Materiale de sudare pentru aliaje usoare (aluminiu si magneziu)

Materiale de sudare pentru aliaje usoare (aluminiu si magneziu)

În functie de principalele clase de materiale de baza s-au dezvoltat si materialele de adaos astfel: aluminiu nealiat (Al > 99%), aliajele aluminiu - siliciu cu continut de Si (4 - 12%) ce pot contine uneori si 0,2 - 0,6% Mg, aliaje Al - Mg cu 3 - 6% Mg (uneori aliate cu Mn, Si, Zr si Ti). Fierul este, de obicei, considerat impuritate care apare în minereul de bauxita sau în semifabricatele primare.

Elementele de aliere secundare prezente în aliajele de aluminiu pot fi Cr, Fe, Zr, V, Ni si Ti. Aceste elemente pot fi luate în considerare la aprecierea sudabilitatii desi, se gasesc în procente foarte scazute. Un exemplu e 21121h711v ste Ti care produce fisurarea structurii în cusaturile de aluminiu nealiat.

Pentru materialele de adaos, numite si consumabile, sunt utilizate câteva sisteme de clasificare diferite, conform DIN (Deutsches Institut fur Normung e.v), B.S (British Standard), ISO, CEN (European Comunittee for Standardisation).

Pentru fiecare tip de aliaj pot fi utilizate mai multe tipuri de materiale de adaos, în functie de destinatia constructiei sudate (adica de caracteristica preponderenta pe care trebuie sa o asigure sudura). Diferitele tipuri de materiale de adaos pot produce variatii ale caracteristicilor de rezistenta mecanica, coroziune sau ductilitate.

În tabelul 4.21 se prezinta principalele tipuri de materiale de adaos si utilizarile recomandate pentru diferite materiale de baza.

Tabelul 4.21. 

Selectarea materialelor de adaos pentru sudarea aliajelor de aluminiu

Alegerea incorecta a materialelor de adaos poate duce la formarea fisurilor, obtinerea unei rezistente slabe a sudurii, rezistenta slaba la coroziune si colorare necorespunzatoare în procesul de anodizare.

4.6.1. Materiale de adaos nealiate

Consumabilele din aluminiu nealiat sunt utilizate de regula la sudarea aliajelor de aluminiu nealiate, a caror structura de baza este monofazica.

Fata de aliajele înalt aliate, acestea se caracterizeaza printr-o dimensiune mare a granulatiei care implica valori scazute ale rezistentei mecanice a materialului sudat.

Firma ESAB livreaza doua tipuri de consumabile din aceasta clasa pentru sudarea aliajelor de aluminiu nealiate: OK Autrod 18.01 si OK Autrod 18.11. Marca OK Autrod 18.11 are si 0,15% Ti, introdus pentru efectul sau de fisurare a granulatiei cusaturii, cresterii rezistentei mecanice si scaderii susceptibilitatii la fisurare.

4.6.2. Materiale de adaos Al - Si

Consumabilele din clasa de aliere Al - Si permit obtinerea unui metal depus cu rezistenta mecanica mult mai mare decât cele nealiate. Acestea pot fi utilizate de la o mare variatie de aliaje de aluminiu, daca nu se impune o buna rezistenta la coroziune.

Cel mai important element de aliere este siliciul, alaturi de care se mai adauga în mici cantitati magneziul si cuprul pentru cresterea rezistentei mecanice.

Aliajele Al - Si pot fi împartite în trei grupe, în functie de comportarea lor la solidificare: hipoeutectice cu 5 - 10% Si, cvasieutectice cu 11 - 13% Si si hipereutectice cu 14 - 20% Si. Consumabilele hipereutectice nu se fabrica datorita fragilitatii mari a metalului depus prin sudare.

Microstructura aliajelor hipoeutectice contin eutectic (amestec fin de precipitate de Si si Al) într-o matrice de aluminiu înconjurate de eutectic Al - Si.

Consumabilele ALSI5 si AlSi12 pot fi utilizate pentru sudarea aliajelor cu sudabilitate limitata, ca: AlCu4SIMg si AlCu6Mn sau orice aliaj de aluminiu ce contine Si < 7% (AlSi5) ori > 7% Si (AlSi12).

AlSi12 se recomanda si pentru lucrari de reparatii la aliaje turnate sau cu un continut mare de siliciu. Totusi, sudurile realizate cu materiale de adaos cu Al si Si au tendinta de a se colora în nuante închise de gri si nu sunt recomandabile pentru aliaje ce au alte compozitii, atunci când este important aspectul exterior al îmbinarii.

4.6.3. Materiale de adaos Al - Mg

Consumabilelor de tip Al - Mg sunt utilizate când se doreste obtinerea unor suduri cu rezistenta buna în medii corosive, cum ar fi apa de mare.

Electrodul AlMg5 (conform DIN) este cel mai des utilizat pentru sudarea diferitelor tipuri de aliaje. Continutul de Mg în jur de 5% determina obtinerea unei înalte rezistente la coroziune simultan cu o rezistenta mecanica bune. OK Austrod 18.15 (ALMg5) se utilizeaza si la sudarea urmatoarelor tipuri de aliaje: Al 99,0%, AlMn1Cu, AlMg1, AlSi1Mg si AlMg4,5Mn.

Electrodul OK Austrod 18.16 (AlMg4,5Mn) este similar cu AlMg5 însa mai contine si putin Mn. Zirconiul este adaugat în OK Austrod 18.17 (AlMg4,5MnZr) pentru a micsora riscul de fisurare în timpul solidificarii. Toate sudurile realizate cu electrozi de tip AlMg prezinta o rezistenta mecanica mult mai mare decât cele utilizate cu electrozi nealiati sau aliati cu Si.

Tendintele de modernizare a tehnologiilor de sudare implica si realizarea materialelor consumabile din ce în ce mai performante. Firma ESAB de pilda a introdus pe piata noile tipuri de electrozi OK Austrod/Tigrad 18.22 pentru sudarea MIG si TIG precum OK 96.50 pentru sudarea manuala. OK Austrod 18.22 este o sârma înalt aliata (AlMg6MnZr) recomandata pentru aplicatii ce necesita rezistente mecanice ridicate .

Aceasta se preteaza pentru sudarea aliajelor de aluminiu ce contin peste 3% Mg si pentru aliajele AlZn sudabile. OK 96.50 se recomanda pentru lucrari de reparatii la piese turnate ce nu necesita caracteristici mecanice ridicate. Se poate utiliza si la sudarea aliajelor laminate sau turnate, deoarece contine amestecuri de îndoire în învelis.

În concluzie, atunci când se alege un materiale de adaos trebuie sa se aiba în vedere destinatia produsului sudat pentru a putea alege cea mai buna si economica solutie, în functie de necesitati, din multitudinea de variante posibile.

Inginerul sudor trebuie sa decida care proprietate a îmbinarii este mai importanta dintre: rezistenta mecanica, sudabilitate, ductilitate sau rezistenta la coroziune.

Materialele de adaos în forma de bare cu lungimea pâna la 1 m sunt folosite pentru sudura manuala, iar metalul de adaos sub forma de rola bobinata este folosit la sudura automata.

Barele de sudare de tip ER 1100; 4043; 5356; 5556; 5654 si altele sunt disponibile la diverse valori. O grija deosebita trebuie avuta ca metalul de adaos folosit sa fie compatibil cu materialul de baza.

Sârma de adaos de tip EC 1100; 4004; 5183; 5356 si 5654 sunt comercializate la diametrul de 0,03; 0,064; 1/16; 3/32 si 1/8 in.

Firma Elga produce urmatoarele tipuri de materiale de adaos:

• Sârme : Alumig 99.5; Alumig Mg3; Alumig Mg3.5 Mn; Alumig Mg4.5 Mn; Alumig Mg5; Alumig Mg5 Mn; Alumig Si 12; Alumig Si 5;
• Bare: Alutig 99.5; Alutig Mg3; Alutig Mg3.5 Mn; Alutig Mg4.5 Mn; Alutig Mg5; Alutig Mg5 Mn; Alutig Si 12; Alutig Si 5; materiale ce sunt agreate în cele mai multe tari.

4.6.4. Amestecuri de gaze pentru protectia arcului la sudarea aliajelor usoare

Gazele de protectie trebuie sa protejeze în primul rând electrodul si baia de metal topit de contactul cu aerul înconjurator.

Un alt rol este acela de a permite amorsarea si arderea stabila a arcului electric. La sudarea aluminiului si aliajelor de aluminiu se recomand doar utilizarea gazelor inerte, oxigenul si heliul, cu mici adaosuri de componente oxidante sau azot pentru îmbunatatirea arderii si pentru reducerea nivelului de azot.

Argonul permite formarea rapida a unui jet de plasma conductiva la o tensiune de ionizare de doar 10 - 15 V (la sudarea TIG).

Heliul necesita tensiuni de ionizare mai ridicate, de 20 - 24 V, rezultând un arc mai "fierbinte", mai greu de respins.

Desi tensiunea în arc este mai ridicata la He, puterea arcului este mai mare decât la Ar, la acelasi curent de sudare.

He conduce caldura mult mai bine decât argonul si, datorita puterii energetice sporite, permite obtinerea unor cusaturi mai voluminoase. Cusatura este mai adânca si mai lata la sudarea în He în comparatie cu sudarea în argon.

Aceasta particularitate determina folosirea He ca gaz de protectie la componente grose sau pentru a putea mari viteza de sudare la componente subtiri.

Argonul este folosit de regula la sudarea TIG în curent alternativ si la sudarea MIG, deoarece procesele sunt mai usor de controlat. He pur este necesar îndeosebi la sudarea TIG în curent continuu unde este necesara o cantitate mai mare de caldura pentru spargerea crustei de oxid. Pretul He este mult mai mare decât la Ar. În plus, He este mai usor decât Ar (de aproimtiv 10 ori), ceea ce amplifica consumul necesar de He pentru o buna protectie. Consumul de heliu este aproape dublu în comparatie cu cel al Ar.

Un alt avantaj al Ar este ca arcul electric arde mult mai stabil si electrodul nefuzibil (de wolfram) la sudarea TIG nu se deterioreza asa de repede cum se întîmpla în arcul fierbinte produs de He.

Amestecul de Ar cu He se utilizeaza mai ales atunci când se realizeaza placi de Al de grosimi mari, pentru a îmbina efectele favorabile ale ambelor gaze de protectie.

Cele mai utilizate "retete" sunt: 70% Ar + 30% He, 30% Ar + 70% He sau 50% Ar + 50% He. Uneori se mai adauga mici cantitati de O₂, fara a se afecta calitatea sudurii cu scopul îmbunatatirii stabilitati arcului. Se mai obisnuieste sa se adauge 0,03% NO sau 0,5% CO₂ în Ar la sudarea MIG pentru aliaje AlMg. Adaugarea de 0,03% NO se poate face si la sudarea TIG si se recomanda atât pentru sudura TIG si MIG, în cazul aluminiului pur si aliajelor sudabile de aluminiu, datorita efectului de reducere a nivelului de ozon. Adaugarea de CO₂ nu se recomanda la sudarea TIG datorita distrugerii rapide a electrodului de wolfram ce poate apare.

 

Bibliografie

Dragut, L., serban, F. - Dezvoltarea materialelor pentru sudare în România - realizari si tendinte, Lucrarile Conferintei Internationale "Pulverizare Termica" 20-21.09.2000, Timisoara

Dehelean, D. - Studii si cercetari privind nivelul tehnologic actual si perspective în domeniul sudarii, taierii, brazarii, pulverizarii termice, materialelor de sudare si procedeelor conexe, Protocol ISIM sept. 2000

Dragut, L. - Realizari si perspective în domeniul materialelor de acoperire, sudare si încarcare cu proprietati fizice si chimice controlate, Lucrarile primului seminar national "Realizari si perspective în domeniul materialelor", ANSTI si ARM, 6-7 mai 1999, Bucuresti

 x x x - Doc. IIS-IIW II-1358-98 - Procedee de sudare cu gaz protector si flux - linii directoare pentru procurarea materialelor de sudare

 x x x - Doc. IIS-IIW II-1336-98 - Electrozi rutilici - Noi studii într-un domeniu neglijat

Surgean, I. - Electrozi, fluxuri si sârme pentru sudare, Editura Facla, 1976, Timisoara

 x x x - Doc. IIS-IIW II-1452-2001 International Index & Filler Metal Clasification

 x x x - Neues in der Schweisstechnik 1997, Schweissen und Schneiden, 1998, nr. 5, p. 293-303

Saidov, R., Mourton, H., Le Gall, R., Saindrenau, G. - Le soudage A-TIG de ľacier inoxidable superduplex UR52N⁺, Soudage et techniques connexes, 1999, nr. 7/8, p. 3-8

MARSHALL, A.W., si FARRAR, J.K.M. -Soudage des aciers ferritiques et martensitiques ŕ 11 -14% de chrome, Soudage et techniques connexes, Novembre - Décembre 2001, p. 3-27

Quintana, M.A. si KOTECKI, D.J. - Développement des métaux d'apport pour le soudage (notamment pour les constructions en acier). Le pasé, le présent et l'avenir,Soudage et techniques connexes, Mai-Juin 200, p. 17-28

SPIKES, M. P. - Soudage avec fils fourrés des aciers non alliés, Revue de la Soudure, 1999, nr.1, p. 12 - 18

ERAERTS, G - Le soudage des aciers inoxidables duplex, Revue de la soudure, 1994, nr. 2

MAROTTA, M. - Les fils fourrés a haut rendement, Soudage et techniques connexes, 1997, Mai - Juin, p. 33

MORGAND, R. - Fils fourrés sans gaz. Réduction des coűts sur chantier et en atelier, Soudage et techniques connexes, 1997, Mai - Juin, p. 39 - 44

MORGAND, R. - Utilisation des fils fourrés sans gaz "Innershield" sur aciers thermomecaniques (TM), Soudage et techniques connexes, 1997, Janvier - Février, p. 39 - 48

Dehelean, D. - Sudarea prin topire, Editura Sudura, 1997

 x x x - Cataloage de materiale de sudare livrate de firmele Oerlokon, Böhler, Thyssen, NITTETSU (Japonia), ESAB

 x x x - Germanischer Lloyd - Rules for Classification and Construction, vol.II Material and Welding Technology, editia 1992

Bîrlica, R., Bobic, A. - Dezvoltarea unor procedee de sudare de mare randament cu sârma tubulara pentru aplicatii specifice, Lucrare ISIM, 1997