Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Szent István Egyetem
Óbudai Egyetem
Typotex Kiadó
TÁMOP-4.1.2-08/A/KMR-0029
Példatár Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat Duplex korrózióálló acélok aktiválóporos, volfrámelektródás hegesztése
Szerző: Dobránszky János,
[email protected] A példát kidolgozta: Nagy Hinst Adrián, gépészmérnök‐hallgató (2010)
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
1
A diplomamunka‐feladat megfogalmazása
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
2
A diplomamunka‐feladat megfogalmazása A feladat részletezése: 1. Készítsen szakirodalmi összefoglalót a duplex acélok hegesztéséről! 2. Elemezze az ATIG-hegesztésnél alkalmazandó aktiválópor adagolásának lehetőségeit, és dolgozzon ki új poradagolási módszert! 3. Készítsen kísérleti tervet: az aktiválópor anyaga és felviteli módja, valamint a fázisarány közötti kapcsolat elemzése céljával! 4. Hajtsa végre a kísérleteket és a hegesztett kötések vizsgálatát! 5. Értékelje a hegesztési paraméterek hatását a hegesztett kötések mikroszerkezeti és mechanikai tulajdonságaira! Dátum és aláírások Æ a tanszékvezető részéről A szakdolgozat feladatot jóváhagyom Æ a dékán részéről A szakdolgozat feladatot átvettem Æ a szigorló hallgató részéről
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
3
Nyilatkozat Alulírott ………….. a ……………………. Egyetem hallgatója kijelentem, hogy ezt a diplomamunkát meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem és a diplomamunkámban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, a forrás megjelölésével egyértelműen megjelöltem. ……………………………. aláírás
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
4
Bevezetés, előzmények, célkitűzés A diplomamunka célja a közel öt éves kutatás és berendezésfejlesztés folytatása volt. A diplomamunka keretében kifejlesztettem egy olyan folyadékszóró berendezést, mely beépített leülepedés gátló egységet is tartalmaz, ezzel remélhetőleg megoldva az eddig használt szilíciumdioxid-alkohol szuszpenzió nagy hátrányát. A célom elérésére elkészítettem egy folyadék-szóró berendezés terveit, valamint az általam összeállított kísérleti terv alapján hegesztési kísérleteket végeztem. A minták vizsgálatával igyekeztem meghatározni az aktiválópor hatását duplex acélok esetén. ennek a diplomamunka elején is hangsúlyosan meg kell jelennie, és az értékelésnek ebből a szempontból kellene minősíteni a bemutatott berendezésfejlesztéseket, maratási eljárást, kísérleti eredményeket és javaslatokat a további teendőkre
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
5
Szakirodalom‐kutatás: a duplex acélok A duplex acélok csoportosítása és története
1. táblázat: 22%- és 25% Cr-tartalmú Duplex korrózióálló acélok kémiai összetétele és lyukkorróziós ellenállás egyenértéke Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
6
Szakirodalom‐kutatás: a duplex acélok A duplex acélok felhasználási területe
1. ábra: Egy tartály megépítéséhez szükséges anyagmegtakarítás duplex acél használata esetén (forrás: Outokumpu) Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
7
Szakirodalom‐kutatás: a duplex acélok A duplex acélok hegeszthetősége
2. ábra: A vas-nikkel-króm állapotábra 70% Fe esetére vonatkozó metszete Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
8
Szakirodalom‐kutatás: a duplex acélok hegesztése MIG/MAG hegesztés TIG hegesztés
Fedett ívű hegesztés (SAW) Porbeles fogyóelektródás hegesztés (FCAW) Bevont elektródás kézi ívhegesztés (MMA)
3. ábra: Ajánlott paraméterek a különböző hegesztési eljárásokhoz Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
9
Szakirodalom‐kutatás: a duplex acélok hegesztése Lézersugaras, lézer-hibrid és plazmaívhegesztés
4. ábra: Ajánlott védőgáz-összetétel az egyes hegesztési eljárásokhoz Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
10
Szakirodalom‐kutatás: az ATIG‐hegesztés Az ATIG-hegesztés története, elméleti háttere
5. ábra: A varrat alakja különböző aktiválóporok használata esetén
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
11
Szakirodalom‐kutatás: az ATIG‐hegesztés Az ATIG-hegesztés története, elméleti háttere
6. ábra: Az ívharang alakja különböző aktiválóporok használata esetén Az ipar fejlődésével újabb és újabb hegesztési eljárások jelentek meg: pl. a MIG/MAG hegesztés, mely a TIG-hegesztésnél lényegesen termelékenyebb eljárás. A termelékenységi mutatók javítására, valamint a nagyobb vastagságú lemezek hegesztésének igénye miatt számos javaslat és eljárásváltozat született a beolvadási mélység növelésére, melyek egyik csoportja az ívenergia jobb hasznosulását (a beolvadási mélység javítását) célozta meg. E csoportba tartozik az ATIG-hegesztés, mely a vizsgálatom tárgyát képezi.
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
12
Szakirodalom‐kutatás: az ATIG‐hegesztés Az ATIG-hegesztés története, elméleti háttere
7. ábra: Megegyező hegesztési paraméterekkel készült TIG (balra) és ATIG (jobbra) hegesztési varrat 8 mm vastag ausztenites korrózióálló acéllemezen
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
13
Az aktiválópor adagolása az ATIG‐hegesztésnél Az aktiválópor adagolási lehetőségei
8. ábra: Portípusok: jól látható a nedvesség hatására rögökbe tapadt Aerosil por
9. ábra: Az aktiválópor rétegvastagság eltérései Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
14
A poradagolás fejlesztése Saját fejlesztésű folyadékszóró berendezés
10. ábra: A szórópisztoly grafikus képei
11. ábra: A szórópisztoly alsó szerkezete
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
15
A poradagolás fejlesztése Saját fejlesztésű folyadékszóró berendezés 1. Gyártástechnológia 2. Szerelési terv 3. Üzembe helyezés
2. táblázat: Darabjegyzék a szórópisztolyhoz Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
16
Kísérleti terv LDX2101 acél ATIG‐hegesztésére
A)
B)
12. ábra: Megfelelően illesztett (A) és nem párhuzamos élő, hibásan illesztett lemezek (B)
13. ábra: A nem párhuzamos élek esetén tapasztalható elégtelen anyagmennyiség
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
17
Hegesztési kísérletek A hegesztési minták előkészítése a hegesztési terv alapján
15. ábra: Az 1,5 és a 3 mm-es LDX 2101 lemezek aktiválóporral bevonva Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
18
Hegesztési kísérletek Hegesztési kísérletek
16. ábra: A munkaasztal a felszerelt hűtőventillátorral Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
19
Hegesztési kísérletek Az elkészült varratok
17. ábra: Az elkészült varratok közül néhány: 1,5 - 3 ,0 - 5,0 mm-es lemezek Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
20
A hegesztett kötések vizsgálata Darabolás, beágyazás
19. ábra: A beágyazott minták 18. ábra: Darabolási terv Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
21
A hegesztett kötések vizsgálata Színes maratás
20. ábra: Az A6 minta varratának mikroszkópi képe a színes marás után Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
22
A hegesztett kötések vizsgálata A mérések eredményei
21. ábra: A B4 minta ATIG varratnának mikroszkópi felvétele és a szoftver által elemzett területaránya
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
23
A hegesztett kötések vizsgálata A mérések eredményei
22. ábra: Varratterület és -szélesség / -mélység meghatározása jMicroVisionnel
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
24
A hegesztett kötések vizsgálata A mérések eredményei: beolvadási mélységek
A beolvadási mélységek mérésére készített makrocsiszolatok Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
25
A vizsgálati eredmények A varratgeometriai adatok a 3 mm-es lemezekre
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
26
A vizsgálati eredmények A 3 mm-es lemezek varratmélységének alakulása
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
27
A vizsgálati eredmények A varratgeometriai adatok az 5 mm-es lemezekre
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
28
A vizsgálati eredmények Az 5 mm-es lemezek varratgeometria jellemzői
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
29
Összefoglaló értékelés A több éves kutatásom során többször is bizonyítást nyert az aktiválópor használatának előnye, számtalanszor bebizonyosodott, hogy segítségével a TIG-eljárás sokkal termelékenyebbé tehető. A duplex minták eredményeinek vizsgálatakor is minden esetben megfigyelhető az aktiválópor varrat geometriára gyakorolt hatása, mely a beolvadási mélység növekedésében és a varrat keskenyebbé válásában jelentkezik. Mint már említettem, ATIG-hegesztés esetén minden esetben nőtt az ív feszültség, ezzel arányosan a hőbevitel. A varratok keresztmetszeteinek területét összevetve, ez a megnövekedett hőbevitel a keresztmetszet növekedésben is megjelenik.
Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
30
Szakirodalmi hivatkozások Könyv [22] Szunyogh L (szerk.): Hegesztés és rokon technológiák kézikönyv. Gépipari Tudományos Egyesület, Budapest, 2007 Folyóiratcikk [23] Komócsin M: A duplex szerkezetű korrózióálló acélok és hegesztésük. Hegesztéstechnika, 4 (1993) 41-46. [28] Sire S, Marya S: On the selective silica application to improve welding performance of the tungsten arc process for a plain carbon steel and for aluminium. Comptes Rendus Mecanique, 330 (2002:2) 83-89. Konferenciacikk [19] Dobranszky J, Sandor T, Nagy Hinst A et al.: Weld Pool Characteristics of the ATIG-Welded Joints. In: Duplex 2007: Proceedings of the International Conference and Expo, Grado, 18-20 June 2007, AIM, Milano, 1-10. Internetes szakmai közlemény [6] Aslam S: Duplex Stainless Steel and The World Market. http://www.sellafieldsites.com/UserFiles/File/suppliers/3m3/Duplex_Stainles s_Steel_and_The_World_Market.pdf; 2010. május 10. Példatár – Anyagtechnológia – Diplomamunka‐feladat – TÁMOP‐4.1.2‐08/A/KMR‐0029
31
