SUDURA ELECTRICA CU ELECTROZI INVELITI (M.M.A. – Manual Metal Arc)
- INTRODUCERE
Sudura electrica cu electrozi inveliti este un procedeu de sudura manual unde caldura necesara procesului se obtine cu ajutorul unui arc electric. Arcul electric se produce intre electrodul invelit si materialul ce urmeaza a fi sudat. In zona unde se produce arcul electric se degaja o cantitate mare de caldura ce produce topirea locala a electrodului (materialul de adaos) şi a piesei de sudat (materialul de baza).
- CIRCUITUL DE SUDURA
Circuitul de sudura este format in principal din urmatoarele elemente:
- generator (aparatul de sudura)
- clestele de sudura
- electrodul
- clestele de masa
- cablurile de sudura si de masa
1. SURSA DE PUTERE
Rolul sursei de putere este de a furniza energia necesara amorsarii si mentinerii arcului electric care se realizeaza intre electrod si materialul de baza. Sudura cu arc electric cu electrozi inveliti se bazeaza pe principiul curentului constant ceea ce inseamna ca valoarea curentului electric nu trebuie sa se modifice atunci cand distanta dintre electrod si piesa de sudat se mareste sau se micsoreaza. Proprietatea principala de baza a unui aparat de sudura cu electrozi inveliti este prin urmare capacitatea sa de a mentine o valoare cat mai constanta a curentului cand sunt variatii ale lungimii arcului electric. Cu cât curentul electric este mai stabil cu atat calitatea cordonului de sudura este mai buna. In interiorul unui aparat de sudura exista un dispozitiv ce are ca scop asigurarea stabilitatii arcului electric.
Acest dispozitiv poate fi de urmatoarele tipuri :
-mecanic (sunt magnetic sau reactanta saturabila )
-electronic (variator cu tiristori sau invertor)
In functie de tipul dispozitivului de reglare a curentului electric exista trei tipuri de aparate de sudura cu arc electric:
– aparate de sudura electromecanice
– transformatoare de sudura
– aparate de sudura controlate electronic (cu reglaj cu tiristori)
– invertoare de sudura
In functie de polaritatea sursei de putere se disting urmatoarele doua categorii:
a) aparat de sudura in curent alternativ(AC):
-tensiunea de iesire are o forma sinusoidala si isi schimba sensul periodic (cu frecventa de 50Hz) . -aceasta tensiune de sudura se obtine prin transformarea tensiunii de alimentare (cu valoare mare) intr-o tensiune avand valoarea optima necesara sudurii.
b) aparat de sudura in curent continuu(DC). Tensiunea de sudura se obtine prin redresarea tensiunii din secundarul unui transformator de sudura folosindu-se o punte redresoare monofazata sau trifazata. Daca circuitul de sudura este in curent continuu atunci se poate clasifica in functie de polul care se leaga la materialul de sudat:
b1) polaritatea normala (directă) : clestele portelectrod se leaga la polul negativ al aparatului de sudura iar polul pozitiv se leaga prin intermediul clestelui de masa la piesa ce urmeaza a fi sudata. Caldura produsa de arcul electric este concentrata pe piesa de sudat producand topirea locala a acesteia. in acest fel, pe masura ce materialul metalic al electrodului se topeste, se asigura patrunderea lui in materialul piesei de sudat.
b2) polaritate inversa: clestele portelectrod se conecteaza la polul pozitiv al aparatului iar clestele de masa la polul negativ. Caldura degajata de arcul electric se concentreaza in special pe electrod. Fiecare tip de electrod necesita un anumit tip de curent (alternativ sau continuu) si in cazul curentului continuu se impune utilizarea unei anumite polaritati. Alegerea incorecta a curentului electric (AC/DC) sau a polaritatii poate duce la la instabilitatea arcului electric si va influenta negativ calitatea cusaturii sudate.
2) Clestele port-electrod
Are doua functii de baza: – sa asigure o legatura electrica foarte buna intre sursa de sudura si electrod
– sa asigure o izolatie electrica buna astfel incat utilizatorul sa fie protejat de eventualele socuri electrice;
3) Electrodul
Are doua parti componente:
– partea metalica ce are rolul de a conduce curentul electric si de a furniza materialul metalic de adaos necesar procesului de sudura;
– invelisul electrodului are rolul de a asigura stabilitatea arcului electric si de a proteja baia de sudura;
4-5) Cablurile de sudura si clestele de masa
Au rolul de a realiza circuitul electric de sudura. Alegerea lungimii si sectiunii cablurilor de sudura se face in functie de curentul maxim de sudura debitat de aparatul de sudura. Clestele de masa trebuie sa asigure un contact electric solid intre el si piesa de sudat.
C) DISPOZITIVELE ”ARC FORCE”, ”HOT START”, ”ANTI STICK”
Aparatele de sudura pot fi dotate cu dispozitive care sa asigure o calitate sporita a cordonului de sudura si sa usureze utilizarea lor:
– dispozitivul ”ARC FORCE” favorizeaza transferul picaturilor de metal topit de la electrod la materialul de baza, prevenind de asemenea intreruperea arcului electric atunci cand picaturile fac scurt-circuit intre electrod si piesa de sudat.
– dispozitivul ”HOT START” favorizeaza amorsarea arcului electric prin furnizarea unui curent de sudura cu o valoare mai mare la fiecare noua sudura.
– dispozitivul ”ANTI STICK” intrerupe automat curentul de sudura in momentul in care electrodul se lipeste de piesa sudata, permitand astfel dezlipirea usoara a acestuia fara a-l deteriora.
D) ELECTROZII INVELITI
1.1Caracteristici
Electrozii inveliti sunt formati din : – materialul metalic de adaos-are rolul de a furniza materialul de adaos necesar procesului de sudura. Materialul utilizat depinde de calitatea materialului de baza si anume pentru otel carbon, la care sudura cu electrozi inveliti este foarte raspandita, el este dintr-un otel carbon moale (cu continut redus de carbon). In timpul sudarii materialui de adaos se topeste inaintea invelisului.
– invelisul – este cea mai importanta parte a electrodului a carei principală functie este de a asigura protejarea cusaturii sudate in timpul sudarii. Invelisul actioneaza asupra cusaturii in mai multe moduri si anume:
– prin incalzire se volatilizeaza si modifica atmosfera din zona baii de sudura
– prin topire –fiind mai usor decat metalul topit pluteste pe deasupra baii de sudura – contine substante ce ajuta la purificarea materialului de baza – poate contine metale care sa formeze aliaje cu materialul de baza – poate contine material de adaos sub forma de pulbere in scopul cresterii cantitatii de material de adaos depus.
SUDURA IN MEDIU PROTECTOR DE GAZ CU ELECTROD NEFUZIBIL DIN TUNGSTEN (TIG- Tungsten Inert Gaz)
a) INTRODUCERE Sudura in mediu protector de gaz cu electrod din tungsten (wolfram) este o procedura de sudura in care caldura necesara sudurii este furnizata de arcul electric ce se produce intre electrodul infuzibil si piesa de sudat. Electrodul infuzibil este fabricat din tungsten (wolfram) sau dintr-un aliaj ce contine tungsten. Baia de sudura este protejata de un gaz inert ce este adus în zona de sudura prin intermediul tortei port-electrod. Sudura TIG poate fi:
– fara material de adaos – se realizeaza topirea locala a materialelor ce urmeaza a fi sudate (pentru table cu grosimi de maxim 0,8 mm).
– cu material de adaos – se realizeaza topirea locala a materialului de baza si a materialului de adaos.
- b) Circuitul de sudura
Este format din : – aparatul de sudura (generator) – torta port-electrod cu cablu de sudura – butelie gaz inert cu regulator de presiune – cleste de masa cu cablu de masa – materialul de adaos – unitate de racire cu apa
- SURSA DE PUTERE
Rolul sursei de putere este de a furniza energia necesara amorsarii si mentirnerii arcului electric care se realizeaza intre electrodul infuzibil si materialul de baza. In interiorul unui aparat de sudura exista un dispozitiv ce are ca scop asigurarea stabilitatii arcului electric.Acest dispozitiv poate fi de urmatoarele tipuri : -mecanic(sunt magnetic ) -electronic(variator cu tiristori sau invertor) In functie de tipul dispozitivului de reglare a curentului electric exista doua categorii de aparate de sudura TIG:
- a) aparat de sudura in curent alternativ(AC):
-tensiunea de iesire are o forma dreptunghiulara si isi schimba sensul periodic cu frecvente cuprinse intre 20-200Hz) .
- b) aparat de sudura in curent continuu(DC).
Tensiunea de la bornele aparatului este continua si se obtine cu ajutorul unor dispozitive capabile sa transforme semnalul curentul/tensiunea din alternativ in continuu. Daca curentul de sudura este continuu el poate fi clasificat dupa polaritate:
b1) polaritatea normală: torţa se leaga la polul negativ al aparatului de sudura iar polul pozitiv se leaga prin intermediul clestelui de masa la piesa ce urmeaza a fi sudata. Caldura produsa de arcul electric este concentrata pe piesa de sudat producand topirea locala a acesteia. Sudarea cu polaritate normala se utilizeaza pentru aproape toate materialele si aliajele cu exceptia aluminiului şi a aliajelor sale care se sudeaza cu polaritate inversa.
b2) polaritate inversata: torta se conecteaza la polul pozitiv al aparatului iar clestele de masa la polul negativ. Caldura degajata de arcul electric se concentreaza in special pe electrod ceea ce impune sudarea cu curenti mici de sudura pentru a evita arderea electrodului infuzibil. Exista o familie de surse de sudura cu curent continuu la care nu conteaza polaritatea curentului şi care se numesc surse de curent continuu modulat sau pulsatoriu. Curentul continuu modulat sau pulsatoriu se obtine prin suprapozarea peste curentul continuu de baza a unui curent pulsatoriu (de obicei cu forma de undă dreptunghiulară) in scopul obtinerii unui arc de sudura pulsant. Acest tip de curent de sudura se utilizeaza in situatiile in care se doreste sudarea a doua materiale foarte subtiri caz in care este necesar un control total al acestuia.
2) Torta cu electrod de tungsten Torta cu electrod de tungsten este un cleste special care este legat la unul din polii sursei de sudura precum si la butelia cu gaz inert (prin intermediul unui tub continuu racordat la regulatorul de presiune) si care fixeaza electrodul infuzibil prin intermediul une pensete elastice. Tortele pot fi:
– cu racire normala (pentru curenti mici de sudura)-racirea este asigurata de gazul inert ce trece prin torta; – cu racire fortata (pentru curenti mari de sudura 200-500A)-racirea se realizeaza cu apa.
3) Materialul de adaos
În functie de grosimea materialelor sudate se poate folosi sau nu material de adaos. Acesta este adus manual în zona baii de sudura unde este topit si inglobat in materialul de baza. Calitatea materialului de adaos se alege in functie de materialul de baza si contine o cantitate mică de material dezoxidant sau alte materiale ce au ca scop imbunatatirea proprietatilor cusaturii sudate.
4) Butelie de gaz inert cu reductor de presiune Circuitul de alimentare cu gaz este alcatuit din:
– un rezervor cu gaz inert (sau amestec de gaze inerte);
– un manometru ce indica presiunea gazului inert din butelie
– un regulator de gaz
– un electroventil care deschide sau inchide circuitul (in cazul in care torta este prevazuta cu buton pentru controlul electroventilului
5) Clestele de masa si cablul de masa – are rolul de a realiza legatura electrica dintre dintre sursa de sudura si materialul de sudat; sectiunea cablului se alege in functie de lungimea necesara si de curentul maxim de sudura.
6) Unitatea de racire cu apa – este utilizata pentru racirea tortei cand se sudeaza cu curenti mari de sudură cu torţe speciale cu răcire cu apă.
C) Gazul protector inert- rolul sau este de a asigura un scut protector de gaz inert intre baia de sudura si mediul ambiant. Gazul protector are influente diferite asupra asupra baii de sudura in functie de compozitia chimica a acestuia. Gazele utilizate sunt:argon, heliu, amestec argon-heliu sau argon-hidrogen. Este foarte indicat ca gazul inert sa fie foarte curat deoarece impuritatile pot afecta calitatea sudurii.
Argonul: este ieftin, arcul este relativ stabil si piesa de sudat este mentinuta mai rece fapt ce permite sudarea materialelor subtiri
Heliul: arcul pretejat cu gaz inert heliu degaja o cantitate sporita de caldura astfel incat heliul se recomanda la sudarea materialelor cu conductivitate termica ridicata. Fiind mai usor decat argonul se impune utilizarea unei cantitati sporite de heliu pentru a asigura o buna protectie a baii de sudura . Amestecul argon- heliu asigura proprietati intermediare si se comporta in functie de procentajul celor doua gaze.
- Electrodul infuzibil
Sunt mai multe tipuri de electrozi infuzibili: –
electrozi din tungsten pur – sunt utilizati cu curenti de sudura relativ mici,mentinand un arc relativ stabil; sunt cei mai ieftini electrozi infuzibili
– electrozi din aliaj tungsten-thoriu – se utilizeaza pentru curenti mari – arcul se amorseaza usor si ramane relativ stabil ;se recomanda la sudarea otelului cu curent continuu cu polaritate normala
-electrozi din aliaj tungsten-zirconiu – se utilizeaza pentru sudarea manuala a aluminiului ,magneziului si aliajelor acestora cu curenti mici-medii. -electrozi din ceriu – asigura o buna patrundere a sudurii
E.Sistemul de amorsare a arcului
– amorsare cu frecventa mare (HF strike) Curentul de amorsare este furnizat de un generator de curent cu frecventa mare al carui curent se suprapune peste curentul de sudura; puterea dezvoltata de acest generator este mica dar suficienta pentru a permite amorsarea arcului de la distanta. Pentru a se utiliza acest sistem de amorsare (HF strike) este necesara o torta avand un buton prin apasarea caruia se declanseaza sistemul de amorsare.
– amorsare cu un arc-pilot In acest caz amorsarea se face cu ajutorul unui arc-pilot ce se produce intre electrodul infuzibil si cel auxiliar.Electrodul auxiliar are o forma inelara si se afla pe duza tortei.Sistemul se utilizeaza in instalatiile de sudura TIG automate.
– amorsarea prin ridicare (LIFT) Amorsarea se face prin intermediul unui dispozitiv ce furnizeaza un curent cu valoare mica (pentru a nu deteriora electrodul de tungsten) atunci cand electrodul este in contact cu piesa de sudat. La indepartarea electrodului de piesa se realizeaza un arc electric. Sursa de putere mareste automat curentul de sudura pana la valoarea necesara sudarii materialului. Contactul dintre electrod si material poate duce la contaminarea sudurii.
– amorsarea prin zgariere (SCRATCH) Amorsarea arcului electric se face prin atingerea electrodului infuzibil de materialul ce urmeaza a fi sudat. Prin contactul dintre electrod si piesa se poate contamina baia de sudura si astfel este afectata calitatea sudurii.
F. Materiale sudate prin procedeul TIG. In principal procedeul TIG se utilizeaza pentru sudarea otelului inoxidabil, nichelului, cuprului, aluminiului, magneziului si aliajelor acestora.
Otelul inoxidabil – se sudeaza in curent continuu cu polaritate directa. Este posibila sudarea materialelor avand grosimi de pana la 2,5mm fara utilizarea de material metalic de adaos.
Aluminiul si aliajele sale se sudeaza in curent alternativ (AC) cu un curent de o frecventa foarte mare. Se recomanda indepartarea oxidului de aluminiu folosind o perie sau prin metode chimice.
Sudura TIG este utilizata pentru sudarea otelurilor carbon sau aliate,nichelului si aliajelor sale,cuprului si aliajelor sale precum si a titenului si metalelor .Pentru a suda aceste materiale se utilizeaza curent continuu cu polaritate directa.
SUDURA CU ARC ELECTRIC IN MEDIU PROTECTOR DE GAZ , CU MATERIAL DE ADAOS (MIG-MAG) SUDURA SUB STRAT DE FLUX(FLUX)
A. INTRODUCERE Sudarea cu fir metalic continuu in mediu protector de gaz (metal inert gaz-M.I.G. respectiv metal activ gaz – M.A.G.) este un procedeu de sudura in care caldura necesara sudurii se obtine prin intermediul arcului electric ce se produce intre materialul de adaos si cel de baza. Baia de sudura este alimentata continuu cu material de adaos şi este protejata cu un gaz ce poate fi inert (MIG) sau activ (MAG). In situatia in care se utilizeaza material de adaos sarma cu inima de flux procedeul de sudura se numeste sudura sub stra de flux (FLUX). În această situaţii nu se mai utilizează gaz protector.
B. CIRCUITUL DE SUDURA
1) Sursa de putere
2) Torta de sudura
3) Mecanismul de antrenare a materialului de adaos
4) Unitatea de racire cu apa
5) Rezervorul cu gaz+ regulator de presiune
6) Cleste de masa cu cablu;
1) Sursa de putere Rolul sursei de putere este: – de a furniza curentul necesar amorsarii si mentinerii arcului electric ce se formeaza intre materialul de adaos si piesa de sudat; – de a alimenta baia de sudura cu material de adaos; Spre deosebire de MMA si TIG exista doua marimi reglabile la sursa de putere MIG-MAG:
– intensitatea arcului electric(se regleaza prin modificarea tensiunii de sudura);
– viteza de avans a sarmei de sudura;
Sursele de sudura pot fi de doua tipuri:
1.a) Sursa de curent continuu(DC) Sunt cele mai utilizate surse de curent pentru sudura de tip MIG-MAG deoarece asigura o valoare constanta a curentului de sudura fapt ce asigura o buna stabilitate a arcului electric. Prin reglarea curentului de sudura şi a vitezei de avans a sarmei se obtine transferul picaturilor de metal topit in doua moduri:”arc scurt” sau „spray arc”.
- b) Sursa de curent continuu pulsatoriu
Curentul pulsatoriu forteaza desprinderea rapida a picaturilor de metal topit de pe materialul de adaos. Pentru realizarea stabilitatii arcului electric se impune o reglare precisa a curentului de sudura si a vitezei de avans.
a1) polaritatea directa-torta este conectata în acest caz la polul negativ al sursei si piesa de sudat la polul pozitiv. Acest tip de legatura este utilizat la sudura sub strat de flux (FLUX)
a2) polaritatea inversa-torta este conectata la polul pozitiv al tortei si piesa de sudat este conectata la polul negativ.
2) Torta MIG-MAG Are rolul de a permite trecerea materialului de adaos in zona baii de sudura, a gazului protector si a curentului de sudura. Cablul tortei este alcatuit din cablu de sudura, cabluri de control, tub de gaz, tevi de circulare a apei de răcire (daca este cazul) şi tubul de ghidare a sarmei de adaos. Tortele de sudura MIG-MAG racite cu apa se utilizeaza cand curentul de sudura depaseste valoarea de 500A. Tortele răcite natural se utilizeaza pentru curenti de pana la 300A.
3) Sistemul de avans al materialului de adaos. Rolul sistemului de avans este de a asigura avansarea sarmei de sudura catre baia de sudura. Este constituit dintr-un mecanism format din motorul electric de curent continuu ce actioneaza un reductor cu roti dintate . Pot fi:
– cu doua role ;
– cu patru role ;
Sistemul de avans prevazut cu patru role asigura o viteza de avans mai uniforma decat cel cu doua role .
4) Sistemul de racire se utilizeaza pentru racirea tortei cand curentul de sudura depaseste 300A, în scopul de a preveni supraincalzirea tortei. Este format dintr-o pompa de circulatie si un radiator ventilat.
5) Butelie de gaz inert cu reductor de presiune Circuitul de alimentare cu gaz este alcatuit din: – un rezervor cu gaz inert (sau amestec de gaze inerte); – un manometru ce indica presiunea gazului inert din butelie; – un regulator de gaz; – un electroventil care deschide sau inchide circuitul (in cazul in care torta este prevazuta cu buton pentru controlul electroventilului).
6) Clestele de masa si cablul de masa – are rolul de a realiza legatura electrica dintre dintre sursa de sudura si materialul de sudat; – sectiunea cablului se alege in functie de lungimea necesara si de curentul maxim de sudura;
C) Gazul protector Rolul sau este de a asigura un scut protector de gaz intre baia de sudura si mediul ambiant. Sunt doua tipuri de gaze protectoare care sunt mai des utilizate:
– gaze inerte: argon, heliu, amestec de argon cu heliu;
– gaze active: dioxid de carbon, amestec de dioxid de carbon cu argon, amestec de argon cu oxigen. Argonul – este ieftin, arcul este relativ stabil si piesa de sudat este mentinuta mai rece fapt ce permite sudarea materialelor subtiri.
Heliul- arcul pretejat cu gaz inert heliu degaja o cantitate sporita de caldura astfel incat heliul se recomanda la sudarea materialelor cu conductivitate termica ridicata. Fiind mai usor decat argonul se impune utilizarea unei cantitati sporite de heliu pentru a asigura o buna protectie a baii de sudura.
Dioxidul de carbon este un gaz activ; are ca dezavantaj faptul ca nu asigura un arc stabil, dar asigura in schimb o buna patrundere a sudurii.
Amestecurile de gaze active Acestea au proprietati intermediare celor ale gazelor ce intra în componenta lor şi în plus, adaugă diferite elemente (atomi a acestor elemente) în baia de sudură.
D. Materialul de adaos se prezinta sub forma de sarma care trebuie sa fie curata, fara urme de grasimi sau oxizi.
Sarma obisnuita: are de obicei aceeasi compozitie cu a materialului de baza si are in plus inglobate elemente care asigura purificarea zonei sudate (antioxidanti,etc).
Sarma tubulara: are un miez format din pulberi ce au acelasi rol ca si invelisul electrozilor. Miezul poate fi: rutilic, bazic, etc. Se utilizeaza pentru sudura sub strat de flux. Asigura o mai buna stabilitate a arcului si o mai buna patrundere decât sarma obisnuită.
E. Materiale sudate prin procedeul MIG-MAG
1) Oteluri carbon obisnuite – se sudeaza cu curent continuu si cu polaritate inversata. Ca gaz protector se utilizeaza dioxidul de carbon sau amestecuri de argon cu dioxid de carbon in diferite proportii (cea mai des utilizata este 80% argon, 20% CO2). Utilizarea de sarma cu adaos de siliciu sau mangan va favoriza eliminarea impuritatilor din materialul de baza.
2) Oteluri inoxidabile – se sudeaza cu curent continuu si cu polaritate inversata. Gazul protector este un amestec de argon cu CO2 sau argon cu oxigen (procentul de argon nu trebuie sa coboare sub 98%).
3) Aluminiul şi aliajele sale Se sudeaza cu curent continuu sau curent continuu pulsatoriu cu polaritate inversata. Gazul protector utilizat seste argonul pur sau un amestec de argon si heliu (VARIGON).
4) Alte materiale Prin procedeul MIG-MAG pot fi sudate materiale cum ar fi nichel, cupru, sau aliajele lor. Se sudeaza in curent continuu cu polaritate inversata. Prin procedeul de sudura MIG-MAG se pot suda, in general, materiale metalice avand grosimea de maxim 5-6 mm. Pentru grosimi mai mari se recomanda utilizarea procedeului de sudura TIG.
