Diferența dintre electrozi bazici și supertit: prin ce se deosebesc aceste două tipuri

Încă din zorii descoperirii tehnologiei de prelucrare a metalelor s-a pus problema lipirii a doua sau mai multe piese pentru prelucrarea unui obiect nou. Străduința depusă de generații întregi de ingineri metalurgi și de lucrători în domeniu pentru a descoperi metode simple și eficiente de sudare a metalelor a condus la crearea, în timp, a unei veritabile ramuri ocupaționale, dar și a unor obiecte de studiu tehnic la nivel universitar cu ample legături cu ramurile științei materialelor și ale metalurgiei. 

Astazi, sudura este indispensabilă în întreaga activitate industrială umană. Construcțiile civile, realizarea de rețele de utilități sau de transport a produselor petroliere sau a gazului natural, unde țevile din oțel sunt conectate pe distanțe de sute de kilometri, în industria extractivă sau în construcțiile navale, în industria constructoare de mașini și utilaje, dar și în cea aeronautică sau spațială, oriunde am căuta, elementul comun care transpare, în mod evident, este sudura.

În acest articol vei afla câteva date esențiale despre cea mai folosită formă de sudură – cea cu arc electric –  și, în special, despre tipurile de electrozi și, mai ales, diferența dintre electrozii bazici și cei supertit. 

Cuprins

1. Evoluția tehnicii de sudură cu electrod în ansamblul procedeelor de sudare prin topire

2. Tipurile de electrozi folosiți în sudură în diverse scenarii de lucru 

3. Diferențe între electrozii bazici și supertit

1. Evoluția tehnicii de sudură cu electrod în ansamblul procedeelor de sudare prin topire

Chiar dacă azi, atunci când se folosește termenul de „sudură”, majoritatea oamenilor se vor gândi la procedeele moderne care implică – în cel mai cunoscut scenariu – sudarea cu arc electric, originea conceptului este mult mai veche și este, în principiu, legată de metalurgie și de primele operațiuni de forjare. 

Sudura prin forjare este prima formă a acestui procedeu tehnic de alipire a două piese din metal, al cărei trecut poate fi urmărit în timp acum câteva mii de ani, în Egiptul Antic. Meșterii timpului foloseau încălzirea pieselor din fier pană la temperatura la care acest material devine maleabil, apoi, prin lovirea repetată cu ciocanele, piesele erau presate împreună până când se uneau – ca o primă formă primitivă de sudură. Metoda a fost folosită îndelung pe parcursul epocilor istorice, fiind principala modalitate de execuție a acestei operațiuni. 

După Revoluția Industrială, începând cu secolul al XIX-lea, îmbinarea pieselor metalice a început să fie realizată prin operațiuni de nituire. Deși nu este o formă propriu-zisă de sudură, nituirea presupunea unirea a două piese metalice cu ajutorul unei tije din același material, înroșit în foc și care era trecut prin orificiile precis executate în ambele materiale care se doreau a fi unite. Ulterior, nitul astfel introdus era bătut cu ciocane manuale și, mai târziu, pneumatice, pentru a se dilata în orificiu și a uni astfel cele doua materiale. 

Nituirea a constituit principala metodă de pseudo sudură folosită pe larg în construcții, fabricarea de mașini, unelte, mașinării, vehicule, șantiere navale, aeronautică etc., practic în toate domeniile unde erau folosit fierul forjat sau aluminiul ca material de fabricație. Nituirea a fost operațiunea care a făcut posibilă realizarea de flote maritime și fluviale, locomotive, motoare cu abur, cazane și primii zgârie nori pe structură metalică. Turnul Eiffel din Paris este o construcție metalică care se bazează pe nituire pentru îmbinarea și sudarea pieselor componente, nu mai puțin de 2,5 milioane de nituri fiind folosite pentru această binecunoscută operă de artă. Podul Golden Gate din San Francisco (1.2 milioane de nituri) și binecunoscutul vas Titanic (3 milioane de nituri) au fost alte realizări celebre a căror construcție a fost posibilă prin tehnologia nituirii. 

Totuși, această tehnologie începea să-și atingă limitele, deoarece nituirea era posibilă doar pentru fierul forjat, care este un material cu conținut redus de carbon și maleabil și nu putea fi folosită la oțelurile aliate obținute din fontă, care au un conținut mai mare de carbon sau alți compuși care conferă o duritate și o rezistență superioare. 

Sudura modernă își are originea în descoperirea conceptului fizic de arc electric, prezentat ca descoperire încă din anul 1801 de fizicianul englez Sir Humphry Davy. Un an mai târziu, omul de știință rus Vasili Petrov a reușit crearea unui arc electric continuu. Abia după câteva zeci de ani, în 1882, rusul Nikolai Benardos și polonezul Stanislaw Olszewski au pus bazele metodei, azi clasice, de sudură cu arc electric, pentru care au folosit primii electrozi pe bază de carbon. Au urmat, apoi, într-o desfășurarea alertă, inovații succesive în domeniul sudurii, printre care merită menționate: 

• sudarea cu arc electric și electrod metalic învelit (1888);
• sudarea cu flacără oxi-acetilenică (1912);
• sudarea aluminiului și a aliajelor acestui element neferos cu electrozi din Wolfram în atmosferă de Argon;
• sudarea cu arc electric în atmosferă protectoare sau sudura MIG/MAG (1955);
• sudarea cu plasma (1960);
• sudarea cu fascicul de electroni (1970);
• sudarea cu laser (1980).

Scurtă explicație a tehnicii de sudură cu electrod prin arc electric

Fenomenul fizic al arcului electric este declanșat de producerea unei descărcări de aceeași natură în cuprinsul unei coloane de gaz ionizat și cu o temperatură înaltă. Fluxul de electroni care constituie descărcarea electrică se deplasează între doi electrozi de la cel încărcat negativ (catod) către cel încărcat pozitiv (anod), influențați fiind de un câmp electrostatic generat de conectarea electrozilor la o sursă de energie electrică. 

Bombardamentul cu electroni la viteze foarte mari a suprafeței anodului duce la încălzirea acesteia la temperaturi foarte mari și în profunzime. Suprafața catodului se încălzește și ea, dar la o temperatură mai mică, deoarece acest fenomen rezultă în urma bombardării cu ion de gaz formați în coloana arcului electric și care au o viteză mai mică de deplasare decât cea a electronilor. 

Astfel, de cele mai multe ori, piesa de sudat este legată la polaritatea pozitivă a sursei de curent, deoarece are o masă mai mare și se asigură o încălzire mai bună și mai profundă a cusăturii sudate. Acest procedeu clasic este denumit si sudare cu polaritate directă. Desigur, există și cazuri în care polul pozitiv al sursei de curent va fi legat la electrodul cu care se sudează pentru a asigura o temperatură mai înaltă în vederea unei topiri mai rapide a acestuia. Această procedură, denumită și sudare cu polaritate inversă, este folosită mai ales în cazul sudurii cu accesorii de debitare din gama electrozilor bazici sau a celor fuzibili. 

Producerea arcului electric se realizează printr-o ușoară lovire a electrodului de suprafața piesei metalice de sudat. Se realizeaza astfel un scurtcircuit, capătul electrodului se încinge și se realizează astfel procesul de bombardament cu electroni menționat mai sus. În același timp, din cauza temperaturii înalte, metalul din care este alcătuit electrodul se topește și se produc picături fine din acest metal, care pot atinge temperaturi de până la 2200 de grade Celsius. Aceste picături formează așa numita „baie de sudare” care, apoi, prin solidificare, realizeaza cusătura propriu-zisă a sudurii. 

2. Tipurile de electrozi folosiți în sudură în diverse scenarii de lucru

În cazul sudurii prin metoda arcului electric, electrozii sunt, de regulă, fabricați dintr-un miez sub forma unei sârme mai groase sau mai subțiri, în funcție de calibrul necesar. Metalul din care este confecționată sârma electrodului poate fi aliat sau nealiat.  

Curentul folosit pentru sudura cu electrozi este de tip continuu. Electrodul propriu-zis joacă un dublu rol în procesul sudurii. El este atât materialul cu ajutorul căruia se realizează cusătura sudurii, cât și mediu de protecție al arcului electric. 

Învelișul electrodului are un rol esențial în asigurarea unui mediu protectiv al picăturilor de metal topit, respectiv a băii de topitură sau de sudură, împotriva acțiunii oxigenului din atmosferă. Acest rol protectiv se realizează prin descompunerea învelișului la temperatură înaltă, iar din această reacție rezultă gaze care asigură bariera menționată. 

Electrozii de sudură pot fi împărțiți în trei grupe, în funcție de timpul necesar pentru ca sârma din interiorul învelișului să se topească sau de timpul necesar solidificării topiturii de sudură:

• Electrozi cu topire rapidă – care sunt folosiți mai ales atunci când este nevoie de operațiuni rapide de sudare; 
• Electrozi cu solidificare rapidă – care fac posibilă sudura în diverse poziții și previn fenomenul de alunecare sau glisare a băii de sudură înaintea solidificării;  
• Electrozi cu timp intermediar. 

Compoziția miezului electrodului sau a sârmei este, în general, identică cu cea a metalului de sudat. Totuși, unele modificări de compoziție a aliajelor pot conduce la rezultate diferite ale calității sudurii. Există și cazuri în care compoziția sârmei electrodului poate fi diferită de cea a materialului de sudat, așa cum este cazul electrozilor din aliaj din oțel inox folosiți pentru sudarea pieselor din oțel carbon sau a acestora cu piese din inox. 

Sudura cu arc electric și electrozi este folosită pe scară largă într-o mare varietate de scenarii, de la sudurile pentru țevi, fitinguri, flanșe, tablă și accesorii din diverse zone ale industriei, până la sudura obiectelor mai fine sau chiar în domenii artistice. 

3.Diferențe între electrozii bazici și supertit

Din categoria electrozilor cu înveliș folosiți pe scară largă în sudură se remarcă două subcategorii, în funcție de materialul din care este alcătuit învelișul sârmei electrodului. Acest înveliș poate fi compus din amestecuri compozite din rutil, fluoruri de calciu, celuloză sau pudră feroasă. 

Electrozii cu înveliș din rutil mai poartă denumirea de electrozi rutilici. Cei care au un înveliș din fluorură de calciu mai sunt denumiți bazici – de la fapul că acest compus chimic este ceea ce se cheamă o bază în domeniul chimiei. 

Rutilul este un mineral din categoria oxizilor de titan, cu proprietatea esențială de a fi stabil la temperaturi înalte. Rutilul poate fi sintetizat artificial, iar concentrația care se regăsește, de regulă, în învelișul sârmei de electrozi pentru sudura în arc electric este de 25%-45% TiO₂ .

Un alt tip de electrozi sunt cei care prezintă un înveliș dintr-un amestec ce conține fluorură de calciu (CaF₂ ). Fluorura de calciu este o bază din punct de vedere chimic și acesta este și motivul pentru care acest înveliș al sârmei electrodului a dat denumirea generala a categoriei, cea a electrozilor bazici. 

Din punctul de vedere al diferenței între electrozii rutilici și cei bazici în ceea ce privește calitatea sudurii, electrozii rutilici sunt simplu de folosit și oferă o sudură excelentă din punct de vedere vizual. Totuși, deoarece reacțiile chimice din timpul sudurii pot crea un conținut destul de ridicat de hidrogen al cusăturii sudate, acest fapt poate duce la o fragilitate mai mare, dar și la apariția unor crăpături la sarcini mari. 

Sudura cu electrozi rutilici este adâncă dar, deoarece acești electrozi un conținut ridicat de umiditate, trebuie ținut cont de aplicarea unor proceduri speciale pentru prevenirea apariției crăpăturilor în cusătura. 

Pe de altă parte, electrozii bazici oferă o sudură cu un conținut scăzut de hidrogen, dar prezintă dezavantajul că absorb umiditatea din aer și, de aceea, trebuie păstrați sau depozitați în condiții atmosferice cu aer uscat. Electrozii bazici oferă o cusătură a sudurii puternică, dar, din punct de vedere vizual, aceasta are o suprafață articulară convexă și rugoasă. 

Electrozi supertit vs superbaz – domenii de aplicare

Chiar dacă acest tip de sudură este unul din cele mai uzuale și ușor de utilizat, alegerea electrodului trebuie să țină seama de compoziția chimică și de caracteristicile mecanice cât mai apropiate de cele ale materialului care se sudează. 

Electrozii rutilici mai pot fi întâlniți și sub denumirea de „SUPERTIT”. Deoarece cordoanele de sudură sau cusătura este una plată, cu aspect bun de pe care zgura rezultată poate fi îndepărtată cu ușurință, acești electrozi sunt ideali pentru utilizarea în domeniul construcțiilor metalice. 

Electrozii rutilici SUPERTIT pot fi folosiți într-o gamă variată de scenarii de sudură, în special pentru tabla subțire din oțel carbon. De asemenea, pot fi folosiți cu bune rezultate în sudarea pieselor din oțel cu adaos de carbon de maxim 0.25%. Lucrările de inginerie structurală, construcțiile navale, industria constructoare de autovehicule și mașini agricole sunt câteva domenii unde sudura cu acești electrozi este folosită pe scară largă. Temperatura minimă până la care pot fi folosiți este de 0 grade Celsius.

Electrozii bazici mai pot fi regăsiți și sub denumirea de „SUPERBAZ”. Spre deosebire de cei din gama SUPERTIT, cei bazici permit exploatarea în bune condiții chiar la temperaturi scăzute, de până la minus 40 de grade Celsius. În general, electrozii SUPERBAZ sunt folosiți pentru sudarea pieselor care intră în componența structurilor ce vor fi supuse pe parcursul folosirii lor la tensiuni sau solicitări statice și dinamice. 

Electrozii SUPERBAZ sunt utilizați cu precădere în sudarea componentelor din cadrul construcțiilor metalice pentru fabricarea sau repararea boilerelor, rezervoarelor cu aplicații în industria chimică sau petrochimică, în confecționarea țevilor din oțel și a fitingurilor similare, construcții de mașini și utilaj, poduri metalice sau în industria navală. 

În concluzie, sudura cu arc electric cu electrozi bazici sau rutilici este încă o activitate predominantă în aproape toate ramurile industriale sau ale construcțiilor oriunde pe Glob, fiind una dintre cele mai eficiente inovații din istoria recentă cu aplicativitate practică.

Sursa foto: Pixabay.com.

• Racordarea aragazului la gaze – pași și măsuri de siguranță
• Montarea robinetului cu sertar – ghid util pentru simplificarea acestui proces
• Forjare – ce presupune acest proces și care este rolul său în industria metalurgică
• Oțel galvanizat sau zincat – materiale rezistente și versatile
• Mascarea țevilor din baie, o soluție de design care îți salvează sănătatea