Sudarea metalelor si aliajelor neferoase

Sudarea metalelor si aliajelor neferoase

Metalele neferoase si aliajele lor se sudeaza pe scara larga prin procedeul cu gaz. In functe de temperatura de topire si de conductivitatea termica a metalului sau a aliajului respectiv se alege marimea suflaiului si in multe cazuri chiar gazul combustibil.

Pentru metalele neferoase cu temperaturi joase de topire si in special pentru sudarea grosimilor reduse este preferabila folosirea unui gaz combustibil care sa nu dezvolte o temperatura prea inalta; la sudarea acestor metale nu este necesara degajarea unei cantitati mari de caldura in zona reducatoare, iar daca este folosita acetilena, se recurge la aer comprimat in loc de oxigen.

In schimb, alte metale neferoase, cum este de exemplu cuprul, care desi nu are o temperatura de topire prea inalta (1083°C), insa avand o conductivitate termica foarte mare, in special la sudarea grosimilor mai mari, necesita suflaiuri mult mai puternice, in comparatie cu cele folosite la sudarea otelurilor.

Tinand seama, de asemenea, de afinitatea mare pe care o au metalele neferoase de a forma oxizi, este absolut necesara folosirea fluxurilor care sa impiedice oxidarea, iar in cazul formarii oxizilor acestea sa fie redusi la metal.

Aliajele metalelor neferoase au temperaturi de topire mai joase decat metalele respective si conductivitatii termice mai reduse, astfel incat pentru sudarea acelorasi grosimi de metal sunt necesare flacari de putere mai mica.

Sudarea aluminiului si aliajelor de aluminiu

Aluminiul si aliajele de aluminiu se sudeaza pe scara larga prin procedeul cu gaz. Aluminiul avand masa specifica 2,7 kg/dm³ face parte din clasa metalelor neferoase usoare.

Fabricarea in tara a aluminiului si a aliajelor de aluminiu va da posibilitatea asimilarii lui pe scara larga. Aluminiul avand o temperatura de topire de numai 660°C, iar la aliajele de aluminiu sub aceasta temperatura se recomanda folosirea flacarii de hidrogen su de gaze naturale in amestec cu oxigenul la sudarea tablelor mai subtiri de 1 mm. Datorita conductivitatii mari a luminiului, la grosimi de material peste 1 mm este necesara folosirea flacarii oxiacetilenice. Pentru sudare, aluminiul prezinta urmatoarele caracteristici:

Ø      Topirea se produce brusc, fara sa treaca prin starea plastica si, deoarece are o conductivitate termica mare, zona ajunsa in stare lichida este si ea mare, incat se pot produce strapungeri; in timpul sudarii, piesa nu trebuie solicitata deoarece rezistenta partilor aduse in stare lichida este extrem de redusa;

Ø      La temperaturi inalte, aluminiul absoarbe usor oxigenul , iar oxizii formati inclusi in metal slabesc cu mult rezistenta imbinarii; oxidul de aluminiul are o temperatura de topire cu mult mai inalta ( 2050°C) decat a metalului si, fiind mai greu, impiedica operatia de sudare , astfel incat este absolut necesar sa fie folosite fluxuri;

Ø      Coeficientul de dilatare al aluminiului fiind mult mai mare decat al otelului, se produc deformatii mari ale ansamblurilor sudate.

Pentru sudare, se recomanda o flacara cu exces foarte mic de acetilena, in care caz este impiedicata formarea oxidului de aluminiu (Al O ); presiunea oxigenului se regleaza cu 0,3-0,4 daN/cm² mai mica decat la sudarea otelului, in care caz se obtine o flacara cu exces mic de acetilena.

Ca metal de adaos, la sudarea aluminiului si a aliajelor de aluminiu se folosesc fasii decupate din materialul de baza, deoarece sortimentul materialelor de adaos pentru aluminiu si aliajele de aluminiu se fabrica pe scara redusa. In mod curent se fabrica urmatoarele:

vergele de aluminiu pentru sudarea conductelor electrice, contactelor etc;

vergele de aluminiu-cupru pentru sudarea duraluminiului:

vergele turnate din aliaje de aluminiu-siliciu pentru sudarea pieselor turnate din aluminiu sau aluminiu-siliciu;

vergele de aluminiu-zinc-magneziu si aluminiu-siliciu-magneziu pentru sudarea constructiilor din aceste aliaje; instalatii pentru industria alimentara, constructii navale, etc.

Fluxurile pentru sudarea aluminiului sunt pe baza de cloruri si fluoruri; de exemplu, fluxul cu 25-60% clorura de potasiu (KCl), 15-30% clorura de litiu (LiCl), 5-15% fluorura de potasiu (KF), restul de clorura de sodiu (NaCl) da rezultate bune la sudarea cap la cap a tablelor. Fluxurile se aplica atat pe marginile de sudat, cat si pe vergelele de adaos. Deoarece, dupa sudare, fluxurile se indeparteaza foarte greu, in special la cusaturi de colt interioare, se recomanda ca in acest caz sa fie folosite fluxurile neutre, de exemplu fluxul cu: 40% borax, 25% clorura de sodiu, 25% clorura de potasiusi 10% sulfat de sodiu.

Inainte de sudare, piesele se degreseaza si se decapeaza pe o portiune de 25-30 mm de la marginile tablelor, care se acopera cu fluxuri.

Deoarece fluxurile provoaca coroziuni, dupa sudare fluxul trebuie complet indepartat de pe linia de sudura.

Tablele cu grosimea pana la 1,5 mm se recomanda sa fie sudate cu margini rasfrante, in care caz nu mai este necesar material de adaos. Tablele cu grosimea pana la 5 mm se sudeaza in I, iar cele mai groase in V; grosimile peste 12 mm se sudeaza in X. Pentru sudare, tablele cu grosimea peste 3 mm se preincalzesc la 300-350°C, in caz contrar fiind necesar ca la inceputul sudarii sa fie folosite regimuri mai intensive.

Tablele cu margini rasfrante se sudeaza prin metoda spre stanga, fara oscilatii transversale, cu arzatorul inclinat la 20-40° fata de sudura si fara metal de adaos. Tablele cu grosimile pana la 5 mm se sudeaza tot spre stanga, cu arzatorul mentinut la inceput la 75-80°, pana ce s-a format baia de sudura, dupa care se inclina la 45-60°. Tablele cu grosimile peste 5 mm se sudeaza prin metoda spre dreapta sau mai productiv prin metoda cu cusatura dubla. La sudarea spre stanga sau spre dreapta, tablele se aseaza sub un unghi mic, astfel incat rostul sa fie usor accesibil. Masa de sudura se acopera cu un material izolant sau cu azbest. Se recomanda ca tablele subtiri sa fie fixate in dispozitive.

Sudurile de asmblare (prindere), la tablele subtiri (sub 1 mm), se executa la distante de 60-70 mm, iar la tablele de 1-1,5 mm , la distante de 150-250 mm. In cazul sudarii tablelor cu grosimea peste 2 mm si cu lungimi peste 250mm, rostul se va mentine deschis la 1/50 cu ajutorul unei pene in sensul de sudare.

In figura se prezinta modul de prindere si de sudare a tablelor de aluminiu.

In cazul cand se produce un defect, se opreste sudarea, se scobeste locul defect si se reincepe sudarea prin acoperirea marginii sudurii efectuate. La sudarea in straturi multiple este necesara o curatire foarte atenta de resturi de flux a stratului executat, peste care se sudeaza noul strat. Dupa racirea ansamblului sudat, fluxul de pe suduri se curata atent, apoi piesele se spala cu apa fierbinte. Piesele turnate se sudeaza cu preincalzire la 300°C; dupa sudarea completa, piesele se curata si se spala apoi se recoc la temperatura de 500°C, dupa care se lasa sa se raceasca in cuptor.

Sudarea cuprului si a aliajelor de cupru

Cuprul avand masa specifica de 8,9 kg/dm³ face parte din grupa metalelor neferoase grele. Este folosit pe scara larga in stare aproape pura; CuE (STAS 270/1-74) cu puritate peste 99,95% Cu in industria electrotehnica si cupru rafinat cu puritate peste 99% Cu pentru aparate si instalatii in industria chimica si alimentara. La sudare, cuprul prezinta urmatoarele caracteristici:

Ø      la temperatura de topire , el devine foarte fluid si absoarbe gaze, in special oxigen si hidrogen; oxidul cupros se dizolva in cupru si-l face fragil, iar la racire - oxidul cupros si hidrogenul formeaza vapori de apa , provocand asa-numita "boala de hidrogen" a cuprului;

Ø      are o conductivitate termica foarte mare (de sase ori mai mare decat a otelului), din care cauza necesita la sudare flacari puternice;

Ø      este fragil intre temperaturile de 450-650°C, astfel incat intre aceste temperaturi este interzisa ciocanirea;

Ø      avand un coeficient mare de dilatare si contractie, este necesar sa fie luate precautii in timpul sudarii, asigurandu-se un rost deschis spre capatul spre care se sudeaza.

Ca metal de ados sunt folosite bare de cupru-argint cu 1% Ag, cu diametrul de 4-8 mm si cu lungimea de 1 m, conform STAS 295-71; argintul se aliaza bine cu cuprul si fluidizeaza baia de sudura.

Pot fi folosite si bare de cupru electrolitic , sau sarme de cupru cu 0,2%P si 0,2-0,3%Si; fosforul si siliciul sunt elemente dezoxidante si fluidizante ale baii de sudura. Se folosesc fluxuri cu 60-70% borax, 10-20% acid boric si 20-30% sare de bucatarie.

Fluxul se presara in baia de sudura si se ung marginile de sudat si sarma de adaos. Inainte de sudare, marginile se curata atent de murdarii si se degreseaza.

Puterea suflaiurilor se ia de 200-300 l/h acetilena pentru fiecare milimetru de grosime a piesei, iar pentru micsorarea ispersiei caldurii, piesele de sudat se acopera cu placi de azbest. La sudare se va pastra aceeasi deschidere a rostului de 1/50 ca la aluminiu si se vor folosi recomandarile date pentru aluminiu.

Dupa sudare, sudura trebuie ciocanita atat in stare fierbinte peste 650°C, cat si in stare rece, sub 450°C. Ciocanirea se executa prin batai dese si usoare cu un ciocan de 500 g. In acest scop, sudura se executa cu o ingrosare de 15-20% din grosimea tablelor. Ciocanirea micsoreaza tensiunile interne de pe linia de sudura si marunteste granulatia, imbunatatind totodata caracteristicile mecanice ale sudurii; apoi piesa de cupru se incalzeste la 650°Csi se raceste brusc in apa, dupa care ea poate fi forjata, trasa, etc.

Tablele subtiri cu grosimea sub 1,5 mm se sudeaza prin metoda spre stanga in picaturi.

Tablele intre 1,5 si 5 mm se sudeaza tot prin metoda spre stanga semiurcatoare. Tablele intre 5 si 12 mm grosime se sudeaza in cusatura dubla cu urmatoarele puteri ale arzatorului si dimensiuni ale sarmei de ados.

Grosimile peste 12 mm se sudeaza cu doua suflaiuri, in vederea compensarii pierderilor mari de caldura prin dispersie.

O sudura se considera de calitate daca are o rezistenta la rupere de minim 19 daN/mm², o alungire A de minim 25% si un unghi de indoire de minimum 160°.

La sudarea cuprului sunt admisi numai muncitori de inalta calificare.

Se mai folosesc numeroase aliaje de cupru:

alama cu continut de 28-42% Zn, restul cupru;

tombacul cu continut de 10-20% Zn, restul cupru;

alpacaua cu continut de 20-45% Zn, 8-18% Ni, restul cupru;

bronzurile, care sunt aliaje de cupru cu staniu, cu aluminiu, cu plumb etc, sau bronzurile complexe custaniu-zinc, staniu - plumb etc.

Aliajele de cupru care contin zinc se sudeaza folosindu-se aceleasi fluxuri ca si la sudarea cuprului si o flacara cu exces redus de oxigen.

Aceasta provoaca degajarea oxidului de zinc, care in amestec cu fluxul impiedica evaporarea in continuare a zincului, astfel incat sunt prevenite oxidarile din baia de sudura.

Ca material de adaos se foloseste alama de lipire (STAS 204-68), marcile:

Am Si Lp cu continut de 58-65% Cu, 0,2-0,3% Si, restul Zn si Am Si Lp cu continut de 59-61% Cu, 0,2-0,3 % Si, 0,8-1,2% Sn, restul Zn, sub forma de sarme sau vergele. Temperaturile de topire ale aliajelor sunt de circa 900°C. Sudarea se executa dupa decaparea pieselor intr-o solutie de 10% acid azotic, deoarece urmele de grasimi impiedica sudarea .

Dupa sudare, piesele se ciocanesc usor pe linia de sudura, in vederea imbunatatirii calitatii sudurii, si se curata de flux; apoi se incalzesc la 650°C si se lasa sa se raceasca incet.

Bronzurile sunt dificil de sudat, deoarece preincalzite la 300-400°C sunt fragile. Se recomanda folosirea unui metal de adaos de aceeasi calitate, deoarece alamele de sudat sunt mai putin corespunzatoare.

Cele mai dificile de sudat sunt bronzurile cu staniu, care trebuie racite dupa sudare foarte incet in nisip fierbinte sau infasurate in foi de azbest.

Alte metale neferoase se sudeaza in mod corespunzator cu flacara de gaz sunt: nichelul, zincul si plumbul.

Sudarea altor metale neferoase:

Magneziul , este un metal usor, este mult folosit in constructia de masini sub forma de aliaje turnate cu continut de mangan (1-2%) sau de aluminiu (3-6% sau 10-20%).

Acesta se sudeaza cu puteri ale flacarii de 50-70 l/h acetilena pentru fiecare milimetru de grosime de material.Piesele de sudat laminate se preincalzesc la 250-350°C, iar cele turnate pana la 400°C. Flacara trebuie reglata cu un mic exces de acetilena. Oxidul de magneziu care se formeaza impiedica buna aliere, si de aceea sunt necesare fluxuri si cloruri de litiu si magneziu, amestecate cu floururi de calciu, bariu sau aluminiu.

Dupa sudare, piesele se lasa sa se raceasca incet , in special cele turnate, apoi fluxul se indeparteaza si se spala piesele cu lesie si cu apa.

Aliajele de magneziu: Mg-Mn; Mg-Al-Zn etc, sub forma de piese turnate, inainte de sudare se preincalzesc la 300-350°C, iar dupa sudare se racesc lent. Se folosesc aceleasi fluxuri ca si la sudarea magneziului si o flacara de sudare neutra.. Dupa sudare , fluxul se indeparteaza , iar sudura se spala cu lesie si apa.

Nichelul , cu temperatura de topire de 1452°Csi masa specifica de 8,9 kg/dm³, este folosit ca metal pur sau sub forma de aliaje: monel, nicrom, nimonic, in constructii de masini si aparate; poate fi sudat in bune conditii cu flacara de gaz, daca se folosesc fluxuri si material de adaos de aceeasi calitate.

Puterea flacarii se ia de 100l/h acetilena pentru fiecare milimetru grosime de material. Inainte de sudare materialul trebuie curatit atent, iar la sudare se folosesc fluxuri pe baza de borax si acid boric.

Acetilena trebuie sa fie pura; de aceea, la sudarea nichelului se foloseste acetilena din butelii.

Piesele inainte de sudare se preincalzesc la 150-250°C. Sudarea se executa cap la cap cu margini rasfrante, in I, in V si in X, in functie de grosimea pieselor, metodele de sudare fiind aceleasi ca si pentru otel.

Zincul, cu masa specifica de 7,1 kg/ dm³, avand o temperatura joasa de topire de 420°C, se sudeaza cu gaze de inlocuire a acetilenei: gaze naturale, hidrogen etc. Este necesara folosirea fluxului compus din 60% clorura de amoniu (tipirig) si 40% oxid de zinc. Flacara de sudare trebuie sa fie cu un mic exces de gaz.

Se sudeaza numai prin metoda spre stanga cap la cap, cu margini rasfrante, in V, I etc. , in functie de grosimea tablei.

La sudare, sub table se aseaza placi de grafit. Deoarece se degaja vapori metalici, zincul trebuie sudat cu masca protectoare, iar locurile de munca trebuie sa fie foarte aerisite.

Dupa sudare, cusatura se ciocaneste cu batai dese si usoare de ciocan la temperatura de 120-150°C.

Plumbul, cu masa specifica de 11,3 kg/ dm³, avind o temperatura de topire de 327°C, se sudeaza numai cu gaze de inlocuire a acetilenei, cea mai recomandata fiind flacara oxihidrica; poate fi folosit si amestecul de acetilena- aer.

Ca material de adaos se poate folosi sarma sau fasii de plumb. Fluxul folosit poate fi stearina 100% sau amestec de 50% stearina si 50% colofoniu. Inainte de sudare, marginile pieselor se curata la luciu metalic. Sudarea poate fi executata in orice pozitie in spatiu.

Dupa sudare, cusatura se bate usor cu ciocanul de cupru cu cap sferic.

Vaporii de plumb sunt foarte toxici si de aceea se sudeaza cu masti de respiratie.

Titanul si aliajele de titan nu se sudeaza cu flacara de gaz, neputandu-se asigura protectia necesara baii de sudura, deoarece patrunderea chiar si in cantitati foarte reduse a gazelor face ca acestea sa difuzeze in masa metalului pe care il fragilizeaza.

Metalele greu fuzibile, cum sunt molibdenul, wolframul, tantalul, nu pot fi sudate, deoarece temperatura flacarii de gaz este prea redusa.

Metalele rare, zirconiul, beriliul, niobiul etc., de asemenea nu ot fi sudate cu flacara de gaz, deoarece nu se poate asigura o protectie corespunzatoare fata de aer.