Sudare

Sudare GMAW ( gaz metal arc sudare ).

Sudarea este procesul care permite fizico / chimice unirea a două articulații prin topirea ei , sau prin adaos de metal . Acest material poate fi materialul component al pieselor în sine care sunt îmbinate, dar poate implica și material străin acestora, numit material de umplutură : în primul caz vorbim de sudură autogenă (cu sau fără material de umplutură , în funcție de caz). a doua de sudare heterogene sau lipire (în care fuziunea afectează numai materialul de umplutură).

Realizează o conexiune permanentă care diferă de alte conexiuni permanente (cum ar fi cuie sau lipire ) care nu realizează continuitatea materialului. Cu unele procese de sudare autogene, dacă sunt efectuate corect și conform anumitor principii, se garantează o continuitate aproape totală și în caracteristicile materialului pieselor îmbinate.

În sensul său cel mai larg, sudarea se referă la îmbinarea diferitelor materiale împreună, sau cu materiale similare, prin intermediul căldurii, deoarece, de exemplu, sudarea materialelor plastice se efectuează în mod obișnuit. Sticla poate fi și „sudată”, dar sudarea prin excelență are loc între metale.

Istorie

Încă din Evul Mediu , părțile de fier au fost unite prin încălzirea lor la căldura galben-albă de pe forjă și apoi ciocănirea lor până când acestea au fost omogene. Cu toate acestea, pentru a avea procese de sudare cu caracteristici omogene și reproductibile, a fost necesar să se ajungă la 1901 cu sudarea cu oxiacetilenă , în care piesele să fie unite prin fuziunea marginilor. În acest proces de sudare, energia necesară topirii bucăților a fost asigurată prin arderea unui gaz (în cazul specific acetilenă ) cu oxigen pur. Atingând temperaturi suficient de ridicate (și mai mari decât temperatura de topire a fierului), operația de ciocănire nu mai era necesară pentru a uni piesele, în avantajul simplității și repetabilității operației.

Sudarea electrodului acoperit.

La începutul secolului al XX-lea , au fost dezvoltate generatoare electrice suficient de puternice pentru a genera un arc cu putere suficientă pentru a topi fierul. Primul proces de sudare care a fost dezvoltat folosind energia arcului electric a fost procesul de electrod neprotejat, în prezent complet abandonat în favoarea procesului de electrod acoperit , în care acoperirea îndeplinește o serie întreagă de funcții fundamentale pentru producerea unei îmbinări cu caracteristici bune.

În 1925 a fost dezvoltat procesul de sudare prin rezistență , astăzi utilizat pe scară largă în domeniul industrial pentru producția de masă.

În timpul celui de- al doilea război mondial s-a simțit nevoia de a produce îmbinări sudate de bună calitate, cu o productivitate mai mare decât cea care ar putea fi dată de electrodul acoperit, prin urmare, în Statele Unite a început studiul proceselor de sârmă continuă, în special a celor scufundate arc , care a permis o productivitate și o reproductibilitate absolut mai mari decât cele ale proceselor de electrozi acoperiți.

După război au fost dezvoltate procesele MIG și MAG ( anii 1950 ) pentru a avea o productivitate comparabilă cu cea a arcului scufundat, deși cu o mai mare flexibilitate de utilizare. În paralel, a fost dezvoltat procesul TIG , care a permis un control foarte precis al caracteristicilor de sudare și prelucrarea continuă, care nu a fost permisă de electrodul acoperit.

În cele din urmă, în anii șaptezeci, au fost dezvoltate procese de energie concentrată, adică fascicul de electroni și laser , care permit limitarea zonei de material modificată prin sudare.

În prezent sunt în curs studii pentru sudarea prin difuzie , în care materialul de sudat nu este topit, dar este supus unei presiuni la o temperatură suficient de ridicată pentru ca atomii rețelei de cristal să difuzeze prin suprafața de separare a pieselor, astfel încât să se realizeze îmbinări la temperaturi relativ scăzute.

Descriere

Procesul de sudare

Sudarea circumferențială pe o țeavă (se observă zona modificată termic cu o culoare diferită a metalului)

Fiecare tip de sudură are loc folosind procese diferite și mașini specifice. Cu toate acestea, este posibil să se descrie un proces generic care unește diferitele procese de sudare.

Tipuri de bază de calafatare

Pentru a realiza o sudură în două părți, este necesar mai întâi să pregătiți cele două margini ale îmbinării prin intermediul a ceea ce se numește calafatare . Apoi îmbinarea este încălzită la temperaturi diferite, în funcție de procesul utilizat.

Sudarea poate avea loc prin fuziune (tranziția stării solid / lichid) sau în starea solidă. În primul caz este necesar să se atingă temperatura de topire a materialelor de bază utilizate; în cel de-al doilea caz este necesar să se atingă temperaturi mai mici decât cele de fuziune și să se exercite o presiune între marginile care urmează a fi unite.

Căldura necesară pentru implementarea procesului este obținută cu diferite sisteme:

• O flacără produsă prin arderea unui gaz cu aer sau oxigen.
• Un arc electric care se formează între doi electrozi (unul dintre ei poate fi piesa în sine).
• Rezistența electrică obținută prin efectul Joule la trecerea unui curent prin piesele de sudat.
• Lasere de mare putere sau alte sisteme de alimentare cu energie fără flacără.
• Componentele ambreiajului se încălzesc din cauza fricțiunii.

Sudarea oxiacetilenică.

Pentru a obține o sudură rezistentă, bună din punct de vedere tehnic și lipsită de imperfecțiuni, zona de topire trebuie protejată de fenomenele de oxidare și metalul topit trebuie purificat de zgură. Pentru a evita oxidarea, sudarea trebuie deci să aibă loc într-o atmosferă cât mai lipsită de oxigen (inertă): în acest scop, substanțe precum gazul, boraxul, silicații și carbonații trebuie adăugați în zona din apropierea sudurii, care creează un „nor protector”, în apropierea băii de topire și care permite expulzarea zgurii. În sudarea cu oxiacetilenă , se produce o atmosferă reducătoare , în timp ce sudarea cu arc se efectuează în atmosfera produsă prin arderea acoperirii electrodului sau sub fluxul de gaz.

Metalul de umplutură poate fi sub formă de bare sau sârmă continuă, care sunt apropiate de zona de topire ( sudare cu flacără și sudare TIG , în engleză tungsten gaz inert ) sau constituie adevăratul electrod care se topește datorită arcului electric pe care îl provoacă el însuși .

Procedura principală

Tabelul prezintă principalele procese de sudare, cu denumirea italiană, ISO 4063, cea a AWS ( American Welding Society ) și abrevierea utilizată de AWS. Pentru detalii despre procedura unică, vă rugăm să consultați articolul relevant.

Sudare

• sudarea eterogenă permite îmbinarea materialelor metalice cu adăugarea de material de umplutură diferit de materialul de bază.
• Sudarea omogenă permite îmbinarea materialelor metalice cu adăugarea de material de umplutură din aceeași familie ca materialul de bază.
• sudarea autogenă permite îmbinarea materialelor metalice fără material de umplutură.

Brazare

În procesul de lipire, materialele de bază nu se topesc, metalul de umplere se topește la o temperatură mai mică decât materialul de bază.

• lipire puternică : temperaturi peste 450 ° C, dar sub punctul de topire a materialelor de sudat; îmbinarea trebuie pregătită în așa fel încât să favorizeze pătrunderea materialului de umplere prin capilaritate
• lipire moale : se efectuează cu temperaturi sub 450 ° C și sub punctul de topire a materialelor de sudat; îmbinarea trebuie pregătită în așa fel încât să favorizeze pătrunderea materialului de umplere prin capilaritate
• lipire : aliajele de umplutură sunt aliaje de flux la temperaturi chiar mai ridicate decât cele utilizate la lipirea dură, dar întotdeauna mai mici decât punctul de topire a materialelor de sudat; îmbinarea este pregătită în mod similar cu pregătirea pentru o sudură autogenă .

Sudură în puncte

Punct sudor.

De asemenea, numită sudare punctuală ( sudură prin puncte în engleză) sau cuie de sudură, realizată adesea prin inducție de sudare, este un tip de sudare prin rezistență și constă în potrivirea părților de material care trebuie sudate și în comprimarea celor două piese prin intermediul unei mașini. Ulterior, trecerea energiei electrice încălzește corpurile care trebuie sudate până când ajung la punctul de topire în mai puțin de 15 secunde, unind astfel cele două materiale printr-un cui intern deosebit de rezistent, care durează în timp. Acest tip de sudură este utilizat în multe centre de prefabricare pentru a face suporturile duble produse într-o singură trecere mai rigide și, prin urmare, mai ușor de manevrat.

Sudură în puncte

Sudarea pentru sudare (sudare prin lipire), cu excepția cazului în care termenul nu este utilizat în mod necorespunzător pentru a indica sudarea punctuală menționată mai sus, nu se referă la un anumit proces de sudare, ci mai degrabă la o aplicație particulară a proceselor de sudare deja menționate. Aceasta implică generarea de puncte de sudură pe perimetrul pieselor care urmează să fie îmbinate, fără a crea o cordon de sudură sau o sudură continuă fără întreruperi, ci prin crearea mai multor puncte plasate la distanțe mai mult sau mai puțin regulate între ele. Această procedură este adesea utilizată pentru a uni părți supuse unei solicitări mecanice reduse sau, în orice caz, între care sudarea nu trebuie să creeze o îmbinare ermetică. Se folosește de obicei în procesele de sudare neautomatizate ca șlefuire utilă pentru menținerea pieselor împreună, având în vedere o sudură continuă ulterioară.

Sudare cu ultrasunete

În sudarea cu ultrasunete , de înaltă frecvență (15 kHz la 40 kHz), vibrația cu amplitudine redusă este utilizată pentru a crea căldură prin frecare între materialele care trebuie sudate. Interfața celor două părți este special concepută pentru a concentra energia pentru o rezistență maximă la sudare. Sudarea cu ultrasunete poate fi utilizată pe aproape toate materialele plastice. Este cea mai rapidă tehnologie de etanșare la căldură disponibilă.

Principalele aplicații

Sudarea șinelor de tramvai .

Principala caracteristică a sudării este de a crea structuri monolitice , adică structuri care nu au discontinuitatea caracteristicilor în prezența îmbinărilor. Această particularitate a sudurii are o importanță considerabilă atât atunci când este necesară o rezistență mecanică uniformă, cât și când este necesară o rezistență uniformă la agresiunile externe (de exemplu la coroziune ). Având în vedere aceste caracteristici, sudarea are aplicații notabile în diferite domenii ale ingineriei:

• Inginerie mecanică : construirea de structuri mecanice de formă complexă și supuse unor solicitări semnificative
• Construcții civile : construcția de structuri metalice pentru susținerea clădirilor sau podurilor
• Inginerie chimică : construcția de vase (sub presiune sau nu), cutii de pompare, cutii de supape și rețele de conducte
• Inginerie nucleară : vase sub presiune pentru reactoare , conducte, structuri de siguranță și de izolare
• Ingineria transporturilor : construcția de vehicule terestre și navale
• Inginerie aeronautică : structuri portante pentru aeronave.

Cu toate acestea, există cazuri particulare în care sudarea este utilizată pentru îmbinări continue „parțial” ca în cazul „sudării prin puncte”. ^[1]

Controlul sudurilor

Implicațiile de siguranță asociate cu utilizarea sudării, în special în domeniul recipientelor sub presiune și inginerie civilă, au impus criterii pentru garantarea fiabilității sudurilor. Acest control are loc în două faze distincte:

• Controlul personalului și procedurilor ( control preventiv )
• Controlul îmbinării sudate ( controlul producției )

Controlul și calificarea procedurilor de sudare

Sudarea trebuie efectuată numai de personal calificat și utilizând proceduri calificate , standardele de calificare ale procedurilor variază în funcție de domeniul de aplicare și în funcție de materialul de sudat (variabile esențiale). În special, în contextul european, se urmărește UNI EN ISO 15614-1: 2017 pentru calificarea procedurilor de arc voltaic ale oțelurilor și aliajelor de nichel , UNI EN ISO 9606/1: 2013 pentru sudori, UNI EN ISO 14732 pentru calificarea operatori de sudură în timp ce în Statele Unite sectiunea ASME. IX .

În general, pentru a califica o procedură, trebuie efectuate margele , care sunt verificate cu metode nedistructive și din care se obțin exemplare pentru teste distructive (tracțiune, pliuri drepte, pliuri inversate, rezistență, duritate etc.)

Controlul îmbinărilor sudate după producție

Îmbinările sudate, după executare, sunt supuse unor teste nedistructive (radiografie, ultrasunete, lichide penetrante etc.) mai mult sau mai puțin extinse, în funcție de fiabilitatea cerută a îmbinării. Mai mult, pentru un număr prestabilit de metri de sudură sau îmbinări (în funcție de domeniul de aplicare), se produc alte margele care vor fi supuse testelor distructive (în general cele mai semnificative dintre cele deja supuse în timpul calificării procedurii).

Sudabilitatea metalelor

Tabelele de mai jos prezintă cele mai utilizate metale cu un grad de sudabilitate: de la 0 (imposibil de sudat) la 5 (sudabilitate bună).

Sudabilitatea oțelurilor

Sudabilitatea materialelor neferoase

Poziția de sudare

Conform standardului EN ISO 6947: 2011, următoarele poziții de sudare se disting în funcție de cusătură:

• plat - cusătura este în corespondență cu extradosul pieselor sudate
• vertical
• față
• deasupra capului - cusătura este în corespondență cu intradosul pieselor sudate

Tipuri de articulații

unele tipuri de articulații 1) capăt, 2) capăt cu calafetare; 3) suprapunere; 4) la T

În funcție de poziția relativă a pieselor de sudat, se disting următoarele tipuri de îmbinări

• cap
• la
• la T
• margine
• suprapunându-se

Notă

Elemente conexe

• Sudarea electrodului acoperit
• Sudarea prin frecare
• Sudare cu lamă fierbinte
• Sudare cu ultrasunete
• Sudarea prin vibrații
• Sudare cu arc scufundat
• Sudarea oxiacetilenică
• Reflow lipire
• Sudare MIG / MAG
• Sudare TIG
• Sudarea orbitală
• Sertizare
• Aluminotermie
• Defecte de sudură
• Fierar
• Procedura de sudare
• Tensiunea reziduală
• Sudarea subacvatică

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lemă « sudare »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre sudare

linkuri externe

• ( EN ) Welding , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Institutul italian de sudare , pe iis.it.
• (EN), American Welding Society , de la aws.org.
• (EN)ASME , de pe asme.org.
• ( EN ) Federația Europeană pentru îmbinarea și tăierea sudurii , pe ewf.be. Adus la 20 iunie 2006 (arhivat din original la 15 iunie 2006) .

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie