Dobránczky János Hegesztés 60 percig fog hegeszteni MINDENKI gyakorlaton, pontos érkezés elvárt. A hegesztés egy alakadási technika. Alakadási lehetőségek: öntés, porkohászat, képlékeny alakítás, forgácsolás, hegesztés, forrasztás, ragasztás -> ezek kötési technológiák. Jellemzően nagy tömegben, elvárt minőségben tudunk előállítani. A hegesztés egy olyan kötést képvisel, ahol az alkatrészek rendkívül erős kohéziós kapcsolatba kerülnek egymással, szilárdságilag ez a lehető legerősebb kötés. (mintha az anyagokat az atomi vonzások tartanák össze) Ma a hegesztés az elsőszámú kötési eljárás, amikor alakot kell adnunk egy eszköznek. Hegesztett kötés: a 2 anyag közötti kitöltő anyag és az alapanyagok egy része egyaránt megolvad, majd megszilárdul. (a megolvadás nem minden esetben megy végbe) Forrasztott kötés: a hézagot kitöltő anyag nem olvasztja meg az alapanyagokat, csak kitölti a közöttük lévő részt, ott megszilárdulva biztosítja a latrizós kapcsolatot. tompahegesztés: ömlesztett kötések csoportjába tartozik. Ahol nem olvasszuk meg az alapanyagokat: Ha kellően összenyomok 2 anyagot, hogy az atomok olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy kialakul a kohéziós kapcsolat, akkor is hegesztésről beszélünk. Mindig kell energiát befektetnünk a kohéziós kapcsolat létrejöttéhez. hegesztett kötéshez szükséges energiaforrás szempontjából beszélhetünk •
• • • • •
szilárd testes kötés: itt egy szilárd test biztosítja az energiát, ez lehet fölhevített állapotban. Vannak fémek melyek olvadáspontja a vízével azonos, ezeket is lehet hegeszteni, akár egy szilárd testel is, nem kell hozzá láng villamos áram: egy villamos ívet tudunk létrehozni mechanikai energia: erősen összenyomunk két fémet, nagymértékű képlékeny deformációt hajtunk végre, ennek következtében a kristályrácsok nagyon közeli kapcsolatba kerülnek. gáz: 2 különböző gáznak a kialakuló lángot használják a fémek hegesztésére folyadék: nagyon forró fém megolvasztja az alapanyagot villamos ellenállás: fölmelegíti az anyagot, ez részben megolvasztja, vagy olyan állapotba hozzuk, ahol hajlandó könnyen kötést összehozni
Fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztés: •
ez teszi ki a magyarországi hegesztés 2/3ad részét. ez egy nagy termelékenységű, jól gépesíthető eljárás.
•
•
• •
•
• •
•
a fogyóelektróda egy hegesztőhuzal, ami egy tekercsről adagolható egy berendezés segítségével, melyet hegesztőgépnek nevezzük, ami a huzalt tolja, az a huzalelőtoló berendezés. Ez gondoskodik a huzal megfelelő sebességgel való előrejuttatásáról gondoskodik. A huzal bekerül a pisztolykábelbe, ez egy szigetelt vezeték, amin előreáramlik a villamos áram, a védőgáz, oda és vissza hűtővíz a pisztoly hőjének elvonásához. A pisztoly egy kézbe is fogható alkatrész, mely végén kijön a huzal, mely alkatrészhez érintve létrejön a villamos ív, megolvad a huzal és az alapanyag is, ez olvadékot képez, majd ahogy haladunk a hegesztéssel, megszilárdul. A hegesztőhuzal azonos anyagú, mint a hegesztett anyag, gyakran rézbevonattal látják el az áram vezetése végett és a korrózióvédelem miatt, 0,8-1,6mm átmérőjű. a réz 1-2 mikrométer vastag. a villamos ív 4-6-8 ezer celsius fok, a talppontjain is több mint 3000 fok, mivel a huzalt folyamatosan tekercseljük előre, tudjuk szabályozni, mennyi anyagot hegesszünk le vele. Az eljárás alkalmas vékony (1-3mm) és vastag lemezek hegesztésére. (3-8 mm középvastag lemez, 8 felett durva lemez) kézi, jól automatizálható. Létezik nem tömör hegesztőhuzal is, ami egy zárt vagy nyitott cső (csőelektróda), porbeles huzal. ezek a zárt vagy nyitott csövek portöltetett tartalmaznak, ennek az a szerepe, hogy erősítse a hegesztés szempontjából fontos tulajdonságokat, pl hegesztés szívóssága, hegesztési folyamat közben az ívstabilitást (egyenletes legyen, ne ugráljon) ív paraméterei: hegesztési áramerősség, feszültség, huzal előtolási sebesség, hegesztés sebessége. Ha minden azonos, csak a hegesztés sebességét változtatjuk, akkor a gyorsabb hegesztésnél kisebb lesz a hegesztési mélység. Nem választhatjuk meg önkényesen a hegesztési paramétereket. A porbeles huzallal erősen megnövelhető a huzalelőtolás sebessége -> gyorsabb hegesztés, tudunk vele akár függőlegesen is hatékonyan dolgozni. a huzalokhoz használnunk kell védőgázt, az a szerepe, hogy a hegesztés közben megolvadó fémet megóvja a levegő oxidáló hatásától. legfontosabb védőgázok régen: argon vagy széndioxid. tiszta argont használnak a titán, rozsdamentes acélok hegesztéséhez, szénacélok hegesztéséhez is. működőképes és olcsó eljárás. Az argon 5x drágább mint a CO2. Az argon lassú, a CO2 gyors, de fröcsköl, ez nem kedvező mert a lemez összepiszkolódik. Érdemes keverni a két gázt. a leggyakrabban használt keverék a 82% argon, 18% CO2 keverék, de léteznek más keverékfajták is. Léteznek 3 komponensű gázok is, ezeket különöleges célra alkalmaznak, mint rozsdamentes acél, titán, aluminium hegesztéséhez használják. Jelentős teljesítményű ívfénnyel jár a hegesztés, feltétlenül kell óvni a szemet.
Bevont elektródás kézi ívhegesztés: • •
az első nagyüzemi eljárás bevont elektróda: két főrészből áll, meghuzal és bevonat. A maghuzal minden esetben azonos anyagú, mint az az anyag, amit hegeszteni akarunk. Ennek az átmérője határozza meg a kereskedelmi forgalomban feltüntetett átmérőt. 2, 2,5, 3,15, 4, 5 mm átmérő. A bevonat egy sok összetételű keramikus bevonat, aminek a pontos összetétele titkos, gyakran 10-20 komponensből áll. Döntő mértékben oxidokat, szilikátokat, fluoridokat és karbonátokat
• •
• •
• • • •
tartalmaz, de időnként klorid is kerül bele. A hegesztési szabványok több bevonattípust írnak le. Savas: jelölése: A nem használják ma már. Bázikus: jelölése: B nem könnyű hegeszteni vele, könnyen leragad a pálca. fő alkotóelem a karbonátok. Ennek segítségévelt tudja a varrat hidrogéntartalmát alacsonyan tartani. Elég elterjedt az iparban. Cellulóz: jelölése: C alkalmasak a csövek helyszíni hegesztésére, védőgázt fejleszt, nem fontos a pontos illesztés. Rutilos: jelölése: R ezzel a legkönnyebb a hegesztést megkezdeni, érzéketlen a hegesztési, varrat a pisztoly távolságára. szép a varrat, stabil az ív. Nevét a rutilról adta, ami a titánium oxid elnevezése. A hegesztőpisztolyt konstans távolságra kell tartani a munkadarabtól. RA / RB / RC / RR jelölésű elektródák, ezek a bevonatok jellege nem tisztán valamelyik kategória, hanem vegyes jellegű. A salak a bevonatból vagy a fémolvadékból képződik, az ömledék tetején jön ki, jelentős szerepe van, mert ugyan arra képes mint acélgyártásnál az ötvözés a salak alatt. A hegesztés rendkívüli módon felerősíti a ridegtörés kockázatát.
A villamos ellenállás – hegesztések A hegesztett kötés az átmeneti ellenálláson létrejövő hőtől jön létre •
•
•
•
Ponthegesztés: két vékony lemez között, amit 2 ponthegesztő elektróda 1 tengely mentén összenyom F erővel (100N), I áramerősséget (kA) küld rá U feszültség (0-10V) segítségével egy adott hegesztési időtartamig (0,1 – 1 s). A ponthegesztő elektródák rézből vagy réz-króm ötvözetből készülnek. Az elektródák anyagát ritkán csinálják tiszta rézből, általában réz-króm, ahol a réz 99%. Vonalhegesztés: A lemezeket amiket össze akarunk hegeszteni , átlapolt helyzetbe hozzuk, majd egy tárcsaelektróda pár között, ami forog, átforgatjuk az alkatrészeket és közben a villamos áramot periodikusan bekapcsoljuk. Ezeket több féle módon lehet, úgyis, hogy átlapolják a varratok egymást, akkor vonalforma varrat, ha nem lapolják át, akkor pontsor varrat Dudorhegesztés: olyan mint a ponthegesztés, de az összehegesztendő alkatrészek nem vékony lemezek, hanem egymást keresztező vékony huzalok, vagy betonacélok. Létezik a természetes dudor és a mesterséges dudorhegesztéses változata. Tompahegesztés: tengelyszerű vagy hosszú termékeket hosszmérete mentén tudjuk összetoldani őket, ezeket összeérintve létrejön köztük az áram, nyomóerő, idő paraméterek segítségével kialakul a hegesztési varrat.
Előadás 2. a. Fedett ívű hegesztés • kizárólag géppel történik • ömlesztő hegesztések közé tartozik
a hegesztőanyag egy feltekercselt huzal (huzalelektróda), a huzal végén jön létre a villamos ív. Ez lehet egyenáram és váltóáramú hegesztés is. Az egyenáramú hegesztésnél a polaritás lehet egyenáram pozitív-egyenáram negatív, vagy lehet egyenáram negatív-egyenáram negatív, de lehet váltóáram. • A hegesztő által nem látható a villamos ív, mert elfedjük fedőporral. Ez egy különböző oxidok, fluoridok, karbonátokból álló anyag. Ez a fedőpor hasonló szerepet tölt be mint a bevont elektródásnál a bevonat, de sokkal több féle létezik. • alkalmazását tekintve a vastag lemezek hegesztésére szolgál (nagyobb mint 8mm, de lehet vele 2mm-est is hegeszteni, de nem jellemző) • akár 1000A-t is kapcsolhatunk a huzalra • leginkább hosszú, egyenes varratokat hegesztenek vele • lehet tömörhuzal vagy porbeles huzal is (egyszerre kétfajta por) • a varratok fő paraméterei: o áramerősség o feszültség o sebesség o huzal előtolási sebesség o ívhosszúság o milyen fedőport használunk: bázikus fedőporok: a hegesztés szívósságát szeretnénk vele javítani, viszont veszítünk a hegesztés sebességéből savas fedőporok: fő cél a nagysebességű hegesztés, de veszítünk a szívósságból semleges, vagy amfoter a kettő közötti átmenet, de kevés van belőle Nem leolvadó elektródás hegesztések: a. Wolfram elektródás védőgázos ívhegesztés • kb 180mm hosszú, porkohászattal gyártott rúd, átmérő 1-6mm szokott lenni • kézinél 3mm-est szoktunk használni, géppel hegesztésnél vastagabbat • a villamos ív az elektróda vége és a munkadarab között van • lehet egyenáramú és váltóráramú • az elektróda általában negatív póluson van, pozitívon ritkán, mert itt megolvadhat az elektróda • váltakozó áramú terhelésnél a hőterherhelés fele-fele arányban oszlik meg a munkadarab és a szerszám között • alumíniumot lehet vele hegeszteni, az oxidréteget az áram polaritásváltása töri fel • védőgázas eljárás. A hegesztőpisztolyból áramlik ki a védőgáz, ez megvédi az elektródát, ívet és a megolvadt alapanyagot • 2mmes lemezig működik hozzáadott anyag nélkül is, felette kell hegesztőanyag • kézi hegesztésnél a másik kezünkben kell tartanunk a pálca formájú hegesztőanyagot. Ezt az ömledékbe nyomjuk, a hegesztő pontosan tudja szabályozni az anyagmennyiséget • gépi hegesztésnél a hegesztőanyagot hegesztőhuzalból adagolják •
• alkalmazása: minden olyan hegesztési varrat elkészítése, ahol különleges igényt támaszt a vevő a varrattal szemben, pl a szívóssága megfelelő legyen a varratnak, mert kicsi lesz a hidrogéntartalma. nagyon vékony lemez hegesztésnél megfelelő legyen a varrat geometriája. • a varrat 3 fő részből áll: 1. varratfém 2. hőhatásövezet (ahol felmelegszik az anyag, de nem olvad meg) 3. alapanyag • jól lehet vele szabályozni a varratkorona méretét • hátránya: kicsi a termelékenysége, emiatt az első sort hegesztik meg ezzel az eljárással, majd a takaróvarratokat más, termelékenyebb eljárással készítik el • alumínium vékonylemezek hegesztésénél az egyetlen megoldás. • a védőgáz tiszta argon. ezt szigorú szabványok adják meg, 99,995%-ig szokás alkalmazni gázokat. • alkalmazhatunk keverék védőgázokat, ezek közt lehet CO2, O2, N2, H2, He • a keverék komponensek mennyisége nem lehet túlságosan nagy, de a He lehet akár 100% is. A többi komponens egyéb funkciót szolgál, szinte minden esetben az a cél, hogy javítsuk a feolvadási mélységét a hegesztésnek. • a He-t csak olyan anyagokra lehet alkalmazni, amik nem érzékenyek erre, pl auszterites korrózióálló acélok és a nikkelötvözetek • az elektróda kitolva 4-5mm-re • wolfram elektróda: 1. a plazmánál is használják 2. anyaga: a. ötvözetlen elektróda: kizárólag alumínium ötvöztetek és magnéziumhoz, ennek a legnagyobb az olvadáspontja. úgy lehet megismerni, hogy egy zöld színjelölés található rajta a dobozon b. ötvözött elektródák: sokféle adalék jöhet szóba. minden esetben ritkaföldfém-oxidok. pl: kórium, cirkónium. Ezek jelentős mértékben megkönnyítik az ív létrehozását. b. Plazma ívhegesztés • egyfajta továbbfejlődése a wolframelektródás ívhegesztésnek. • lényegét a wolframelektróda képezi, hegesztőpisztolya nagyon hasonlít. • az elektróda nincs kitolva a hegesztőpisztolyból, a belsejében van, nem 1 gázcsatornát tartalmaz a pisztoly, hanem 2-t. • Belső és külső gázcsatorna • külső gázcsatornában áramlik a védőgáz, ez védi az ívet és az ömledéket • a belső gázcsatornában áramló gáz a plazmagáz, amely kizárólag arra szolgál, hogy belőle képződjön a plazma. a villamos ív egy olyan plazmaszerű állapotban lévő anyag, ami megfelel nagyon jól a plazma fogalmának. • a plazma egy lényegesen nagyobb mértékű ionizált atomokat tartalmazó tér, ez a plazma tökéletesebb, míg a wolframosnál ez rosszabb. Ez a plazma 20000 Celsius fok. ahol kapcsolódik a munkadarabhoz 3500-4000 Celsius
fokos. lényegesen jobban fókuszált, az ívet erősen beszűkítjük a wolframoshoz képest, emiatt a beolvadási mélysége sokkal mélyebb mint a wolframosnál. • az eljárás védőgázokat igényel, lehet a plazmagáz és a védőgáz is ugyan az, legegyszerűbb esetben mindkettő tiszta argon, de mindkettőhöz keverhetünk más komponenseket. ha a plazmához mást is keverünk, akkor megnő a plazma teljesítménye pl H2. • a védőgáz igazodik a wolframos és fogyóelektródás hegesztésnél látottakhoz • paraméterek: 1. áramerősség (kis áramerősségnél mikroplazma) 2. feszültség • 2 fő irányban kell gondolkodnunk, a wolframoshoz képest alternatíva: 1. nagy vastagságú lemezek, szelvények (kb 5mm vastagságig nem kell leélezni a lemezek szélét, tompán, hézag nélkül illeszthetjük. ilyenkor egy huzal adagoló berendezésből huzalt adagolunk. a huzaladagolást már 2mm felett szokták alkalmazni. 5mm fölött minimális leélezés kell, egy 10mm-es résznél elég 5mm-t lecsiszolni és 5mmes gyökszalagot hagyhatunk. 2mm fölött már hézagot is kell hagy a lemezek között, ezt a hézagot tartani kell. 2. az egészen vékony lemezek tartománya: 1mm alatti tartomány egészen le 10 mikrométeres vastagságig. Még 3 ömlesztő hegesztési eljárás: 1. lézersugaras hegesztés • rendkívül nagy energiakoncentráció, az átmérője 50mikrométertől 1mm-ig terjed • 50mikrométerrel vékony fóliákat, 1mmessel pedig vastag lemezeket • két féle van: i. gázlézerek: széndioxid ii. szilárdtest lézerek, leggyakrabban a neodinium : yag. 1064 nanométer a sugárzás hullámhossza, a sugárzás nem látható • célunk az anyag megolvasztása, de a lézerrel nem csak olvasztani, hanem párologtatni is tudunk, ennek a mértéke mindi a kérdéses. hegesztésnél azt szeretjük, ha fölmelegíti és megolvasztja, de csekély mértékben párologatja el. vágásnál fel akarjuk melegíteni és elpárologtatni. • nagyon kis keresztmetszetű, de mély varratokat tudunk vele létrehozni. Ennél kevés hő deformáció lép fel. • bármilyen anyag lehet • lézersugár egyéb alkalmazásai: i. termikus vágás: 1. lézervágás (szénacéloknál 20mm, korrózióálló acéloknál 10mm, alumíniumoknál 5mm, réznél 1mm a vágási mélység) 2. plazmavágás (kb olyan mint a hegesztőpisztoly, csak komplikáltabb, több csatorna van benne, néha vizet is áramoltatunk a pisztolyban)
3. lángvágás (akár 1000mm-es vastagságot lehet vele vágni szénacéloknál, de kizárólag ötvözetlen, vagy gyengén ötvözött acélokat lehet) a. acetilén oxigén keveréket használunk b. a lánggal olvasszuk meg a vágandó részt c. a pisztolyból kifúvó láng két részre osztható, egy hevítő lángra és a középső csatornánk nagynyomású oxigént fúvatunk keresztül (5-10bar), ez a vágóoxigén, a hevítő láng által megolvasztott és elégetett vasat kifújja a vágási résből 4. mechanikus vágások (lemezvágó olló) ii. jelölés: 1. a mobiltelefonok gombjait lézerrel jelölik, mert nagyon termékeny, rugalmas technológia, nem kopik le. iii. Felületötvözés: 1. el tudjuk érni, hogy a felület vékony rétege egészen más tulajdonságú legyen, mint a többi része az anyagnak 2. Elektronsugaras hegesztés: • az elektronsugár a hőforrás, egy wolfram ízzószállal hozzák létre, ezt egy mágneses lencserendszerrel fókuszáljuk, ezzel olvasszuk meg az anyagot. • a munkadarab bármilyen anyag lehet • rendkívül nagy energiasűrűség, akár megawatt/cm2 lehet. • nagyon mély és keskeny varratok hozhatóak létre • vakumban kell végbemennie, ez gátat szab az alkatrészek méretében. Mo-n a legnagyobb 500x500x500mm-es vákuumkamrával rendelkezik, de léteznek nagyobbak is • rendkívül nagy szilárdság és szívósságú a varrat • használata Mo-n: fogaskerekek hegesztése, lámpagyártás a General Electricnél, autóipari turbófeltöltők 3. Gázhegesztés: • A szakzsargonban lánghegesztésnek nevezik • a gázhegesztést tekintjük az elsőként iparszerűen alkalmazott eljárásnak • a mai időkre visszaszorult, nem termelékeny eljárás, de egyszerű • csőszerelvény gyártásnál alkalmazzák • működése: van két gázpalack, az egyik oxigén nagynyomáson, a másik acetilén (c2h2), ezt a két gázt egy nyomáscsökkentő rendszeren keresztül kivesszük a palackból és a hegesztőpisztolyban keverjük össze, amely végén az összekevert gázt meggyújtjuk és ez a láng szolgál a hőforrásként. a keverés aránya megszabja, hogy milyen lángtípussal van dolgunk i. lángtípusok: 1. azonos keverési aránynál semleges láng 2. amikor oxigénfelesleg van akkor oxidáló láng 3. amikor acetilénfelesleg van a lángban, akkor redukáló láng
• • •
szénacéloknál semleges lángot használunk, 3as típusút öntöttvasaknál, oxidáló gázt alumíniumhoz és rozsdamentes acélhoz szinte minden esetben kézi eljárás ha meghaladja 1-2mm-t a lemez vastagsága, akkor hegesztőanyagot szokás hozzáadni
Sajtoló hegesztések 4. Dörzshegesztés: • a hegesztéshez szükséges energiát a súrlódásból hozzuk létre, de nem olvasszuk meg • a súrlódást úgy hozzuk létre, az egyik alkatrész álló helyzetben van, a másikat forgatjuk 2000-3000 rpm-el, az összeszorított homlokfelületen súrlódás lép fel, itt lágyabb állapotba kerül az anyag, ennek következtében a nyomóerő össze tudja őket préselni. az illeszkedési zónában az anyag egy része kinyomódik, sorját képez, a kötés nagyszilárdságú, tökéletes minőségű lesz. (tengelyszerű) • össze tudunk hegeszteni különböző anyagminőségeket és különböző anyagokat is • csöveket is tud hegeszteni • körforgás jellegűnél rotációs hegesztésről beszélünk • ha a súrlódó mozgást egyenes vonalú oda-vissza mozgással végezzük, akkor lineáris dörzshegesztésről beszélünk. • van amikor a súrlódást egy forgó csappal biztosítjuk, amely vége benyomódik két lemez közé és a két lemez úgy hegesztődik össze, hogy a forgó csap forog, az anyagot mechanikusan elkezdik húzni, a szerszámot a hossztengely mentén hegesztődik. kavaró dörzshegesztés.
