Sudarea Metalelor

CONSIDERAŢII ASUPRA PRELUCRĂRII PRIN SUDARE

Sudarea este o metodă de îmbinare nedemontabilă a două corpuri solide prin stabilirea, în anumite condiţii de temperatură şi presiune, a unor forţe de legătură între atomii marginali aparţinând celor două corpuri de îmbinat.

Utilizarea sudării ca metodă de asamblare a început din cele mai vechi timpuri, dar numai la sfârşitul secolului al XX-lea, odată cu dezvoltarea rapidă a industriei şi a tuturor ramurilor tehnicii, încep să apară din ce în ce mai multe procedee de sudare. În acelaşi timp are loc o lărgire a domeniilor de folosire a procedeelor de sudare în construcţia de maşini şi aparate, în construcţiile metalice, construcţii de nave etc. Sudarea poate fi aplicată în prezent asupra unui număr mare de materiale folosite în tehnică, oţeluri carbon şi oţeluri aliate, metale şi aliaje neferoase, mase plastice, sticlă, gudroane etc. Grosimea pieselor sudate poate avea valori de la micrometri la dimensiuni de ordinul metrilor. Utilajul folosit în tehnica sudării s-a diversificat mult şi este în continuă perfecţionare, extinzându-sede la puteri de ordinul waţilor până la megawaţi, multe dintre cu un înalt grad de automatizare, încadrate în linii tehnologice de mare productivitate.

Principalele avantaje tehnico-economice ale utilizării sudării la executarea construcţiilor sudate sunt următoarele:

- faţă de construcţiile nituite, la cele sudate se realizează însemnate economii de material prin reducerea dimensiunilor elementelor de construcţie (în îmbinare secţiunile sudate sunt pline, pe când cele nituite sunt slăbite prin găuri) datorită absenţei suprapunerilor şi elementelor de legătură (corniere, eclise), precum şi absenţei niturilor care prezintă un grad de prelucrare mai avansat decât materialul de adaos la sudare. În afară de acestea, calitatea superioară a îmbinării sudate (etanşeitate, rezistenţă la coroziune) precum şi condiţiile de muncă mai bune în care se realizează (fără zgomot, cu efort fizic redus) au determinat în ultimii 25 de ani înlocuirea nituirii în mai mult de 90% din cazuri;

- faţă de construcţiile turnate, prin sudare se obţin construcţii mai uşoare şi de formă constructivă mai simplă. Se utilizează laminate care au rezistenţă superioară, adaosurile tehnologice şi cele de prelucrare sunt mai mici cu 70 90%. În plus, la sudare manopera de execuţie este mai redusă cu 30 75% faţă de turnare;

- faţă de construcţiile obţinute prin oricare altă metodă sudarea permite realizarea de construcţii mixte sau combinate formate din mai multe părţi, executate separat din materiale diferita, prin metode de prelucrare diferit şi asamblate apoi prin sudar.

Sudarea prezintă şi unele dezavantaje legate de forma, dimensiunile semifabricatelor şi, mai ales, de mărimea loturilor de fabricaţie. Piesele mici, simple şi de serie mare se fabrică mai economic prin turnare sau matriţare. De multe ori sudarea trebuie urmată de operaţii de tratament termic şi de control, calitatea îmbinărilor sudate depinzând în mare măsură de calitatea materialelor utilizate şi de măiestria sudorului. Procedeele de sudare de mare productivitate pretind utilaje relativ complicate, scumpe şi greu de întreţinut, cu regimuri de lucru pretenţioase.

NOŢIUNI DE TEORIA SUDĂRII MATERIALELOR METALICE

PRINCIPIUL FIZIC AL SUDĂRII

Posibilitatea apariţiei forţelor de legătură între două corpuri metalice diferite se explică prin faptul că atomii dispuşi pe suprafaţa unui corp au legături libere şi pot intra în interacţiuni cu atomii de suprafaţă ai celuilalt, atunci când părţile de îmbinat se apropie între ele destul de mult, respectiv la distanţe de ordinul razelor atomice (1010 m).

Pentru realizarea acestei condiţii există, în principiu, două soluţii de bază: încălzirea părţilor de îmbinat alăturate şi exercitarea unei presiuni între ele. Încălzirea slăbeşte forţele de legătură dintre atomi, măreşte mobilitatea acestora şi plasticitatea metalului. Dacă încălzirea este destul de mare poate realiza singură sudarea, topind metalul dim marginile ambelor piese. Metalul lichid formează o baie comună, iar prin solidificare se obţine sudura. Presiunea exercitată între părţile de îmbinat dă naştere la deformaţii plastice care determină curgerea materialului de-a lungul suprafeţelor de contact astfel încât să se obţină apropierea unor straturi interioară de metal care n-au fost în contact cu mediul înconjurător şi care se prind reciproc cu mai multă uşurinţă. Dacă presiunea este destul de mare, poate realiza la rândul ei singură sudarea prin deformaţii plastice la rece.

La multe procedee de sudare se aplică atât încălzirea şi presiunea de refulare.

APARIŢIA FORŢELOR DE COEZIUNE ÎN ÎMBINĂRILE SUDATE

Mecanismul apariţiei forţelor de legătură între părţile de sudat depinde în primul rând de starea de agregare în care se găsesc acestea, adică ambele părţi lichide sau ambele părţi solide. Sunt posibile cazuri când forţele de legătură apar între metalul solid şi o topitură.

La sudarea în faza lichidă stabilirea legăturilor începe cu interacţiunea picăturilor topite în baia comună, se continuă în procesul de cristalizare a cusăturii sudate şi depinde de solubilitatea reciprocă, mărimea tensiunii superficiale, diferenţa de densitate şi de alte proprietăţi fizice.

Din punct de vedere al solubilităţii pot apărea trei grupe de materiale ale pieselor de îmbinat:

- cu solubilitate nelimitată, în care intră toate cazurile de metale identice precum şi perechile Fe-Ni, Fe-Cr, Ni-Mn, Ag-Au etc. Forţele de coeziune apar la această grupă prin difuziune şi dizolvare reciprocă. După răcire cristalele din cusătură sunt constituite din atomii ambelor metale, rezultând o structurp caracteristică de turnare;

- cu solubilitate limitată, în care intră perechile Fe-Cu, Cu-Zn etc., la care prin cristalizarea cusăturii apar soluţii saturate ale celor două metale, formând o masă metalică de bază în care se separă fazele excedentare sub forma unui conglomerat de incluziuni. Într-o astfel de structură un rol importantă îl au legăturile intercristaline deşi sunt posibile şi legături intracristaline;

- cu insolubilitate totală, în care intră perechile Fe-Mg, Fe-Ag, Fe-Pb la care, în urma dispersăriişi amestecului picăturilor lichide, la solidificare apare un amestec mecanic de cristale ale celor două metale, legăturile făcându-se numai prin forţele de interacţiune ce apar între atomii plasaţi limitele dintre grăunţi.