2011.05.12.
DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA ANYAGTUDOMÁNYI ÉS GÉPÉSZETI INTÉZET
Gyártástechnológia
Hegesztési eljárások 1. Ömlesztő hegesztési eljárások Dr. Palotás Béla
[email protected]
Lánghegesztés
Disszu-gáz: az acetilént acetonban nyeletik el, így 30 bar nyomásig komprimálható az acetilén. (15 bar biztonságból). A palack porózus anyaggal van kitöltve (cement – azbeszt szén), hogy ne legyen szabad néhány cm3-s térfogat és a porózus anyag van átitatva acetonnal. (Néhány cm3 térfogatban (kb. diónyi térfogat) robbanásszerűen disszociál az acetilén.) 16x15x24 l = 5760 l – el töltve, O2: 6000 l Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
2
1
2011.05.12.
Az acetilén égése n
Az elsődleges reakció: C2 H 2 + O2 = 2CO + H 2 + Q
n
Másodlagos reakció (itt az oxigént a levegőből kapjuk): 3 2CO + H 2 + O2 = 2CO2 + H 2O + Q 2 Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
3
Alkalmazott lángtípusok n
n
n
Semleges láng (acélok hegesztéséhez, Cu hegesztésére) Redukáló láng (öntöttvas hegesztéséhez, Al és ötvözetei hegesztésére) Oxidáló láng (sárgaréz hegesztésére) Hegesztés
Semleges Oxidáló Redukáló
Hegesztési eljárások 1.
4
2
2011.05.12.
A lánghegesztés alkalmazása Hegesztési paraméterek: n dh = 1....10 mm (hozaganyag átmérője ) n pC H = 0,1....0,6 bar 2 2 n pO = 2....5 bar 2 n vheg = 10....100 mm/min n VC H = 1.....50 l/min 2 2 n VO = 1.....55 l/min. 2
Hegesztés
n
n n
Helyi hegesztéseknél, épületgépészeti szereléseknél. Javító hegesztéseknél (pl. karosszéria javítás). Pl. épületgépészeti szereléseknél – központi fűtés-, vízvezeték-, gázvezeték csövek hegesztése - más eljárások nem, vagy nagyon nehezen alkalmazhatók.
Hegesztési eljárások 1.
5
Lángvágás Folyamat: n
n n
Előmelegítés gyulladási hőmérsékletre Oxigénben elégetés Égéstermékek kifúvatása a résből.
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
6
3
2011.05.12.
A lángvágás feltételei T, ºC
n
n
n
n
Az anyag oxigénben elégethető legyen. A gyulladási hőmérséklete legyen alacsonyabb az olvadáspontnál. Az oxid olvadáspontja legyen alacsonyabb az olvadáspontnál. Az égéstermék hígfolyós legyen, legyen kifúvatható a résből. Hegesztés
2,1 A könnyű lángvághatóság határa
C, % 0,8
4,3
Jól vágható anyagok: A heg.hető ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok jól vághatók. Az ötvözők általában rontják a vághatóságot.
Hegesztési eljárások 1.
7
Bevontelektródás kézi ívhegesztés Maghuzal
Bevonat Salaktakaró Védőgáz képződés
Beolvadási mélység Védőgáz atmoszféra
Ív
Cseppátmenet
Fémfűrdő
Hőhatás övezet
Leolvadó bevonatos fémelektróda és a munkadarab között keltett ívvel, a bevonatból képződő gázok védelme alatt végzett ívhegesztés. Alkalmas kötő-, felrakó- és javítóhegesztésre egyaránt. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
8
4
2011.05.12.
A bevonat feladatai n n n n n n n
Ívstabilizálás (K, Na, Ca csökkenti a kilépési munkát, ionizációs potenciált) Védőgáz képzés (szerves anyagok, pl. cellulóz (C6H10O5)n és CaCO3 –ból) Dezoxidálás, denitrálás ( Mn, Si, Al, V, Ti, stb.) Ötvözés (alapanyagtól függő ötvözők, ferro-ötvözetek formájában pl. Fe-Si, Fe-Ti, Fe-Cr stb.) Salakképzés (rutilból, szervesanyagokból,SiO2-ből, MnO-ból stb.) Lehűlési sebesség csökkentése, metallurgiai folyamatok Leolvadási sebesség növelése (kihozatali hatásfok, akár 220 % is lehet).
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
9
Rutilos bevonat (R) n
n
n
A varrat felülete szép, könnyű hegeszthetőség, könnyű ívgyújthatóság, váltakozó áramról is alkalmazható, pozíció hegesztésre is kiváló. Vastagbevonat nagyhozamú elektródák, egyszerű helyzetekben alkalmazható. Alapvető a rutil (TiO2) néha 50 % is lehet, ferromangán, ferroszilícium, szilikátok, földpát (SiAlO4), magnezit, szervesanyagok, ferrotitán, karbonátok. Finomcseppes anyagátmenet. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
10
5
2011.05.12.
Cellulóz bevonat (C) n
n
Kevés salak, könnyen leválik, minden helyzetben használható, csövek gyökhegesztésére fejlesztették ki. Mint a rutilos, de 15 – 30% szervesanyagot, főleg cellulózt (C6H10O5)n , falisztet, étilisztet, dextrint tartalmaz (kellemetlen szagú, nagy mennyiségű védőgáz képződik). Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
11
Bázikus bevonat (B) n
n
n n
Jó mechanikai tulajdonságok jellemzik, de nehéz vele hegeszteni. A bevonat nedvszívó, ki kell szárítani az elektródát. Fő alkotók: alkáli földfém-karbonátok, pl. kalcit, CaCO3 (mészpát), folypát, ferroötvözetek, szilikátok és egyedi ötvözők is. Durvacseppes anyagátmenet. Összetett bevonatok, az egyes típusok jó tulajdonságait egyesítik (pl. RB, RC). Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
12
6
2011.05.12.
A bevontelektródás kézi ívhegesztés alkalmazása n
n n n
n
Az ipar minden területén alkalmazzák egyszerűsége, olcsósága miatt. Gyakorlatilag minden anyag hegesztésére létezik elektróda és technikája megtanulható, és nem igényel jelentős beruházást sem. Erősen ötvözött acélokat kb. 75 % - ban bevonatos elektródával hegesztik. Felrakó hegesztéshez a legtöbb hegesztőanyag bevonatos elektróda formájában áll rendelkezésre. Az eljárással az ipar igényeinek megfelelő kötések készíthetők, így gyakorlatilag minden területen találhatunk alkalmazást. Hátránya elsősorban a kis leolvadási teljesítmény és az emberi tényezők jelentős szerepe illetve az, hogy nemvasfémekhez nehezebben alkalmazható. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
13
Argon védőgázas volfrámelektródás ívhegesztés (AWI - hegesztés) n
Hegesztés
Az AWI – hegesztésnél az elektromos ív egy nem leolvadó elektróda és a munkadarab között argon védőgáz atmoszférában alakul ki. Az ívgyújtás impulzus generátor segítségével, szikrakisüléssel történik.
Hegesztési eljárások 1.
14
7
2011.05.12.
Az AWI-hegesztés jellemzői n
n
n n
A volfrám elvileg nem olvad meg, gyakran hallható a nemolvadó elektródás, semleges védőgázas ívhegesztés elnevezés is, hiszen hélium védőgázban is alkalmazzák. Az eljárással minden anyag hegeszthető, alkalmas kötő- és felrakó- továbbá ívpont hegesztésre is. Az iparban széles körben alkalmazzák, elsősorban erősen ötvözött acélok, színes- és könnyűfémek hegesztésére. Ötvözetlen és gyengén ötvözött acéloknál nem gazdaságos, de gyökhegesztésre ill. különleges esetekben alkalmazzák. Jellemző az eljárásra a stabilitás, a nagy tisztaság, jó minőség, de a termelékenység nem nagy. A színes és könnyűfémek elsődleges hegesztési eljárása. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
15
A polaritás szerepe AWIhegesztésnél Al és ötvözetei hegesztésére váltakozó áramot kell alkalmazni.
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
16
8
2011.05.12.
AWI-hegesztés alkalmazása n
n n
n
Színes- és könnyűfémek, erősen ötvözött acélok (szerszámok javító- és felrakó hegesztése, korrózióálló acélok) hegesztése. Csövek körvarratának hegesztése, ötvözetlen és gyengén ötvözött acéloknál, gyökhegesztésre is. Alkalmazási korlát: Kis leolvadási sebesség Magas szaktudást, gyakorlatot igényel Huzatos helyen nem biztosítható megfelelő gázvédelem. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
17
PLAZMA HEGESZTÉS, VÁGÁS n
n
Plazma: az anyagok ionizált, termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. A plazma magas hőmérsékleten állítható elő, nagy energiaszint jellemzi, mind hegesztésre, mind vágásra, és egyéb termikus megmunkálásra használható. Hegesztés
n
Plazma állapot elérése:
Hegesztési eljárások 1.
18
9
2011.05.12.
Plazma előállítása
A W-elektróda és a pisztoly belső fúvókája között nagyfrekvenciás szikrakisülés biztosítja az első töltéshordozókat. A plazma az elektróda és a munkadarab között jön létre (plazma ív). Plazma sugár (láng) (belső ívű pisztoly) a W-elektróda és a pisztoly belső fúvókája között alakul ki az ív és a gáz fúvatja ki a plazmát. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
19
Plazma hegesztés
A plazma hegesztés mélybeolvadású varratot biztosít biztosít.. Minden anyaghoz alkalmazható, amelyekhez az AWI AWI--hegesztés, de a plazma nyújtható, stabil és egészen kis áramoknál is alkalmazható.. ( I ≤ 50 A, mikroplazma hegesztés) alkalmazható Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
20
10
2011.05.12.
Plazma vágás
Minden anyag vágható az eljárással. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
21
Vízalatti plazmavágás
A plazmavágásnál képződő káros gázok elnyelődnek a víz alatt. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
22
11
2011.05.12.
Levegős plazmavágás
Az üzemi levegő hálózat biztosítja a plazmaképző gázt ( N, O). Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
23
Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
24
12
2011.05.12.
Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések
Az anyagokat folyamatosan adagolt leolvadó huzalelektróda és a munkadarab között képzett ívvel ömlesztik össze, gáz vagy gázkeverék védelme alatt. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
25
Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 1. Huzalelektróda Védőgáz Ötvözetlen acél, Széndioxid + dezoxidens (CO2) (Si, Al, Ti ötvözéssel) Ötvözetlen acél, + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Hegesztés
Alkalmazás Acélszerkezeti tömeggyártás, TTKV = O °C-ig
Keverék védőgáz: Acélszerkezet Ar + ( 2...30%) tömeggyártás, CO2 TTKV = -2O Ar + ( 1...12%) O2 °C -ig Ar +( 2...15%) CO2+ ( 1...5%) O2
Hegesztési eljárások 1.
Elnevezés Széndioxid védőgázas ívhegesztés ( CO2 hegesztés) Keverék védőgázas ívhegesztés MAG-M 26
13
2011.05.12.
Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 2. Ötvözetlen acél + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Porbeles huzal (porbéléses huzal)
Kettős gázfúvókás fogyóelektródás ívhegesztés ( MAGCI - heg.) Acélszerkezeti Porbeles huzalos tömeggyártás, ívhegesztés TTKV = -6O °C- FCAW ig, ötvözött acélokhoz is
CO2 + Ar Acélszerkezeti ( 5.....30% ) tömeggyártás, TTKV = -2O °Cig Széndioxid, keverék védőgáz
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
27
Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 3. Alapanyag szerint
Argon, Ar + kevés más gáz
Színes és könnyűfémek, erősen ötvözött acélok
Dupla portöltetű porbeles huzal
Nincs szükség védőgázra
Csővezetékek, acélszerkezetek helyszíni szerelése TTKV = -20 °Cig
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
Argon-védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés ( AFI - hegesztés ) MIG Önvédő porbeles huzalos ívhegesztés
28
14
2011.05.12.
Az ívhegesztési eljárások leolvadási teljesítményének összehasonlítása 14
Salakhegesztés
13 12 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 3,2 3,2 Önvédő porbeles 2,4 huzalos ívhegesztés 2,4
11 Leolvadási teljesítmény, kg/h
4 3
10 9 8 7
2
2,4
6 4
5 1 1 3,25
3 2 1
de
4
5 3,25 4
5 4 Fedettívű hegesztés
3
2 6 2,5 1,6 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával
1,6 1,2 1,4
5
2,5
6 Bevontelektródás kézi ívhegesztés
2,5
0 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
Áramerõsség, A
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
29
Cseppátmenet fő típusai Rövidzárlatos anyagátmenet Cseppes anyagátmenet
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
30
15
2011.05.12.
Az anyagátmenet további módjai
Forgóíves anyagátmenet: T.I.M.E. = Transferred Ionized Molten Energy Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
31
A fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések alkalmazása n
n
n
n
CO2 – hegesztés n Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok (acélszerkezeti tömeggyártás) TTKV = 0 ºC Keverék védőgázas ívhegesztés n Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV = - 20 ºC n Robottechnika Porbeles huzalos ívhegesztés n Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV = - 60 ºC n Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés AFI - hegesztés n Színes- és könnyűfémek n Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
32
16
2011.05.12.
Fedett ívű hegesztés
Leolvadó huzalelektróda(k) és a munkadarab között fedőporból képződő anyagok alatt égő elektromos ívvel végzett ömlesztő hegesztés. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
33
A fedett ívű hegesztés jellemzői
Nagy leolvadási teljesítmény jellemzi, a fedőpor miatt vagy vízszintes, vagy vízszintesbe forgatható varratok készíthetők az eljárással. Alkalmas kötő- és felrakó-hegesztésre egyaránt. Teljesen gépesített hegesztési eljárás. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
34
17
2011.05.12.
A fedett ívű hegesztés alkalmazása n n
n n n
n n
Acélszerkezeti tömeggyártás Ötvözetlen és gyengén ötvözött, erősen ötvözött acélok Nagyvastagságú szerkezetek Hosszú egyenes vagy kis íveltségű varratok Vízszintes vagy vízszintesbe forgatható varratok Egyoldali I - varrat 10 mm-ig Kétoldali I – varrat 20 mm-ig
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
35
Salakhegesztés n
Salakhegesztésnél huzalelektróda(k) és olvadt salakon keresztül záródó áramkör, ellenállás hevítéssel biztosítja a hegesztéshez szükséges hőmennyiséget. (Nem ívhegesztési eljárás.) Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
36
18
2011.05.12.
A salakhegesztés változatai n n n n
Huzalelektródás salakhegesztés Merevelektródás salakhegesztés Leolvadó huzalvezetős salakhegesztés Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés. Bevont leolvadó huzalvezető: OK Guidetube 21.32 Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
37
Alkalmazás n n n n
n n
n
Acélszerkezeti tömeggyártás, gépipar, hajógyártás Vastag lemezek hegesztésére Tartályok hosszvarratainak hegesztésére Ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acélokhoz alkalmazzák Alumínium és ötvözetei hegesztésére is alkalmazzák Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés a legelterjedtebb A legnagyobb vastagság, amit már hegesztettek 2 m volt.
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
38
19
2011.05.12.
Elektronsugaras hegesztés n
n
n
A katódból kilépő elektronokat vákuumban nagyfeszültségű térrel felgyorsítjuk. Az anóddal azonos potenciálra kapcsolt munkadarab felületébe ütköző elektronok lefékeződve adják át az energiájukat. A nagy energia sűrűségnek (108 W/cm2) köszönhetően a fém megolvad és elgőzölög, így tud mélyülni a varrat. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
39
Az elektronsugaras berendezés felépítése n
n
Az elektron az elektromos térrel nagy energia szintre gyorsítható fel. Az elektron sebessége:
I
-Ugy
+
Katód
Elektromos tér
Anód
Vákuum
Elektronsugár Mágneses tér
2
ve m = U gy e0 2
+
Munkadarab
ve » 600 U km / s Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
40
20
2011.05.12.
A varrat alakja a fókusztávolsággal változtatható
AWI-hegesztés Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
Elektronsugaras hegesztés
41
Tipikus kötések
Mély beolvadású varratok készíthetők, különleges esetekben és más eljárással nem hozzáférhető helyeken is alkalmazható. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
42
21
2011.05.12.
Az elektronsugaras hegesztés alkalmazása n n n n n n n n n n
Minden anyag hegeszthető. Vákuum alkalmazásával a fémek tisztulnak, nagyon jó minőségű kötések készíthetők. A varrat alak igen kedvező. Elméletileg az ipar minden területén alkalmazható. Különleges esetben is megoldás lehet. „Bennszülött” darabok is hegeszthetők. Kerámiák és fémek is köthetők. Kész darabok elhúzódás nélkül hegeszthetők. A vákuum kamra mérete alkalmazási korlátot jelent. Levegőre kiléptetett elektronsugár teljesítménye csak korlátozott alkalmazási lehetőséget jelent. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
43
Lézer hegesztés és vágás
A koherens és monokromatikus fénysugarat igen nagy energia szintre tudjuk fókuszálni, 109 W/cm2 energia is elérhető. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
44
22
2011.05.12.
Mély beolvadású hegesztés
„Mélyvarratos” kötéseknél a „kulcslyuk” kialakulása biztosítja a gyökhiba mentes kötés kialakulását. 20 mm beolvadási mélység is elérhető. Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
45
Lézer vágás n
n
Vágásnál az anyagot megolvasztjuk és elgőzölögtetjük. A vágásnál gázzal fúvatják ki az elpárologtatott anyagokat.
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
46
23
2011.05.12.
A lézer vágással nagy pontosság érhető el
Inert gáz
Általában inert gázzal fúvatják ki az elpárolgott anyagokat. Hegesztés
Bonyolult alakzatok is kivághatók. Hegesztési eljárások 1.
47
Alkalmazás n n n
n n
Az ipar minden területén alkalmazzák. Minden anyag vágható. Acélok vágásánál a 20 mm vastagságot érték el. Nagy pontosság érhető el. Hazánkban is széles körben alkalmazzák, több mint 300 darab vágólézerről van tudomásunk.
Hegesztés
Hegesztési eljárások 1.
48
24
