Hegesztés és rokon technológiák Dr. Palotás és Prof. Kaplan nyomán
Anyagismeret Dr. Orbulov Imre Norbert Anyagtudomány és Technológia Tanszék
Miről lesz ma szó? • • • •
Hegesztés definíciója és csoportosítása Hegeszthetőség Hibatípusok és okok Hegesztési eljárások – Ömlesztő hegesztések – Sajtolóhegesztések
• Forrasztás • Ragasztás
Kötések csoportosítása KÖTÉSEK
ALAKKAL ZÁRÓ
Ék-, csap-, szegecskötés
SÚRLÓDÁSSAL ZÁRÓ
ANYAGGAL ZÁRÓ
Karimás- és csavaros kötések
HEGESZTETT KÖTÉSEK
Sajtolt tengelyagy-kötések Rugalmas közbenső elemekkel Rugalmas közbenső elemek nélkül
FORRASZTOTT KÖTÉSEK
Tengelyagy-kötések
Elemek a helyzetbiztosításhoz Pattintó-, feszítő- és szorítókötések
RAGASZTOTT KÖTÉSEK
Hegesztési eljárások csoportosítása • A kötéshez használt energia beviteli módja szerint – Ömlesztő hegesztések – Sajtoló hegesztések
• • • • •
A hozaganyag fajtája A kötés védelme A gépesítési szint A technológiai adatok alapján Több száz hegesztési eljárás
Varrat kialakulása - ömlesztés
Varrat kialakulása - sajtolás
F
F
Hegeszthetőség • Az acélok hegeszthetősége nem más, mint az acélok bizonyos fokú alkalmassága arra, hogy – Adott alkalmazásra – Meghatározott munkarenddel – Megfelelő hegesztőanyagokkal
olyan szerkezeteket építhessünk belőlük, amelyekben a fémes kötések helyi tulajdonságai, a szerkezetre kifejtett hatásukkal együtt eleget tesznek a megkívánt követelményeknek
A hegeszthetőség tényezői • Meghatározó tényezők – – – –
Kémiai összetétel Gyártási eljárás: csak csillapított acél Hőkezelési állapot: normalizált, utóhőkezelés Előzetes alakítás: újrakristályosodás
• Befolyásoló tényezők – – – – –
Vastagság, méret, geometria, keresztmetszetváltás Feszültséggyűjtő helyek Kötés kialakítások Gyárthatóság Üzemi körülmények
Kémiai összetétel • Alapalkotók – C, Mn, Si, S, P
• Gáznemű szennyezők – O, N, H
• Ötvözők – Cr – ferrit- és karbidképző, korrózióállóság, melegszilárdság – Ni – ausztenitképző, korrózióállóság – Mo – ferrit- és karbidképző, helyi korrózióállóság, melegszilárdság – V, W, Ti, Nb, Ta – erős karbidképzők, melegszilárdság
Kémiai összetétel • Az acél hegeszthető, ha nem edzhető (C<0,2%)
Mangán és szilícium • Dezoxidens • Kéntelenítés
• Fő dezoxidens
– FeS+Mn=MnS+Fe
• Szilárdságnövelés Mech. tul.
– Csillapított, ha Si>0,12% – Félig, ha 0,07%<Si<0,12% – Csillapítatlan, ha Si<0,07%
• Alapesetben ridegít Mech. Tul.
Rm
Rm
KV KV
1,7
Mn, %
Si, %
Kén és foszfor • Kristályosodási (meleg) repedés: Fe-FeS eut. • Teraszosrepedés • (vörös törékenység) • S<0,035%
• Ridegít (hidegtörékenység) • Mennyiségét acélgyártáskor van lehetőség csökkenteni • P<0,035% Mech. tul.
Rm
986 ºC
KV
P, %
Fe
FeS
Oxigén és nitrogén • Oldott, vagy zárvány • Nagyon ridegít • Gömbalakú zárvány jobb • Nemesoxid jobb Mech. Tul.
• • • • Rm
KV
O, %
Oldott Ridegít Öregít Denitrálás
Hidrogén hatása • • • • • • •
[H]
[H]
Pelyhesedést okoz H Szubmikroszkópikus Mikroüregbe diffundál repedés Nagy feszültség [H] Mikroüreg Szubmikró repedés Hidegrepedések indulópontja lehet „Halszem” effektus képlékeny töreten A halszem: nagy oldott H tartalom 2
Repedések • A repedések a hegesztett szerkezetek tipikus hibái • Hegesztett szerkezetekben repedés nem engedhető meg, mert ridegtörés kiindulópontjai lehetnek • Repedések – – – –
Hidegrepedés Kristályosodási repedés Teraszos repedés (réteges tépődés) Hőkezelési (újrahevítési) repedés
Hidegrepedés • Hőhatásövezetben • Általában 200°C alatt • Okai – Oldott hidrogén – Nagy feszültségek – Rideg szövet
Kristályosodási repedés • Kristályosodás során a varratfémben • Szennyezőkben dúsult folyadékhártya lehűléskor • Nagy méretű varratok • Rossz varratalak • Nagy dermedési hőköz • Húzófeszültség • S tartalom
Teraszos repedés • A keresztirányú alakváltozás meghaladja az alakváltozási képességet • Szulfid és egyéb kiválások kritikus pontokban
Teraszos repedés elkerülése • Keresztirányú alakváltozó képesség grantálása • Zk>24% • S tartalom kordában tartása • S<0,025% lehetőleg • Konstrukció
ÖMLESZTŐ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK
Például vas-karbon ötvözetek
Bevontelektródás kézi ívhegesztés • Leolvadó, bevonatos elektróda és a darab között ív ég, a bevonatból védőgáz fejlődik • Kötő-, felrakó- és javítóhegesztés Bevonatos elektróda Testkábel Áramforrás ~/=
Munkakábel
+
Munkadarab
Elektróda fogó
Folyamata Maghuzal
Bevonat Salaktakaró
Beolvadási mélység
Védőgáz képződés
Védőgáz atmoszféra
Ív
Cseppátmenet
Hőhatás övezet Fémfűrdő
A bevonat feladatai, bevonatok • • • • • •
Ívstabilizálás Védőgáz képzés Dezoxidálás Denitrálás Ötvözés Salakképzés – Lehűlési sebesség csökkentése – Metallurgiai folyamatok
• Leolvadási sebesség növelése
• Savas – Mély, esztétikus varrat – Pozíció hegesztés kevésbé
• Rutilos – Könnyű hegesztés , pozíció hegesztésre is, vastag bevonat, finomcseppes
• Cellulóz – Kevés salak, minden helyzet, csövek gyökhegesztése – Sok gáz
• Bázikus – Jó mechnikai tulajdonságok – Nehéz vele hegeszteni, szárítás – Durvacseppes
Hegesztési paraméterek G
• Elektróda maghuzal átmérő – 1,5…6 mm
• Áramerősség – 30…500 A, (30…60)de A
• Ívfeszültség – 20…50 V, (0,04I+20 V)
• Hegesztési sebesség – 80…200 mm/min
• Kihúzási hossz
F E D C B
– 100…400 mm A
Alkalmazási területek • Az ipar minden területén – Egyszerű, olcsó, sok elektróda, könnyen elsajátítható, kis beruházás
• Erősen ötvözött acélok 75%-át így hegesztik • Felrakó hegesztéshez a legtöbb anyag így áll rendelkezésre • Hátránya a kis leolvadási teljesítmény, az emberi tényező • Nemvasfémekhez nehezebben alakalmazható
http://www.youtube.com/watch?v=jpsGMNcYrdI
CSEPPÁTMENET 0:20
Lánghegesztés • Éghető gáz és oxigén • Acetilén (C2H2) – Nagy hőteljesítmény – Nagy égéshő
C2 H 2 O2 2CO H 2 Q 3 2CO H 2 O2 2CO 2 H 2O Q 2
• Hegesztés, vágás, előmelegítés • Kisebb égéshőjű gázok vágásra, előmelegítésre
Lánghegesztés eszközei
Hegesztéstechnika • Balra: vékony (<3 mm) lemezeknél • Jobbra: vastag lemezek és csövek, varratot melegítjük – mélyebb beolvadás Hegesztés iránya
Balra hegesztés
Hegesztés iránya
Jobbra hegesztés
Az acetilén láng • Semleges: acél, Cu • Redukáló: Öv, Al • Oxidáló: CuZn
Paraméterek és alkalmazás • Hozaganyag átmérő – 1…10 mm
• Acetilén nyomás – 0,1…0,6 bar
• Oxigén nyomás – 2…5 bar
• Hegesztési sebesség – 10…100 mm/min
• Acetilén áram – 1…50 l/min
• Oxigén áram – 1…55 l/min
• Helyi hegesztések • Szerelések • Épületgépészet – Gázvezeték
• Javító hegesztések – Karosszéria
• Univerzális technológia – – – –
Felrakó hegesztések Szerkezetek javítása Öntvények javítása Stb.
• Lángszórás
http://www.youtube.com/watch?v=DWJQudCiUes
LÁNGHEGESZTÉS 2:23
Lángszórás
Láng porszórás
Nagysebességű szórás
Láng huzalszórás
Robbantásos szórás
Lángvágás • Előmelegítés gyulladási hőmérsékletre • Oxigénben elégetés • Égéstermék kifúvása a vágórésből – – – –
Oxigénben éghető Tgyul
Tolv Hígfolyós égéstermék
• Ötvözetlen acélok
http://www.youtube.com/watch?v=7EGmrPiumEU
LÁNGVÁGÁS 5:14
http://www.youtube.com/watch?v=J7O7NRV8MMM
OKOS EMBER NEM ÜL RÁ… 0:18
Argon védőgázas volfrámelektródás ívhegesztés (AVI) • Volfrám elektróda (elvileg) nem olvad meg • Bármilyen anyagra • Ötvözetlen és gyengén ötvözött anyagra nem gazdaságos – Gyök, különleges
• Stabil, tiszta, minőségi • Színes- és könnyűfémek primer eljárása • Nem túl termelékeny
Az AVI pisztoly felépítése
A polaritás szerepe
Pontos hőbevitel impulzus technikával I ( áramerősség ) I imp.
I alap
t t
alap
im p.
t
ciklus
t ( idő )
Paraméterek és alkalmazás • Elektróda átmérő – 1…4 mm
• Áramerősség – 5…500 A
• Feszültség – 15…30 V
• Hegesztési sebesség – 70…200 mm/min
• Impulzustechnika – Ia=f(dw), Ii=Ia/0,32 – ti=0,2 s, ta=2ti
• • • • • •
Színesfémek Könnyűfémek Erősen ötvözött acélok Szerszámacélok Korrózióálló acélok Korlátok – Kis leolvadási teljesítmény – Szaktudás – Huzat
http://www.youtube.com/watch?v=qY_G15U2GoM
AVI HEGESZTÉS 1:38
Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés • Nagyon elterjedten alkalmazott és gépesített • Sok változat – CO2 hegesztés – Keverék védőgázas ívhegesztés – Argon fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés – Portöltetű huzalos ívhegesztés
• Nagy teljesítményű, jó kihozatalú eljárás
A fogyóelektródás eljárás elrendezése
Módozatok Huzalelektróda Védőgáz
Alkalmazás
Elnevezés
Csillapított CO2 TTKV=0°C-ig ötvözetlen acél Ar(+CO2+O2) TTKV=-20°C-ig (Dezoxidens és CO2+Ar TTKV=-20°C-ig Si, Al, Ti)
Széndioxid védőgázas FI, MAG-C
Portöltetű huzal
CO2, keverék
TTKV=-20°C-ig Erősen ötvözött
Portöltetű huzalos ívhegesztés, FCAW
Alapanyag
Ar
Színes- és könnyű Argon védőgázas FI, AFI, MIG Erősen ötvözött
Dupla portöltetű
-
TTKV=-20°C-ig Helyszíni
Keverék védőgázas FI, MAG-M
Kettős gázfúvókás FI, MAG-CI
Önvédő portöltetű huzalos ívhegesztés
Leolvadási teljesítmények összevetése 14
Salakhegesztés
13
3
12 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 3,2 3,2 Önvédő porbeles 2,4 huzalos ívhegesztés 2,4
11
Leolvadási teljesítmény, kg/h
4
10 9 8 7
4
6
1,6 5
1
3
1 3,25
2 1
de
Fedettívű hegesztés
3
2
1,6 1,2 1,4
5
5 4
2
2,4
6
2,5
2,5 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával
6
4 5 3,25 4
Bevontelektródás kézi ívhegesztés
2,5
0 0
100
200
300
400
500
600
Áramerõsség, A
700
800
900
1000
1100
Alkalmazási területek • CO2 – hegesztés – Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok (acélszerkezeti tömeggyártás) TTKV=0°C-ig • Keverék védőgázas ívhegesztés – Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV=-20°C-ig – Robottechnika • Portöltetű huzalos ívhegesztés – Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV=-60°C-ig – Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés • AFI - hegesztés – Színes- és könnyűfémek – Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés
http://www.youtube.com/watch?v=wm4h190KOhc
AUTOMATIZÁLT FI – 4 ROBOT 3:14
Plazma hegesztés és vágás • Plazma: az anyagok termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. • A plazma nagy hőmérsékleten állítható elő, nagy energiaszint jellemzi
http://www.youtube.com/watch?v=l1biDOTL8hA
PLAZMA 1:40
A plazma előállítása • W elektróda és a pisztoly belső fúvókája között nagy frekvenciás szikrakisülés biztosítja az első töltéshordozókat • Plazma ív – Az elektróda és a mdb közt
• Plazma láng – Az elektróda és a belső fúvóka közt, a plazmát gáz fújja ki
Plazma hegesztés • Mély beolvadású varrat • Mindenhez alkalmazható, amihez az AVI jó • DE a plazma nyújtható, stabil és kis áramnál is alkalmazható (mikroplazma hegesztés, I<50A)
Plazma vágás • Minden anyag vágható az eljárással • A plazma gyújtási hőmérsékletre hevít • A vágógáz a salakot kifújja
http://www.youtube.com/watch?v=GvtCqmD0ffk
PLAZMA VÁGÁS 3:16
Fedett ívű hegesztés • Leolvadó huzalelektróda és a munkadarab között fedőporból képződő anyagok alatt elektromos ívvel végzett ömlesztő hegesztés
Fedett ívű hegesztés • Nagy leolvadási teljesítmény • Vízszintes vagy vízszintesbe forgatható varratok • Kötőhegesztés • Felrakó hegesztés • Gépesített
Fedett ívű hegesztés • Hosszú varratok – >2 m
• Egyenes varratok • Kis íveltségű varratok • Vastag lemezek hegesztése • Csövek hegesztése – S>5 mm
Fürdő megtámasztások • • • • • • •
Rézalátét Rézalátét + por Por tömlővel Por szállítószalaggal Flexibilis szalag + por Beolvadó alátét Kétoldali I varrat
Paraméterek és alkalmazás • Elektróda átmérő – 1,2…12 mm
• Áramerősség – 130…5000 A
• Feszültség – 20…60 V
• Hegesztési sebesség – 100…5000 mm/min
• Fedőpor hozam
• Acélszerkezetek tömeggyártása • Mindenféle acél ötvözöttségtől függetlenül • Vastag szerkezetek – Egyoldali I varrat 10 mmig – Kétoldali I varrat 20 mmig
http://www.youtube.com/watch?v=S4OIQ666OIg
FEDETT ÍVŰ HEGESZTÉS 0:34
Leolvadási teljesítmények összevetése 14
Salakhegesztés
13
3
12 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 3,2 3,2 Önvédő porbeles 2,4 huzalos ívhegesztés 2,4
11
Leolvadási teljesítmény, kg/h
4
10 9 8 7
4
6
1,6 5
1
3
1 3,25
2 1
de
Fedettívű hegesztés
3
2
1,6 1,2 1,4
5
5 4
2
2,4
6
2,5
2,5 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával
6
4 5 3,25 4
Bevontelektródás kézi ívhegesztés
2,5
0 0
100
200
300
400
500
600
Áramerõsség, A
700
800
900
1000
1100
ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK
Ellenállás hegesztés • A darabon átfolyó áram Joule-hője hevíti fel a darabokat • Lehet közvetlen és közvetett is
Ellenállás hegesztés
Eljárások ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSEK
Ponthegesztés
Vonalhegesztés
Fóliás vonalhegesztés Tompa
Dudorhegesztés
Tompahegesztés
Tárcsaelektródás csõvonalhegesztés
Nagyfrekvenciás hegesztés
Természetes dudorú
Átlapolt Zömí tõ
Átlapolt
Rézhuzal közbetétes
Kamrás
Mesterséges dudorú Zömí tõ
Elõmelegí téses
Folyamatos leolvasztású Vibrációs leolvasztású
Tompahegesztés Egyszerű transzformátoros
Vonalhegesztés
Gyűrűtranszformátoros
Egypontos Kétpontos
Többpontos
Csõ vonalhegesztés
Melegzömí tõ Vonalinduktoros
Tekercsiduktoros
Egyoldali
Közvetlenbetáplálású ( csúszóérintkezõs ) Kátoldali
Előnyök és hátrányok • Széles mérettartomány – Átlapolt: 0,005…30 mm – Tompa: 0,01…350 mm – Kereszt: 0,01…80 mm
• • • • •
Csaknem minden anyag Gépesített, automata Jó minőség Kis hőhatás övezet Termelékeny
• A berendezés költséges • Szakemberigény – Üzembeállítás – Üzemeltetés – Karbantartás
• Rossz beállítás esetén sok selejt • Mechanikai tulajdonságokat be kell mérni
Ellenállás ponthegesztés • Erőhatás alatti kristályosodás hozza létre a kötést • Számos alváltozat
Tipikus ponthegesztő berendezés
Ellenállás ponthegesztés • Munkarend fontos a kötés minőségéhez – Egyszerű munkarend – Összetett munkarend F I
tes
th
tu
t
Paraméterek és alkalmazás • Elektróda átmérő – S függvényében
• Áramsűrűség – Kötésterületre vetítve – Anyagtól függ
• Elektródanyomás – 70…250 MPa – Anyagtól függ
• Lemezek átlapolt kötése • Autókarosszéria • Csaknem minden anyagra – Cu és ötvözetei csak Wbetétes elektródával
• Vegyes kötések is • Edződésre hajlamos anyagok különleges munkarenddek
Anyagpárosítási háromszög
Ellenállás vonalhegesztés • Gyakorlatilag folyamatos ponthegesztés – Pontsor, vagy tömítővarrat
• Lényegesen nagyobb áram kell – kész pontok…
Vonalhegesztés változatok
Vonalhegesztő gépek
Vonalhegesztés alkalmazása • Lemezek átlapolt hegesztésére • Főleg tömítő varratokat készítünk (radiátor) – a varrat mechanikai tulajdonságai rosszak a folyamatos hőkezelésnek köszönhetően, így teherviselő varratként azok nem alkalmazhatók
• Kis átfedés (0,8 … 1,5 s) esetén tompakötés is készíthető • Főleg átlapolt kötéseket készítenek (a ≥ 4s), tompakötésre a fóliás vonalhegesztés előnyösebben alkalmazható • Anyagkombinációk mint ponthegesztésnél
Ellenállás dudorhegesztés • Az áramot és az erőt nem az elektróda, hanem a munkadarab természetes vagy mesterséges dudorja koncentrálja • A dudor megolvad, az olvadt anyagok sorjába nyomódnak, képlékeny alakváltozás köt
A dudor • A hegesztés helyén • Kördudor hőegyensúly kell • Gyűrűdudor • A dudor és a darab • Vonaldudor egyszerre olvadjon meg • Dudor a nehezebb darabra • Vegyes kötésnél a dudor a jobb hővezető képességű és nagyobb olvadáspontú darabra • A vékonyabb darab a mérvadó
Munkarend, tipikus kötések
A dudorhegesztés alkalmazása • Az ipar minden területén alkalmazható • Jelentős konstrukciós egyszerűsítéseket tesz lehetővé • Anyagok hasonlóan, mint a ponthegesztésnél • A dudorhegesztés gépei robosztusabbak • Az ellenállás csaphegesztés is dudorhegesztés (lásd később)
Ellenállás tompahegesztés • A tompán összenyomott darabokon átfolyó áram felhevíti a darabok érintkezési felületeit (egyes változatoknál meg is olvadnak azok) • Az erőt növelve összenyomjuk a darabokat • A képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést (az olvadt anyagok sorjába nyomódnak)
Az ellenállás tompahegesztés változatai • Zömítő tompahegesztés • Leolvasztó tompahegesztés • Előmelegítéses vagy szakaszos leolvasztó tompahegesztés
Tipikus kötések
A tompahegesztés alkalmazása • Az ipar minden területén alkalmazzák • Tengelyszerű alkatrészek, láncok, csapok stb. hegesztése • Anyagcsoportok – – – –
Ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acél Edződő acélok Színes és könnyűfémek Vegyes kötések
• A méret korlátoz – Acél, nikkel: 0,3…20 mm – Réz: 0,3…14 mm – Al, CuZn, CuSn: 0,3…18 mm
http://www.youtube.com/watch?v=VgPcHrpnmoQ
ZÖMÍTŐ TOMPAHEGESZTÉS 2:03
SAJTOLÓHEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK HŐBEVITELLEL
Dörzshegesztés • Darabok közötti súrlódás hevíti a darabokat • A mozgást gyorsan lefékezzük, a darabokat összenyomjuk – Eredeti összeszorító erővel – Megnövelt összeszorító erővel
• A jó hegesztésre a szimmetrikus alakváltozás, a szimmetrikus sorja jellemző
Forgó mozgású dörzshegesztés • Forgó mozgású dörzshegesztés – Egyik darab forog – Mindkét darab forog – Közbetét forog
• Legalább az egyik darab forgásszimmetrikus
http://www.youtube.com/watch?v=-aEuAK8bsQg
DÖRZSHEGESZTÉS 1:05
Rezgő dörzshegesztés • A relatív elmozdulás nem forgás, hanem lineáris elmozdulás jellegű • Bármilyen keresztmetszet hegeszthető
http://www.youtube.com/watch?v=iG3t0Q7UuCU
REZGŐ DÖRZSHEGESZTÉS 0:37
Kavaró dörzshegesztés • A darabba egy keményebb szerszámot nyomnak • Az anyag helyileg nagy képlékeny alakváltozást szenved, ellágyul, összekeveredik
http://www.youtube.com/watch?v=aNbQH8XBgxQ
ROBOTOSÍTOTT KAVARÓ DÖRZSHEGESZTÉS 3:46
Dörzshegesztés munkarendje • Hagyományos esetben a darabokat nagy teljesítményű fékkel lefékezik • Lendkerekes esetben a darabok összenyomásakor keletkező ellenállás fékez – Nagy daraboknál jó
Paraméterek és alkalmazás • Keresztmetszet befoglaló mérete – 5…30 mm
• Fordulatszám – 500…1400 min-1
• Összeszorító nyomás – 20…200 MPa
• Záró nyomás – 40…300 MPa
• Idő – Előmelegítés 1…100 s – Kötés 0,1…0,5 s
• Eltérő geometriájú darabok • Eltérő anyagú darabok • Tengelyek, csapok, csövek menetes csapok, rotorok stb. • Szerszámgyártás • Körszimmetrikus alkatrészek tömeggyártása • Profilok hegesztése
Alkalmazási példák
Csaphegesztés • Elektromos ívet húznak a csap és az alaplemez között – Lehet nagyteljesítményű kondenzátor telep is
• Az olvadt anyagokat sorjába nyomják • A kötést képlékeny alakítás hozza létre • Nagyobb keresztmetszetknél a kristályosodás is szerepet játszik
Csaphegesztési eljárások
Ívhúzásos csaphegesztés • • • •
Érintkezéssel rövidzár A csapot elhúzzák, ív jön létre Az ív megolvasztja a csap végét és a hordozó felületet A csapot a darabhoz nyomják, az olvadt anyagok sorjába nyomódnak • A kötést képlékeny alakváltozás és kristályosodás hozza létre • Módozatok – Normál módszer, rövidciklusú, kúpos csapos, gyújtógyűrűs
=
Ívhúzásos csaphegesztés Ívhúzásos csaphegesztés F e
I Csap
=
I
F
ív v
Ív
I, F
z
I
Sorja
e
F e
z
z
F I
z
ív t
t Rövidzárlat
Ívképződés
Hegesztett kötés
ív
Munkarendi ábra
Gyújtócsúcsos csaphegesztés Csap I v
e
I
z
v
e Ív
ív
v v
ív
e
Sorja
Paraméterek és alkalmazás • Csapátmérő – 2…25 mm
• Áramerősség – 80d A
• Nyomás – 10 MPa
• Ívhúzási idő – 0,2…4 ms
• Ötvözetlen és ötvözött acélok • Al és ötvözetei • Cu és ötvözetei • Vegyes kötések • Lemezek és csapok • Nem csak hengeres, hanem akár szabálytalan csapok is
http://www.youtube.com/watch?v=2PO_3pKXYMk
KERÁMIAGYŰRŰS CSAPHEGESZTÉS 0:55
SAJTOLÓ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK HŐBEVITEL NÉLKÜL
Hidegsajtoló hegesztés • Fémfelületek kohéziós kapcsolata megfelelően nagy nyomás alatt • Hőbevitel nincs • A nyomás hatására képlékeny alakváltozás jön létre, az atomok rácsparaméternyire kerülnek • A képlékeny alakítás biztosítja a rácssíkok párhuzamosságát és a szükséges gerjesztett állapotot
Változatai • Ponthegesztés – Egyoldali – Kétoldali
• Vonalhegesztés – Egyoldali – Kétoldali
• • • • •
Tompahegesztés Hengerléses hegesztés Húzásos hegesztés Előrefolyatásos hegesztés Hátrafolyatásos hegesztés
Alkalmazása • Villamosipari vezetékek, csatlakozók, érintkezők hegesztése • Áramvezető sínek hegesztése • Réz felső vezetékek hegesztése • Nemesfém érintkezők hegesztése • Kábelburkolatok hegesztése • Csövek, tartályok hegesztése • Bimetállok készítése (például Al – Cu )
Ultrahangos hegesztés • Az egyik darabot ultrahangosan rezgetik (>20 kHz) erőhatás alatt • Helyi súrlódás és melegedés lép fel • A kötést az alakváltozás és az újrakristályosodás hozza létre • Ultrahangot átalakítóval állítják elő – Magnetostrikciós eljárás – Piezo elektromos eljárás (újabban gyakoribb)
Ultrahang előállítása • Magnetostrikció: ferromágneses anyagok mágnese térben megváltoztatják a hosszukat. Ultrahang frekvenciával változó mágnese térben a hosszváltozás is ultrahang frekvenciával játszódik le • Piezoelektromosság: némely kristály (kvarc, bárium-titanát) adott irányú feszültség hatásra változtatja a méretét. Ha a feszültség ultrhang frekvenciával változik, akkor a hosszváltozás is ultrahang frekvenciával játszódik le
Az ultrahang koncentrálható Akusztikai transzformátor alakok: An
A0
I0 a0
In an
A rezgést a rezgő (1) hozza létre, a rezgő végénél levő amplitúdó és a rezgés intenzitása az akusztikai transzformátorral (2) a keresztmetszetek arányában erősíthető
Piezoelektromos esetben
Magnetostrikciós esetben
A rezgést a rezgő (1) hozza létre, a rezgő végénél levő amplitúdó és a rezgés intenzitása az akusztikai transzformátorral (2) a keresztmetszetek arányában erősíthető. Az üllőre (5) felfektetett daraboknak (4) a rezgést a szonotróda adja át erőhatás alatt.
Ultrahangos ponthegesztés • Elektrotechnika • Elektronika • Huzalok
Ultrahangos vonalhegesztés
• Csomagolástechnika • Teás- kávés zacskók zárása, konzervek zárása
Előnyök és hátrányok • Sok vegyes kötéshez jó • Nincs hőhatásövezet • Jó mechanikai tulajdonságok • Nagyon vékony elemek • Az alkatrészek alig deformálódnak • Nem kell tisztítás • Kis teljesítmény kell
• Legfeljebb néhány mm vastagságig • Magnetostrikciós átalakítók rossz hatásfokúak (piezo jó!) • Kötések közti távolság fontos • A kötési szilárdság szór (10% elfogadható)
Paraméterek és alkalmazás • Hegesztési idő – 0,1…3 s
• Hegesztési erő – 100…1000 N
• Amplitúdó – 5…35 μm
• Frekvencia – 15…60 kHz
• Teljesítmény – 0,01…10 kW
• Elektronika, elektrotechnika • Élelmiszeripar • Csomagolástechnika • Autóipar • Gépipar
http://www.youtube.com/watch?v=Fvw_ZadxFrQ
ULTRAHANGOS HEGESZTÉS 2:44
http://www.youtube.com/watch?v=d7kd6zIjlfc
ULTRAHANGOS VÁGÁS 1:09
NAGY ENERGIASŰRŰSÉGŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK
Elektronsugaras hegesztés • Elektronsugár olvasztja meg az anyagot (ömlesztő hegesztési eljárás) • A katódból kilépő elektronokat nagyfeszültségű elektromos térrel gyorsítjuk • A munkadarab az anóddal azonos potenciálon van, a bele ütköző elektronok lefékeződnek és energiájukat átadják • A nagy energiasűrűség (108 Wcm-2) okán a fém megolvad és elgőzölög, a varrat mélyül
Felépítés • Elektron sebessége a gyorsító feszültségtől függ –
~600U0,5
kms-1
• Az elektronsugár fókuszálható • Az elektronsugár irányítható F e( v x B )
I U gy
Katód
+ Elektromos tér
Anód
Vákuum
Elektronsugár Mágneses tér
+
Munkadarab
Varrat alak
Alkalmazási példa
Paraméterek és alkalmazás • Katódáram – 5…500 mA
• Gyorsító feszültség – 30…150 kV
• Hegesztési sebesség – 100…4800 mm/min
• Sugárteljesítmény – 1…60 kW
• Kamranyomás – 10-4 bar
• Minden anyag hegeszthető (kerámia is) • Vákuumban a fémek tisztulnak • Kedvező varratalak • Bennszülött darabok is • Nincs elhúzódás • A kamra mérete korlát • Hadiipar…
http://www.youtube.com/watch?v=HvYcEEt4K0A
ELEKTRONSUGARAS HEGESZTÉS 1:57
Lézerhegesztés és vágás • A szó jelentése: fényerősítés gerjesztett sugárzással – Light Amplification by Stimulated Emission of Rediation
• A lézersugár koherens és monokromatikus fénysugár • A lézersugár jól fókuszálható • A legnagyobb energiasűrűségű energiaforrás • Hegesztés, vágás, felületi edzés stb.
Lézerhegesztés
Akár 20 mm mély beolvadás is elérhető
Előnyök és korlátok • Mély beolvadás • Lézerfény visszaverődése • Vágás utáni azonnali – Anyagminőség hegesztés – Feketítés • Vegyes kötések is: fém – – Felületi érdesítés félvezető (processzor) – Hullámhossz (kisebb • Vékony darabok átlapolt jobb) és peremkötése • Huzal kereszt- és párhuzamos kötése
Lézerhegesztés az autóiparban
Hibrid lézerhegesztés
Hibrid lézerhegesztés
Lézervágás • Az anyagot elgőzölögtetik és gázzal fúvatják ki
A lézervágás elve
A lézervágás módozatai
Lézervágás alkalmazása • • • •
Az ipar minden területén alkalmazzák Acéloknál akár 20 mm vastagságig használható Nagy pontosság, CNC vezérlés Magyarországon is elterjedt, több, mint 200 vágólézer
http://www.youtube.com/watch?v=JwfHj2YUzhU
LÉZERVÁGÁS 3:02
FORRASZTÁS
Forrasztás • A forrasztás is kötési anyaggal záró kötési technológia • A kötendő alapanyagok nem (!) olvadnak meg, nem hegesztési eljárás • Eljárásai – Lágyforrasztás T<450°C – Kemény forrasztás T>450°C
Forrasztás • Az összeillesztett darabok közti hézagokba folyik be a forraszanyag • Tapadás, felületi diffúzió adja a kötést a forraszanyag kristályosodásakor • A darabok közé hatolás segíti – Kapillaritás (hajszálcsövesség) – Hőmérsékleti gradiens – Gravitáció
Jó kötés alakul ki ha… • A forraszanyag nedvesíti a munkadarabokat – Nedvesítési szög, θ<90°
• A fémfelület tiszta (reve, oxid és zsírmentes) – Hevítéskor keletkező oxid eltávolítására folyósítószert alkalmaznak
• Fontos a kapilláris hatás kihasználása • Fontos a diffúziós folyamatok hatása
Forraszanyagok
Hegesztett és forrasztott kötések
Forrasztások csoportosítása • • • • •
Forrasztás hőmérséklete szerint A kötés alakja szerint A forraszanyag adagolási módja szerint A melegítés módja szerint Leggyakoribbak: – Lángforrasztás, kemenceforrasztás, indukciós forrasztás, mártó forrasztás, infrasugaras forrasztás, forrasztóhegesztés, ívforasztás
Tipikus forrasztási hibák • • • •
1: repedés a forraszban 2: repedés az anyagban 3: határfelületi repedés 4: szemcseközi folyékony fém behatolás • 5: keresztirányú repedés • 6: Nagyméretű zárvány • 7: Porozitás
Forrasztott kötések vizsgálata • Roncsolásos – – – – – –
Nyíróvizsgálat Szakítóvizsgálat Metallográfia Keménységmérés Lefejtő vizsgálat Hajlító vizsgálat
• Roncsolásmentes – – – – – –
Szemrevételezés Penetrációs vizsgálat Ultrahangos vizsgálat Röntgen vizsgálat Tömörségvizsgálat Nyomáspróba
http://www.youtube.com/watch?v=WXLv7MNjGL0
HULLÁMFORRASZTÁS 2:22
OHV
http://www.markmyprofessor.com/t anar/adatlap/3718.html
Dr. Orbulov Imre Norbert – [email protected]
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
