Cercetari privind amestecurile de gaze protectoare

CERCETARI PRIVIND AMESTECURILE DE GAZE PROTECTOARE

Otelurile inoxidabile austenitice pot fi sudate prin toate procedeele cu conditia incalzirii minime a componentelor. In cazul sudarii in mediu de gaze protectoare se pot utiliza doua feluri de gaze:

-gaze de protectie inerte (orgon, heliu)

-gaze de protectie active: H2, O2, CO2 si amestecuri ale acestora cu Ar sau He.

Folosirea lor confera arcului electric proprietati avantajoase in functie de metalul ce se sudeaza.

In fig. 11 se arata conductibilitatea termica pentru cateva gaze mai uzuale.

Fig. 11. Coeficientul de transmisie termica al unor

gaze folosite la sudare, in functie de temperatura

Heliul si hidrogenul sunt cele mai bune conducatoare de caldura (arc cald) pe cand argonul e un gaz al carui potential de ionizare e mai slab (arc stabil) azotul avand proprietati intermediare.

Caracteristicile fizice specifice ale gazelor utilizate la sudare sunt prezentate in tabelul 2.

Tabel 2

Tabel 2: Principalele caracteristici ale gazelor

de protectie utilizate la sudare

Avantajele sudarii in medii de gaze protectoare sunt:

- spatiul arcului electric este in intregime protejat de gazele inerte, deci comparatia chimica a metalului topit se pastreza la nivelul initial.

- arcul electric este vizibil, deci procesul de sudare se poate conduce cu exactitate fara dificultati.

- protectia gazelor active sau inerte si lipsa zgurii sau a oxizilor pe suprafata baii, permite sudarea straturilor suprapuse fara curatarea superficiala a cusaturii.

- procedeul poate fi automat sau semiautomat, deci prezinta productivitate ridicata.

- echipamentul pentru sudare este relativ simplu, deci nu necesita o investitie prea mare.

In cadrul sudarii MAG se utilizeaza o serie de amestecuri de gaze printre care pentru sudarea otelurilor inoxidabile austenitice se poate folosi ca gaz protector CO₂ + N₂.

Prin introducerea N₂ in amestec (N₂ este austenitogen) se mareste stabilitatea austenitei. Azotul micsoreza si procentul de oxigen din arc produs prin descompunerea CO₂-ului, ceea ce diminueaza oxidarile si maresc plasticitatea.

In tabelul 3 se da puritatea ce se impune gazelor de protectie utilizate la sudare, recomandate in literatura de specialitate.

Tabel 3

Tabel 3: Gradul de puritate al gazelor

de protectie utilizate la sudare

Puritatea gazului de protectie este un factor important la sudarea in mediu de gaze protectoare. Puritatea mare (≥ 99,9%) face posibila sudarea cu viteze pana la 240 cm/min fara a se produce pori. La o puritate de 99,3% limita vitezei de sudare scade la 150cm/min. Deci cu cat puritatea scade cu atat viteza de sudare se reduce. Puritatea influenteaza si calitatea (estetica) imbinarii si caracteristicile mecanice ale sudurii.

Observatii generale asupra gazelor si amestecurilor de gaze utilizate la sudare:

Argonul: fiind un gaz monoatomic nu necesita energie suplimentara pentru disocierea, deci energia este absorbita direct pentru ionizare. Astfel se explica stabilitatea arcului la sudarea cu Ar si patrunderea mica in M.B. din punct de vedere termic. Ar nu se dizolva in metalele topite si deci nu produce pori, fiind inert nu favorizeaza reactiile de oxidare sau de reducere in spatiul arcului.

Se utilizeaza la:

darea WIG a aluminiului si a aliajelor sale

area WIG a cuprului si a otelurilor inoxidabile.

darea MIG a aliajelor de aluminiu, Ti, oteluri speciale.

Heliul: fiind gaz biatomic (He₂) necesita energie sporita pentru a disocia si apoi pentru a se ioniza, ceea ce face ca arcul electric in heliu sa detina mult mai multa caldura decat arcul in Ar. Din aceasta cauza patrunderea cusaturii este mai mare si este posibila sudarea componentelor greu fuzibile, cu conductibilitate termica mare si a componentelor de grosime mare.

Azotul: In stare pura este utilizat la sudarea MIG a cuprului dezoxidat sau a aliajelor lui, a otelului inoxidabil austenitic. Cusaturile otelurilor austenitice inoxidabile este mai dura decat componentele (avand cca 200 HB) datorita efectului de aliere al azotului. In cazul sudarii altor oteluri, datorita solubilitatii azotului, rezulta pori in cusatura, chiar daca azotul participa in cantitati reduse in amestecul protector. In figura 12 este prezentat gradul de disociere in functie de temperatura a unor gaze.

Figura 12

In prezent pe plan mondial se utilizeaza un numar mare de amestecuri de gaze, in scopul ameliorarii rezultatelor ce se pot obtine cu gaze pure.

In tabelul 4 se prezinta centralizat cele mai uzuale amestecuri de gaze utilizate la sudare.

Se observa ca traditional amestecurile de argon si azot sunt utilizate pentru taierea metalelor.

In cazul otelurilor inoxidabile se poate utiliza N₂ in amestec cu argonul pana la o proportie de 80%.

Azotul se introduce in gazul protector in scopul saturarii baii metalice cu acest element. Azotul se dizolva suficient de bine in ferita cu un procent ridicat de crom, formeaza usor nituri care se separa in zona de aglomerare a atomilor impuritatilor si poseda o mobilitate la difuzie suficient de mare.

Tabel 4

Tabel 4. Amestecuri de gaze folosite la sudare

Aceste amestecuri se obtin fie prin combinarea la locul utilizarii a gazelor din tuburi separate, in functie de specificul lucrarilor ce se executa, fie gata amestecate in proportii stabilite, livrate ca atare in butelii de la furnizor.

Transportul si stocarea gazelor de protectie.

Gazele de protectie se transporta si se stocheaza dupa cum urmeaza:

a) in faza gazoasa, la temperatura ambianta si presiune ridicata (150 ÷ 200 daN/cm²)

b) in faza lichida, la temperatura ambianta (CO₂) si presiune ridicata

c) in faza lichida, la temperaturi foarte scazute (0 - 196˚C) de exemplu pentru azot si la presiuni de 1,5 ÷ 22 daN/cm².

Transportarea si stocarea in faza gazoasa in butelii sub presiune are avantajul unei mari manevrabilitati, facilitand utilizarea lor la posturile de sudura mobile si dispersate.

Se recomanda a se evita golirea completa a buteliilor sau a bateriilor de butelii pentru a impiedica patrunderea aerului in interior fapt ce poate provoca degradarea gazului la umplerea urmatoare. Cand consumul este foarte important, este mai avantajos din punct de vedere economic ca gazul sa se utilizeze in stare lichida. In acest caz livrarea si stocarea se face in rezervoare izolate termic, la presiune scazuta. Rezervoarele de stocare sunt legate prin intermediul unor evaporatoare la reteaua de distributie ce deserveste un atelier sau o sectie.

Transportul se efectueaza cu camioane cisterna special amenajate.

In figura 13 se prezinta schema instalatiilor de stocare pentru gaze utilizate la sudare.

Figura 13. Schema unei statii de stocare in stare lichida

PC - panou de comanda    E - evaporator

Amestecul gazelor pentru sudare se realizeaza in diferite amestecatoare de gaz.