Sudarea fontei

Sudarea fontei

Din cauza continutului mare de carbon (2,5-4,5%), fontele sunt casante si nesudabile. In afara de carbon, fontele contin: 1-4% Si, 0,5-1,5%Mn, 0,3-1%P si maximum 0,08%S. Fontele cu continuturile de mai sus turnate in piese sunt nealiate; conform STAS 569-70 pot fi maleabile si conform STAS 568-75, cenusii (Fc). Fontele de calitate superioara sunt: aliate, modificate sau cu grafit nodular. Fontele aliate contin elemente de aliere, in functie de destinatia piesei: crom si crom-nichel pentru piese care lucreaza in medii corozive si temperaturi inalte; siliciu pentru piese rezistente la acizi; fosfor pentru piese ornamentale.

O imbinare omogena a doua piese din fonta nu se poate obtine decat prin sudarea la cald, adica dupa incalzirea pieselor la temperatura de 650-750ºC, cu topirea in rostul imbinarii a materialului de adaos, care sa fie tot fonta.

Conform STAS 7242-69 , in tara noastra se fabrica doua calitati de vergele de adaos turnate din fonta cenusie pentru sudare VT-S 30, cu 3,5% Si , VT-S 36, cu 3,6-4,8% Si. Vergelele de fonta mai contin : 3-3,6%C, 0,5-0,8% Mn, 0,3-0,5% P.

Pentru sudarea pieselor din fonta alba si care dupa sudare sunt maleabilizate, se folosesc bare de fonta alba cu continut redus de siliciu avand compozitia: 2,2-2,5% C; 0,4-0,6%Mn; 0,7-1,2%Si; maxim 0,2% P si maximum 0,1% S. Un element favorabil sudarii fontelor, care se introduce in barele pentru sudare, este fosforul, deoarece acesta impiedica formarea fontei albe, iar in timpul operatiei de sudare fluidizeaza baia de sudura.

Vergelele se livreaza sub forma de bare sde 450-700 mmsi cu diametre de 4-14mm. Deoarece fonta la atingerea temperaturii de topire (1150-1300ºC)devine brusc lichida, sudarea ei se executa numai in pozitie orizontala in locasuri delimitate (bai) cu placi de grafit.

Piesele cu locurile defecte se prelucreaza si se curata de orice fel de murdarie (vopsea, rugina, ulei). Dupa asamblarea si fixarea pieselor de imbinat, in jurul rostului se formeaza marginile bailor de sudura cu placute de grafit (cu nut si pana), pentru ca materialul depus in timpul operatiei de sudare sa nu curga.

In general, se recurge la compartimentarea baii de sudura, executandu-se separat cateva bai care apoi se sudeaza intre ele. Piesele se incalzesc la temperatura de 650-700º C, in cuptoare de incalzire zidite special in jurul lor. Piesele mici nu necesita formari de placi de grafit si incalzirea lor se face in cuptoare obisnuite dupa care ele sunt scoase si sudate in locuri ferite de curenti de aer.

Piesele mari, dupa ce locul lipsa a fost format, iar placutele de grafit au fost consolidate cu nisip de formare, se aseaza pe profile, lasandu-se spatii intre ele si cuptorul zidit, in care se introduce carbune de lemn (mangal) aprins, prin incalzirea piesei de sudat la 650-700º C. Piesa formata se mai intareste cu o manta din tabla si cu cingatoare; de asemenea se prevad ferestre pentru evacuarea gazelor arse in timpul incalzirii si al sudurii .

Sudarea se executa cu electrozi de fonta VT-S30 sau 36 prin umplerea bailor de sudura separate, pana se ajunge la nivelul superior.

Se scot apoi placile care delimiteaza baile separate, sudandu-se intre ele baile de imbinare a intregului rost la partea superioara. Umplerea se face la nivele mai ridicate decat nivelul peretilor piesei, in vederea prelucrarii ulterioare. La sudare este folosit curent continuu, polaritate directa, luandu-se 70-80A pentru fiecare mm grosime de electrod, in care caz se poate mentine o temperatura a baii destul de mare.

In cazul pieselor groase si daca baile separate sunt mari, este indicat ca pretopirea fundurilor bailor sa se faca cu un electrod de carbune, dupa care se incepe imediat sudarea cu electrozi de fonta. Procesul de sudare trebuie sa fie neintrerupt si de aceea se recomanda ca piesele mari sa fie sudate de doi sudori.

Dupa sudare, in cuptor se adauga in jurul piesei din nou carbune de lemn aprins apoi se astupa cuptorul . Racirea trebuie sa se execute in minim 24 ore.

Sudarea fontei cu bara de fonta poate fi executata si la semicald, adica prin incalzirea piesei la temperatura de 400-450º C. Sudarea la semicald poate fi executata numai atunci cand forma piesei permite aceasta ( de exemplu o sudura de incarcare la capatul unei piese masive). Este necesar sa fie luate masuri astfel incat racirea piesei sa decurga foarte lent. La sudarea la semicald pot fi folositi si electrozi cu vergea de otel cu invelis foarte gros, format din grafit si ferosiliciu, cu care se obtine in sudura fonta cenusie.

Prin sudarea la cald (sau semicald) se obtin suduri omogene, adica sudura este tot o fonta cenusie ca si materialul de baza supus sudarii. Sudarea la cald, pe langa faptul ca este foarte dificila si obositoare, necesita un personal special calificat atat pentru formare, cat si pentru sudare, deoarece cea mai mica greseala duce la rebutarea piesei.

Piesele din fonta pot fi sudate si la rece adica la temperatura mediului ambiant, fara preincalzire. In acest caz, sudura nu se executa cu electrozii de fonta, ci cu electrozi a caror depunere difera complet de materialul fontei, obtinandu-se o sudura eterogena. Pentru marirea rezistentei imbinarii se consolideaza marginile de sudat cu suruburi, scoabe etc., care se sudeaza de peretii piesei, respectiv de sudura depusa. Acest mod de imbinare da rezultate foarte bune, si de aceea se aplica foarte mult. Pentru sudarea la rece se folosesc numeroase sorturi de electrozi: monel (aliaj de Ni-Cu), nichel, feronichel, cupru-otel si vergele din otel cu invelis bazic etc. Spre deosebire de sudarea la cald, la sudarea la rece cu tipurile de electrozi mentionate este necesar ca pe linia de sudura sa nu se produca incalziri, mentinandu-se o temperatura cat mai joasa,( sub 70º C) prin suduri executate distantat si la lungimi reduse.

Electrozii pe baza de nichel, de cupru sau nichel-cupru prezinta avantajul ca se aliaza bine cu fonta si nu formeaza carburi. Pentru evitarea formarii zonelor influentate termic, in care se pot produce fisuri, la sudare se folosesc curentii redusi, cu randuri de sudura de lungimi care sa nu depaseasca 50mm, ceea ce impiedica incalzirea marginilor piesei de sudat. Dupa fiecare rand depus, sudura se indeasa prin ciocanire cu batai dese si usoare.

STAS 7242-69 prevede pentru sudarea la rece a fontei urmatoarele sorturi de electrozi inveliti:

EF- NiCu cu vergea de monel;

EF-NiFe cu vergea de feronichel;

EF-Ni cu vergea de nichel

EF-Fe cu vergea de otel cu invelis bazic

Diametrul electrozilor este de 2,5; 3,25 si 4mm.

La sudarea cu electrozi de otel, EF-Fe se produce zona de fonta alba de duritate mare, care provoaca fisuri; de aceea, folosirea acestora se recomanda numai pentru straturile de umplere, iar randurile de aliere in contact cu fonta trebuie sa fie executate cu electrozi pe baza de Ni.

Electrozii inveliti EF-NiCu, EF-NiFe, EF-Ni, cu vergea din nichel sau aliaj de nichel, prezinta avantajul ca sudura nu se fisureaza, iar depunerea are o culoare apropiata de a fontei; rezistenta sudurii la electrozii EF-NiCu este de 15-18daN/mm² etc. Electrozii de otel sau combinat - electrozi pe baza de nichel cu electrozi de otel - se folosesc introducand ancore sau suruburi - prezoane in gaurile filetate, executate in rosturi de sudat, conform figurii, unde se arata modul de executie a imbinarilor la piese de fonta cu grosimea de la 6 la 50mm.

Straturile cu electrozi pe baza de nichel se executa acolo unde este necesara prelucrarea cu scule dupa sudare sau se executa straturile in contact cu fonta. Astfel, in figura se prezinta cateva exemple de executie a straturilor de la radacina sau la partea superioara a rostului in contact cu fonta si cu straturile de umplere 2 executate cu electrozi de otel.

Se aplica suruburile - prezoane de otel, care asigura rezistenta imbinarii si care se executa cand grosimea peretelui este peste 6 mm.

Piesele cu grosimile de 6-10mm se prelucreaza in V la 80-90º, aplicandu-se cate un sir de suruburi - prezoane cu pasul de 12 mm; cele cu grosimile de 10-20 mm se prelucreaza in V la 70-80º, aplicandu-se cate un sir de suruburi - prezoane cu pasul intre 15-20 mm, iar cele cu grosimile intre 20-30 mm se prelucreaza in V la 70-80º, aplicandu-se cate doua suruburi - prezoane in zig-zag cu acelasi pas. Pentru grosimi mai mari se recomanda rosturi in X, acest rost fiind considerat dublul rostului in V, procedandu-se cu aplicarea suruburilor - prezoane la fel ca pentru rosturi in V. Diametrele suruburilor - prezoane, adancimea insurubarii si lungimea surubului ce depasesc suprafata rostului se iau dupa cum urmeaza:

Piesele cu grosimea pana la 20 mm se sudeaza cu electrozi de 3,25 mm, iar cele de 20-30 mm, cu electrozi de 4 mm; la grosimi mai mari, pentru straturile superioare ale rosturilor, pot fi folositi si electrozi de 5 mm.

In cazurile cand trebuie executate reparatii la piese cu grosimea de peste 30 mm si de greutati mari, sudarea la cald a acestor piese devine foarte dificila. In acest caz, se recomanda sudarea la rece cu electrozi pe baza de nichel pentru partile in contact cu fonta iar umplerea sau locurile care nu sunt in contact cu fonta sau nu trebuie prelucrate sa fie sudate cu vergele din otel.

Daca piesele au grosimi diferite pe lungimea de sudat, se recomanda ca portiunile cu grosimi pana la 40-45 mm sa fie prelucrate cu un rost in X , simetric la 80.90º.

Portiunile cu grosimi mai mari, cu un rost asimetric, se executa insa pe grosimile de 40 mm rostul in X simetric, iar in partea groasa ramasa rostul sa fie prelungit cu o deschidere mai mica de 60.65º dupa cum se arata in figura.

Se scobeste prin daltuire locul defect, pregatindu-se in X, dupa care se executa gaurile filetate si se introduc suruburile - prezoane de-a lungul rostului de sudat, cu mentinerea unei lungimi a surubului de 3 mm peste suprafata rostului.

Pentru rosturi de 40 mm, se introduc in zig-zag prezoane de 8 mm la un interval de 40 mm, iar in opartea cu grosimi mai mari inca doua randuri de prezoane cu diametrul de 12 mm, prevazute tot intercalat fata de primele.

La sudare se recomanda sa nu fie folositi electrozi mai grosi de 4 mm, pentru ca sa nu se formeze tensiuni interne mari si crapaturi; de asemenea, depunerile randurilor sudate nu trebuie sa depaseasca lungimea de 35..40 mm. Randurile se executa intrerupt iar la depunerea unui rand nou trebuie sa fie foarte putin cald sau rece, incat sa poata fi usor atins cu mana. Mai intai se executa acoperirea intregii suprafete, inclusiv a marginilor superioare ale rosturilor.

Pendularile electrodului nu trebuie sa depaseasca de doua ori diametrul electrodului. Numai dupa ce a fost executata incarcarea intregii suprafete, inclusiv a sudurilor de imbinare a suruburilor, se trece la sudarea de imbinare a rostului.

Randurile de la radacina rostului se executa tot cu electrozi monel. Se recomanda ca sudarea sa fie executata pe sectii, de la un capat spre celalalt, in trepte inverse si echilibrat, pe o parte si pe cealalta a rostului. Daca in timpul sudarii se produc mici fisuri, acestea se vor scobi si apoi resuda. Se va avea grija in continuare ca temperatura piesei in locul sudat cel mai fierbinte sa nu depaseasca 75-80ºC.

Deoarece electrozii pe baza de nichel, care se fabrica in tara, sunt numai monel, pentru lucrari speciale se importa electrozi vergele de nichel pur sau de fier-nichel, care au caracteristici superioare, iar sudura este prelucrabila cu scule aschietoare.

Electrozii de nichel pur inveliti se folosesc la sudarea pieselor cu pereti subtiri si mijlocii; rezistenta sudurii este de 30-35 daN/mm³. Electrozii de fero-nichel inveliti (cca 55%Ni, 45%Fe) se folosesc atat la piese subtiri cat si la piese groase; rezistenta sudurii este de 45-50 daN/mm³ astfel incat cu acesti electrozi pot fi sudate si piese din fonta speciale cu rezistenta mare.

Pentru piese, cum sunt de exemplu, cutiile de ungere ale osiilor la vagoane, la care culoarea sudurii poate diferi de cea a piesei, se folosesc electrozi de Cu-otel inveliti. In cazul cand la sudare partea de cupru vine in contact cu fonta cu care nu formeaza compusi duri, se pot obtine suduri corespunzatoare din punct de vedere al etanseitatii si rezistentei cu materiale de adaos ieftine si nedeficitare.

Este necesar ca in electrod partea din cupru sa fie 80-85% cupru, iar restul de 15-20% fier. Electrozii de cupru-otel se executa fie cu vergea de otel introdusa intr-o teava de cupru fie cu vergea de cupru invelita cu banda de otel sau sub forma de fascicul de electrozi continand vergele de cupru si de otel.

Fonta se poate suda si cu fascicul de electrozi Fe-cupru; se sudeaza mentinandu-se fascicolul inclinat la 45º in sensul de sudare fata de piesa, cu executarea de oscilatii rotunjite ale capatului fasciculului, folosindu-se curent continuu si polaritate inversa, pentru ca piesa sa fie mentinuta cat mai rece.

Pentru un fascicul compus dintr-un electrod de otel de 4 mm si doua sarme de cupru de 3 mm, se foloseste un curent de cca 170 A. Este de asemenea, important ca, in tot timpul operatiei de sudare, partea in contact a fasciculului cu fonta sa fie vergeaua de cupru.

Pentru sudarea fontei se mai folosesc si electrozi vergele de bronz cu aluminiu sau staniu care prezinta insa dezavantajul ca dau o culoare diferita de cea a fontei. Cu fascicul de Fe-Cu sau cu vergele de Bz se pot suda numai piese la care se admite o culoare a sudurii diferite de cea a fontei.

Imbinarea pieselor de fonta fiind un domeniu cu totul special, lucrarile de sudare trebuie incredintate numai sudorilor din categoriile inalte.