Hegesztés, forrasztás, vágás

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások 1 című tantárgy előadása 2013. április 10.

Hegesztés, forrasztás, vágás Dr. Markovits Tamás (Kiss, Pálfi, Tóth: Szerkezeti anyagok és megmunkálások II. jegyzet alapján) BME Járműgyártás és -javítás tanszék Budapest University of Technology and Economics



Járműgyártás és -javítás Tanszék

Tartalomjegyzék • Hegesztés •

Hegesztés alapfogalmak

•

Hegesztési eljárások

•

Hegeszthetőség

•

Hegesztett kötés vizsgálata

• Forrasztás •

Alapfogalmak

•

Eljárások

• Vágás •

Alapfogalmak

•

Eljárások

2 Budapest University of Technology and Economics




Hegesztés alapfogalmak Fémek hegesztése: • egyesítő eljárás, amelynél az egyesítendő elemek közötti tartós kapcsolatot a fématomokat összetartó belső, kohéziós erők adják • fématomok között fémes kötés jön létre, ha a távolság az adott fémekre jellemző rácsparaméterrel közel egyező

Cél: • a hegesztett kötés létrehozásához a szerkezeti elemek atomjait a hegesztés síkjában rácsparamétereinek megfelelő távolságra kell egymáshoz közelíteni.

Megvalósítás: • megömlesztéssel, koncentrált hőhatással (ömlesztő hegesztés), és/vagy • képlékeny alakítással, erőhatással (sajtoló hegesztés).





Hegesztés alapfogalmak Ömlesztő hegesztésnél: A hőmérséklet eloszlás a mdb-ban: • a hőforrás fajlagos energiatermelésétől, • tárgy hőfizikai jellemzőitől (pl.: fajhő, hővezetési tényező) a hőforrás által a tárgyba bevezetett hőmennyiség hővezetés útján teljes egészében elnyelődik (kvázistacioner állapot)

A hőmérséklet eloszlás változik: • előmelegítéssel, • a hőforrás intenzitásának növelésével, • hegesztés sebességének csökkentésével és • jobb hővezető alapanyag alkalmazásával


4




Hegesztés alapfogalmak Hegfürdő jellemzői: • hegfürdő: a megolvadt és a hegesztés irányában folyamatosan haladó folyékony anyagmennyiség, (hozaganyaggal vagy nélkül)

alakja: leginkább ellipszis alapterületű fordított csonka kúphoz hasonló,

• méretei: • kézi ívhegesztésnél: a=20-30 mm, b=8-12 mm, h=2-3 mm, • önműködő fedettívű hegesztésnél (nagyobb áramerősség): a=80-120 mm, b=20-30 mm, h=15-20 mm),

• hegesztés sebessége: a fürdő előrehaladása, v (m/s, cm/perc) • fürdő létideje: az az idő, amely alatt a fürdő saját hosszának megfelelő utat tesz meg, • kézi ívhegesztésnél 8-30 mp, • fedettívű hegesztésnél 5-12 mp közötti


5




Hegesztés alapfogalmak Cseppátmenet:

• A fürdő a leolvadó elektród vagy huzal és az alapanyag keveréke. •

Pl. kézi ívhegesztésnél az elektródfém 60-70 % ←→ alapanyag 40-30 %.

• Az ív hőmérséklete az áramerősséggel arányosan emelkedik: kb. 5800-6100°K közötti. • az elektróda fém jelentős része cseppek alakjában megy át az alapanyagba • cseppek mérete: néhány századmilliméter és 6 mm közötti • az áramerősség növekedésével a cseppek mérete csökken. • cseppek nagysága kihat az összetételt befolyásoló reakciókra: oxidációra, kéntelenítésre, nitrogén felvételre stb.


6




Hegesztés alapfogalmak Gázok abszorpciója: A gázok bediffundálása a hegfürdőbe: • a hegesztőív hőmérsékleten, két atomos gáz-molekulák (O2 , N2 , H2 stb.) fémcsepp felületén atomokra bomlanak, • reakcióba lépnek a fémmel • a megkötött, oldott nitrid, oxid, hidrid a csepp belsejébe diffundál • állandó a gáz koncentráció → diffúzió az egész cseppben • az egyenletes eloszlást elősegíti a cseppen belül • a nagy hőmérséklet és az • elektrosztatikus mező okozta folyadék mozgás Megállapítható: • hogy a cseppben jelentős gázfelvétel • cseppek nagyságától jelentősen függ


7




Hegesztés alapfogalmak Oxidáció:

Az oxidáció oka • a levegő oxigénje, • hegesztés közben a salakból, a gázokból felszabaduló oxigén Az oxidáció helye: • leggyorsabban magában az ívben játszódik le. • bizonyos oxidálódás a fürdőben, vagy • lehűlés közben is bekövetkezhet; • ebben különös szerepe a salakban jelenlevő olyan oxidoknak van, amelyek a levegő oxigénjével magasabb értékű oxidokat képeznek, ezáltal oxigént adnak át a heganyagnak.


8




Hegesztés alapfogalmak Dezoxiálás: A hegfürdő dezoxidálása: Mn, Si, Ti, Al Mn: • viszonylag nagy mennyiségre van szükség • a mangánoxid a vasoxidot jól oldja (fizikai oldódás) • a hőmérséklet növekedésével a mangán dezoxidáló hatása csökken Si: • erős dezoxidens, kémiailag köti meg a vasoxidot Ti: • különösen erős dezoxidáló. • a visszamaradt vasoxid koncentrációk 1-2 nagyságrenddel kisebbek, mint mangánnal végzett dezoxidálás után. • nitrideket képezve a nitrogént is megköti Al: • az egyik legintenzívebb dezoxidáló és denitráló elem. • hátránya, hogy oxidja nagyon magas olvadáspontú és nehezen távozik a fürdőből a salakba.


9




Hegesztés alapfogalmak Kéntelenítés, foszfortalanítás:

Kéntelenítés • Mn dezoxidáló hatásán túl főleg kéntelenítés céljából használjuk • csak nagyobb mangántartalom esetén lehetséges. • a hőmérséklet növekedésével a Mn-nal való kéntelenítés lehetősége csökken • kéntelenités lehetséges mangánoxid dús salakok alkalmazásával [Fe S] + (MnO) = (MnS) + (FeO)

Foszfortalanítás • nagy kalciumoxid tartalmú salak képződésével lehetséges.


10




Hegesztés alapfogalmak Hegesztési salak:

A hegesztési salak alkotói: • fémes és nemfémes elemek oxidjaiból • sókból (fluoridokból), és • mechanikusan hozzákeveredett fémrészekből állnak Feladata: • különböző szennyezők a fémből a salakba diffundálnak, (gázszennyezés csökkentése) • mechanikusan védi a hegfürdőt • beborítja az íven átvándorló, majd az ív alatt összegyűlő anyagot • a varrat lehűlésekor jó hőszigetelő tulajdonsága következtében lassítja a hűlést. • stabilizálja az ívet


11




Hegesztés alapfogalmak Hegesztett kötés szerkezete:

A hegesztett kötés szövetszerkezete:

Az erősen koncentrált hőforrás → • az alapanyag egyenlőtlen felhevülés és lehűlése • a hegesztett kötés

szövetszerkezete

megváltozik


12




Hegesztés alapfogalmak A hegesztett kötés szövetszerkezete • Varrat: • likvidusznál nagyobb hőmérsékletre hevült része • a hegvarrat széle gyorsan lehűl → oszlopos krisztallitok (gyors hűlés, egyirányú hőelvezetés • a hegvarrat közepén hűlési sebessége kisebb → poligonális szövetszerkezet (hőmérséklet kiegyenlítődés) • alacsonyabb olvadáspontú vegyület, melegrepedések (kén, réz) • 1. Nem teljesen megolvadt övezet • likvidusz és a szolidusz hőmérséklete közé hevült rész, szövetszerkezete durva szemcsés • a GOS vonal fölé hevítve ausztenites szövetszerkezetűvé válnak. • az ausztenit szemcseméretét • maximális hőmérséklet és a • hőntartás ideje határozza meg. • szemcse méret az ausztenites tartományban a hőmérséklettel exponenciálisan nő • másodperces tartományban szemcsedurvulás 1050-1100°C-tól


13




Hegesztés alapfogalmak A hegesztett kötés szövetszerkezete

• 2. túlhevítésí övezet • szövetszerkezete a ferrit-tűs, widmanstatten struktúra, • kisebb szívósság és képlékenység • 3. hőkezelési (normalizálási) övezet • nagyobb szén és ötvöző tartalom, gyors hőelvonás → kritikus lehűlés (edződés, ridegedés) • általánosan: 0,2 % C tartalom alatt általában jól hegeszthetők az acélok • 4. nem teljesen átkristályosodott övezet • Az Ac1-Ac3 hőmérséklet tartomány • előbb a perlit teljesen, a ferrit csupán részben alakul át ausztenitté


14




Hegesztés alapfogalmak A hegesztett kötés szövetszerkezete • 5. újrakristályosodási övezet • 500 °C-tól az Ac1-ig, • szövetszerkezeti és mechanikai tulajdonság változás nem tapasztalható • az övezet durvaszemcsés, ha hegesztés előtt 6-10%-os hidegalakítás • 6. kéktörékenység övezet • 200-500 °C között • szubmikroszkopikus méretű, szemcsehatármenti kiválások, ill. azok ridegítő hatása (törésfelülete kék futtatási színű), hidegrepedés • 0-200 °C hőközbe hevült övezetben sem szövetszerkezeti, sem egyéb tulajdonság változás nem következik be.


15




Hegesztés alapfogalmak Feszültségek és alakváltozások Okok: • egyenlőtlen hevítés és hűlés, • a varratfém zsugorodás és a • hőhatásövezet szövetszerkezeti változásai

Következmények: • maradó belső feszültségek • méret és alakváltozás • repedés

Az alakváltozások és feszültségek is 3 irányúak: •

vastagságirányú zsugorodás (ill. feszültség)

•

keresztirányú zsugorodás (ill. feszültség) - Szögzsugorodás

•

hosszirányú zsugorodás, ill. feszültség, - Hosszirányú feszültség - Keresztirányú feszültség 16

Budapest University of Technology and Economics

16




Hegesztés alapfogalmak Feszültségek és alakváltozások: Vastagságirányú zsugorodás, ill. feszültség: • A varrat hűlése közben a méretét csökkenteni igyekszik, de a hidegebb lemezanyag ellenáll. A varrat a lemezt vastagságirányában összenyomni akarja, a varratot húzó igénybevétel terheli • 25 mm-nél vékonyabb anyagvastagság feszültségek elhanyagolhatók. • 30 mm-nél nagyobb anyagvastagság előmelegítést kell alkalmazni,

Keresztirányú zsugorodás, ill. keresztirányú feszültség: • mértéke függ a lemez vastagságától, a hegesztési eljárástól, az elektród típusától, stb • szögzsugorodás a keresztirányú zsugorodások egyik formája

A szögzsugorodás csökkentése: • ellentétes hajlásszög • mindkét oldalról hegesztés • minél kevesebb rétegben (egy rétegben) • hegesztés után végzett feszültségcsökkentő hőkezelés • merev befogással (a zsugorodás maradó alakváltozást és nagy feszültségeket okoz) 17 Budapest University of Technology and Economics

17




Hegesztés alapfogalmak Feszültségek és alakváltozások: Hosszirányú zsugorodás, ill. feszültségek • Hosszirányú feszültség • csökkentésének egyetlen módszere a feszültségcsökkentő hőkezelés

• Keresztirányú feszültség Csökkentésének módjai: • minél kevesebb hőt bevinni a hegesztendőanyagba • nagy hegesztési sebességre és hő koncentrációra kell törekedni (a gyors hegesztés alig hoz létre elhúzódást) • a varratokat a lehető legkevesebb rétegben kell elkészíteni

a lemez közepén mindkét feszültségből húzó igénybevétel! 18 Budapest University of Technology and Economics

18




Hegesztés alapfogalmak Jellegzetes kötés típusok:

tompa (a), átlapolt (b) és hevederes (c)

külső (a, c), belső (b) és küső-belső (d)


19




Hegesztési eljárások Hegesztési eljárások csoportosítása:


20




Hegesztési eljárások Gázláng hegesztés: • Hőforrás: éghető gáz (acetilén (C2H2), hidrogén, földgáz) és oxigén exoterm reakciója • palackok nyomása reduktorokkal csökkenthető, beállítható • keveredés a hegesztőpisztolyban (keverőszár, égő) • láng hőmérséklete 1000-3200 °C • oxidáló (sárgarezek) • semleges (normál acélok) • acetilén dús (nagy C tart. kiégett C pótlására)

• láng erőssége • időegység alatt elégetett acetilén mennyiségével arányos • beolvadás mértékét befolyásolja

• kevésbé koncentrált hőforrás, mint a villamos ív • nagyobb hőhatás övezet • nagyobb vetemedés • lassabb lehűlés • kétkezes eljárás (hegesztő anyaggal) 21 Budapest University of Technology and Economics

21




Hegesztési eljárások Gázláng hegesztés:


22




Hegesztési eljárások Ívhegesztés folyamatai: • Hőforrás: villamos ív • Ívkeltés: • rövidzár (elektróda és tárgy között) • érintkezési felületen nagy ellenállás • átfolyó áram hőt fejleszt Q=f(R, I2) • elektródot eltávolítása néhány mm-re • hőionizáció (kilépnek a felületből) • feszültség hatására felgyorsulnak • ütközési ionizáció (közte lévő gázt ionizálják) • ionizált gáz vezeti az áramot • feszültségesés 3 részre bontható, katód (Uk), ívoszlop (Uo), anód (Ua) • a katódból kilépő elektronok felgyorsulva az anódba (mdb) ütköznek, • az ionok a katód felé haladva becsapódnak • mozgási energia hőenergiává alakul • az ívet hőionizáció hozza létre és ütközési ionizáció tartja fenn 23 Budapest University of Technology and Economics

23




Hegesztési eljárások Ívhegesztés folyamatai: • katód (elektróda) elektron emisszióját az ionok ütközési energiája tartja fenn • az anódot pedig a kisebb tömegű, de gyorsabb elektronok ütközési energiája hevíti fel • a munkadarabban mélyebb megömlesztés (egyenes polaritás) • fordított polaritásnál stabilabb az ív • az ív hőeloszlása (pl.): 15 % elektródahuzal, 15 % bevonat, 10 % alapanyag megömlesztés, 20 % környezet, 40 % tárgy • ívstabilitás (statikus, dinamikus jelleggörbe) • I: nem stabil az ív (javul az ív vezetőképessége) • II: stabil ív: (A/m2 állandó) • III: nagyobb áramerősségnél (katódfolt nem tud növekedni) 24 Budapest University of Technology and Economics

24




Hegesztési eljárások Ívhegesztés folyamatai: • Anyagátmenet • elektródról az alapanyag felé irányul • cseppek formájában • Hatások: • nehézségi erő (segíti vagy ellene hat) • felületi feszültség (legkisebb felületi energia, gömb alakú cseppek, varratdudor kialakulása) • Pinch effekus (mágneses erőhatás, amely csökkenteni igyekszik a huzal keresztmetszetét) • gáznyomás: (forrás, térfogat növekedés, cseppek leválása) • ívelhajlás (az ív áram a mdb-ban mágneses teret hoz létre, amely nem koncentrikus) 25 Budapest University of Technology and Economics

25




Hegesztési eljárások Bevont elektródás ívhegesztés (BKI):

• Elektródák bevonatai:

• Elektródák

• bázikus

• fém huzal és bevonat (350 mm)

• rutilos

• bevonat feladatai:

• cellulóz

• ívstabilitás növelése

• savas

• védőatmoszféra létesítése (alkotók elbomlása)

• vegyes

• hegvarrat dezoxidálása, denitridálása, kén és foszfor csökkentése, ötvözés • hűlési sebesség csökkentése (salak képződés)

Elektródák különböző fémekhez: • acélokhoz (ötvözetlen, gyengén-, erősen ötvözött) • öntöttvasakhoz • alumíniumhoz


26




Hegesztési eljárások Bevont elektródás ívhegesztés (BKI): • Előnyei (lánghegesztéshez képest) • az ív nagyobb hőkoncentrációja, lokális hevítés, kisebb zsugorodás, vetemedés • kötés jobb mechanikai tulajdonságai • egyszerűbb használat

• Hátrányai (lánghegesztéshez képest) • vastagabb anyagok hegeszthetők • szakképzettség szükséges • teljesítménye korlátozott (bevonat lepattogzása) • szakaszos folyamat (elektródacsere), újrakezdések hibaforrást jelenetnek


27




Hegesztési eljárások Argon védőgázas wolfram elektródás ívhegesztés (AWI):

Berendezés:

• ív a mdb és a wolfram elektróda között

• áramforrás

• Argon hatása:

• védőgázas egység

• nem kell bevonat

• hegesztő pisztoly

• semleges gáz, nincs reakció • oxigén elleni védelem • utókezelésre nincs szükség • könnyen gyújtható ív

AWI alkalmazása:

• stabil ív

• Al, Mg, Ni, Cu, Ti és egyéb színesfémeknél

• ívoszlop kis hővesztesége (kis hővezetés) • koncentráltabb hőhatás

• korrózióálló acélok

• jó varrat szilárdsági jellemzők

• ritkán szénacélok és gyengén ötvözött acéloknál (drága)

• legtöbb fémnél használható • (hozaganyaggal vagy) anélkül 28 Budapest University of Technology and Economics

28




Hegesztési eljárások Argon védőgázas wolfram elektródás ívhegesztés (AWI): Hőeloszlás az ívben • hő 70 %-a az elektronok becsapódási helyén (kis tömeg, nagy sebesség) → mély beolvadás • hő 30 %-a az ionok becsapódásánál (nagy tömeg, kis sebesség) → oxidfeltörő képesség Áramviszonyok • egyenáram • egyenes polaritás (mdb +) • fordított polaritás (mdb -) • váltóáram (oxidfeltörés, de ívgyújtás nehezebb)


29




Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): • ív a mdb és a fogyó elektróda huzal között • bevonat nélküli, tekercselt elektród huzal (hegesztőanyag is) • gázvédelemről gondoskodni kell (Argon) • áramsűrűség növelhető a közeli áram bevezetés miatt (5-10x bevont elektródás)

• nagyobb beolvadás és termelékenység • más áramforrások szükségesek • nagyobb teljesítmény • folyamatos üzem • vízszintes vagy emelkedő ív jelleggörbe szakasz 30 Budapest University of Technology and Economics

30




Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI):

Huzalelőtoló: • huzal folyamatos, egyenletes előtolása

Hegesztő berendezés:

• beállítható mérethez és sebességhez

• áramforrás

• Részei:

• hegesztő pisztoly

• huzaldob (huzallal)

• gázellátás

• huzalelőtoló motor

• huzalelőtoló egység • vezérlő egység

• hajtómű

• (hűtőrendszer)

• előtoló és szorító görgők

Szabályozási lehetőségek: • leolvadás és huzal előtolás összehangolása • belső szabályozással (kis ívtávolság változás nagy áramerősség változást okoz) • külső szabályozással (kis ívtávolság változás nagy feszültség változást okoz)


31




Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): Külső szabályozás

Belső szabályozás


32





(impulzus hegesztés)

Cseppátmenet formája: (áramsűrűségtől függően) • zárlatos • zárlatos-permetes • permetes • (impulzus)

Zárlatos cseppátmenet

Permetes cseppátmenet 33

Budapest University of Technology and Economics

33





Argon helyet:

AFI alkalmazása:

• CO2 védőgáz

• a legtöbb fém és ötvözet hegesztésére alkalmas

• Kevert védőgáz (Ar+He, Ar+oxidáló gáz)

• Argon miatt drága eljárás • nehezen hegeszthető könnyű és színesfémek, erősen ötvözött ferrites, ausztenites acéloknál Keverék védőgázok: • Ar + 25 % CO2 (ötvözetlen acélok) • Ar + 0,2 % N2 (Mangánmentes Al) • Ar + 6 % H2 (Nikkel és ötvözetei) • Ar + O2 • oxigén könnyen ionizálható • permetszerű cseppátmenet • Háromkomponensű keverék • Ar+15 % CO2 + 5 % O2

CO2 védőgáz • (disszociál) (CO+O) • jó ívstabiltás • 2-szeres beolvadási mélység (AFI-hoz képest) • ötvöző kiégés • oxidáció • fém fröcskölés (ötvözetlen vagy gyengén ötvözött acélok) • porbeles huzalok 34 Budapest University of Technology and Economics

34




Hegesztési eljárások Fedettívű hegesztés: • ív a leolvadó huzal és a mdb között • nincs védőgáz • varratvédelem: fedőpor adagolással • vízszintesen alkalmazható, egyenes vonalon • egyen- vagy váltóárammal végezhető • automatizált ömlesztő hegesztés • termelékenysége 10-20-szorosa a bevont elektródás elj.-nak • nagyobb áramerősség • jobb hőkihasználás • hosszú, vastag lemezek hegeszthetők vele leélezés nélkül is • szép varrat felület (lassabb hűlés) • hegesztés folyamata nem megfigyelhető


35




Hegesztési eljárások Villamos ellenállás hegesztés: • áramkörbe iktatott mdb-ok • érintkezési felületeken villamos ellenállás • hőképződés (Joule-hő) • nyomóerő • nincs hozaganyag

Eljárások: • ponthegesztés • dudorhegesztés • vonalhegesztés • tompa hegesztés

Tr – Transzformátor F – Nyomóerő Ra-átmeneti ellenállás Re-érintkezési ellenállás


36




Hegesztési eljárások Ponthegesztés: • mdb-ok átlapolt kötésben • nyomóerő lokális szorítás • rövid áramlökés • villamos ellenállás a lemezek között nagyobb • lemezek érintkezése között megolvadt lencse alakú anyagrész • Joule hő Q=0,24· I2· R · t • megszilárdulás után közös varrat

Munkarendek: • kemény munkarend • rövid idő alatt nagy hőmennyiség • jó hővezetésű fémeknél • lágy munkarend • áram kis értékű • hegesztési idő hosszabb • felhevült térfogat nagyobb • edződésre hajlamos daraboknál Elektródák: • nyomóerő biztosítása • áramkoncentráció


37




Hegesztési eljárások Ponthegesztés:


38




Hegesztési eljárások Dudorhegesztés: • ponthegesztéshez hasonló • a nyomóerőt az elektróda biztosítja • az áramkoncentrációt a mdb kialakítása (dudor) • hőfejlődés a legnagyobb ellenállásnál (dudor és mdb között) • alkalmazása • csavarok, csavaranyák lemezre hegesztése • huzalok keresztirányú kötése


39




Hegesztési eljárások Vonalhegesztés: • ponthegesztés egyik változata • pontok összefüggő vonalat alkotnak • az elektródok: görgők, tárcsák, hengerek • általában impulzus üzemben hegesztenek • előzőleg lerakott varrat „sönt hatása” • görgők anyaga az elektródákkal azonos

Alkalmazása: • vékony lemezek: radiátor, üzemanyag tartály


40




Hegesztési eljárások Tompahegesztés: • zömítő (sajtoló) • leolvasztó (ömlesztve sajtoló) Zömítő: • hozaganyag nélkül • nyomás alatt a mdb-on átfolyó áram Joule hője hevíti fel • érintkeztetés, hevítés, sajtolás • keresztmetszet megnő Leolvasztó: • kis erejű szorítás, árammal hevítés (olvadáspont fölé), nagy erejű szorítás, lehűlés • lehet folyamatos, szakaszos


41




Hegesztési eljárások Különleges eljárások:

Termit hegesztés

Ultrahangos hegesztés

•Termit hegesztés • (vas oxid + Al reakciója)

• Hideg sajtoló hegesztés • Frikciós (dörzs) hegesztés • Ultrahangos • Indukcós • Salakhegesztés • Plazamasugaras • Elektronsugaras • Lézersugaras

Plazmasugaras hegesztés 42 Budapest University of Technology and Economics

Elektronsugaras hegesztés 42




Hegesztési eljárások Salakhegesztés: • leolvadáshoz szükséges hő: árammal hevített folyékony salak Joule hője adja • Q=0,24 ·U · I · t (J) • illesztési rés 15-30 mm • mdb-ok közé elektróda lóg be • 20-25 mm magas folyékony salakréteg • oldalirányú kifolyástól vízzel hűtött, réz csúszó pofák védik a folyadék fázisokat • ötvözés az elektródahuzalon keresztül (kis mennyiségű por miatt) • lassú dermedés miatt porozitás, zárvány mentes varrat (1-2 nagyságrenddel lassabb, mint ívhegesztésnél) • hegesztőpor: • villamosan vezető olvadt állapotban • magas forráspont, minimális gázképződés • függőleges irányú alkalmazhatóság • hajóépítésben, tartályoknál 43 Budapest University of Technology and Economics

43




Hegesztési eljárások Lézersugaras hegesztés:


44




Hegeszthetőség Alapfogalmak: adott anyag hegeszthetősége: bizonyos fokú alkalmassága

Követelmények: • hegesztett kötés tulajdonságai

• adott alkalmazásra,

• anyag szerkezete

• hegesztő eljárással,

• repedésmentesség

• hegesztő anyagokkal,

• zárványmentesség

• hegesztési munkarenddel

• szilárdság • alakíthatóság

a követelmények kielégítésére

• szívósság

• egész szerkezetre való hatása • rideg töréssel szembeni biztonság

Adott alapanyag alkalmassága a hegesztésre:

• korrózióállóság

• gyártási eljárás és módszertől • vegyi összetételtől • hő és mechanikai kezeléstől függ.


45




Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Acél: Vegyi összetétel a döntő (0,2 % C felett edződés) Ötvözetlen acélnál C< 0,2 % (S235JR) • jól hegeszthetők • 20 mm vastagság felett elridegednek, • 100-300 °C-os előmelegítés, • 650-680 °C-os feszültségmenetesítés

Gyengén ötvözött finomszemcsés acélok (S355N) • C< 0,2 %, nitrid- és karbidképző ötvözők, mikroötvözés szén egyenérték, CE (IIW): CE > 0,45 % előmelegítés szükséges (100…350 °C)


46




Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Acél: Hidegszívós acélok (alacsony hőmérséklet, ridegtörési szívósság, 15NiMn6) • Ni ötvözés • hozaganyag: Ni tartalmú, Ni bázisú • előmelegítés: 100 °C

Melegszilárd acélok (kúszásállóság, 13CrMo4-5) • Mo, Cr ötvözés • hozaganyag: alapanyaggal azonos összetétel • előmelegítés (200…350 °C) • utólagos hőkezelés (650…750 °C, 1..5 óra)

Szövetszerkezettől függően (F+P, B+F, M, A)

Erősen ötvözött acélok (korrózióálló és hőálló acélok, X5CrNi18-10): • Cr, CrNi, CrNiMo ötvözés

• hozaganyag: kialakuló szövetszerkezet alapján (króm- és nikkel egyenérték) • előmelegítés (150…300 °C)

Szövetszerkezettől függően

• utólagos hőkezelés (700…900 °C, 0,5..2 óra)

(F, M, A, F+A)

• melegrepedés érzékenység 47 Budapest University of Technology and Economics

47




Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Öntöttvas • rideg, csekély nyúlás (cementit tovább rontja) • szürkevasak hegeszthetők megfelelően • gyors megolvadás • könnyebb szétfolyás → gyökmegtámasztás, vízszintes helyzet • előmelegítés a cementit elkerülése érdekében • eljárások: • meleg hegesztés (580-650 °C), szürkevas hozaganyag (plusz C és Si), lassú lehűtés • félmeleg hegesztés (200-350 °C), szürkevas hozaganyag, kevésbé homogén a szerkezete • hideg hegesztés (nincs előmelegítés) ledeburit és martenzit is kialakul, nikkel elektróda szükséges


48




Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Alumínium • nincs elszíneződés, • kis olvadási hőmérséklet tartomány, • dermedéskor 5-7 % térfogatváltozás, • nagy hőkapacitás és hővezetés • nagy affinitás az oxigénhez (2050 °C-on olvadó oxidréteg) • Al2O3 fajsúlya nagyobb mint a tiszta fémé (zárványok) • porózus oxidréteg (gáz és nedvesség elnyelés → zárványok) • nemesített Al ötvözetek hegesztéskor kilágyulnak • kis melegszilárdság, nagy zsugorodás → melegrepedés Hegeszthetőségi sorrend: színalumínium → AlMn → AlMgMn → AlMg → AlMgSi → AlCuMg → AlCuNi Eljárások: AWI, AFI (oxideltávolítás a legkedvezőbb) gázláng és bevont elektródás kézi ívhegesztés 49 Budapest University of Technology and Economics

49




Hegesztett kötések vizsgálata Vizsgálatok: • Mechanikai • szakítóvizsgálat • hajlítóvizsgálat • ütőmunka vizsgálat • keménység vizsgálat • fárasztóvizsgálat • törésmechnaikai vizsgálat • Metallográfiai • Roncsolásmentes


50




Hegesztett kötések vizsgálata Vizsgálatok: Metallográfiai • makroszkópos (varrat méret, alak) • mikroszkópos (szövetszerkezet, hibák)

Roncsolásmentes • szemrevételezés • folyadékpenetrációs vizsgálat • mágneses repedésvizsgálat • röntgen vizsgálat • izotópos vizsgálat • ultrahang vizsgálat


51




Forrasztás


52




Forrasztás Forrasztás: • termikus eljárás, • alkatrészek összekötésére és rétegzésére • a forraszanyag megolvasztásával vagy a határfelületnél bekövetkező diffúzióval egy • folyékony fázis jön létre. • a forrasztási hőmérséklet az alapanyag szolidusz hőmérsékletét nem éri el • kohéziós kötés! Forraszanyag: • olvadáspontja (TF) kisebb min az alapanyagoké (TA, TB) Folyasztószer: • a felületi feszültség csökkentésével javítja az ömledék terülését (nedvesítés) • oxidfeltörés 53 Budapest University of Technology and Economics

53




Forrasztás Típusai (hőmérséklet alapján): • lágy forrasztás (450 °C alatt) • kemény forrasztás (450 °C felett)

technológiák: • láng • kemencés • indukciós • ellenállás • bemártó • borító • lézersugaras


54




Forrasztás Lézersugaras forrasztás: Lézeres acél hegesztés: • hegesztés: 3 időegység • utómunkálás: 8 időegység

Lézeres acél forrasztás

Lézeres forrasztás az AUDI TTnél (AUDI) 55 Budapest University of Technology and Economics

55




Vágás


56




Vágás Eljárások:

Lángvágás

• lángvágás • plazavágás • vízsugaras vágás • lézersugaras vágás

• gázláng segítségével felhevítjük darabot (felületen, fizikai folyamat)

Plazmavágás

• oxigén segítségével elégetjük (kémiai folyamat) • a keletkezett égésterméket az oxigénsugárral a vágási hézagból kifúvatjuk (fizikai folyamat; 2,5-3 bar)

• plazmaívvel (külső ívű) vagy plazmasugárral (belső ívű) végzett darabolás • nincs exoterm folyamat • fémet a plazma megolvasztja és a gáz kifújja a megolvadt fémet

vágófejen plusz vágógáz hozzávezetés van


57




Vágás Vízsugaras vágás

Lézersugaras vágás

• nagynyomású vízsugár (4000 bar)

• lézersugár elnyelődve az alapanyagban felhevíti, megolvasztja, elgőzölögteti azt

• mechanikus erőhatása • csak víz vagy abrazív porral segítve

• vágógázzal kifújják a felesleges anyagot a vágási résből • vágási eljárások • inert gázos (N2), • oxidációs (O2), • szublimációs.


58




Vágás Eljárások összehasonlítása:

10

5

CO2 léze res vág ás

15

Vízsugaras vágás Huzalos szikraforgácsolás

Anyagvastagság [mm]

20

Finom plazma vágás

Lángvágás

Levegős plazma vágás

Vágás sajtolással

0,1

0,5

1,0

Pontosság [mm]


59




Hegesztés, forrasztás, vágás

Recommend Documents