IMBINARI SUDATE - SUDAREA

IMBINARI SUDATE

SUDAREA este o metoda de imbinare nedemontabila a doua sau mai multe piese metalice, la care legatura dintre piese se realizeaza in urma solidificarii unei topituri rezultate din metalele de sudat, cu sau fara material de adaos, sau prin presarea pieselor aduse in prealabil in stare plastica in zona imbinarii.

Imbinarile realizate prin sudare prezinta o serie de avantaje fata de cele nituite, permitand relizarea unor economii de metal de 15-20%, economii de manopera, conditii de lucru mai usoare. In comparatie cu piesele realizate prin turnare, constructiile sudate sunt mai usoare cu pana la 40%, au rezistente mecanice superioare si forme constructive mai rationale.

Prin sudare se pot realiza constructii mixte (forjate-sudate, matritate-sudate, strunjite-sudate) imbinand avantajele fiecarui procedeu tehnologic. De asemenea, se pot realiza piese de dimensiuni foarte mari.

Ca dezavantaje ale procedeului de sudare se reamintesc:

aparitia tensiunilor interne ce diminueaza portanta;

modificari structurale din zona imbinarii;

influenta multiplilor factori asupra calitatii imbinarii (natura materialelor de baza, a materialului de adaos, conditiile de sudare, calificarea sudorului etc.).

Se cunosc peste 50 de procedee de sudare, alegerea unui anume procedeu fiind determinate de aspectul economic ( costul imbinarii si calitatea acesteia).

Dintre cele mai des folosite procedee de sudare, se poate aminti:

sudarea manuala prin topire cu arc electric;

sudarea automata sub strat de flux;

sudarea automata sau semiautomata in mediu protector de gaz;

sudarea prin topire cu gaze (oxiacetilena);

sudarea in baie de zgura;

sudarea prin presiune;

sudarea in puncte, in linie;

sudarea prin frecare.

Clasificarea imbinarilor sudate prin topire este cea din tabelul de mai jos:

Tehnologia sudarii cuprinde urmatoarele etape:

1. alegerea si pregatirea materialelor ce urmeaza sa se sudeze;
2. alegerea materialului de adaos, a sursei de energie si a pozitiei la sudare;
3. stabilirea parametrilor regimului de sudare;
4. executarea sudurii propriu zise, lucrari complementare: tratament termic   

(recoacere de detensionare) sau mecanic, curatire de stropi, indepartarea

suprainaltarilor dupa caz, vopsiri, control de calitate.

Calculul imbinarilor sudate

Rezistentele admisibile ale imbinarilor sudate sunt determinate de rezistenta admisibila a metalului de baza si a materialului de adaos (electrod), de procesul tehnologic de sudare, de tratamentele termice si mecanice ulterioare. Rezistentele admisibile ale cusaturilor de sudura sunt mai reduse fata de cele ale materialului de baza, datorita existentei tensiunilor interne cauzate de racirea neuniforma si datorita structurii specifice (neomogena, cu pori, cu incluziuni nemetalice).

Asfel eforturile unitare admisibile ale cusaturilor de sudura, utilizate in constructia de masini, se determina cu relatia:

(1)

unde: - este efortul unitar admisibil minim al materialelor pieselor sudate;

- coeficientul de reducere in functie de metoda de sudare si natura solicitarii. Dimensiunile sectiunii de calcul ale cusaturii de sudura se stabileste astfel:

lungimea l de calcul este :

(2)

unde: l_s - este lungimea efectiva a cusaturii, iar a este lungimea craterelor de la capetele sudurii, (considerate ca fiind egale cu grosimea cusaturii). Pentru sudurile de colt trebuie indeplinite conditiile: si l > 6a.

grosimea a de calcul, la cusaturile cap la cap este a = S, unde S este grosimea tablelor sudate, (se neglijeaza suprainaltarea Δa, figura 1a) sau grosimea S₂ a tablei mai subtiri, figura1b.

Figura 1

La suduri de colt a reprezinta inaltimea triunghiului isoscel, care se poate inscrie in sectiunea cusaturii, figura 1c,d. Se accepta pentru cusaturi concave: , pentru cusaturi drepte si

pentru cusaturi convexe.

Sectiunea de calcul este:

(3)

In cazul imbinarilor realizate prin cusaturi combinate, respectiv cap la cap si de colt, solicitate simultan de sarcina pe care o preia imbinarea, sectiunea de calcul se determina prin relatia :

(4)

unde: A_s1 este sectiunea cusaturilor cap la cap, iar

A_s2 este sectiunea cusaturilor de colt.

Calculul sudurilor cap la cap supuse la sarcini axiale, figura 2.

Efortul unitar normal din cusatura este:

(5)

Figura 2

Pentru cresterea capacitatii portante a sudurii, spre a o apropia de cea a tablelor sudate, se utilizeaza cusaturi inclinate, figura 3.

Figura 3

Descompunand forta si dupa directia cusaturii si o directie normala se obtin componentele si , care au valorile :

(6)

(7)

Eforturile unitare din cusatura sunt:

respectiv (8)

Efortul unitar echivalent este:

(9)

unde: este un coeficient a carui valoare se determina pe cale experimentala. ISO recomanda:

Pentru a avea portanta maxima a imbinarii prin sudura inclinata se poate determina valoarea optima a unghiului , dinn conditia egalitatii eforturilor unitare al sudarii si al materialului sudat.

In cazul sudurilor cap la cap solicitate la incovoiere, figura 4, efortul unitar normal din cusatura de sudura este:

(10)

unde: M_i este momentul incovoietor si W_s este modulul de rezistenta al cusaturii de sudura cu :

, figura 4a sau

, figura 4b (12)

Figura 4

In cazul sudurilor de colt, in sectiunile solicitate ale cusaturilor, figura 5 apar eforturi unitare normale de intindere sau compresiune care actioneaza perpendicular pe directia cusaturii si eforturi unitare tangentiale perpendiculare pe directia cusaturii si paralele cu ea . Aceste eforturi unitare se considera uniform distribuite pe grosimea cusaturii, determinandu-se cu formulele clasice.

Figura 5

In cazul solicitarilor compuse, efortul unitar echivalent se determina cu relatia:

(13)

Pentru principalele cazuri de suduri combinate (cap la cap si de colt), efortul unitar normal este:

(14)

unde : A_s este aria echivalenta a sudurii combinate.

In tabelul 1 sunt prezentate simbolurile pentru diferite tipuri de suduri, folosite in desenul tehnic.

Tabelul 1

Probleme constructive la imbinarile sudate

Sudura si zonele invecinate sunt puternic incalzite in procesul tehnologic de sudare si deci incarcate cu tensiuni suplimentare. Cu cat cordonul sudat este mai gros, cu atat caldura acumulata este mai mare si concomitent si tensiunile suplimentare sunt mai mari. Din acest motiv, in cazul in care este nevoie de un cordon gros de sudura se va prefera executarea acestuia prin cordoane suprapuse (mai multe treceri), dar nu se vor folosi cordoane mai subtiri de 3 mm, deoarece exista pericolul formarii de martensita si de pori.

Se va evita aglomerarea de cusaturi sudate. Ieftinirea constructiilor sudate se realizeaza prin evitarea prelucrarii prealabile a suprafetelor de sudat. Constructiile sudate se vor concepe astfel incat cordonul sudat, pe cat posibil, sa fie scos din zona incarcarilor maxime, iar daca este posibil, sa fie complet descarcat. Se vor asigura conditiile de deformare libera, radacina sudurii se va scoate din zona intinsa.

Se vor evita si sudurile in locuri greu accesibile.

IMBINARI PRIN LIPIRE

Imbinarile prin lipire sunt imbinari nedemontabile. Lipiturile se impart in functie de materialul de adaos, in doua categorii:

lipituri metalice (moi, tari sau lipituri la temperaturi inalte) ;

lipituri nemetalice (incleieri sau chituiri).

Imbinarea prin lipire metalica se realizeaza cu ajutorul unor materiale de adaos metalice, aduse in stare fluida prin incalzire; temperatura de topire este cu minimum 50 C inferioara temperaturii de topire a materialului de baza cu care se face imbinarea.

La lipiturile moi, folosite in majoritatea cazurilor pentru asigurarea etanseitatii (tinichigerie, cutii de conserve) sau la instalatii electrice ori electronice se folosesc de regula, aliaje pe baza de staniu si plumb, iar in cazuri deosebite Pb-Sn-Ag (plumb-staniu-argint).

Pentru obtinerea unei lipituri bune, este necesar ca suprafetele de contact sa fie curate si fara grasimi.

Lipiturile tari se folosesc in constructiile metalice solicitate mecanic ori la constructia structurilor de rezistenta ale automobilelor. Materialul de adaos este, de regula, alama (aliaj de cupru-zinc), motiv pentru care ea se numeste ALAMIRE.

Lipiturile la temperature inalte se executa in vacuum. Se folosesc pentru oteluri greu sudabile, (ori aliate) iar ca material de adaos se foloseste cuprul, aliaje pe baza de nichel, aur, respective alte materiale nobile.

Imbinarile prin lipituri nemetalice se realizeaza cu ajutorul straturilor subtiri de adeziv, care se interpun intre suprafetele ce urmeaza a fi imbinate.

IMBINARI PRIN STRANGERE

Imbinarile cu strangere se realizeaza prin asamblarea fortata a unei piese tip arbore, intr-o piesa tip alezaj, care inainte de montare au dimensiuni diferite ale suprafetelor de imbinare.

Se utilizeaza la montarea coroanelor rotilor dintate, a bandajelor rotilor de rulare, a rulmentilor, arborilor cotiti din elemente separate etc.

Dupa tehnologia asamblarii, fara organe de strangere auxiliare se deosebesc:

o       asamblari presate, executate la temperatura mediului ambiant.

o       asamblari fretate, realizate prin incalzirea piesei cuprinzatoare, sau prin racirea piesei cuprinse.

Imbinarile presate se realizeaza prin introducerea fortata, axiala, a unei piese cuprinse (arbore) intr-o piesa cuprinzatoare (butuc), figura 6.

Figura 6

Pentru imbinarea pe suprafata cilindrica, de exemplu, diametrul exterior al arborelui este d+Δa, iar diametrul alezajului (butucului) este d-Δb.

Dupa montaj, ambele piese ajung la aceeasi dimensiune, d. Acest lucru se realizeaza pe seama deformatiilor radiale Δa (pentru arbore) si Δb (pentru butuc), deformatii care introduce in materialele celor doua elemente o anumita stare de presiune. La suprafata de contact a pieselor apare astfel o presiune normala p*. Forta de frecare, dependenta de aceasta presiune impiedica miscarea relativa a pieselor si face posibila transmiterea de forte axiale sau/si momente de torsiune.

Utilizarea imbinarilor cu strangere are o larga raspandire si o indelungata traditie, datorita avantajelor pe care aceste imbinari le prezinta :

- capacitatea de a transmite solicitari mari la gabarit relativ redus in constructia masinilor, unelte mari, macaralelor, angrenajelor grele etc.

- comportarea buna la sarcini dinamice (discontinue).

- simplitatea constructiva (suprafetele imbinate sunt cilindrice sau conice si se pot realiza pe masini de uz general).

- inlatura necesitatea organelor de asamblare intermediare (pene, stifturi, suruburi etc.).

- asigura o buna centrare a pieselor.

Ca dezavantaje ale imbinarilor cu strangere avem:

montare si demontare greoaie;

deteriorarea suprafetelor active dupa demontare;

slabirea strangerii in timp;

imposibilitatea verificarii strangerii dupa montare, in timpul functionarii;

posibilitatea aparitiei coroziunii de contact;

introducerea prin strangere a unui puternic concentrator de tensiune.