ECHIPAMENTE PENTRU SUDARE CU ARC ELECTRIC IN MEDII DE GAZE PROTECTOARE

1. Scopul lucrarii

Cunoasterea procedeului si a echipamentelor necesare sudarii cu arc electric in medii de gaze protectoare.

2. Consideratii teoretice

Gazele protectoare ce acopera baia metalica pot fi:

- inerte, cum sunt fi argonul si heliul, care nu au nici o actiune chimica asupra metalului topit, asigurand in acelasi timp o protectie deplina a arcului si a baii;

- active, cand in locul gazului inert se foloseste CO₂ sau hidrogen atomic. In acest caz mediul, in afara rolului de protectie, participa activ, prin reactiile chimice, la procesul de sudare.

Procedeele de sudarea in medii de gaze protectoare inerte sunt sudarea cu electrod nefuzibil (W.I.G.) si sudarea cu electrod fuzibil (M.I.G), iar procedeul cel mai utilizat de sudare in medii active este sudarea cu arc electric in CO₂ (M.A.G.).

2.1. Sudarea in medii de gaze protectoare inerte

Argonul fiind mai greu decat aerul protejeaza bine spatiul arcului. In cazul sudarii aluminiului si a aliajelor sale, pentru a se produce cusaturi mai compacte este recomandabil a se folosi amestecul de argon si heliu. Consumul de heliu este de 30 - 40 % mai ridicat decat consumul de argon, deoarece heliul este mai usor decat argonul.

Sudarea prin procedeul W.I.G. (wolfram inert gaz). Principiul acestui procedeu se arata in fig.1.

Fig.1. Schema sudarii cu arc in
atmosfera protectoare de argon
cu electrod nefuzibil (W.I.G.)

1- electrod de wolfram; 2- metalul de baza;
3- arcul electric; 4- argon; 5- ajutaj;
6- metalul de adaos; 7- baia de metal topit.

Intre electrodul de wolfram 1 si metalul de baza 2, se formeaza arcul electric 3, care impreuna cu baia de metal topit 7, este acoperit de argonul 4, ce vine prin ajutajul 5. Metalul de adaos 6, care este o vergea de sarma, se introduce pentru umplerea cusaturii si este incalzit, ca si metalul de baza, de arcul electric. Capul de sudare (pistoletul) format din electrodul de wolfram si din sistemul de admitere a argonului, este racit suplimentar cu aer sau, in cazul curentilor cu intensitati mai mari, cu apa. La aceasta metoda de sudare, arcul are o tensiune joasa de 10 - 20 V. Metoda se aplica mai ales la sudarea pieselor cu pereti subtiri, din aluminiu si a aliajelor sale, a otelurilor inoxidabile, a cuprului, a nichelului (cu aliajele sale) si a metalelor pretioase. Se fac imbinari cap la cap, pe muchie, chiar fara metal de adaos, obtinandu-se suduri de calitate superioara si foarte netede.

Sudarea prin procedeul M.I.G. (metal inert gaz). Principiul acestui procedeu se arata in fig.2.

Fig.2. Schema sudarii cu arc in atmosfera protectoare

de argon, cu electrodul fuzibil (M.I.G.):

1-electrod fuzibil; 2-metalul de baza; 3-arcul
electric; 4-argonul; 5-tub de ghidare si contact;
6-baia de metal topit; 7-role de ghidare.

Intre electrodul fuzibil 1, care este o sarma fara invelis cu diametrul de 0,5 - 2 mm si piesele de sudat 2, arde arcul 3, care impreuna cu baia de metal topit 6, este acoperit de argonul 4. Electrodul este antrenat de rolele 7, printr-un tub de cupru 5, care are rol de ghidare si contact electric.

In fig.3 se arata schema unei instalatii pentru sudare cu arc in argon, cu electrod fuzibil, in curent continuu.

Fig.3. Schema instalatiei pentru sudarea cu arc in argon, cu electrod fuzibil:

1-electrod; 2-metalul de baza; 3-mecanismul de antrenare a sarmei;
4-debitmetru pentru gaz; 5-regulator de presiune; 6-butelie de gaz;
7-voltmetru; 8-generator de sudura; 9-reostat.

Aceasta metoda se utilizeaza pentru sudarea aluminiului, a cuprului si a aliajelor lor, a otelului inoxidabil, etc.

Deoarece gazele inerte nu reduc oxizii, este obligatorie curatirea perfecta a suprafetelor muchiilor de sudat pana la luciu metalic si apoi degresarea acestora.

Cu procedeele descrise mai sus din cauza costului ridicat al acestora, se sudeaza numai piese importante.

2.2. Sudarea in medii de gaze protectoare active (procedeul M.A.G.)

Sudarea in mediu de CO₂ (M.A.G. - metal activ gaz) este folosita la sudarea ansamblurilor din oteluri carbon, cu continut pana la 0,45 % C si din oteluri slab aliate cu mangan si siliciu. Prin acest procedeu pot fi sudate si oteluri mediu sau inalt aliate, daca se folosesc sarme aliate corespunzator.

Mediul, in afara rolului de protectie, participa activ, prin reactii chimice, la procesul de sudare. In principiu, schema este asemanatoare procedeului M.I.G., in locul gazului inert insa se foloseste CO₂. La temperaturile inalte la care are loc procesul de sudare CO₂ se descompune (CO₂ = CO+O). Monoxidul de carbon este gaz inert, iar pentru ca oxigenul rezultat sa nu oxideze metalul topit se utilizeaza o sarma de adaos speciala aliata cu Si si Mn care au o mai mare afinitate pentru oxigen decat fierul.

Avantajele principale ale sudarii cu arc electric in CO₂ sunt urmatoarele:

-productivitate ridicata datorita vitezei de sudare crescute;

-datorita utilizarii densitatilor mari de curent, sudura are o penetratie mare;

-cordonul de sudura obtinut are proprietati mecanice bune, datorita in special a lipsei hidrogenului;

-procedeul permite observarea arcului electric si deci posibilitatea de a modifica parametrii regimului de lucru in caz de nevoie;

-gazul CO₂ este ieftin,

-nu este sensibil la oxizii proveniti din rugina.

Dezavantajele procedeului consta in faptul ca se poate aplica la o gama restransa de oteluri din cauza unor defecte ce apar in unele cazuri (crapaturi, porozitati) si arderea partiala a elementelor de aliere din materialul de adaos.

Sudarea in CO₂ se poate face semiautomat si automat.

O instalatie pentru sudarea semiautomata in CO₂ se compune din urmatoarele parti principale (fig.4):

- sursa de curent 1, avand caracteristica rigida;

- dispozitivul de antrenare a sarmei 2 (caseta cuprinde o cantitate de sarma pana la 5 kg);

- capul de sudura (pistolet) 3, care poate fi racit cu gaz in cazul curentilor folositi de pana la 300 A (gazul din pistolet are rolul si de racire a acestuia), sau cu apa in cazul curentilor de peste 300 A. Curentul electric este adus la sarma electrod printr-un contact alunecator;

- spirala de conducere a sarmei electrod 7;

tubul de cauciuc 8 pentru conducerea CO₂;

butelia de CO₂ 4, cea mai utilizata fiind cea de 12500 litri gaz si respectiv 25 kg;

reductorul de presiune 5, cu debitmetru pentru masurarea cantitatii de gaz utilizat;

dispozitivul de uscare si filtrare pentru CO₂ 6, cu rezistenta electrica si deshidratare, umplut cu silicagel.

Fig.4. Instalatie pentru sudarea cu arcul electric in mediu de CO₂:

1-generator de sudura; 2-dispozitiv de antrenare a sarmei; 3-cap de sudura;
4-butelie cu CO₂; 5-reductor de presiune; 6-dispozitiv de uscare pentru CO₂;

7- spirala de conducere a sarmei electrod; 8-tubul de cauciuc pentru CO₂.

Prin actionarea unui buton de comanda aflat pe pistolet, se porneste motorul pentru antrenarea sarmei si in acelasi timp intra in actiune o bobina de inductie care atrage un magnet, deschizand in acest fel orificiul de trecere a gazului catre pistolet.

La sudarea automata in mediu protector de CO₂ conducerea arcului nu se mai face manual ci de catre tractorul de sudura.

Deoarece in cazul sudarii automate nu exista posibilitatea de a manevra sarma in timpul sudarii este necesar ca rosturile pe semifabricatele care urmeaza sa fie sudate sa se execute la dimensiuni precise.

3. Utilaje si materiale folosite

In cadrul lucrarii se folosesc echipamentele existente in laborator. De asemenea, se vor utiliza pentru studiu mostre sudate cu diferite medii protectoare.

4. Modul de lucru

Se vor identifica partile componente, se va cunoaste modul de functionare si de reglare a instalatiilor de sudare in medii de gaze protectoare. Se vor realiza cusaturi cu acesta. Se va studia setul de mostre existent. Se va observa ca nefolosirea electrozilor inveliti sau a fluxului, face sa se elimine neajunsul curatirii zgurei de pe imbinarile sudate.

5. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor. Concluzii

Se vor clasifica si schita echipamentele studiate. Se vor analiza cusaturile realizate si se vor compara cu cele obtinute prin alte procedee. Se vor trage concluzii referitoare la: calitatea sudurii (rezistenta mecanica, defectoscopie cu ultrasunete, aspect, etc.), productivitate, consum de materiale si conditii de munca.