1.8 Sudarea MIG-MAG

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG 1.8 . SUDAREA MIG - MAG 1. Principiu, caracteristici, domeniu de aplicare Principiul sudării în mediu de gaz protector cu electrod fuzibil este ilustrat în figura.1.

Figura 1

Arcul electric este amorsat între un electrod fuzibil, sub forma unei sârme de sudare, şi piesă. Sudarea se desfăşoară într-un mediu de gaz protector. In funcţie de caracterul gazului de protecţie se disting două variante ale procedeului: - sudarea MIG (Metal-lnert-Gas) în cazul unui gaz inert; - sudarea MAG (Metal-Active-Gas) în cazul unui gaz activ. Procedeul MIG/MAG se poate utiliza în variantă semimecanizată, mecanizată, automatizată sau robotizată. Sudarea se efectuează în curent continuu, polaritate inversă, sursa de sudare având o caracteristică externă rigidă. Controlul arcului electric la sudare se realizează prin mecanismul de autoreglare (reglare internă), viteza de introducere a sârmei în baia topită fiind constantă. Procedeul are un grad înalt de universalitate atât sub aspectul materialelor de bază sudabile, cât şi al poziţiilor de sudare. Astfel, la utilizarea unui gaz inert pot fi sudate practic toate materialele metalice. Este posibilă, de asemenea, efectuarea sudării în orice poziţie. Procedeul de sudare MIG/MAG se remarcă prin rata mare a depunerii. În funcţie de diametrul sârmei folosite, rata depunerii poate ajunge la cea. 10 kg/h, figura2, la o calitate suficientă a îmbinării sudate.

Figura 2

Procesul de sudare se caracterizează printr-un grad înalt de utilizare a materialului de adaos şi cantitate redusă de fum. Sudura nu este acoperită cu zgură. Procedeul ridică cerinţe relativ scăzute pentru pregătirea sudorului (la sudarea oţelurilor nealiate şi slab aliate) şi prezintă posibilităţi de mecanizare bune. Procedeul oferă însă o flexibilitate mai redusă decât sudarea cu electrozi înveliţi, pentru efectuarea sudării fiind necesar un spaţiu de acces mai mare. În acelaşi timp, distanţa dintre pistoletul de sudare şi sursă este limitată la valori de cca.4 m, ea putând fi mărită prin utilizarea unor sisteme speciale de antrenare a sârmei până la cea.16 m. Utilajul de sudare este mai complicat şi, ca atare, mai scump. În fine, efectuarea sudării în aer liber în condiţii de curenţi de aer (vânt) este îngreunată de deteriorarea nivelului de proiecţie al materialului topit. Procedeul prezintă o sensibilitate la defecte de legătură la începutul sudării, ca urmare a faptului că avansul sârmei demarează simultan cu începerea procesului de degajare a energiei. În anumite condiţii tehnologice, în timpul sudării se pot produce împroşcări de material topit (stropiri). Sudarea MIG/MAG reprezintă, în prezent, procedeul cu cel mai mare volum de aplicare industrială. în majoritatea cazurilor este avantajoasă, din punct de vedere economic. Înlocuirea sudării cu electrod învelit prin sudare MIG/MAG. 1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

1/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Procedeul se poate utiliza la sudarea unor piese cu grosimea peste 1 mm. În varianta MIG, procedeul se foloseşte pentru sudarea otelurilor aliate şi a metalelor neferoase, iar în variantă MAG pentru îmbinarea oţelurilor carbon şi slab aliate. În tabelul 1 se indică domeniile de valori ale parametrilor de sudare MIG/MAG. Tabelul 1

2. Materiale de sudare Pentru sudarea MIG/MAG se utilizează ca materiale de sudare sârma de sudare şi gazul de protecţie. Clasificarea şi simbolizarea materialului depus prin sudare în mediu de gaz protector este standardizată, ca de exemplu, prin SR EN 440 pentru oţelurile nealiate şi cu granulaţie fină. 2.1. Sârma de sudare Sârma de sudare se livrează în bobine la diametrele standardizate, diametrele uzuale fiind 0,8 (0,9); 1,0; 1,2; 1,6 mm. Suprafaţa ei trebuie să fie curată. Pentru îmbunătăţirea contactului electric, de obicei, sârma se cuprează. Compoziţia chimică a sârmei pentru sudarea MIG se alege apropiată de cea a materialului de bază. În cazul sudării MAG, sârma de sudare trebuie să conţină elemente dezoxidante şi, în primul rând, mangan şi siliciu. 2.2. Gazul de protecţie Alegerea gazului de protecţie se efectuează având în vedere influenţa sa asupra procesului de sudare. Însuşirile fizice ale gazului influenţează transferul de material prin arcul electric, procesul de umectare al materialului topit, forma sudurii şi mărimea pătrunderii, viteza de sudare utilizabilă, uşurinţa de amorsare şi stabilitatea arcului electric. Proprietatile fizice ale gazului care afecteaza procesul de sudare sunt: - potentialul de ionizare; - energia de disociere- recombinare; - conductibilitatea termica; - desitatea. Ele influenteaza in principal urmatoarele aspecte: - transferul de material; - forma sudurii; - marimea patrunderii; - viteza de sudare maxima; - procesul de amorsare; - stabilitatea arcului. Astfel de exemplu, un potenţial de ionizare de valoare redusă a gazului (argon, în raport cu heliu) uşurează amorsarea şi stabilitatea arcului. Energia de disociere-recombinare a gazelor biatomice (bioxid de carbon, hidrogen) influenţează în mod favorabil bilanţul termic în zona sudării. Conductibilitatea termică a gazului are efecte asupra temperaturii băii topite, formei sudurii, proceselor de degazare, precum şi asupra vitezei de sudare aplicabile. Se remarcă în acest sens efectul heliului la sudarea aluminiului (material cu conductibilitate termică înaltă) sau a hidrogenului la sudarea în amestec cu argonul a oţelurilor inoxidabile. În tabelul 2 se indică potenţialele de ionizare, respectiv energiile de disociere-recombinare pentru gazele folosite la sudarea MIG/MAG.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

2/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Tabelul 2

Variaţia conductibilităţii termice a gazelor cu temperatura este prezentată în figura.3.

Figura 3

Din figură se relevă conductibilitatea termică mare a gazelor biatomice la temperaturi relativ scăzute. În aceeaşi figură este ilustrat, de asemenea, efectul gazului de protecţie asupra formei sudurii. Insuşirile chimice ale gazului de protecţie influenţează comportarea metalurgică a acestuia, precum şi suprafaţa sudurii. Astfel, de pildă, prezenţa oxigenului conduce la arderea unor elemente de aliere şi la mărirea fluidităţii băii prin micşorarea tensiunii superficiale a acesteia. O atmosferă conţinând bioxid de carbon are ca efect o aliere cu carbon a sudurii şi, în acelaşi timp, o mărire a supraînălţării sudurii. In tabelul 3 se indică principalele gaze şi amestecuri de gaze utilizate la sudarea MIG-MAG şi domeniile lor de aplicare. Tabelul 3

Utilizarea la s u d a r e a MAG a u n or amestecuri Ar-C02 conduce la o imbunătăţire a stabilităţii procesului de sudare şi la reducerea împroşcărilor prin stropi, comparativ cu cazul sudării în bioxid de carbon. O comparaţie a efectelor gazului de protecţie asupra unor caracteristici ale procesului de sudare şi ale sudurii sunt indicate în tabelul 4. Aspectul sudurii devine mai puţin estetic cu creşterea conţinuturilor de C02 sau 02. Gazele utilizate la sudare trebuie să prezinte o puritate suficientă.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

3/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Tabelul 4

. In acelasi timp, ele trebuie sa aiba o umiditate redusa (umiditate maxim admisa conform SR EN 499). In cazul unei umidităţi a gazului, care ar conduce la producerea unor defecte de tip sufluri, este necesară uscarea şi încălzirea acestuia înainte de sudare. Livrarea şi utilizarea gazelor de protecţie se face fie din butelii, la o presiune de până la 200 bari fie prin sisteme de distribuţie centralizate, aplicabile în cazul unor consumuri mari de gaz.

Figura 4

figura 5

Figura 6

Amestecurile de gaze se livrează în mod curent îmbuteliate. Ele pot fi obţinute însă şi prin amestecarea directă la locul de utilizare. în acest caz, se va avea în vedere că la utilizarea unor debitmetre etalonate pentru argon pentru dozarea altor gaze este necesară aplicarea unor corecţii. 3. Transferul de material la sudare Transferul de material prin spaţiul arcului electric de la sârma de sudare în baia topită se face ca urmare a forţelor ce acţionează asupra capătului sârmei, figura.7.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

4/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG

Figura 7

Dintre aceste forţe se menţionează in mod special efectul forţei electromagnetice şi al tensiunii superficiale. O influenţă mare asupra arcului electric şi implicit asupra transferului de material o are şi conductibilitatea termică a gazului de protecţie. Influenţa forţei electromagnetice (forţa Pinch) este prezentată în mod simplificat în figura 8. Mărimea acestei forţe este practic proporţională cu pătratul curentului de sudare.

Figura 8

Dimensiunea picaturii depinde si de tensiunea superficiala. Daca aceasta e mare rezulta picaturi mari. Astfel, în cazul unor sârme cu suprafeţe metalic curate, fără oxizi, specifice sudării într-un gaz inert, tensiunea superficială este mare; vor rezulta în acest caz picături de material topit de dimensiuni mari. Dacă gazul de protecţie are caracter oxidant (prin adăugarea C02 sau 02) pe suprafaţa sârmei se vor produce insule de oxizi. Tensiunea superficială scade, ceea ce are ca efect producerea unor picături mai fine şi în număr mai mare. In ceea ce priveşte influenţa conductibilitâţii termice a gazului de protecţie se menţionează că aceasta depinde de temperatură. La temperaturi mari (« temperatura de vaporizare a metalului sârmei. 3 000 "C la oţel) argonul este slab conducător termic (- slab conducător electric). La temperatură mai scăzută Ar nu mai este ionizabil termic, deci nu este conducător electric. Curentul electric poate trece de la sârmă la piesă numai în zona argonului cald, adică în miezul coloanei arcului şi pe zone mai largi la punctele de atac ale arcului relativ mai reci. In caz COz sau amestecuri Ar cu peste25%C02 situaţia este diferită. C02 disociază la 3 000 °C, conductibilitatea termică şi electrică la această temperatură fiind foarte bune. Pentru conducerea curentului de sudare este suficientă la capătul sârmei o pată de ardere mică. Căldura este transmisă doar la această pată anodică la capătul sârmei. Capătul sârmei este considerabil mai cald decât un punct aflat la o distanţă de capăt. Forţa Pinch nu are efect ca urmare a temperaturii mai scăzute. Nu este posibilă o separare ordonată a picăturii. Trecerea picăturii se face adesea prin scurt-circuit, rezultând stropiri puternice. Transferul materialului în spaţiul arcului electric depinde de valoarea curentului de sudare şi de gazul de protecţie utilizat. In figura 9 se prezintă tipurile de arc electric utilizate la sudarea MIG/MAG.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

5/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG

Figura 9

Arcul scurt are loc la curenţi mici, indiferent de gazul de protecţie, trecerea materialului prin arcul electric efectuându-se în scurtcircuit cu un număr redus de stropi, figura 10.

Figura 10

Frecvenţa scurtcircuitelor este de 20-120 Hz. Baia topită are un volum redus. Acest tip de transfer se foloseşte la sudarea tablelor subţiri, la sudarea în poziţie şi la sudarea stratului de rădăcină. La curenţi mari comportarea arcului electric este diferită în funcţie de tipul gazului de protecţie. În cazul sudării în CO2 se operează cu arcul lung, transferul de material se face cu picături mari, cu scurtcircuite frecvente, cu o degajare masivă de stropi, figura 11.

Figura 11

La sudarea în argon sau amestecuri bogate în argon (peste 80% Ar) apare arcul spray, transferul prin arc se efectuează prin pulverizare, fără scurtcircuite, cu picături fine şi cu foarte puţin stropi, figura12.

Figura 12

Cu creşterea curentului de sudare mărimea picăturilor scade, ca urmare a creşterii forţei electromagnetice (Pinch). 1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

6/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG La curenţi de sudare foarte mari arcul electric este rotitor. Pentru asigurărea unui proces de sudare stabil se necesită amestecuri speciale de gaze (conţinând Ar adaosuri de C02 şi 02). Arcul intermediar apare la curenţi de sudare de valoare medie în amestecuri bogate în argon, la sudarea tablelor de grosime medie. Transferul de material se face cu picături mari, parţial în scurtcircuit, dar cu mai puţin stropi decît la arcul lung în CO. Este recomandabilă evitarea operării în zona arcului intermediar. În cazul sudării în impulsuri în argon sau amestecuri bogate în argon transferul de material specific arcului în impulsuri se face uniform, fără scurtcircuite, indiferent de valoarea curentului de sudare, cu o eliberare controlată de picături pe impuls (de regulă, o picătură pe impuls). In acest caz, cantitatea de stropi este minimă, figura 13.

Figura 13

În figura 14 se prezintă variaţia numărului de scurtcircuite în funcţie de mărimea curentului de sudare pentru diferite gaze de protecţie.

Figura 14

In domeniul transferului prin scurtcircuit cu creşterea curentului de sudare creşte numărul de scurtcircuite. Aceasta se explică prin faptul că mărimea picăturii rămâne practic constantă, viteza de avans a sârmei crescând însă. În zona arcului intermediar, numărul de scurtcircuite scade, cu toate că viteza sârmei creşte. Rezultă concluzia că în aceste condiţii mărimea picăturii creşte. Apar, în acelaşi timp, scurtcircuite neregulate şi împroşcări de material, indiferent de gazul de protecţie utilizat. La creşterea în continuare a curentului, comportarea arcului electric depinde de gazul protector, trecerea prin arc având loc prin pulverizare sau prin arc lung. În cazul transferului prin scurtcircuit introducerea unei inductivităţi în circuitul de sudare reduce viteza de creştere a curentului în faza de scurtcircuit, ceea ce are efecte favorabile prin reducerea stropirii de material topit. Efectul inductivităţii este ilustrat în figura 15.

Figura 15

Figura 16

O inductivitate de valoare mare măreşte însă durata procesului de amorsare, aşa cum se arată în figura 16. In felul acesta, este avantajoasă folosirea unei inductivităţi de valoare redusă la amorsare şi mărirea inductivităţii în faza de sudare propriu-zisă.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

7/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG 4. Recomandări tehnologice Sudarea MIG/MAG se efectuează, aşa cum s-a arătat, în curent continuu, polaritatea inversă. În cazul folosirii polarităţii directe arcul electric este instabil, se produc împroşcări de material, iar pătrunderea sudurii este mai mică. Pregătirea rostului pentru sudare MIG-MAG este standardizată (SR EN 29692 - pentru piese de oţel). Comparativ cu cazul sudării cu electrozi înveliţi, rosturile pentru sudarea MIG-MAG se caracterizează prin unghiuri cu deschidere mai mică. Explicaţia constă, în primul rând, în diametrul redus al materialului de adaos. Alegerea parametrilor de sudare se face în funcţie de materialul de bază, grosimea acestuia, poziţia de sudare, tipul îmbinării. În figura 17 se indică efectul gazului de protectie asupra caracteristicii arcului electric, iar in figura 18 dependenta dintre curentul de sudare si viteza de avans a electrodului

Figura 17 figura 18 Influenţa tipului de îmbinare asupra este exemplificată în figura 19.

Figura 19

Modificările corespunzătoare ale celor doi parametri se datorează distanţei diferite dintre capătul sârmei şi suprafaţa piesei, x. La creşterea tensiunii arcului electric se măreşte lungimea arcului, zgomotul arcului devine mai moale. Lăţimea sudurii creşte, iar supraînălţarea scade. Baia topită devine mai fluidă. Are loc o ardere mai pronunţată a elementelor de aliere la sudarea MAG. Curentul de sudare depinde, la un anumit diametru al sârmei, de viteza de avans a acesteia. Mărimea lui determină rata depunerii. Cu creşterea curentului de sudare lungimea arcului scade, iar zgomotul arcului devine mai dur. Pătrunderea şi supraînălţarea sudurii cresc, lăţimea scade. Se poate produce o ardere mai intensă a elementelor de aliere (la sudarea MAG). Posibilitatea modificării în domenii largi a curentului de sudare şi tensiunii arcului pentru un diametru al sârmei conduce la variaţii ale ratei depunerii şi impune modificarea corespunzătoare a vitezei de sudare. În special în cazul utilizării unor rate de depuneri mari, respectiv la sudarea vertical descendentă, viteza de sudare reprezintă un parametru de sudare important care influenţează pericolul de apariţie a defectelor de legătură, figura 20.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

8/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG

Figura 20

Creşterea vitezei de sudare conduce la micşorarea pătrunderii şi lăţimii sudurii, respectiv la mărirea supraînălţării. In cazul unor viteze de sudare prea mici, prin curgerea băii înaintea arcului electric se produce o scădere a pătrunderii sudurii, concomitent cu o supraîncălzire a băii topite, cu pericol de porozitate. Comparativ cu sudarea în poziţie orizontală! la sudarea în poziţie şi la sudarea rădăcinii este necesară reducerea puterii de topire pentru a obţine o baie topită de dimensiuni reduse şi cu vâscozitate mare. La sudarea în poziţie, tensiunea arcului are o semnificaţie specială, întrucât cu creşterea tensiunii creşte fluiditatea băii. Aceasta are ca efect curgerea băii înaintea arcului şi, ca urmare, producerea unor defecte de legătură. Tipul gazului de protecţie influenţează forma sudurii, asa cum este arătat în figura 21.

Figura 21

Figura 22

Arzătorul de sudare poate fi poziţionat faţă de direcţia de sudare în poziţie neutră (perpendicular pe direcţia de sudare), respectiv în poziţie împinsă (unghi ascuţit) sau trasă (unghi obtuz) - figura 22. Faţă de sudarea în poziţie neutră, sudarea cu pistolet împins conduce la mărirea lăţimii şi reducerea pătrunderii sudurii. La sudarea cu pistolet tras se obţin suduri mai înguste cu pătrundere şi supraînălţarii mai mari. Pentru asigurarea unei topiri corespunzătoare a muchiilor rostului sau trecerilor anterioare este importantă poziţionarea corespunzătoare a pistoletului figura.23. La sudarea îmbinărilor circulare, poziţionarea pistoletului va avea în vedere solidificarea băii în poziţia de ora 12, cu evitarea scurgerii băii înaintea sau în urma arcului, figura 24.

Figura 23

Figura 24

Efectul poziţionării pistoletului este mai important la sudarea cu rată a depunerii mare când influenţează direct forma sudurii, figura 25.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

9/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG

Figura 25

La îmbinări în colţ în poziţie orizontală, pistoletul va fi plasat la un unghi de 45° faţă de orizontală, figura 26. O înclinare mai mare conduce la obţinerea unei suduri cu catete inegale, cu pericolul de lipsă de legătură.

Figura 26

Figura 27

La sudarea îmbinărilor cap la cap cu rost I din două părţi, pistoletul va fi poziţionat perpendicular pe suprafaţa pieselor, figura 27. Lungimea liberă L|( adică distanţa dintre duza de contact electric şi capătul sârmei, are valori de 12-20 mm, dependente de parametrii de sudare ls şi U. Modificarea lungimii libere are ca efect modificarea rezistenţei ohmice din circuitul de sudare şi, prin aceasta, modificarea curentului de sudare, figura 28.

Figura

28

figura 29

O lungime liberă prea mare conduce la deformarea sârmei şi, prin efect, la producerea unor defecte de sudare figura 29. La sudarea în mai multe treceri modul de depunere a acestora depinde de modul de transfer prin arcul electric. În cazul transferului prin scurtcircuit sudarea se efectuează fără pendulare. La sudarea în poziţie se execută o pendulare cu amplitudine redusă. Straturile de umplere se depun prin trecere prin pulverizare sau arc lung fără pendulare sau cu pendulare cu amplitudine redusă. O pendulare pe o lăţime mare conduce la sudarea în poziţie orizontală Ia defecte de legătură, figura 30.

Figura 30

La sudarea MAG sudura este acoperită cu un strat subţire de zgură (MnO, Si02). Prezenţa acestuia deranjează arderea arcului şi împiedică topirea materialului. De aceea, stratul de zgură se îndepărtează înainte de sudarea trecerii următoare. Debitul gazului de protecţie depinde de tipul gazului, puterea arcului şi spaţiul în care se execută sudarea. În general, la sudare cu arc în scurtcircuit sunt suficiente debite de gaz de 8-10 l/min, iar la puteri mai mari se recomandă debite de 15-17 l/min, (pentru argon sau bioxid de carbon). Debite de gaz prea mari sau prea mici conduc la porozitate. O deranjare a calităţii protecţiei gazoase poate fi produsă prin aderenţa unor stropi în duza de gaz. Pentru evitarea acestei situaţii se recomandă utilizarea unor spray-uri adecvate care împiedică aderenţa stropilor. 1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

10/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Cu creşterea vitezei de sudare este necesară mărirea debitului de gaz. Tipul îmbinării influenţează, de asemenea, debitul de gaz necesar, figura 31.

Figura 31

În cazul sudurilor de colţ exterioare debitul este maxim. În spaţii deschise se poate lucra cu debite de gaz cu până la 50 % mai mari decât la sudarea în spaţii închise. La stabilirea parametrilor de sudare pentru o aplicaţie dată, pentru un diametru al sârmei se determină modul de transfer prin arc şi din diagrame, în funcţie de gazul de protecţie, curentul de sudare (viteza sârmei) şi tensiunea arcului. Dependent de viteza de sudare, în funcţie de puterea arcului electric se poate determina din diagrame secţiunea unei treceri. Cunoscând secţiunea cusăturii rezultă astfel numărul de treceri. 5. Sudarea electrogaz Sudarea electrogaz este un procedeu de sudare MAG pe verticală, principiul procedeului fiind ilustrat în figura 32. Capul de sudare se deplasează vertical ascendent cu viteza de sudare. Întreaga secţiune a sudurii este depusă într-o trecere. Pentru menţinerea băii topite în poziţie se utilizează două patine de cupru răcite cu apă care se ridică împreună cu capul de sudare pe măsura realizării sudurii.

Figura 32

Procedeul se utilizează la sudarea unor table cu grosimi 10-60 mm din oţeluri nealiate sau slab aliate. Sudarea se poate efectua, mai ales în domeniul grosimilor mai mari, cu pendularea transversală a sârmei. Viteza de sudare are valori în domeniul 3-15 cm/min. 6. Sudarea cu sârmă tubulara La acest procedeu de sudare în locul sârmei pline se utilizează o sârmă tubulara în interiorul căreia se introduce o pulbere ce conţine elemente dezoxidante, de aliere şi zgurifiante. Din acest motiv, din punct de vedere al posibilităţii de aplicare, sudarea cu sârmă tubulara constituie o alternativă faţă de sudarea cu electrozi înveliţi. În funcţie de tipul constructiv, sârmele tubulare pot fi, figura 33: - cu profil de închidere simplu sudat, a; - cu profil de închidere simplu, cap la cap, b; - cu profil de închidere simplu cu marginile suprapuse, c; - cu profil de închidere simplu, cu îndoirea unei margini, d; - cu profil de închidere simplu, cu îndoirea ambelor margini, e; - cu profil de închidere dublu, f.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

11/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG

Figura 33

Fiecare dintre aceste tipuri de sârmă se caracterizează printr-un anumit grad de umplere Gn definit ca raportul dintre masa miezului şi masa totală. După caracteristicile zgurifiante, sârmele tubulare se clasifică în: - sârme tubulare cu componente zgurifiante bazice; - sârme tubulare cu componente zgurifiante rutilice; - sârme tubulare fără componente zgurifiante, conţinând numai pulberi metalice. Sârmele tubulare cu zgură bazică se remarcă prin caracteristicile mecanice înalte ale sudurii, prin tendinţă redusă de formare a porilor şi lipsei de topire, respectiv printr-un conţinut scăzut de hidrogen (până la 1.5 ml/100 g metal depus în cazul sârmelor cu profil sudat). Nivelul înalt al tenacităţii metalului depus se menţine chiar şi în urma unor tratamente termice. Ele au însă o comportare mai dificilă la sudare şi produc o cantitate mai mare de stropi. O îmbunătăţire a acestei situaţii poate fi obţinută prin sudarea în impulsuri. Sârmele tubulare cu zgură rutilică produc o zgură cu solidificare rapidă, fapt ce permite utilizarea lor pentru sudarea în poziţie. Ele se remarcă printr-o bună comportare la sudare, dar tenacitatea metalului depus are valori scăzute. Sârmele tubulare cu pulberi metalice şi fără adaosuri zgurifiante reprezintă o dezvoltare recentă. Cu toate că nu produc zgură, ele păstrează totuşi caracteristicile favorabile ale sârmelor tubulare în ceea ce priveşte calitatea sau aspectul sudurii. Având o tendinţă redusă de formare a stropilor ele pot fi utilizate la sudarea robotizată. Lipsa zgurii înlătură necesitatea curăţirii intermediare la sudarea multistrat. Amorsarea arcului electric este, ca efect al pulberii metalice, foarte uşoară. De cele mai multe ori, sudarea cu sârmă tubulară are loc în mediu de gaz protector (MIG-MAG). Este posibilă însă şi sudarea cu autoprotecţie, caz în care miezul sârmei tubulare conţine materialele necesare generării mediului de protecţie. Se remarcă însă emisia mai accentuată de fum caracteristică acestei variante. Se menţionează, de asemenea, posibilitatea sudării cu sârmă tubulară sub strat de flux sau în baie de zgură. Avantajul principal pe care îl oferă sudarea cu sârmă tubulară este de natură economică, procedeul caracterizându-se printr-o rată a depunerii sensibil mai mare decât cea specifică sudării MIG-MAG clasice. În figura 34 se prezintă comparativ ratele de depunere corespunzătoare sudării cu electrozi înveliţi, sudării MIG-MAG clasice şi cu sârmă tubulară.

Figura 34

Comparativ cu sudarea MIG-MAG. sudarea cu sârmă tubulară se distinge prin următoarele particularităţi: - posibilitate de aliere suplimentară a metalului depus prin intermediul miezului; - îmbunătăţirea stabilităţii arcului electric, reducerea pierderilor prin stropi; - sensibilitate mai redusă faţă de curenţii de aer, în special în varianta de sudare cu autoprotecţie; - pericol redus de producerea porilor, fisurilor, defectelor de legătură; 1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

12/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG viteză mai mică de răcire a sudurii; obţinerea unor suduri cu o supraînălţare mai puţin bombată (mai netedă); posibilitate de fabricare în cantităţi mici şi în timp scurt a unui material de sudare cu caracteristici dorite ale metalului depus. In general, se utilizează sârme tubulare cu diametrul 1,0-1,6 (2.4) mm. Sârmele tubulare cu diametru redus au profilul închis prin sudare. Transferul materialului prin arcul electric se face ca şi în căzut sârmelor pline. În funcţie de valoarea curentului de sudare prin scurtcircuit, prin arc intermediar sau prin pulverizare. Pentru sudarea cu sîrmă tubulară sunt valabile. În general, recomandările tehnologice specifice sudării cu sârmă plină. Datorită puterii de topire superioare se pot obţine însă suduri cu pătrunderi mai mari. Sudarea cu sârmă tubulară este utilizată în diferite ramuri industriale, în primul rând în industria navală, reprezentând o alternativă favorabilă sudării cu electrozi înveliţi, în cazurile în care se imbinărilor sudate, respectiv sudării MIG- MAG clasice ca urmare a productivităţii mai înalte. Utilizarea sârmelor tubulare permite operarea cu un arc prin pulverizare stabil pe întreg domeniul curenţilor de sudare uzuali. La aceste sârme nu apare o trecere de material instabilă în domeniul puterilor mari sau o rotaţie a arcului ca şi în cazul sârmelor pline. Sârmele tubulare se pretează pentru sudarea cu viteze de avans a sârmei de peste 4.5 m/min. Ele crează probleme tehnologice ca urmare a cantităţii relativ ridicate de zgură produsă de majoritatea sârmelor tubulare uzuale. De aceea, pentru sudarea în regimuri intensive este necesară o optimizare a miezului pulverulent, a gradului de umplere şi a gazului de protecţie. -

7. Sudarea în impulsuri La acest procedeu curentul de sudare variază între un nivel maxim - curent de impuls şi un nivel minim curent de bază, figura 35.

Figura

35

figura 36

Protecţia gazoasă este asigurată de argon sau un amestec de gaz bogat în argon. Transferul de material prin arcul electric se face dirijat. De obicei, :a fiecare impuls de curent se eliberează o picătură de metal topit, figura 36. În întreg domeniul de curenţi de sudare utilizaţi, transferul prin arc are loc prin pulverizare. Ca atare, procesul de sudare se caracterizează printr-o cantitate foarte redusă de stropi, figura 37.

Figura 37

Modificările energiei arcului se fac, de obicei, prin schimbarea vitezei sârmei. La dublarea acesteia, dimensiunea picăturilor rămâne practic aceeaşi, curentul de impuls şi, ca atare, forţa electromagnetică fiind 1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

13/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG nemodificate, dar frecvenţa acestora se dublează. Prin aceasta se modifică condiţiile energetice în zona sudurii, fapt favorabil mai ales la puteri mici, ceea ce permite utilizarea în aceste cazuri a unor sârme cu diametru mai mare fără producerea de stropi. Ca atare, este posibilă sudarea în impuls a unor piese de grosime mică cu sârme de diametre mai mari decât cele folosite la sudarea clasică, ceea ce reprezintă un avantaj sub aspect economic. De cele mai multe ori, sudarea în impulsuri este realizată în condiţii sinergice în care se asigură o legătură internă între tensiunea arcului şi curentul de sudare. În acest caz, fixarea punctului de lucru din diagrama U = f(l) se face printr-o singură mărime (tensiunea arcului sau viteza sârmei). Prin sistemul intern de reglare se efectuează modificarea corespunzătoare a celuilalt parametru. Sudarea sinergica presupune existenţa unei instalaţii speciale de sudare programabile. Ex ploatarea instalaţiei este deosebit de simplă. După introducerea programului corespunzător aplicaţiei date, sudorul acţionează doar un singur parametru ("un singur potenţio-metru”). Sudarea sinergică are dezavantajul programării doar a unei caracteristici de lucru (a arcului). În practică apar însă situaţii, ca de exemplu, la sudarea de colţ orizontală, când sudorul ar trebui sa aibă posibilitatea să modifice un parametru de sudare independent de ceilalţi parametri. Aceasta se realizează în cazul sudării clasice prin două mărimi de reglare (Ua, ve). Folosind un singur diametru al sârmei, de exemplu 1,2 mm, este posibilă sudarea în impulsuri cu curenţi de sudare (valori medii) în domeniul 80-350 A. Aceasta echivalează practic cu performanţele tehnice ce se pot obţine la sudarea cu electrozi înveliţi pentru electrozi cu diametrul 3,25; 4 şi 5 mm. 8. Sudarea MIG-MAG cu protecţie dubla Principiul sudării MIG-MAG cu protecţie dublă este ilustrat în figura 38.

Figura 38

Utilizarea sistemului de dubla protecţie îmunătăţeşte nivelul protecţiei de gaz, comparativ cu sudarea MAG clasică şi, în acelaşi timp. asigură o reducere a consumului de gaz inert fată de sudarea MIG. 9. Sudarea MIG-MAG în puncte Prin modificarea pistoletului de sudare MIG-MAG devine posibilă efectuarea unor suduri în puncte. Pistoletul este sprijinit de piesă, arcul electric nefiind vizibil pentru operator. In figura 39 se prezintă câteva posibilităţi tehnologice de sudare MIG-MAG în puncte.

Figura 39

10. Sudarea MIG-MAG în rost îngust în funcţie de modul de introducere a sârmei în rost se disting două tehnici de sudare şi anume: a) pistoletul de sudare este introdus în rost; b) pistoletul de sudare este plasat deasupra rostului.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

14/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Varianta a se aplică în special în cazul utilizării unor sârme cu diametru mic (1-1,6 mm) fiind caracterizată deci prin energie liniară redusă, în timp ce la varianta b se preferă sârme cu diametru mai mare (până la 3 mm), ceea ce presupune o energie liniară mai înaltă. În cazul depunerii unui singur rând pe strat, pentru a evita producerea unor defecte de sudare (în primul rând, lipsă de topire laterală) este necesară pendularea transversală a arcului electric. Aceasta poate fi realizată prin mai multe moduri, (figura 40): - prin oscilarea capului de sudare; - prin rotirea alternativă a capului de sudare şi tensionarea corespunzătoare a sârmei; - prin deformarea prealabilă a sârmei de sudare; - prin utilizarea a două sârme împletite.

Figura 40

La depunerea a două treceri pe strat, conducerea arcului electric se face fie prin înclinarea corespunzătoare a capului de sudare, fie prin tensionarea adecvată a sârmei în duza capului de sudare, figura 41.

Figura 41

Deschiderea rostului are valori uzuale între 6 şi 12 mm. Asigurarea unei protecţii cu gaz corespunzătoare reprezintă o problemă dificilă, mai ales la sudarea primelor straturi. Problema se complică o dată cu creşterea grosimii pieselor, respectiv la micşorarea deschiderii rostului. Sistemul de protecţie gazoasă utilizat la sudarea convenţională în mediu de gaz protector nu asigură un nivel de protecţie suficient. Ca atare, sunt necesare sisteme speciale de protecţie gazoasă. Acestea pot fi grupate în: - sisteme la care duza se află deasupra rostului; - sisteme la care duza de gaz este introdusă în rost. În figura 42 se prezintă câteva tipuri de sisteme de protecţie cu portelectrodul plasat deasupra rostului. Ele asigură o protecţie dublă de gaz, ceea ce reduce pericolul aspirării aerului în zona sudurii şi a producerii defectelor de tip sufluri. Sistemele de protecţie gazoasă cu pistoletul introdus în rost sunt mai complicate, dar au o eficienţă mai bună decât celelalte sisteme. Ele se utilizează în cazul sudării pieselor cu grosime mare prin introducerea capului de sudare în rost. În figura 43 sunt prezentate două astfel de sisteme de protecţie.

Figura

1.8 / Sudarea MIG-MAG

42

Figura 43

© 2014 ASR

Cap. 1.8

15/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Sistemul a este eficient până la grosimi de 300 mm, debitul de gaz total necesar fiind de cca 60 l/min. Sistemul b este mai complicat, fiind prevăzut cu 5 duze de gaz. El se pretează pentru sudarea pieselor de grosime foarte mare (până la 450 mm), debitul total de gaz ajungând la grosimea maximă la 110 l/min. Sudarea MAG în rost îngust poate fi utilizată la sudarea unor elemente cu grosimi până la 300 mm. 11. Noi procedee de sudare MIG/MAG In ultima perioada de timp s-au dezvoltat o serie de variante ale procedeului de sudare In scopul imbunatatirii unor performante ale acestuia. S-au avut in vedere, in special, doua aspecte: - reducerea stropirilor la sudarea cu energie redusa (transfer in scurtcircuit) scurtcircuit; - cresterea eficientei la sudarea cu energie mare (cu rata de depunere mare). a. Sudare cu rată mare de depunere Mărirea ratei depunerii la sudarea MIG-MAG a preocupat încă de la dezvoltarea acestui procedeu, atât producătorii de utilaje, cât şi utilizatorii acesteia. Rata de depunere creşte o dată cu mărirea curentului de sudare, adică a vitezei de avans a sârmei. Această măsură are însă o posibilitate limitată de aplicare. Astfel, spre exemplu, la sudarea unui oţel carbon cu o sârmă cu diametrul 1,2 mm, la depăşirea unui curent de sudare de cca.400A, transferul de material prin arc devine necontrolabil. Arcul electric are în acest caz formă spirală sau rotitoare, ceea ce se răsfrânge asupra dinamicii picăturii topite. Utilizarea unor astfel de condiţii de sudare nu a fost posibilă datorită pericolului mare de apariţie a defectelor de tip lipsă de topire, respectiv a dificultăţii de control al procesului de sudare. Prin folosirea unui amestec special de gaze şi a unei lungimi libere a sârmei mai mari (20-35 mm) se poate însă opera cu o putere mai mare. O dată cu dezvoltarea corespunzătoare a utilajelor de sudare a fost posibilă elaborarea procedeului de sudare TIME (Transfered lonized Molten Energy) care permite sudarea MAG cu viteze de adaos a sârmei până la 50 m/min. Sudarea TIME are loc într-un amestec bine precizat de gaz. Tipul amestecului este corelat cu materialul de bază. În general, amestecul de gaz este format din 40-70% argon, 25-60% heliu, 3-10% bioxid de carbon şi 0,1-1% oxigen. În figura 44 se prezintă legătura dintre viteza sârmei şi curentul de sudare prin procesul TIME pentru cazul unei sârme cu diametrul 1,2 mm.

Figura 44

Se remarcă faptul că la sudarea TIME cu o sârmă de 1,2 mm diametru se poate opera cu un curent de sudare până la cea.760 A, tensiunea arcului ajungând la 60 V. Sudarea TIME permite creşterea ratei depunerii la sudare până la cea.27 kg/h, figura 45.

Figura 45

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

16/ 17

Curs de Inginer Sudor Internaţional/European IWE/EWE 1.8 Sudarea MIG-MAG Aplicarea industrială a procedeului impune condiţii speciale instalaţiei de sudare, în mod special pistoletului de sudare (datorită valorii mari a curentului de sudare) şi sistemului de avans al sârmei (ca urmare a vite zei înalte de antrenare a acesteia). La viteze de avans a sârmei peste 15-20 m/min sudarea are loc mecanizat. Calitatea sudurilor obţinute prin sudare TIME este comparabilă cu cea specifică sudării clasice. Este posibilă însă reducerea deformaţiilor la sudare prin sudare cu viteză mărită şi cu un număr mai mic de treceri (pătrunderea sudurii TIME fiind mai mare decât cea a sudării MAG). Procedeul se pretează pentru sudarea în orice poziţie. Sudura are un aspect mai estetic decât în cazul sudării clasice. Preţul ridicat al gazului TIME reprezintă însă un handicap important al procedeului, de aceea au fost căutate şi alte posibilităţi de creştere a ratei de depunere la sudare MAG folosind gazele de protecţie uzuale. S-au dezvoltat, ca efect, tehnici de sudare cu curenţi de mare intensitate ca Rapid Arc şi Rapid Melt. În cazul sudării cu arc rapid (Rapid Arc) se utilizează la viteze de avans a sârmei sub 25 m/min şi un amestec 92% Ar/8% C02 o lungime liberă mai mare a sârmei şi o tensiune a arcului mai redusă decât la sudarea clasică. În felul acesta trecerea prin arc nu se mai face prin pulverizare, ci prin arc scurt, utilizând, ca atare, avantajele sudării în arc scurt şi la curenţi de sudare ridicaţi. Scopul principal urmărit prin această tehnică de sudare este creşterea vitezei de sudare (practic dublarea acesteia) la sudarea unor piese de grosimi relativ reduse. Procesul de sudare se poate desfăşura utilizând o instalaţie de sudare clasică. În scopul sudării cu topire rapidă (Rapid Melt) viteza de avans a sârmei este mai mare (v0 < 40 m/min). La astfel de viteze de avans se produce în mod normal o rotire a arcului. Ea este evitată prin operarea cu o tensiune mai redusă a arcului, ceea ce are ca efect obţinerea unei treceri prin arc prin pulverizare. Această variantă tehnologică a fost dezvoltată în primul rând pentru creşterea ratei de depunere (până la 20 kg/h), mai ales la sudarea pieselor de grosime mai mare. In vederea creşterii productivităţii sudării MIG-MAG pe lângă creşterea ratei de topire (prin variante ca TIME sau Rapid Melt) se urmăreşte în prezent şi creşterea vitezelor de sudare prin sudare cu două sârme (în tandem). Instalaţia de sudare este compusă dintr-o sursă dublă în impulsuri, două sisteme separate de avans sârmă şi un arzător special cu două sârme. Se pot obţine viteze de sudare până la 4 m/min. Aplicarea sudării la asemenea viteze necesită însă un sistem adecvat de senzori care să asigure conducerea precisă a arzătorului. b. Sudare cu energie redusa O serie de lucari actuale vizeaza punerea la puncta unor procedee care sa se aplice in cazul specific transferului prin scurtcirtcuit (domeniul curentilor de sudare si a energiilor liniare mici). Aceste variante de procedee urmaresc imbunatatirea transferului de material si reducerea neuniformitatilor si stropirilor la sudare prin reducerea valorii curentului in momentul producerii scurtcircuitului. Astfel de variante noi sunt sudarea CMT (Cold Metal Transfer) sau sudarea Cold Arc Transfer. In primul caz procesul de sduare se caracterizeaza prin retragerea sarmei la o anumita distanra in moementul prodcuerii scurtcircuitului, in timp ce in cazul celue de a doua variante efectul dori se obtine prin comanda electronica a sursei de sudare.

1.8 / Sudarea MIG-MAG

© 2014 ASR

Cap. 1.8

17/ 17