ZONA DE TRECERE SI INFLUENTA EI ASUPRA CALITATII SUDURII

ZONA DE TRECERE SI INFLUENTA EI ASUPRA CALITATII SUDURII

Dupa cum s-a mai aratat, zona de trecere (Z.T.) este zona de intrepatrundere a metalului de baza cu metalul solidificat al baii metalice.

Suprafata care delimiteaza metalul topit de cel netopit nu este neteda ci este plina de neregularitati microscopice sau submicroscopice, provenite din topirea neuniforma a limitelor cristalelor metalului de baza.

Aceste neuniformitati sunt cu atat mai accentuate cu cat fluiditatea aliajului din baia metalica este mai mare, iar difuzia sa in zonele intercristaline ale metalului de baua, este mai intensa.

In cazul incarcarii prin sudare a otelurilor, se remarca aliajele de incarcare pe baza de nichel si cobalt, care se infiltreaza printre cristalele metalului de baza, dupa cum se observa in fig. 4.1.

In aceasta figura, metalul de baza este situat in partea inferioara si are un aspect intunecat datorita atacului intens cu nital (in cazul a) si cu apa regala (in cazul b). stratul incarcat prin sudare are un aspect mai deschis la culoare, fiind neatacat, in cazul a de catre reactivul nital, respectiv fiind atacat normal, cu apa regala, in cazul b.

Datorita acestor infiltrari ale aliajului incarcat printre cristalele metalului de baza, stratul incarcat prin sudare este bine ancorat in metalul de baza avand o aderenta deosebita. Chiar si in cazul in care aceste infiltrari nu au loc, aderenta stratului incarcat prin sudare la metalul de baza, poate fi corespunzatoare, datorita difuziei recipreoce dintre cel doua aliaje.

Fig. 4.1. Zona de trecere intre un aliaj avand 3%Ni, 3%Co si 3%Mo, incarcat prin sudare si otelul aliat MoCN 15

a) atac nital

b) atac apa regala

Dupa cum se observa, zona de trecere nu este doar o suprafata de separatie, ci este o zona cu o anumita grosime.

Structura zonei de trecere in partea dinspre metalul solidificat contine cristale de metal de baza incomplet topit si apoi solidificat, in care au avut loc difuzii ale unor elemente existente in baia metalica. Spatiul dintre aceste cristale este completat cu cristale provenite din metalul lichid solidificat, in care au avut loc difuzii ale unor elemente existente in metalul de baza.

Structura zonei de trecere in partea dinspre metalul de baza contine cristale supraincalzite ale metalului de baza, in care au avut loc difuzii ale unor elemente din baia metalica.

In cazul diferentelor mari dintre compozitia chimica a metalului depus prin sudare si compozitia metalului de baza, difuzia reciproca a elementelor chimice intre cele doua zone este intensa. De aceea, pe grosimea zonei de trecere, are loc o variatie a compozitiei chimice intre continutul aliajului depus prin sudare si continutul metalului de baza.

In cazul in care compozitia chimica a aliajului depus prin sudare este asemanatoare cu a metalului de baza, zona de trecere este mai putin vizibila la cercetarea macro sau microscopica. Chiar in aceasta situatie, zona de trecere exista si nu poate fi neglijata, intrucat separa zona solidificata cu structura de turnare si zona netopita cu structura secundara. Intre aceste zone exista intotdeauna tensiuni remanente care pot fi diminuate prin incalziri simultane ale ambelor zone dupa sudare.

La sudarea fontelor cu electrozi de otel, zona de trecere este foarte clar vizibila in urma atacului metalografic, datorita diferentelor intre continutul de carbon. Intrucat aceste diferente sunt mari, are loc o puternica difuzie a carbonului din metalul de baza spre aliajul incarcat prin sudare. Aceasta face ca in zona de trecere sa apara o gama variata de aliaje fier-carbon: fonte albe, oteluri hipereuectoide, eutectoide si terminand cu aliajul din baia metalica solidificata. Avand in vedere conditiile severe de racire ale acestor aliaje, structurile rezultate in zona de trecere vor fi deosebit de dure si fragile, ceea ce reduce aderenta dintre aliajul solidificat si metalul de baza.

In cazul incarcarii prin sudare, cand se urmareste ca stratul incarcat sa confrere piesei proprietati speciale (anticorozive, rezistenta la uzura, etc.), zona de trecere trebuie studiata cu deosebita atentie. Spre exemplu, se considera incarcarea cu otel austenitic manganos (12 - 14% Mn), cunoscut sub denumirea de otel Hadfield, care se stie ca se durifica prin ecruisare (austenita se transforma in martensita, atunci cand este deformata plastic prin lovire).

Daca se depune otel Hadfield pe un suport din otel moale cu putin carbon, atunci manganul difuzeaza in zona de trecere spre metalul de baza. Rezulta ca in zona de trecere continutul de mangan scade spre metalul de baza si nu mai favorizeaza pastrarea austenitei pana la temperatura ambianta, ci austenita racita se transforma in martensita dura si fragila.

Daca se depune otel Hadfield pe un suport din otel cu un continut mediu decarbon (0,5 -0,7% C), cum ar fi sinele, aparate de cale, unelte agricole, atunci preincalzirea necesara pentru a evita fisurarea metalului de baza duce la incetinirea vitezei de racire a aliajului incarcat prin sudare. Ca urmare, aliajul incarcat prin sudare nu va mai avea o structura pur austenitica, ci o structura formata din austenita si martensita care fisureaza. Evitarea fisurarii aliajului incarcat prin sudare se poate face printr-o racire rapida, dar aceasta provoaca fisurarea metalului de baza. In afara de aceasta, zona de trecere devine dura si casanta ca si la incarcarea otelului moale.

Remediul aplicat in acest caz este depunerea unui strat intermediar din otel aliat cu crom si nichel, care asigura gradul de plasticitate necesar intre cele doua zone cu structuri diferite. Acest strat mai are si rolul de a diminua difuzia manganului spre metalul de baza.

Rezulta ca in asa numitele cazuri de incompatibilitate dintre metalul de baza si aliajul depus prin sudare, este necesara evitarea aparitiei zonei de trecere dure si fragile, prin interpunerea unor straturi cu plasticitate ridicata si cu permeabilitate redusa fata de elementele a caror difuzie nu este dorita. Nichelul si aliajele sale este des utilizat la sudarea primului strat, atunci cand aliajul care trebuie incarcat nu este compatibil cu metalul de baza.

Tot in legatura cu zona de trecere mai este necesara o observatie.

Astfel, la sudarea in mai multe straturi, poate fi considerata ca zona de trecere zona de separatie dintre doua straturi succesive. In cazul sudarii cu acelasi tip de electrozi, diferentele de compozitie chimica dintre doua straturi succesive este din ce in ce mai redusa, pe masura ce se mareste numarul de straturi suprapuse. Acest lucru se datoreaza diluarii tot mai reduse a baii metalice cu metal de baza. Prin aceasta zona de delimitare dintre doua straturi succesive ar trebui sa se observe tot mai estompat. In realitate insa, datorita conditiilor de racire diferite si datorita parametrilor diferiti, care se impun la sudarea straturilor suprapuse si prin care procesele fizico-chimice difera, zona de trecere dintre straturi este bine delimitata intre toate straturile sudurii.

La sudarea in mai multe straturi, este deosebit de importanta indepartarea totala a zgurii si curatarea prin periere a suprafetelor, intrucat includerea diferitelor impuritati in zona de trecere este deosebit de defavorabila asupra calitatii sudurii. Zona de trecere este o zona in care apar tensiuni proprii de valori mari si daca mai contine si incluziuni cu rolul de concentratori, poate fisura fragil, ceea ce este deosebit de periculos pentru constructia sudata.

Aceste situatii pot fi prevenite printr-o puritate inaintata a metalului de baza si a metalului depus prin sudare, precum si prin tratamentele termice ulterioare sudarii.