88Tehnologii specifice realizrii reelelor de transport gaze naturale

89Capitolul 5 Sudarea cu arc electric sub strat de flux

5. SUDAREA CU ARC ELECTRIC SUB STRAT DE FLUX5.1. Modul operator i schema de principiu la sudarea cu arc electric sub strat de flux

Fig. 5.1. Modul operator la sudarea sub strat de flux:

1 - srma-electrod; 2 - capul de sudare sub flux; 3 - caseta srmei-electrod; 4 - role pentru realizarea micrii de avans, avnd viteza va; 5 - buca de contact electric; 6 - rezerve cu flux; 7 - metalul de baz; 8 - sursa de curent pentru sudareSudarea cu arc electric sub strat de flux se caracterizeaz prin urm-toarele elemente (fig. 5.1), [118]:

arcul electric este acoperit de un material fuzibil granular, denu-mit flux pentru sudare i avnd compoziii chimice asemn-toare cu cele ale nveliului electrozilor folo-sii la sudarea manual cu arc;

electrodul este continuu, fiind practic, o srm-electrod, nfurat n colac; aceasta este pus n micarea de avans de ctre un mecanism cu role, ce o oblig s treac printr-o buc aflat n contact electric cu circuitul de sudare;

deplasarea relativ a arcului fa de piesele de sudat (n lungul custurii), se realizeaz, de regul, automat si uneori manual; pentru ca sudarea sub strat de flux s se poat executa, se folosete un cap de sudare automat (sau semiautomat);

nu se utilizeaz micri de pendulare a arcului ().

Fig. 5.2. Formarea custurii sudate sub flux

Modul de realizare a custurii sudate este prezentat n figura 5.2, [118]. Arcul electric 1 topete simultan metalul de baz 2, srma-electrod 3 i o parte din fluxul 4. Se formeaz o bul de gaze 5, strbtut de particulele metalului topit. Acestea realizeaz o baie lichid 6, acoperit de zgura 7, ce provine att din topirea fluxului, ct i din reaciile de dezoxidare din baia de metal topit, similare cu cele ce au loc la elaborarea oelului n cuptoare cu arc electric. Prin solidificarea treptat a bii 6 se formeaz, n mod corespunztor, custura sudat 8, acoperit de un strat de zgur solidificat 9. Baia de metal topit este susinut i protejat, la rdcin, de o garnitur metalic 10, executat din cupru, oel sau flux.5.2. Sisteme de reglare a lungimii arcului

Pentru realizarea unei custuri de calitate, la sudarea sub flux este necesar asigurarea unei constane ct mai mari a lungimii arcului electric. n funcie de lungimea arcului variaz tensiunea de sudare, iar n funcie de aceasta variaz intensitatea curentului de sudare. Variaiile n timp ale curentului de sudare se traduc imediat n variaii ale cantitii de metal topit n unitatea de timp, deci n variaii ale formei i dimensiunilor seciunii transversale a custurii realizate, [62], [64].

Exist dou tipuri principale de instalaii, n funcie de sistemul de reglare a lungimii constante a arcului, astfel:

Fig. 5.3. Reglarea automat a lungimii arcului, cu viteza constant a srmei, [64]:

a - prile componente ale instalaiei: M.E.A. - motor electric asincron; R - reductor; R.S. - roti de schimb (interschimbabile); l - lungimea arcului; b - variaia vitezei de topire a srmei vt, corelat cu lungimea arcului l i cu viteza de avans va.

Instalaii de sudare automat cu vitez de avans constant (fig. 5.3, a), [64], realizeaz avansarea srmei cu ajutorul unui motor electric asincron (avnd turaie constant) MEA, prin intermediul unui reductor de turaie R i al unor roi dinate de schimb RS. La o modificare a lungimii arcului l, de exemplu la creterea ei de la l1 la l2, (fig. 5.3, b), [3], se produce urmtoarea serie de interaciuni ntre aceasta i tensiunea de sudare Ua, curentul de sudare Is, cldura degajat n arc Q i viteza de topire a srmei vt. l Ua IS Q vt l(i invers).

Se obine aadar un efect invers al fenomenului iniial, n sensul c dac lungimea arcului a crescut la un moment dat, prin autoreglare ea revine rapid la valoarea iniial. Pentru a se obine un efect de autoreglare ct mai rapid, se folosesc surse de curent cu caracteristic extern cu pant mai mic, astfel nct pentru o anumit valoare a lungimii arcului s corespund o valoare mare a variaiei de intensitate (I, [120].

Fig. 5.4. Schema reglrii automate a lungimii arcului folosind viteza de avans variabil

Instalaii de sudare automat cu vitez de avans variabil, realizeaz avansarea srmei cu ajutorul unui motor electric de curent continuu MCC, (cu turaie variabil), alimentat de un generator de curent continuu GCC, care are o nfurare de excitaie IE legat n paralel cu arcul electric (fig. 5.4), [118]. Turaia motorului MCC este variabil n funcie de valoarea tensiunii la bornele nfurrii de excitaie, deci, variaiile lungimii ar-cului sunt percepute de aceast nf-urare ca vari-aii de tensi-une i trans-formator n variaii de vitez de avans, care restabilesc lungimea ar-cului, dup schema:

l Ua va l(i invers).Pentru a obine o sensibilitate mare a sistemului de reglare se folosesc surse de curent pentru sudare avnd carac-teristic exter-n cu pant mare, astfel nct pentru o anu-mit variaie a lungimii arcu-lui s cores-pund o variaie ct mal mare a tensi-unii arcului (U.

5.3. Materiale utilizate la sudarea cu arc electric sub strat de flux

Srma-electrod utilizat la sudarea oelurilor se fabric din oel carbon sau slab aliat, avnd coninut mic de carbon i fiind cuprat n vederea mbuntirii contactului electric n circuitul de sudare. Srma-electrod este standardizat prin STAS 1126-80 n mai multe mrci comerciale.

Fluxul este un amestec granular de substane naturale, prelucrare industrial sau n condiii de laborator, coninnd n esen substanele minerale ntlnite n compoziia electrozilor: MnO, CaCO3, CaF2, FeO, Fe2O3, Al2O3,Q ; MgO, TiO2,, ca i eventualele elemente de aliere i de adaos.

Fluxul are un rol foarte important asupra caracterului acid sau bazic al proceselor metalurgice din baia de sudare. Acest caracter este determinat, mai ales, de compoziia chimic a fluxului, ce poate fi : acid, neutr sau bazic. De aici rezult o anumit capacitate de dezoxidare a bii, ct i, corespunztor, o anume capacitate de eliminare n zgur a impuritilor.Frecvent se folosesc dou tipuri de fluxuri, deosebite prin modul de fabricare: fluxurile topite i fluxurile aglomerate. Primele au o rspndire mai larg n industrie. Ele au culoare brun n diverse nuane i aspect sticlos, fabricndu-se pe baza topirii mpreun a componentelor i a granulrii amestecului solidificat, dup rcire. Fluxurile ceramice se produc de obicei n cantiti mici prin amestecarea mecanic a componentelor mcinate n prealabil, prjirea fr topire a amestecului i granularea lui, la fel ca n cazul aglomerrii minereurilor. n procesul de fabricare fluxurilor aglomerate li se pot aduga n compoziie elementele de aliere dorite. Fluxurile ceramice au culoarea cenuiu-deschis, cu aspect mat.

n cazul sudrii oelurilor aliate, pentru compensarea pierderilor de elemente de aliere prin ardere, ntre tipul fluxului i cel al srmei folosite exist o legtur direct i anume: dac se sudeaz cu flux topit, srma este aliat;

dac se sudeaz cu flux ceramic, coninnd elemente de aliere, srma este din oel carbon.Tabelul 5.1Indicaii privind alegerea cuplului srm-flux

Nr.

crt.Tipul oeluluiTipul srmeiTipul fluxuluiObservaii

1.Oel carbon sau slab, cu sudabili-tate bun necondi-ionat (de ex. marca OLC 10).Oel carbon sau oel slab aliat cu Mn (de ex. marca S 10 Mn 2)Flux acid, neutru, bazic (de ex. mar-ca FSM 37)-

2.Oel carbon sau slab aliat, cu sudabilitate bun condiionat (de ex. marca OCS 58)Oel carbon sau slab aliat, cu sudabilitate bun condiionat (de ex. marca S 10 Mn 1 Ni 1)Flux neutru sau bazic (de ex. Marca FB 20)Se recomand sudarea tablelor groase n mai multe straturi.

3.Oeluri carbon sau aliate (inclusiv oeluri de scule) cu sudabilitate sczut.Oel aliat (de ex. marca S 40 Cr Mn 1 Si 1)Flux bazic (de ex. marca FB 10)Sudarea sub flux nerecomandat. Se prefer sudarea n mediu protector de gaze, n straturi subiri

n tabelul 5.1 sunt redate, corespunztor, cteva indicaii privind alegerea cuplului srm - flux pentru sudarea ctorva mrci mai uzuale de oeluri.5.4. Particulariti tehnologice

Pregtirea marginilor pieselor de sudat se practic la sudarea manual cu arc electric dar difer fa de aceea care se practic la sudarea manual cu arc electric descoperit, n sensul c la prelucrarea lor se ine seama c ptrunderea este mult mai mare datorit posibilitii utilizrii curenilor mai mari, astfel c rosturile au unghiuri mai mici, de regul cuprinse ntre 35 i 55, iar rosturile n I se utilizeaz n mod frecvent la grosimi de table de peste 10...11 mm.

De cele mai multe ori se utilizeaz sudarea pe o singur parte, dintr-a singur trecere, ceea ce asigur obinerea unei productiviti foarte ridicate n comparaie cu sudarea manual.

Fig. 5.5. Realizarea proteciei rdcinii custurilor sudate:

1 - piesele de sudat; 2 - flux; 3 - profile; 4 - tub flexibil; 5 - garnitur din oel sau cupru.

n plus, se obin importante economii de material de baz i de adaos, datorita necesitii umplerii unor rosturi cu seciuni transversale relativ mici fal de grosimea tablelor de sudat, ca i datorit pierderilor neglijabil prin stropi. n schimb, piesele trebuie poziionate foarte precis, de regul cu ajutorul unor dispozitive, astfel nct s fie diminuate la limit orice denivelri ale marginilor.

Pentru protecia rdcinii custurilor i pentru susinerea bii de metal topit pe partea opus aceleia din care arde arcul electric se plaseaz anticipat fie garnituri (fig. 5.2, i fig. 5.5, c, [118]), fie perne de flux (fig. 5.5, a i b, [118]).

mbinrile realizate prin sudare automata sub strat de flux sunt mbinri cap la cap sau n unghi, situate n plan orizontal. Volumul relativ mare al bii de metal topit nu permite realizarea unor custuri cu o nclinaie mai mare de 10. O excepie o face realizarea unor suduri circulare n plan vertical, lucrare ntlnit frecvent la sudarea virolelor i capacelor recipienilor cilindrici utilizai n industria chimic sau la construcia vagoanelor cistern (fig. 5.6), [118]. ntruct de obicei tablele au grosimi relativ mari, se procedeaz la efectuarea unei sudri pe ambele pri, cu pregtire n X.

5.5. Stabilirea parametrilor regimului de sudare

Fig. 5.6 Sudarea recipienilor din tabl:

a - recipient; b - schema sudrii; 1 virol; 2 - capace; 3 - suduri circulare; 4 - role de anterioare.

Alegerea parametrilor regimului de lucru la sudarea automat sub strat de flux are o importan deosebit n obinerea unei caliti superioare a mbinrii sudate. Dup alegerea lor, parametrii se verific, de obicei prin ncercri de laborator, [3], [62], [64], [120].

Cuplul srma-flux. Srma electrod i fluxul se aleg dintre mrcile i dimensiunile de fabricaie uzuale. De obicei, compoziia chimic este asemntoare cu cea a materialului de baz, dar stabilit astfel ca rezistena custurii s fie cel puin egal cu cea a metalului de baz. Diametrul se alege n funcie de grosimea pieselor de mbinat, conform tabelului 5.2.

Tabelul 5.2Alegerea diametrului srmei-electrod la sudarea automat sub strat ce flux

Grosimea tablei s, [mm]2 44 106 141420Observaii

Diametrul srmei-electrod, de, [mm]2345La sudarea cu regimuri normale

3456La sudura cu regimuri dure

nlimea straturilor de metal depus. De cele mai multe ori sudarea se face dintr-o singur trecere, sau din dou treceri, pe o parte sau pe ambele pri.

nlimea Hs, [mm], a fiecrui strat de metal depus se calculeaz astfel, (fig. 5.7, a), [64]:

( pentru sudarea dintr-o parte:

(5.1)

n care :

Fig. 5.7. Stabilirea regimului de sudare, [64]:

a - elementele geometrice ale seciunii custurii;

b - alegerea curentului de sudare corelat

cu diametrul srmei-electrod;

c - alegerea curentului de sudare corelat cu diametrul srmei i viteza de topire a acesteia.

K = 1,05 ... 1,1 pentru sudarea pe pern de flux sau garnitur de cupru;

K = 0,75 ... 0,9 pentru sudarea fr pern;

( pentru sudarea din ambele pri:

(5.2)

Intensitatea curentului de sudare Is, se poate stabili tiind c pentru fiecare 1 mm ptrundere sunt necesari circa (70 ... 80) amperi:

(5.3)

Intensitatea curentului de sudare se coreleaz cu diametrul srmei-electrod, folosind diagrama din figura 5.7, b, sau diagramele din figura 5.7 c, n care se prezint variaiile reciproce ale curentului de sudare, diametrului srmei-electrod i vitezei de topire a srmei.

Se recomand intensiti care asigur densiti de curent n srma-electrod de 50 ... 100 A/mm2.

Coeficientul de form CF, al seciunii transversale a custurii sudate variaz invers proporional fa de intensitate.

Viteza de avans a srmei, este aproximativ egal cu viteza de topire a acesteia i se poate alege din diagrama prezentat n figura 5.7, c. Ea influeneaz adncimea de ptrundere i este n legtur strns cu tensiunea de sudare. n momentele cnd viteza de avans a srmei este mai mic dect viteza de topire, lungimea arcului crete i invers.

Tensiunea arcului, corelat cu viteza de topire a srmei, permite controlarea stabilitii arcului electric. Totodat ea influeneaz asupra adncimii de ptrundere, care are o variaie n sens contrar cu tensiunea arcului.

De obicei, la stabilirea tensiunii de sudare sub flux Ua, se utilizeaz relaia:

(5.4)

Creterea tensiunii de sudare conduce la scderea ptrunderii i la creterea cantitii de flux topit, nsoit de o uoar lire a custurii.

Viteza de sudare, influeneaz direct asupra productivitii sudrii, ca i asupra formei custurii sudate; cu ct viteza de sudare este mai mic limea custurii este mai mare.

Viteza de sudare influeneaz i adncimea de ptrundere, mai ales pentru valori pn la 40 m/or; n prima jumtate a intervalului ptrunderea crete cu 5 ... 6%, iar de la 20 la 40 m/h ptrunderea scade cu 5 ... 6%.

Uzual, pentru sudarea tablelor cu grosimi de 2 ... 8 mm se folosesc viteze de sudare cuprinse ntre 50 i 25 m/or, iar pentru table de 8 ... 40 mm se folosesc viteze de sudare de circa 25 ... 15 m/or.

Cu ct grosimea tablelor crete, cu att viteza de sudare scade, n vederea asigurrii unei anumite energii degajate pe unitatea de lungime i astfel, s se asigure o anumit ptrundere, nlime i lime a custurii sudate.

Pe baza acestor considerente, se ajunge la noiunea de energie liniar E dat de relaia (5.3), n care randamentul transferului de cldur spre metalul de baz ( = 0,85 ... 0,9.

Aceast energie trebuie s aib urmtoarele valori: 30.000 ... 40.000 J/cm pentru oeluri carbon, 20.000 ... 30.000 J/cm pentru oeluri slab aliate i 15.000 ... 20.000 J/cm pentru oeluri sensibile la fisurare (cu mult carbon sau cu elemente de aliere ce mresc clibilitatea).

n cazul n care energia liniar calculat nu se ncadreaz n limitele prescrise, trebuie modificai n mod corespunztor parametrii regimului de sudare.

Fig. 5.8. ncrcarea prin

sudare cu band-electrod:

M - motor electric; R - reductor;

C - cuplaj; R.A - roi de acionare; BE - band-electrod;

SCS - sursa de curent pentru sudare; vs viteza de sudare:

va - viteza de avans a benzii

5.6. Procedee de sudare cu arc electric sub strat de flux, cu productivitate mritDintre aceste procedee de sudare se pot meniona urmtoarele:

( Sudarea cu band-electrod, (fig. 5.8), [64]. Se utilizeaz, mal ales, ca procedeu de ncrcare prin sudare, n scopul obinerii unor piese placate cu straturi superficiale din materiale speciale sau n scopul recondiionrii unor suprafee marcate de uzur ale unor piese. Banda este laminat la rece, la seciuni de 50 x 0,5 mm sau 25 x 0,5 mm.

Fig. 5.9. Sudarea cu mai multe srme-electrod, [64]:

a - sudarea cu arcuri separate;

b - sudarea cu srme (cu arcuri) n serie;

c - sudarea cu arcuri independente in aceeai baie;

d - sudarea cu arcuri gemene; S, S1, S2 - surse de curent; MB - metalul de baz;

vS - viteza de sudare; va1, va2 - vitezele de avans ale srmelor.

Uneori se folosesc dou benzi, dintre care numai una joac i rol de electrod n arcul electric:

( Sudarea cu mai multe arce, (fig. 5.9), [64]. n scopul mririi productivitii sudrii se pot utiliza mai multe arce simultane, lucrndu-se dup una din urmtoarele scheme : cu arce separate (fig. 5.9, a), cu arce lucrnd n aceeai cavitate (n serie - fig. 5.9, b, sau independente - fig. 5.9, c), sau cu arce gemene (fig. 5.9, d).

5.7. Sudarea semiautomat cu arc electric sub strat de flux

Modul operator al sudrii semiautomate sub strat de flux este redat n figura 5.10, a, [96]. Metoda se utilizeaz la custuri de lungimi mai mici, n locuri greu accesibile sau cu traiectorii curbe. Se folosesc srme cu diametrul de 1,2; 1,6 i 2 mm i densiti mari de curent, rezultnd cureni de sudare cu valorile intensitii cuprinse n intervalul IS = 350 ... 600 A.

Fig. 5.10. Sudarea semiautomat sub flux:

a - tehnica operatorie: MB - metalul de baz; MA - metalul de adaos; RF - rezervor de flux; M - mner de dirijare; CM - cablu multifuncional; K - ntreruptorul micrii de avans; va - viteza de avans;

vs - viteza de sudare;

b - tubul flexibil multifuncional: 1 - srma-electrod; 2 - are elicoidal;

3 - izolaie; 4 - conductoarele circuitului de sudare;

5 - conductoarele circuitului de comand a micrii de avans;

6 - izolaia exterioarSe pot realiza mbinri cap la cap sau n unghi. n general, pentru a se uura observarea zonei de formare a custurii se utilizeaz "sudarea spre napoi", cu ajutorul unui cap semiautomat de sudare sub flux, dirijat de sudor cu viteza de sudare . Srma-electrod este mpins spre capul de sudare printr-un tub flexibil multifuncional, avnd construcia dat n figura 5.10, b, [96].

Procedeul prezint dezavantajul imposibilitii observrii directe a bii de metal topit, n condiiile neasigurrii unei viteze de avans constante, ceea ce poate duce, n mod corespunztor, la apariia de defecte n custura sudat.

5.8. Sudarea pe vertical cu arc electric sub strat de flux Rezolvarea acestei probleme se face prin msuri cu totul speciale, privind susinerea bii de sudare si a fluxului, cu ajutorul unor garnituri. metalice i al unor role, care mbrac de jur mprejur rostul, n momentul sudrii.

Fig. 5.11. Materiale speciale pentru sudarea sub flux:

a - srm-electrod tubular cu flux n interior; b - srm acoperit local cu flux magnetic; 1 - srma; 2 - fluxul

n figura 5.11 se prezint alte soluii ale acestei probleme: utilizarea unei srme tubulare, din band ndoit, coninnd flux la interior fig. 5.11, a) sau folosirea unui flux magnetic metalo-ceramic (fig. 5.11, b), care se magnetizeaz i se strnge n jurul srmei-electrod, la trecerea prin aceasta a curentului de sudare. Aceste fluxuri se topesc i n cea mai mare parte ard n arcul electric asigurnd practic protecia arcului prin intermediul gazelor rezultate din ardere.

Sudarea sub strat de flux se aplic pe o scar foarte larg n producia de serie a structurilor sudate din table groase, mai ales la lungimi relativ mari ale custurilor. Ea folosete instalaii relativ scumpe, dar care asigura o calitate foar-te bun a sudurii i o productivitate, n unele cazuri, de peste 10 ori mai mari dect cea a sudrii manuale cu electrozi nvelii, la preuri avantajoase.

a.

b.

a.

b.

a.

b.

c.

b.

a.

b.

a.

b.

a.

c.

a.

b.

d.

c.

a.

b.

a.

b.

_1128604998.unknown

_1128605519.unknown

_1128605680.unknown

_1128606469.unknown

_1128605474.unknown

_1128601710.unknown