Sudarea
prin
topire
Sudarea cu flacara de gaze face parte din categoria procedeelor de sudare ce utilizeaza energia termo-chimica. Sursa de energie termica folosita pentru a incalzi local piesele la temperatura de topire o formeaza flacara de gaze.
Cu flacara de gaze se pot suda oteluri nealiate si aliate, fonta cenusie, metalele neferoase si aliajele lor (Al, Cu, Zn, Ni, Mg, Am, Bz etc.) precum si metalele pretioase.
Flacara de sudare oxiacetilenica se formeaza prin aprinderea amestecului gazos compus din gazul combustibil - acetilena - si oxigenul, la iesirea dintr-un arzator.
In conditiile arderii normale o flacara oxiacetilenica prezinta trei zone distincte, figura 2.1 : - nucleul luminos 1 corespunde disocierii acetilenei si inceputului arderii carbonului :
C2H2 + O2 → 2 C + H2 + O2
2 C + H2 + O2 → 2 CO + H2 + 450 000 kJ/kmol
Nucleul are o forma cilindrica si este inconjurat la exterior de un strat de carbon liber incandescent care-i confera luminozitatea caractristica :
- flacara primara 2 este sediul reactiei de ardere primara cu formarea oxidului de carbon si degajarea unei cantitati mari de caldura . Are caracter reducator datorita CO si H2 continute , este conica ca forma imbracand nucleul luminos , se evidentiaza datorita transparentei sale ;
2 CO + H2 + O2 → 2 CO2 + H2O + 850 000 kJ/kmol
cu oxigen din aerul inconjurator. Gazele de ardere completa - CO2 si vaporii de apa ii confera luminozitate , are temperatura mai scazuta decat flacara primara datorita efectului de racire al mediului inconjurator. 13755gqj57vhn3k
Din punct de vedere practic flacara oxiacetilenica este caracterizata de structura si forma sa ; compozitia si proprietatile chimice ; temperatura.
Structura si forma flacarii depinde de raportul volumetric al componentelor amestecului gazos : k = DO2/DC2H2 care in conditiile unei arderi complete trebuie sa fie unitar. Practic in conditiile enuntate, k = 1,1 – 1,2 corespunzator unei presiuni pC2H2 = max. 1,5 daN/cm2 si respectiv pO2 = 5 daN/cm2 .
Daca k = 1,1 – 1,5 flacara este oxidanta, in zonele 1 si 2 predomina oxigenul. Flacara este redusa ca dimensiuni, figura 2.2, a , arde zgomotos, este violeta pe fond albastru, ca nuanta. Este utilizata doar pentru sudarea alamelor.
Daca k = 1,1 – 1,2 flacara este normala, neutra, figura 2.2, b, zonele flacarii sunt perfect delimitate, structura si nuanta flacarii sunt constante. Este flacara cea mai utilizata la sudarea metalelor feroase si neferoase (Ol, Cu, Zn, Ni, etc.) datorita caracterului reducator al flacarii primare si temperaturii inalte.
Daca k = 0,7 – 1,0 flacara este carburanta, figura 2.2 , c, zonele flacarii se intrepatrund, flacara este deformata, lunga, de culoare rosiatica. In zona primara exista carbon , flacara se utilizeaza doar pentru sudarea aluminiului, fontelor si la incarcarea prin sudare.
Temperatura flacarii este una din caracteristicile importante, depinde de compozitia amestecului gazos fiind maxima pentru k = 1,1 – 1,3. Ea variaza in lungul si transversal flacarii in diverse zone, figura 2.3 .
Temperatura maxima apare in flacara primara la cca. 5 – 20 mm de extremitatea nucleului, in functie de debitul de amestec combustibil, variind intre 3100 – 3200 grade C, in functie de puritatea gazelor. Cu toate acestea randamentul tehnic al flacarii este foarte redus ( n = 0,80 – 0,11) datorita dispersiei pronuntate al caldurii flacarii.
La obtinerea flacarii oxiacetilenice se folosesc ca materii prime oxigenul si acetilena.
Oxigenul este un gaz incolor, transparent, inodor si insipid. Este mai greu decat aerul, 1 m3 de oxigen la 15oC si presiunea atmosferica cantareste 1,38 kg. In conditii de presiune atmosferica obisnuita este gazos. Prin racire la – 180oC se lichefiaza, proprietate folosita la fabricarea sa industriala. Oxigenul lichid este transparent, cu nuanta albastruie.
Oxigenul se fabrica la puritati de 97 % (tip 97), 98 % (tip 98), 99 % (tip 99). Industrial, sunt trei metode de fabricatie :
- metoda chimica, prin descompunerea sarurilor oxizilor ;
- metoda electrochimica, prin electroliza apei ;
- metoda prin distilarea fractionata a aerului lichid, metoda cea mai rapspandita la scara industriala. Metoda se bazeaza pe diferenta de temperaturi de vaporizare intre principalele componente ale aerului lichid (O2 - 183oC ; N2 - 195oC).
Oxigenul se livreaza in stare gazoasa, in butelii si respectiv in stare lichida, in cisterne.
Butelia de oxigen, figura 2.4, contine oxigen comprimat la 147 daN/cm2 si 15oC, capacitatile uzuale fiind de 40 si 50 dcm3. Sunt vopsite in albastru conform STAS 2031-71, cu inscriptia „OXIGEN”. Butelia este confectionata din otel carbon de mare rezistenta, iar robinetul ventil din alama conform STAS 2499-71. In scopul simplificarii manipularii buteliilor la un consum mare de gaz se folosesc baterii de butelii, figura 2.5, buteliile fiind montate in cadre triunghiulare.
Oxigenul lichid transportat in cisterne are avantajul deosebit al unui pret de cost scazut al transportului si in greutate mai mica a recipientului pentru transport, proportia fiind de 1 : 10 fata de oxigenul gazos.
Evaporarea oxigenului la locul de intrebuintare se face cu evaporatoare sau gazeificatoare, care pot sa fie calde (medie presiune), sau reci (presiune inalta), figura 2.6.
Acetilena este o hidrocarbura nesaturata in stare gazoasa la temperatura ambianta si presiune atmosferica, cu miros slab eteric, la gust cu senzatii dulci, toxica daca este inspirata timp indelungat. Se lichefiaza la presiune atmosferica la – 80oC, in conditii normale 1 Nm3 cantarind 1,11 kg. Este solubila in apa (proportie 1 : 1), in alcool (1 : 5) si acetona (1 : 25). Este instabila la presiuni ridicate, peste 15 – 16 daN/cm2 devine explozibila. Acetilena este un compus endoterm, aceasta proprietate fiind originea de gaz combustibil. Puterea calorifica a acetilenei este (5,6 – 5,7) 104 kJ/Nm3. Acetilena arde in oxigen :
C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O + 1,3 · 106 kJ/mol
cu producerea unei mari cantitati de caldura, presiunea maxima de lucru fiind 1,5 daN/cm2 . Amestecul de acetilena si aer este explozibil chiar la 3% acetilena .
Industrial, acetilena se obtine prin descompunerea carbidului in contact cu apa :
Ca C2 + 2 H2O → C2 H2 + Ca(OH) 2 + 1,27 · 10 5 kJ/mol
Carbidul comercial se livreaza conform STAS 102-73 in 7 tipuri granulometrice(tab. 2.1) continand cca. 70-80% CaC2 , restul impuritati.
Reactia de descompunere are loc in generatorul de producere a acetilenei, acetilena putand fi consumata de la generator sau se imbuteliaza. Acetilena se imbuteliaza conform STAS 3660-79 la presiuni de maxim 16 daN/cm2 la 15o C. Presiunea acetilenenei imbuteliate variaza in functie de temperatura, figura 2.7. Butelia de acetilena este asemanatoare cu cea de oxigen, figura 2.8, continand 20 kg masa poroasa si 12 kg de acetona ca mediu de dizolvare, la capacitatea de 40 dm3 butelia contine cca. 4 m3 acetilena in conditii de presiune normala. Robinetul ventil al buteliei este din material feros, in scopul evitarii formarii acetilurii de cupru, substanta exploziva. Buteliile de acetilena sunt vopsite in alb sau galben cu inscriptia „ACETILENÔ.
Tipuri granulometrice si caracteristici ale carbidului
TABELUL 2.1
Tip granulometric |
0 |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
Dimensiunea granulelor, mm |
110- 80 |
80-50 |
50-25 |
25-15 |
15-7 |
07-4 |
4-2 |
Volum de C2H2 dezvoltat, dm3/kg |
320 |
280 |
270 |
260 |
250 |
235 |
230 |
Volum ocupat de 1 kg carbid, dm3 |
0,802 |
0,829 |
0,851 |
0,894 |
0,934 |
0,958 |
1,012 |
Metilacetilena-propadiena (MAPP) este un gaz lichefiat, vaporii gazului avand caracteristici apropiate de acetilena (temperatura flacarii de 2925o C). Este imbuteliat, transportat si manipulat ca orice gaz lichefiat. Avantajul MAPP-ului este limita mai redusa de de explozie in amestecul cu aerul, comparativ cu acetilena, respectiv siguranta in exploatare.
Metanul are puterea calorifica 3,5 · 104 kJ/Nm3 , arde in amestec cu oxigenul, temperatura flacarii fiind 2000 – 21000 C. In amestec cu aerul este exploziv, se imbuteliaza la 147 daN/ cm2, buteliile fiind vopsite in rosu cu inscriptia „METAN”. Se foloseste la sudarea tablelor subtiri si la taierea cu oxigen.
Hidrogenul are puterea calorifica 1.05 · 10 4 kJ/Nm3 , temperatura flacarii 2000 o C, arde in oxigen. Se imbuteliaza la 147 daN/ cm2, buteliile sunt vopsite conform STAS 3100-79 in rosu inchis-brun cu inscriptia „HIDROGEN”.
In componenta unei instalatii pentru sudarea cu flacara de gaze intra :
- generatorul de producerea acetilenei sau butelia de acetilena prevazuta cu reductorul de presiune;
- epuratorul sau filtrul chimic;
- butelia de oxigen cu reductorul de presiune;
- furtune pentru conducerea celor doua gaze (rosu – C2 H2 , albastru – O 2 ).
- arzatorul pentru sudare (sau trusa de sudare);
- diverse accesorii (perii de sarma, ciocane etc.).
Generatoarele de acetilena se impart dupa diverse criterii, criteriile de baza fiind presiunea de generare a acetilenei si sistemul de contact intre carbid si apa. Astfel pot fi generatoare de joasa presiune (p< 0,3 daN/ cm2), de presiune medie (p= 0,3 – 0,8 daN/cm2) si de inalta presiune (p= 0,8 – 1,5 daN/cm2), respectiv generatoare sistem carbid in apa, apa peste carbid si prin contact intermitent (contact si refulare)-
Cel mai utilizat este generatorul GA 1250, figura 2.9. Generatorul functioneaza dupa sistemul contact si refulare, debiteaza 1,25 Nm2/h la o presiune de 0,1 – 0,3 daN/cm2. Dupa contactul carbid-apa se produce acetilena. Crescand presiunea gazului, aceasta refuleaza apa de sub clopotul 2 in partea superioara a rezervorului 1, contactul intre carbid si apa inceteaza. Pe masura consumarii acetilenei, datorita presiunii exercitate de apa si clopot apa patrunde sub clopot, clopotul cu silozul 3 coboara in apa si reactia se restabileste .
Acetilena produsa trece peste epuratorul sau filtrul chimic 8, separandu-se impuritatile chimice (H2S, H3P) si eventualele impuritati mecanice neretinute de apa. In continuare, gazul trece peste supapa de siguranta 9.
Supapele de siguranta pot fi hidraulice, figura 2.10, sau uscate, figura 2.11, de presiune mica, medie sau inalta (la fel ca generatoarele), ele avand rolul de a opri intoarcerea flacarii in generator si evacuarea undei de soc in atmosfera.
Oxigenul este admis din butelie prin reductorul de presiune, figura 2.12 , care reduce presiunea oxigenului de la 147 daN/ cm2 la presiunea de lucru (2 – 5 daN/ cm2 ). Reductorul de presiune pentru butelia de acetilena este asemanator celui de oxigen, doar ca in locul racordului filetat 2, are jug de strangere sau brida.
Prin furtun (rosu pentru gazul combustibil, albastru pentru oxigen) gazele ajung la arzatorul de sudare, figura 2.13. Arzatoarele de sudare se livreaza in trusele de sudare, figura 2.14, pentru sudarea grosimilor 1–30 mm, trusele cuprind si arzatoarele pentru taierea cu oxigen.
Caracteristicile tehnice ale arzatoarelor pentru sudare sunt cuprinse in tabelul 2.2.
Caracteristici tehnice ale arzatoarelor pentru sudare
TABELUL 2.2
Nr. arzator |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
Grosimea materialului sudat, mm |
0,5-1,0 |
1-2 |
2-4 |
4-6 |
6-9 |
9-14 |
14-20 |
20-30 |
Consum acetilena,dm3/h |
75 |
150 |
300 |
500 |
750 |
1 200 |
1 700 |
2 500 |
Consum oxigen,dm3/h |
86 |
175 |
330 |
550 |
825 |
1 320 |
1 850 |
2 750 |
Presiune oxigen, daN/cm2 |
1,5-2,0 |
1,8-2,5 |
2,5-2,8 |
2,5-3,0 |
2,8-3,5 |
3,5-4,0 |
3,8-4,5 |
4,0-5,0 |
Lungime nucleu luminos, mm |
6 |
8 |
12 |
15 |
17 |
19 |
21 |
25 |
Viteza de sudare posibila, m/h |
12-10 |
8-6 |
6-4 |
4-3 |
3-2 |
2-1,5 |
1,5-1 |
1-0,75 |
Accesoriile operatorului sudor cuprind in afara de utilajul descris, ochelari de sudura, perii de sarma, calibre, sabloane de sudura, ciocane de sudura si ciocane de lacatuserie.
Tehnologia de sudare cu flacara de gaze presupune stabilirea urmatoarelor :
- regimul de sudare ;
- pregatirea rostului de sudare ;
- metoda de sudare ;
- modul operator ;
- eventuale tratamente termice .
Consta in alegerea puterii arzatorului, metalului de adaos, formei si structurii flacarii.
Puterea arzatorului, respectiv debitul volumetric specific de amestec gazos se face tabelar (tab. 2.3) sau grafic, figura 2.15 in functie de materialul sudat.
Valori ale debitului volumetric specific
TABELUL 2.3
Metal de baza |
Otel |
Fonta cenusie |
Cupru |
Alame si bronzuri |
Aluminiu si aliaje |
Plumb |
Debit volum specific, dm3/h/mm |
80 - 180 |
100 - 150 |
180 - 225 |
125 - 180 |
75 - 125 |
10, - 25 |
Raport in amestec combustibil, k=DO2/DC2H2 |
1,0 - 1,2 |
0,9 - 1,0 |
1,1 - 1,2 |
1,3 - 1,5 1,1 - 1,2 |
0,9 - 1,0 |
1,0 - 1,1 |
Metalul de adaos se alege ca diametru si compozitie in functie de grosimea si compozitia chimica a metalului de baza. Diametrul metalului de adaos se alege dupa relatii empirice :
dma = (0,5 – 0,25)s, in mm
dma = (1,2 – 1,5)s, in mm
sau tabelar (tab. 2.4).
Valori ale diametrului metalului de adaos
TABELUL 2.4
Grosime metal-s-mm |
1,5 |
1,6 - 3 |
3,1 - 5 |
5,1 - 7 |
7,1 - 10 |
10,1 |
Diametru metal de adaos-dma mm |
1,5 - 2,0 |
2,5 - 3,0 |
3 - 4 |
4 - 5 |
5 - 6 |
6 - 7 |
Relativ la compozitia chimica, metalul de adaos trebuie sa aiba compozitia metalului de baza sau imbunatatita, cu adaosuri de elemente de aliere care sa compenseze arderea acestora in procesul de sudare sau sa imbunatateasca proprietatile imbunatatiri sudate. Metalul de adaos trebuie sa corespunda certificatului de calitate, sa fie curat, lipsit de impuritati sau unsori, sa aiba suprafata neteda. Se livreaza sub forma de colaci sau vergele cu lungimea 0,8 – 1 m, in gama de diametre 1 – 8 mm.
Forma si structura flacarii se alege in functie de natura materialului de baza, detalii se vor da la tehnologiile specifice de sudare.
Se refera la prelucrarea si curatirea rostului de sud
