la realizarea îmbinarilor sudate MIG-MAG comparativ cu costurile sudarii sub strat de flux:

• dezvoltarea unor materiale si procedee cu productivitate mai ridicata la sudarea MIG-MAG (RAPID ARC, RAPID MELT, T.I.M.E. etc.)
• ieftinirea gazelor tehnice si amestecurilor de gaze utilizate ca medii protectoare
• la sudarea în mediu de gaz protector nu intervin procese de calcinare a materialelor înainte de sudare.

Aceasta tendinta a condus automat la dezvoltarea importanta a sârmelor pline si tubulare destinate acestor procedee.

Pentru procedeul de sudare semimecanizat si mecanizat în mediu de gaze protectoare se extinde utilizarea sârmelor nealiate si slab aliate cu dezoxidare suplimentara destinate structurilor sudate, garantând rezistente mecanice ridicate si energii de rupere îmbunatatite substantial la temperaturi negative. De asemenea, se extinde utilizarea amestecurilor de gaze care conduc la îmbunatatirea nivelului calitativ al cusaturilor, cât si la cresterea randamentelor de depunere.

Din categoria sârmelor pline se dezvolta noi tipuri slab aliate si bogat aliate pentru sudarea în gaze inerte sau amestecuri de gaze într-o varietate foarte mare, având în general compozitiile chimice similare cu noile tipuri de oteluri folosite în special în industria chimica si petrochimica. Pentru sudarea sub strat de flux sunt studiate si elaborate variante noi de cupluri sârma - flux, destinate sudarii otelurilor de înalta rezistenta si limita de curgere ridicata utilizate în câteva domenii noi. Ca o particularitate a noilor sortimente, se elaboreaza tot mai multe marci cu continut redus de Si, sub 0,15%, iar suma impuritatilor se limiteaza la max. 0,03%.

O dezvoltare si diversificare accentuata înregistreaza sârmele tubulare cu protectie de gaz si autoprotectoare.

Sudarea cu sârma tubulara în mediu de gaz protector este o varianta moderna a procedeului de sudare în mediu de gaz protector la care sârma contine în interior substante de aliere, ionizare, dezoxidare, de protectie, similare celor care compun învelisurile electrozilor la sudarea manuala cu electrozi înveliti. Plastic, se poate spune ca sârma tubulara este un electrod învelit, continuu, cu învelisul aplicat "în interior" ceea ce îi permite un contact electric permanent la trecerea prin duza pistoletului de sudare.

Sudarea MIG-MAG cu sârma tubulara combina caracteristicile sudarii în mediu de gaz protector, sub strat de flux si sudarea manuala cu electrozi înveliti.

Principiul sudarii cu sârma tubulara în mediu de gaz protector, respectiv cu autoprotectie (fara gaz suplimentar de protectie) este prezentat în figura 4.2. respectiv în figura 4.3., comparativ.

Sudarea MIG-MAG cu sârma tubulara s-a dezvoltat mai rapid în S.U.A. unde, în ultimii ani, reprezinta 15 - 20% din metalul depus prin sudarea cu arcul electric, în timp ce în Japonia reprezinta cca. 15%, iar în Europa doar 5%, fiind mai dezvoltata în Suedia si Finlanda, unde procentajul de metal depus cu sârma tubulara se apropie de 10%.

Figura 4.2. Sudarea cu sârma tubulara în mediu de gaz

Figura 4.3. Sudarea cu sârma tubulara cu autoprotectie

Comparativ cu sudarea MIG-MAG cu sârma plina, sudarea cu sârma tubulara în mediu de gaz protector prezinta urmatoarele particularitati:

• posibilitati de aliere suplimentare a metalului depus prin intermediul miezului;
• îmbunatatirea stabilitatii arcului electric, reducerea pierderilor prin stropi;
• sensibilitatea mai redusa fata de curentii de aer, în special la cele cu autoprotectie;
• pericol mai redus de producere a porilor, fisurilor, defectelor de legatura;
• viteza mai mica de racire a sudurii;
• posibilitate de fabricare în cantitati mici si în timp scurt a unui material de sudare cu caracteristici dorite ale metalului depus.

Avantajele sudarii cu sârma tubulara sunt:

• se obtine un metal depus de calitate cu un cost si un efort mai mic decât la sudarea MIG-MAG cu sârma plina sau la sudarea cu electrozi înveliti;
• este mai flexibil decât procedeul de sudare sub strat de flux, SAF;
• arcul electric este descoperit, se vede si deci, se conduce mai exact si mai usor.

Principalele avantaje economice ale sudarii cu sârma tubulara fata de procedeele de sudare mecanizata MIG-MAG cu sârma plina si manual cu electrozi înveliti sunt prezentate în tabelul 4.2.

Tabelul 4.2.

Se remarca rata mare de depunere, viteze de sudare superioare, unghiul rostului posibil mic. Posibilitatea micsorarii unghiului rostului (45⁰ în loc de 60⁰), înseamna un volum de umplere mai mic cu aproape 40%, reducerea consumului de materiale de sudare cu cca. 40%, reducerea timpului de sudare cu cca. 40%.

În functie de caracteristicile zgurii si a miezului, sârmele tubulare se clasifica în trei grupe:

• sârme tubulare cu miez cu componente zgurifiante preponderent bazice;
• sârme tubulare cu miez cu componente zgurifiante preponderent rutilice (acide);
• sârme tubulare cu miez cu pulberi metalice (fara zgurifianti).

La sudarea în mediu de gaz protector predomina utilizarea sârmelor tubulare cu miez bazic care prezinta avantajul major ca, pe lânga randamentul ridicat, asigura un continut redus de hidrogen (< 1,5 ml/100g metal depus).

Datorita aspectelor economice la sudarea otelurilor slab aliate electrozii înveliti concureaza înca sârmele tubulare. În schimb la sudarea otelurilor mediu aliate ca: termorezistente, criogenice, de rezistenta înalta sau turnate predomina utilizarea sârmelor tubulare. Motivele sunt atât tehnologice, cât si economice.

4.1.3. Fluxuri pentru sudare

Se dezvolta în continuare diferite sortimente de fluxuri ceramice si sinterizate de înalta puritate cu un grad înalt de bazicitate si cu diferite compozitii chimice. Noi sortimente de fluxuri ceramice se dezvolta pentru sudarea automata a otelurilor inoxidabile si refractare, pentru baie de zgura si pentru neferoase.

4.1.4. Gaze pentru sudare

Necesitatea cresterii productivitatii variantelor procedeului de sudare MIG-MAG a impus dezvoltarea de noi gaze sau amestecuri de gaze de protectie care sa ajute cresterea ratei de topire si de transfer a metalului catre baie. Totusi se manifesta tendinta reducerii componentelor la maxim trei. Prin aceasta, pretul amestecurilor de gaze a scazut. Chiar si pentru procedeele de sudare de înalta productivitate, actualmente se ofera amestecuri de gaze cu 2 sau 3 componente. Înainte cu câtiva ani, se recomandau gaze de sudare cu 4 componente. Amestecul de gaze cu 82% si 18% dioxid de carbon se dovedeste a fi cel mai utilizat în prezent.

Functie de specificul aplicatiei, la procedeele de sudare de înalta productivitate se utilizeaza 5 amestecuri de gaze diferite, stabilirea combinatiei corecte gaz - sârma fiind dificila.

Exista anumite compozitii de gaze protectoare cu un procent mare de dioxid de carbon, utilizate pentru anumite productivitati, exprimate în viteze de avans a sârmei, situate între 15 - 27 m/min.

La sudare în vederea stabilirii aptitudinilor materialelor de adaos, existenta unor instabilitati la trecerea de la arc cu transfer fin la arcul rotitor, se datoreaza calitatii nesatisfacatoare a sârmei. Sârma trebuie sa posede calitati bune de alunecare - ghidare si o rezistenta electrica superficiala redusa. Amestecuri de gaze protectoare ca Ar + O₂ respectiv Ar + O₂ + He ajuta rotirea arcului si nu mai apar instabilitati.

Amestecuri de gaze protectoare de tipul Ar + CO₂ stabilizeaza arcul cu transfer fin, la viteze de avans ale sârmei de pâna la 28 m/min. Tendintele în domeniul constructiei de recipiente si structuri sudate prin introducerea sudarii MAG sunt pentru viteze de avans reduse ale sârmei, de pâna la 18 - 20 m/min, sa se poata utiliza si amestecuri de gaze protectoare standard de tip 82% Ar + 18% CO₂.

La nivel european gazele de protectie au fost standardizate prin EN 439 "Materiale pentru sudare - Gaze de protectie pentru sudarea si taierea cu arcul electric", acceptat integral de catre România sub numele de SR EN 439.

Acest standard prescrie o varietate de conditii pe care trebuie sa le îndeplineasca gazele de protectie. Ele pot fi grupate dupa cum urmeaza:

Conditii generale

• sa fie potrivite pentru toate tipurile de arc;
• sa aiba efect de protectie suficient, depinzând de locul utilizarii si forma sudurii;
• sa asigure insensibilitatea la contaminare în zona sudurii;
• sa fie aplicabile pentru dimensiunile de sârma;
• sa formeze zgura si sa o distribuie la suprafata sudurii;
• sa prezinte tendinta minima de a produce porozitate;
• sa nu produca stropi.

Conditii fizice

• usurinta la amorsarea arcului;
• stabilitate arc, uniform si stabil;
• amorsare sigura a arcului dupa scurtcircuitare;
• sa asigure plasma si conductibilitate electrica;
• buna solubilitate în metalul topit;
• capacitate de degazare.

Conditii termice

• conductivitate termica;
• capacitate termica;
• transmiterea caldurii, coeficientul de transfer termic mare.

Conditii metalurgice

• element "pickup" (de extragere);
• element "burnoff" (de strapungere);
• pastrarea proprietatilor mecanice si tehnologice;
• pastrarea rezistentei la coroziune.

Lista cu conditiile pe care trebuie sa le îndeplineasca gazele de protectie nu este completa. Totusi, cele prezentate dau o idee clara despre faptul ca un singur gaz nu va satisface multitudinea si diversitatea cerintelor, determinate de materialul ce urmeaza a fi procesat. Se impune deci, sa se utilizeze un amestec corect de gaze, actiune pentru care este necesara posedarea de cunostinte speciale privind gazele disponibile.

În continuare, pe baza acestor aspecte si tendinte generale în dezvoltarea si utilizarea materialelor de sudare se vor particulariza si evalua stadiul actual privind materialele de sudare performante în 5 domenii prioritare pentru industria româneasca, si anume:

4.2. Materiale de sudare pentru industria navala

4.3. Materiale de sudare pentru conducte magistrale

4.4. Materiale de sudare pentru oteluri termorezistente

4.5. Materiale de sudare pentru oteluri duplex

4.6. Materiale de sudare pentru aliaje usoare (Al si Mg)

  636p1510g