Volfrámelektródás ívhegesztő OKJ

Volfrámelektródás ívhegesztő OKJ 31 521 11 0100 31 06 0245-06 Volfrámelektródás semleges védőgázas ívhegesztés szakmai ismeretek Tanfolyami anyag Készítette: Révész József 1

Bevezetés A hegesztés a kötéstechnológiák közül a

szokásos felosztásban a nem oldható kötőeljárások közé tartozik. A hegesztés célja két vagy több elem összekötése a lehető legnagyobb kötésszilárdság elérésének céljából. Manapság az acéloknál mintegy 80%-ban alkalmazzák hegesztett szerkezetekhez, míg a ragasztás kevesebb mint 5%. 2

A hegesztés és rokoneljárásai

3

A kötések fogalma, csoportosítása Kötéseknek nevezzük a gépekben, gépszerkezetekben, a különböző alkatrészek egymáshoz viszonyított helyzetének rögzítésére kialakított kötési módokat.  Oldható kötések: A kötés oldásakor , a kötésben résztvevő egyik elem sem sérül (reverzibilis kötés)  Nem oldható kötés: A kötés oldásakor, a kötésben résztvevő egy, vagy több elem is sérül,roncsolással oldható kötés.(irreverzibilis kötés) 4

KÖTÉSI MÓDOK Alakzáró kötések: A kötést az alkatrészek alakjuknál fogva hozzák létre.(pl.:szegecskötés,csavarkötés)  Erőzáró kötések: A kötést az alkatrészek egymáshoz szorításával hozzák létre. (pl.:ékkötés, szilárd illesztésű kötés)  Anyagzáró kötések: Az alkatrészek között kialakuló kapcsolatot a saját, vagy más idegen anyag biztosítja.(pl.:hegesztés, forrasztás, ragasztás) 

5

ANYAGZÁRÓ KÖTÉSEK Hegesztés: Kohéziós kapcsolat, azaz az anyagokra jellemző belső erők, az atomok illetve ionok elrendeződésével, a köztük létesülő vonzó erőhatások (kohézió) révén kialakuló kapcsolatot hoz létre.  Ragasztás: Adhéziós kapcsolat, mely a kötőanyag a ragasztó és az alapanyag között hat. A kötőanyag kikeményedése kémiai reakció révén valósul meg. 

6

A FORRASZTÁS A forrasztás a fémek diffúziós oldhatatlan kötésére használt termikus eljárás, amelynél a fémes kapcsolatot az összekötendő fém alkatrészek anyagától eltérő és az olvadáspontjuknál lényegesen alacsonyabb olvadáspontú megömlesztett hozaganyag (forraszanyag) létesíti anélkül, hogy az összekötendő darabok akár csak részlegesen is megolvadnának.(szilárdfolyékony kötések) 7

Kötési módok áttekintése (1)

8

Kötési módok áttekintése (2)

9

A hegesztés legáltalánosabb definíciója Az American Welding Society- szerint: A hegesztés olyan oldhatatlan kötőeljárás, amelynek során a fémes vagy nemfémes anyagok elemi részeinek egyesítése megfelelő hőmérsékletre való hevítéssel történik, nyomás alkalmazásával, vagy anélkül, vagy csak nyomás alkalmazásával hevítés nélkül, hozaganyag felhasználásával, vagy anélkül. 10

Kulcsszavak 1. A hegesztés oldhatatlan kötést eredményez 2. A hegesztés fémes vagy nemfémes anyagoknál egyaránt létrehozható. 3. A hegesztés az anyagok elemi részei között teremt kapcsolatot. A kapcsolat megfelel annak az elemi részek közötti kapcsolatnak, amely az alapanyag nem hegesztett részein belül létezik. 11

Anyag

Elemi rész

Kötés

Fém (ötvözet)

Atom

Fémes kötés

Polimer

Molekula

Atomos vagy molekula kötés

Kerámia

Vegyület

Ionos vagy kovalens kötés

Kompozit

Előbbi három

Mátrixnak megfelelő kötés 12

4.

A megfelelő hőmérséklet: a hegesztési folyamat maximális hőmérséklete erősen eltérő lehet az egyes anyagoknál, gyakorlatilag az abszolút nulla foktól az olvadáspontig (likviduszhőmérsékletig) terjed. Esetek:

a.) Tmax > Tolv (a maximális hőmérséklet

nagyobb mint az alapanyag olvadási hőmérséklete)

b.) Tmax Tolv alapanyag →Tmax = T0 (T0 a környezeti hőm.) →Tmax < T0

13

5. Nyomás alkalmazása A nyomás az összehegesztendő elemek alakításához szükséges, a felületi szennyeződések eltávolítása, valamint az elemi részek közelítése és a rácselemek közötti megfelelő orientáció érdekében. →Fny > 0 →Fny = 0 Fny a nyomóerő N-ban.

14

6. A

Hozaganyag felhasználása

hozaganyag az összehegesztendő anyagokhoz adott, célszerűen megválasztott harmadik anyagféleség, amely rendszerint az alapanyagokkal azonos csoportba tartozik, de egyes esetekben attól eltérő is lehet. A hozaganyag a hegesztési folyamatban megolvad és az alapanyag olvadékával keveredik. A hozaganyag nélküli hegesztést autogén hegesztésnek nevezik. 15

A hegesztő eljárások csoportosítása Hegesztési főcsoport Ömlesztő

Sajtoló

Hegesztési alcsoport

Külső Helyi hevítés sajtolóerő maximális hőmérséklete Nincs

Olvadáspontot meghaladja

Szilárd fázisú hegesztés

Van

Olvadáspontot nem éri el

Ömlesztve sajtoló hegesztés

Van

Olvadáspontot meghaladja

_

16

1. Csoportosítás a hőmérséklet és nyomóerő alapján I.

II. a.

b.

Olvasztó (ömlesztő) hegesztések, úgynevezett folyadékfázisú hegesztések Tmax > Tolv. alapanyag Fny = 0 Sajtoló hegesztések Fny > 0 Ömlesztve sajtoló folyadékfázisú hegesztések

Tmax > Tolv. alapanyag Szilárd fázisú hegesztések, ömlesztés nélküli sajtoló hegesztések Tmax < Tolv. alapanyag 17

A sajtolóerő és hőmérséklet diagram alapján történő felosztás

18

2.

A hegesztés célja szerint

a. Kötőhegesztés

Alkatrész 1

Varrat

Alkatrész 2

b. Felrakó hegesztés Felrakott réteg

Alkatrész 19

3.

Hőforrások szerint (kb. 130 féle létezik)

a. Kémiai reakció hőenergiája (exoterm kémiai reakció) Pl: lánghegesztés C2H2+O2=2CO2+H2O+hő b. Villamos ív, plazmaív hőenergiája c. Ellenálláson fejlődő hő: E=I2·R·ΔT - szilárd anyag (ellenállás hegesztés) - folyadék fázis (salakhegesztés) d. Mechanikai energia (súrlódás miatti hő) - dörzshegesztés - ultrahang hegesztés (mikrosúrlódás) 20

e. Sugárenergiák - Elektronsugár (csak vákuumban) - Lézersugár - Fénysugár Megjegyzés: A hőáram keresztmetszetre vonatkoztatott fajlagos értéke a hőáramsűrűség [W/mm2]. Elgőzölés Vágás Hegesztés

107 [W/mm2]

Forrasztás 21

A hőforrások csoportosítása

22

4. Csoportosítás a gépesítettség szintje szerint Kézi hegesztés  Gépi (gépesített) hegesztés 

•

•

Emberi felügyelettel Mikroprocesszor felügyelettel (automatikus hegesztés)

23

5. A hegfürdő és környezetének védelme szerint Vákuum védelem  Gázvédelem  Salakvédelem  Kombinált (pl. egyidejű gáz-és salakvédelem)  Mechanikus védelem 

24

Tehát: Mi a hegesztés?  



Két fém között kohéziós kapcsolattal megvalósuló kötéstechnológiai eljárás Rokon kötési műveletek: - Forrasztás - Ragasztás - Termikus szórás (fém, műanyag, kerámia) - Mechanikai kötések Alkalmazás: - Nagy méretű, több részből álló ipari szerkezetek gyártása - Egyéb berendezések, eszközök kiegészítő kötései 25

Példa: bevontelektródás kézi ívhegesztés (BKI-eljárás)

Alapfogalmak: munkadarab, hozaganyag, hegfürdő, varrat védelem

26

Nemleolvadó (W) elektródos ívhegesztő eljárások A villamos íveknek két alapvető típusa létezik: a nem olvadó (másképpen nem fogyó) elektródos, és a leolvadó (fogyó) elektródás. A nem leolvadó elektród leggyakrabban W (volfrám), vagy W-bázisú kompozit.

27

ma ismert legfontosabb W elektródos ívhegesztések a következők:  Hidrogén védőgázas W elektródos hegesztés (HWI)  Hélium védőgázas W elektródos hegesztés (HeWI)  Argon védőgázas W elektródos hegesztés (AWI)  Plazma ívhegesztés (PI) A nemesgázokat (Ar, He, Ar+He) használó volfrámelektródos ívhegesztéseket nemesgázvédelmű volfrámelektródos ívhegesztés (NWI) gyűjtőnévvel foglaljuk össze. Hivatalos angol elnevezésük: Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), alternatív elnevezés a Tungsten Inert Gas (TIG), ill. a Wolfram Inert Gas (WIG) is gyakori. 28 A

A volfrámelektródos, semleges védőgázas ívhegesztés működési elve (MSZ EN ISO4063:2000) 141kódszám A Nemesgázvédelmű Volfrámelektródos Ívhegesztés (NWI) olyan hegesztő eljárás, ahol az egyesítendő fémeket egy nemleolvadó W vagy W bázisú kompozit elektród és az alapanyagok között nemesgázban égő ívvel hevítjük. A hegesztéshez pálca vagy huzal hozaganyagot használnak, de a hegesztés végezhető hozaganyag nélkül is (autogénhegesztés) A W elektród és az alapanyag között létesített ívet, a W elektród forró végét és a hegfürdőt nemesgáz (vagy gázkeverék) védi a levegő káros hatásaitól. Vékony lemezek peremvarrataihoz és I varrataihoz nem használnak hozaganyagot, de relatíve vastagabb lemezekhez, leélezett varratokhoz pálca vagy huzal hozaganyag szükséges, amit azonban nem kötnek be az ívet tápláló áramkörbe. 29

A hozaganyagot az ív hője hevíti olvadáspontjuk fölé, ezért viszonylag nagyméretű folyadékcseppként kerülnek a hegfürdőbe. A nemesgázban fenntartott W ív stabil, jól szabályozható, az eljárásnál alig van fröcskölés és füstképződés.

30

A hegesztés elve

31

Az eljárás előnyei, korlátai        

A W ideális, a ma ismert legjobb elektródanyag csekély fogyással. A nemesgázok (Ar, He) ideális védőgázok, melyek az ív meggyújtását, újragyújtását és stabil égését támogatják. A W ív rugalmas, széles tartományban szabályozható, alkalmas DC, ill. AC áramra. Nincs salakképződés, alig van fröcskölés, kevés utánmunkálást igényel. Nincs füstképződés, a hegesztő az ívet jól látja, egészsége nem forog veszélyben. A varrat minősége kifogástalan, esztétikus, mérhető geometriai és mechanikai jellemzői kiválóak. Az eljárás gyakorlatilag minden ipari fémötvözethez alkalmazható. Minden térbeli helyzethez megfelelő. 32

Hátrányok 

 





Kis áramsűrűség, a He mentes védőgázokban alacsony ívfeszültség, kis hőáram, kis beolvadási mélység, kis hegesztési sebesség. Időegység alatt kevés leolvasztott hozaganyagtömeg. Képzett hegesztőt igényel, kétkezes technika. Berendezése, elektródanyaga, védőgáza drága, a varrat hosszegységre vonatkoztatott fajlagos varratköltsége magas. Kiépített védőgázellátó infrastruktúrát igényel. 33

Az eljárás alkalmazási területei 1.Értékes, hogy leolvadó hozaganyagos eljárásokkal nehezen hegeszthető anyagok is hegeszthetők. - Erősen ötvözött korrózióálló acélok - Al, Ti, Cu, Ni, Zr, és egyéb nemvasfémek hegesztése 2. Nehezen kivitelezhető helyzetek. - vékonylemezek hegesztése - gyökhegesztések - helyszíni csőhegesztés gyöksora - ponthegesztések 3. Igényes felületi bevonatok készítése - keramikus, vagy kompozit pálcák ráolvasztása a fém alaptestre (hőállóság, kopásállóság, korrózióállóság stb.)

34

A villamos ívvel (hegesztőívvel) kapcsolatos alapfogalmak A villamos ív: gázközegben szilárd és (vagy folyékony elektródok) elektródák között tartósan fenntartott ívkisülés. Elektróda: a hegesztés során leolvadó, fogyó anyagot (általában hozaganyag is) jelent. Elektród: a hegesztés során nem olvadó, lassan fogyó anyagot jelent. 35

Az ívkisülés A levegő mint gázközeg nem alkalmas a hegesztőív gázaként, mert alkotói nemkívánatos kölcsönhatásba lépnek a hegfürdővel, ezért hegesztési célra nemesgázokat (Ar, He,) és vagy aktív gázokat ill. gázkeverékeket használnak (CO2, O2, H2) még akkor is, ha a nemkívánatos aktivitásuk semlegesítésére külön intézkedések szükségesek.  Az ívkisülés gázközegben lejátszódó villamos jelenség, amelynek során valamilyen belső vagy külső hatásra az elektródák közötti tér villamosan vezetővé válik, ezzel létrejön a gázközegen keresztüli töltésáramlás feltétele. A töltéshordozók az ionok, amelyek keletkezésüket és megszűnésüket illetően dinamikus egyensúlyban vannak, magát a folyamatot pedig ionizációnak nevezzük. 36

Alapfogalmak, az atom szerkezete

1. héj

H atom

atommag A hidrogén atomszerkezetének vázlata

 az atom felépítése:

atom atommag

proton

elektronok

neutron

37

Az ionizáció

Semleges Cu atom

egyszeres kétszerespozitív pozitívtöltésű töltésűCu Cuion ion

 pozitív ion (kation): elektron hiány

 negatív ion (anion): elektron többlet

38

Hogyan lehet ionizálni?   



Termikus ionizáció Ütközési ionizáció Sugárzás Segédív alkalmazása nagyfrekvenciás ívgyújtó és ívstabilizáló (NF stabilizátor)

39

Az elektronemisszió Csak fémeknél, a szabad elektronok lépnek ki (emittálódnak). Eki = e·Uki [eV] Eki a kilépési energia Uki kiléptetési potenciál különbség + PL: Ar → Eki ≈ 15 eV W 1e → Eki ≈ 2,5 eV nagyon kicsi, jó emitter! 40

Az ív hosszanti szerkezete

41

I. A katódesés övezete Uk≈ 8-12 V lk≈ 0,1 μm (100 nm) Ok: pozitív tértöltés→ az elektronok kilépése gátolt II. Ívoszlop Uo≈ 4-12 V lk≈ 1-20 mm a gyakorlatban 5 mm alatt Nincs tértöltés, a + és – töltések dinamikus egyensúlyban vannak III. Anódesés övezete Ua≈ 6-8 V la≈ 1 μm (1000 nm) Ok: Negatív tértöltés, az elektronok belépése gátolt 42

Az ív feszültsége Az ívfeszültség, az előző három feszültség összege: Uív = Uk+Uo+Ua [V] A képletben az Uk és Ua állandónak vehető, így Uív = Uc+Uo kapjuk a feszültségegyenes egyenletét, amelyből kiderül, hogy az ívhossz feszültsége arányos az ívhosszal.

Uo

U I

lo

43

Az ív statikus jelleggörbéje

104

44

Az ív statikus egyenlete

45

A hegesztőív befolyásolása a)

a), ívhossz változtatása b), átmérő változtatása c), polaritás d), gázösszetétel Az elektród(a) kihegyezése (AWI) növeli az ívfeszültséget! 7.

b)

46

c)

c), Áramnem: DC→ egyenáram AC→váltakozó áram

d)

DCEP→elektróda a (+) póluson DCEN→elektróda a (–) póluson (egyenes polaritás)

d), A W elektród nemesgázvédelme kötelező, mert: W+O2=WO2→Tolv≈1000 C A He ára kb. ötszöröse az Ar-nak Európában, az USA-ban közel azonos. A He aránya azonban növekszik (gázkeverékek), mert ezzel együtt a hegesztési teljesítmény is növekszik. 47

Az AWI berendezés fő részei, feladatuk A teljes körű gépi berendezés funkcionális felosztása :  Áramforrás az AC hegesztéshez szükséges kiegészítőkkel  Pisztoly az összekötő kábelköteggel  Védőgázellátó rendszer  Hűtőrendszer  Vezérlő, szabályozó, programozó és kijelző rendszer  Védőfelszerelés 48

A fő részei: Hálózati csatlakozó Áramforrás és vezérlőberendezés, vízhűtő berendezés (200 A alatt nem szükséges)  Védőgázpalack  Palackszelep  Nyomáscsökkentő a gázmennyiség mérővel  Hegesztőpisztoly  Tömlőköteg -vezérlőkábel -védőgáztömlő -hűtővíztömlő -áramkábel  Testkábel a kábelszorítóval 

49

A berendezés elrendezési vázlata

1. Hálózati csatlakozó, 2. Áramforrás, 3.Tömlőköteg, 4.Áramvisszavezető kábel 5.Csatlakozó saru, 6. Védőgázpalack, 7. Védőgáz tömlő, 8. Pisztoly, 9. Hegesztőpálca/huzal, 10. Alapanyag, 11. Elektród, 12. Villamos ív

50

A berendezések fő feladatai  

  

Áramforrás: a hegesztéshez (ívhez) szükséges áram és feszültség biztosítása (DC, AC áramnemre is). Hegesztőpisztoly:Az ív létrehozásához, fenntartásához, szabályozásához és védelemhez szükséges alkatrészek befoglalása, a villamos, gáz, és hűtővízáramlás biztosítása. Védőgázellátó rendszer: A védőgáz ellátás biztosítása szabályozottan. Hűtőrendszer: A hegesztőpisztoly túlmelegedésének megakadályozása. Vezérlő, szabályozó, programozó és kijelző rendszer: A védőgáz és hűtőfolyadék áramlásának programozott kapcsolása, ívgyújtás, segédív létrehozása, az ív szabályozása, impulzusív létrehozása, hegesztési programok létrehozása (10..12 program) 51

A hegesztő áramforrások Az ívhegesztő áramforrások olyan többfunkciós villamos gépek, amelyek a hegesztési feladattól függően egyenáramú, váltakozó áramú vagy lüktető ívet hoznak létre, és azt folyamatosan fenntartják. Legfontosabb követelmények:  Az ív fenntartásához szükséges rugalmasan alkalmazkodó feszültség (U) és áramerősség (I) biztosítása.  Teremtsen kedvező feltételeket az ív újragyújtására.  Fokozatmentesen és széles tartományban legyen állítható a hegesztőáram.  Terheléskor jó hatásfokú legyen, üresjáráskor a lehető legkevésbé terhelje a hálózatot.  A hegesztőáram időbeni változásának szabályozhatósága (áram fel-és lefutás, folyamatos vagy lüktetőáram beállíthatóság). 52

Ne legyen zajos.  Egyszerű felépítés, könnyű kezelhetőség.  Kevés karbantartást igényeljen, hosszú élettartamú legyen.  Viszonylagosan olcsó legyen, kis méret és tömeg jellemezze. Az ívhegesztő áramforrás jellemzői:  A gép jelleggörbéje (karakterisztikája)  A névleges terhelhetőség (munkaáram)  Rövidzárlati áramerősség, üresjárati feszültség  Bekapcsolási idő 

53

Az áramforrások főbb feladatai: A hálózati feszültséget nem veszélyes üresjárati és munkafeszültségre csökkentse (letranszformálás).  A kis hálózati áramot nagyobb értékre növelje.  Széles tartományú áramszabályozhatóság, lehetőleg fokozatmentesen.  Rövidzárlat elleni biztonság. 

54

Az áramforrás jelleggörbéi (karakterisztikái)

Meredeken eső karakterisztika

Laposan eső karakterisztika 55

Az AWI-hegesztő áramforrások karakterisztikája meredeken eső, mert kézi ívhegesztéskor az ívhosszat nem lehet azonos értéken tartani. Ha növekszik az ívhossz (és ezzel az ívfenntartó feszültség) akkor csökken az áramerősség, és adott esetben az ív ki is aludna. Fordított esetben az áramerősség növekedés az elektród túlhevüléséhez (oxidációjához) vezetne. A lapos karakterisztikát főleg gépi hegesztésekhez használják, mert az ívhossz ott igen pontosan és stabilan tartható, valamint a VFI-eljárásnál, mert a konstans huzalelőtolási sebesség is kismértékű ívhosszváltozást eredményez. Eső jelleggörbéről akkor beszélünk, ha az áram növelésével a feszültség nagyobb mértékben csökken, mint 7 V/ 100 A. 56

A munkapont stabilitás

57

Tegyük fel, hogy L0 ívhosszúsággal hegesztünk. Ehhez U0 ívfeszültség és I0 munkaáram tartozik. Hegeszteni csak az M0 munkapontban lehet, mert itt jön létre metszéspont az áramforrás külső karakterisztikája az L0 ívhosszhoz tartozó U0 ívfeszültséggel. Ha megnövekszik az ívhossz L2-re (ez kézi ívhegesztéskor gyakran előfordul, mert a hegesztő nem tudja pontosan tartani az ívhosszt), ehhez U2 ívfeszültség és I2 munkaáram tartozik, mert a munkapont az M2-be tolódott el. A rendszer akkor tekinthető kielégítőnek, ha a kismértékben megváltozott áramerősség az egyensúlyi állapota-az eredeti érték-felé közelít. A stabilitás feltétele tehát: U ív I ív

U áf I áf

0

Növekvő ívhosszúságra az áramforrás válasza kisebb áramerősség legyen. 58

Névleges terhelhetőség: 

A munkaáram az az áram, amelyet az áramforrás hegesztés közben ad. A névleges terhelhetőség adott bekapcsolási idő alatt azt jelenti, hogy ekkora áramerősséggel terhelve, a berendezés ezt az áramerősséget túlmelegedés, károsodás nélkül elviseli.

59

Rövidzárlati áramerősség (Iz) Rövidzárlati áram akkor jön létre, ha az áramkör ív nélkül, közvetlenül fémesen záródik. Ez akkor fordul elő, amikor az elektród közvetlenül érintkezik az alapanyaggal, vagy a hegfürdővel, ill. a hozaganyagról leváló fémcseppek képeznek fémes hidat az elektród és alapanyag között. Az áramforrás áramszabályozhatósági tartományán belül van legkisebb és legnagyobb rövidzárlati áram. A rövidzárlati áramot a jelleggörbe metszéspontja adja az áramerősség tengellyel, ilyenkor jellemzően a munkafeszültség zérus. 60

Üresjárási feszültség (U0) Az áramforrás nyitott kapcsai között mérhető, amikor az áramkörben nem folyik áram. Ennek értéke egyenáramú áramforrásnál max 113 V lehet (műhelykörülmények között), fokozott áramütési veszély esetén (pl. kazánok hegesztése) max 48 V lehet. Váltakozó áramú forrás esetében max 113 V és effektív 80 V, fokozott áramütési veszély esetén max 68 V és effektív 48 V („S” jelölés az adattáblán). A szabályozhatósági tartományon belül van legnagyobb és legkisebb üresjárási feszültség. 61

Bekapcsolási idő (X, tbi) Az ívhegesztő áramforrások terhelhetőségének jellemzésére vezették be a bekapcsolási idő fogalmát (jele: X, vagy tbi), amely a hegesztési idő és ciklusidő hányadosa %-ban kifejezve. A ciklusidő a tényleges hegesztési idő, és a hegesztéssel szorosan összefüggő szünetidő (pl. elektródcsere, tisztítás stb.) összege, és amelyet a szabvány 10 percben állapít meg. A bekapcsolási idő tehát azt az időtartamot mutatja meg, ameddig az áramforrás a megadott kimenetei teljesítménnyel terhelhető 10 percen belül. A névleges hegesztési üzemmódnál az X=60%, és minden névleges érték (U, I, P) a 60%-os bekapcsolási időre vonatkozik. th Hegesztési idő X 100 % 100 % 10 perces ciklusidő tc ahol tc= hegesztési idő+szünetidő=th+tsz 62

A ciklusidők diagramja

63

A ciklusidő értelmezése Az áramforrások adattábláján a 35%, 60% és 100%-os bekapcsolási időhöz tartozó áramerősségek vannak feltüntetve. Ha pl. az X=140 A van megadva, akkor ez azt jelenti, hogy 10 percen belül 6 percig lehet 140 A-el hegeszteni folyamatosan anékül, hogy az áramforrás túlmelegedne.

64

A villamos adatok szemléltetése

65

Az áramforrások adattáblája, jelölési rendszerek A

szabvány szerint a hegesztőgépeket adattáblával kell ellátni, amelyen a feliratoknak jól olvashatóaknak, egyértelműeknek és tartósaknak kell lenniük. A jelölések számadatokkal ill. egyezményes jelölésű piktogramokkal történik. Egy adattáblán a következő jelöléseket kell ismerni: 66

67

68

69

Az áramforrás adattáblája

70

Hegesztőtranszformátorok,váltóáram

71

Hegesztőegyenirányító

72

Hegesztőinverter

73

A hegesztőpisztoly kialakítása, főbb paraméterek. Csoportosítás Hűtés szerint:  Gázhűtésűek I≤ 200 A  Vízhűtésűek I> 200 A Használat szerint:  Kézi pisztolyok  Gépi pisztolyok A kézi pisztolyok: A kényelmes tartás és vezetés miatt valóban pisztoly alakúak, a W-elektród és a kábelcsatlakozás kb. 75º-os szöget zár be. Szűk helyekre rövid volfrámos kialakítású pisztolyt, kis áramerősségekhez ceruzaként fogható úgynevezett lineáris típust is forgalmaznak. 74

Követelmények a pisztolyokkal szemben 

  

  

 

Kényelmes és biztos tartás. Megfelelő áram és hőszigetelés. Ne melegedjen. Kis tömeg. A hegfürdőhöz való jó hozzáférhetőség. Könnyű kezelhetőség. Az elektród gyors cseréje. Kis ellenállás az áramkörben. Nagyfokú termikus, és mechanikai ellenálló képesség. 75

Főbb elemei Égőfej (pisztolyfej)  W elektród  gázfúvóka  szorítóhüvely  védősapka Markolat  kapcsolók (krátertöltő, vezérlőkapcsoló)  hűtővíz elvezető  hűtővíz hozzávezető  védőgáz csatlakozó  árambevezetés 76

Pisztolykialakítások Normál: - gázhűtésű - vízhűtésű Egyenes, vagy lineáris gázhűtésű Rövid kivitelű, gázhűtésű 77

Vízhűtéses NWI pisztoly

78

A gázfúvókák A pisztolyok fontos eleme a fúvóka, amely a védőgáz irányítását és lamináris áramlását hivatott megvalósítani. A vízhűtéses fúvókák anyaga Cr-bevonatú réz, a gázhűtésűké Al2O3 alapú kerámia. Szokásos kialakítású gázfúvókák láthatók az ábrán, jellemzőjük, hogy az elektród kinyúlása nem túl nagy, ezért nehezen hozzáférhető helyeknél a hegesztés kényelmetlen, nehezen kivitelezhető. 79

Gázfúvóka kialakítások

80

A gázlencse alkalmazása Ezt a hátrányt szünteti meg a gázlencse alkalmazása. A gázlencse egy sárgarézből, vagy bronzból gyártott többrétegű szitaszövet, amely a kiáramló gáz áramlását párhuzamosítja, ezzel az elektród pisztolyból való kinyúlásának megengedett maximális értékét a gázlencse nélküli 3…5 mm-ről kb. 15…20 mm-re növeli meg. Nehéz hozzáférésű helyeken pl. vastag falú cső gyökvarratának készítésekor a munkavégzést nagyon megkönnyíti. 81

Gázlencsés fúvókák

82

A tömlőköteg Feladata a hegesztőpisztoly összekötése az áramforrással, közös egységbe foglalja a különböző vezetékeket (gáz, hűtővíz, áram stb.) A tömlőköteg hossza kb. 3 méter. Követelmények a kábelekkel szemben:  Kellő mechanikai szilárdság.  Kellő flexibilitás.  Ne melegedjen.  Nagy átütési szilárdság.  Egyszerű szerelhetőség, csatlakoztatás. 83

A védőgázellátó rendszer A védőgáznak fontos szerepe van, mert a felhevült Welektród oxidációja aktív atmoszférában 1000Cº hőmérséklet felett annyira intenzívvé válik, hogy az elektród megolvad és gyorsan tönkre megy. Az AWI hegesztéshez a többi nemesgáz drágasága miatt az argont, esetleg argon és hélium keverékét használják. Az argon stabilabb ívet, könnyebb ívgyújtást, a hélium nagyobb ívfeszültséget és hőáramot biztosít. A védőgáz mennyiségét befolyásolja:  A pisztoly nagysága (fúvóka)  A gáz sűrűsége  A hegesztési helyzet  Az alapanyag fajtája  A munkadarab vastagsága 84

Átlagos pisztolyméretet feltételezve a gázfogyasztás 5-15 l/min. A védőgázellátó rendszer gáztároló edényből, (tartály vagy palack), nyomáscsökkentőből, átfolyásmérőből és műanyag tömlőből áll. A gázpalack olyan szabványos méretű és kialakítású nyomástartó edény, amely biztosítja a gáz megfelelő nyomáson való tárolását és szállítását. A nagynyomású gázpalackok nagyszilárdságú nemesített acélból varratnélküli folyatásos eljárással készülnek. Az alulról mélydomború fenekű, felül nyakszerűen kialakított edény alsó részét elgurulás ellen talp védi. A gyártó cégnek a kötelezően előírt maradó bélyegzéseket a palack vállának egyik felén maradóan fel kell tüntetni. A palackokat a bennük tárolt gázok alapján kötelezően színjelöléssel is meg kell különböztetni. Az argon gázpalackok jelenleg használt színjelölése a szürke, az új jelölés szerint a nyakrész sötétzöld, a palacktest szürke. 85

Gázellátási rendszerek

86

A helyhez kötött kivitelűnél a cseppfolyós gázt kettős falú hőszigetelt tartályban tárolják. Az elpárologtatón keresztül kerül a hegesztőüzembe kiépített vezetékrendszerbe. A kiépítése költséges, viszont nagymennyiségű gázelvételt tesz lehetővé, a gázellátás folyamatos, nem kell megszakítani a hegesztést a palack cseréje miatt. A központi gázellátásra a palacktelep és palackköteg megoldásokra is hasonló jellemzők mondhatók el. 87

A palackoknál, mint egyedi gázelvételi lehetőség, igen népszerű, jóllehet fajlagosan 2…3-szor nagyobb a gázköltség a központihoz képest. A palackok 40-50 literesek, a bennük tárolt gáz nyomása 15-20 MPa (≈150-200 bar). A palackban tárolt gáz térfogata ezek szerint: Ezek szerint a palackban lévő gázmennyiséget megkapjuk, ha a palack térfogatát szorozzuk a mindenkori palacknyomással: Vgáz = Vpalack·ppalack ahol a V literben, a p bar-ban van megadva, az eredmény literben értendő. Fontos lehet még a gázfogyasztás meghatározása (korlátozott pontossággal) a következők szerint:, Vgáz = Vpalack·Δppalack azaz a palack térfogata×nyomáskülönbség. A védőgázrendszer fontos részei a mágneses gázszelepek (gázőrök), amelyek az ívgyújtást és fenntartást minden olyan esetben megakadályozzák, amikor nem áramlik a gáz, vagy a hatékony védelemhez nem elegendő. 88

Az argon védőgáz tulajdonságai Az argont a levegő szakaszos lepárlásával állítják elő. Az argon nem éghető, nem mérgező, semleges kémiai hatású (jele: I=Inert) vegyjele Ar. Külső elektronhéján 8 elektron helyezkedik el, és ezzel a külső elektronpálya telített (nemesgáz-konfiguráció). Az argon a levegőnél nehezebb sűrűsége ρ = 1,26 kg/m3 , sűrűsége 10°C-on és 1 bar nyomáson 1,69 kg/m3. A gázpalackba töltött gáz tisztasága 99,996%-os, másképp jelölve 4.6, azaz 4 db 9-es után 1 db 6os. A gázt 10, 27, 40 vagy 50 literes acélpalackokba 15 vagy 20 MPa (150 vagy 200 bar) nyomáson töltenek. . Az argon palack szürke ill. szürke, zöld csíkkal. A palackszelep csatlakozómenete W21,8×1/14”. 89

A gázelvétel módja, a nyomáscsökkentő típusai, a rotaméter működése A palackban tárolt nagynyomású gázt a nyomáscsökkentő redukálja a hegesztéshez szükséges megfelelő értékre. A nyomáscsökkentő biztosítja:  A hegesztéshez szükséges gáznyomást, gázmennyiséget  A folyamatos gázelvételt  A palackban tárolt gáznyomás és a kiáramló gázmennyiség meghatározását Alapvetően kétféle rendszer terjedt el a gázelvétel, pontosabban a kiáramló gázmennyiség meghatározását illetően. Az első rendszernél két manométer található, az első a palackban lévő gáz nyomását mutatja. A második manométer a kiáramló gázmennyiséget mutatja 90 liter/percben.

91

A manométeres, nyomáscsökkentő 1. Palacknyomás-mérő 2. Gázmennyiség (nyomásmérő) 3. Nyomásszabályozó csavar 4. Elzáró ill. kieresztő szelep 5. Kalibrált szűkítő 6. A gáztípus megadása 7. A gáztípus színjelölése 92

A rotaméteres nyomáscsökkentő 1. Palacknyomás-mérő 2. Rotaméter a mérő úszótesttel 3. Szabályozószelep 4. Gáztípus megadása 5. A gáztípus színjelölése

93

A védőgázpalackok kezelése A gázpalackok kezelésének, tárolásának és szállításának biztonságtechnikai előírásait a Gázpalack Biztonsági Szabályzat (GBSZ) tartalmazza.  tilos a megengedettnél nagyobb mennyiségű gáz elvétele  tilos a gázt keverni, az egyik palackból a másikba áttölteni  a palackot csak gáztömören elzárt és-szelepsapkás kivitelű palack esetében-felcsavart szelepvédő sapkával szabad tárolni és szállítani  a palackot eldőlés elmozdulás ellen rögzíteni kell  a hegesztőmunkahelyen csak annyi gázpalack lehet, amennyi a folyamatos munkavégzéshez szükséges. A műszak befejezésekor a palackot a tárolóhelyen kell elhelyezni (üres ill. teli elkülönítve)  a gázpalackot nem érheti sugárzó hő, árnyékolással védeni kell adott esetben, a palack külső hőmérséklete nem haladhatja meg az 50°C-ot  meg kell akadályozni a palack lefagyását. Fagyás esetén max. 40°C-os hőmérsékletű vízzel szabad kiolvasztani. 94

A Volfrámelektródák tulajdonságai és jelölésük (MSZ EN ISO 6848:2005) A volfrámot a legkedvezőbb elektródanyagnak tekintjük. Tolv>3000Cº, kis kilépési energia jellemzi, Eki≈6V. Wolframit nevű ércből porkohászati úton állítják elő, a W-port kötőanyaggal keverik, majd alakra sajtolják és szinterezik. A szinterrudakat melegen kovácsolják méretre húzzák és csúcsnélküli köszörüléssel finiselik. A tisztasága W ≈99,9% Kompozit elektródok: A W-mátrixban egyenletesen elkevert keramikus anyag, különböző fémoxidok. Eki≈6V-ról 2,6 V-ra csökken. 95

Többféle oxidkerámia egyidejű jelenléte is lehetséges. Pl: 1,2%CeO2 +0,4%Y2O3+0,4%La2O3 A kompozit W-elektródokat nagyobb áramterhelhetőség, hosszabb élettartam és jobb ívstabilizálás jellemzi. A „tiszta” W-elektródát váltakozó áram (alumínium) használják. Névleges átmérő Ødn: 0,5; 1; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8 Ødn<2,5 0,05 mm; Ødn>2,5 0,1 mm Hossz l: 50; 75; 150; 175 l 1mm A W-ThO2 radioaktív, köszörülésnél belélegezve súlyos egészségkárosodást okoz!

96

Jelölés

WP WT 4 WT 10 WT 20 WT 30 WT 40 WZ 3 WZ 8 WL 10 WC 20

Összetétel (m%) Oxidadalék Volfrám 99,8 ThO2:0,35….0,5 a többi 0,8….1,2 a többi 1,7….2,2 a többi 2,8….3,2 a többi 3,8….4,2 a többi ZrO2:0,15….0,5 a többi 0,7….0,9 a többi LaO2:0,9….1,2 a többi CeO2:1,8….2,2 a többi

Színjel

Zöld Kék Sárga Piros Lila Narancs Barna Fehér Fekete Szürke

97

A kompozitelektródák színjelét egy másik, rózsaszín jellel kell kiegészíteni. WT → általános felhasználási terület WZ → atomerőművek, váltakozó áram WL → plazmahegesztés A jelölési rendszer E MSZ EN ISO 6848 – 1,6 – 75 – WT10 Elektród, szállítási forma

DIN ill. magyar szabványszám

Ødn [mm] l [mm]

ThO2 0,8…1,2%

98

Kiválasztás szempontjai:  áramerősség, terhelhetőség  anyagvastagság  elektródátmérő  a hegesztendő anyag  élkiképzés Tiszta W-elektród Előnyök: kedvező ár váltakozó áramnál kisebb egyenirányító hatás, jó ívstabilizálás Hátrányok: rosszabb ívgyújtás, kisebb élettartam, kisebb áramterhelhetőség Tórium ötvözésű elektród Előnyök: nagyobb élettartam nagyobb áramterhelhetőség, jobb ívgyújtási tulajdonságok Hátrányok: drágább, egészségre veszélyes, AC-áramnál gyengébb ívstabilitás, atomerőműveknél nem alkalmazható (helyette WZ) 99

Az elektródok méretei, és terhelhetősége Egyenáram [A] Elektród Ø [mm]

DCEN

Váltakozó áram [A]

DCEP

Ötvözetlen Ötvözetlen W , ill. ötvözött W

Ötvözött W

Ötvözetlen W

Ötvözött W

1

10…75

10…75

-

15…55

15…70

1,6

40…130

60…150

10…20

45…90

60…125

2

75…180

100…200

15…25

65…125

85…125

2,4

132…230

170…250

17…30

80…140

120..210

3,2

160…310

225…330

20…35

150..190

150..250

4

275…450

350…480

35…50

180..260

240..350 100

Az elektródátmérő, és az áramerősség Az élkiképzés nagyban befolyásolja a bevitt hőenergiát és ezzel a beállítandó áramerősséget. Általánosságban igaz, hogy a kisebb áramerősség az „I”-varrathoz tartozik, az összes többi (V, X, U, stb.) varrathoz nagyobb áramerősséget kell beállítani. Tapasztalati képlet, ha a lemezvastagság <10 mm (ez a leggyakoribb): I ≈ t·30 [A] PA-helyzetben. PE, és PF-helyzetben ez az áram 10-20%-al kisebb. Az alábbi ábra a pálcaátmérő és lemezvastagság függvényében mutatja az áramerősség értékeket a vonalkázott tartományon belül. 101

Az elektród kiválasztása diagram alapján

102

A vezérlő és szabályozó rendszer A sokfunkciós hegesztő berendezést összetett elektronikus rendszer szolgálja ki. A rendszerhez tartoznak a kapcsolók, a távszabályozók, a választókapcsolók, a beállító gombok, a különféle kijelzők, a figyelemfelhívó eszközök, a gáz- és vízfelügyelet. A W elektród védelme miatt a hegesztés indításakor és leállításakor a funkciók csak szigorú sorrendben kapcsolhatók. Bekapcsoláskor a hűtőkör aktivizálása után indulhat a gázáramlás. Ekkor 10…20 s késleltetési idő biztosítja, hogy a több méter hosszú gáztömlőből a levegő eltávozzon, és az ív nemesgázban meggyújtható legyen. Az öblítés után a NF és a főáram indítható. Kikapcsoláskor a sorrend fordított: a főáram és a NF kikapcsolása után ismét 10..20 s ideig áramlik a gáz, hogy az elektród lehűljön és ne érintkezzen a levegővel. A be és kikapcsolási folyamatot automatika biztosítja, a hegesztő a pisztolyon elhelyezett főkapcsolóval (trigger) indítja. A vezérlés működtetése kétill. négyütemű kapcsolással lehetséges. 103

Négyütemű vezérlés, folytonos áram

104



Négyütemű vezérlés: a. pisztolykapcsolót benyomni b. pisztolykapcsolót elengedni c. pisztolykapcsolót benyomni d. pisztolykapcsolót elengedni

105

Négyütemű vezérlés, lüktető áram

106

Ívgyújtási módok Az ív létrejöttéhez elsődleges ionizáció szükséges, amely úgy jön létre, hogy a katódot melegítve (pl. rövidzárlat) az elektronok könnyebben kilépnek, majd a semleges gáz atomjaival ütközve hozzák létre a töltéssel bíró ionokat (ütközéses ionizáció). Az ív tehát létrehozható: 1. Érintéses (koppantásos, rövidzárlatos) ívgyújtás: hátránya, hogy a hegfürdőbe volfrám juthat, mivel a volfrám is elgőzölög, az elektród vége ötvöződik és az ív instabillá nyugtalanná válik. A régebbi gyártmányú olcsóbb gépeknél lehet találkozni velük. 107

2. Nagyfrekvenciás (NF) érintésmentes nagyfeszültségű impulzusos gyújtás. Lényege, hogy 50 Hz, vagy ennél nagyobb frekvenciájú több ezer voltos feszültséget állít elő az impulzusgenerátor. Az ívgyújtás első fázisában a segédív jelenik meg amely létrehozza a főív létrejöttéhez szükséges ionizációt. A szikrakisülést általában folyamatosan fenntartják ívstabilizáló szerepét felhasználva. AChegesztésnél az ívgyújtás után automatikusan átvált az AC üzemmódra. 108

Az NF „gyújtás” működése

109

3. Emelőíves (Lift-Arc, ill. SOFT START) ívgyújtás. Igen kis áramsűrűségű érintéses gyújtás, a W elektród munkadarabhoz érintésekor a berendezés a zárlatot érzékelve csökkenti az áramerősséget, így elkerülhető az elektród szennyeződése. Felemeléskor először gyenge ív ég, majd a vezérlés a teljes áramerősséget bekapcsolja. Az ACre való átváltás itt is automatikusan történik. 110

111

A gázmennyiség meghatározása, a gázmennyiséget meghatározó és befolyásoló tényezők. A védőgázmennyiséget alapvetően meghatározó tényezők:  A munkadarab vastagsága: vastagabb anyagokhoz nagyobb áramerősséget és nagyobb átmérőjű pálcát kell választani, ezzel együtt az átáramló gázmennyiséget is fokozni kell.  Az alapanyag minősége, ötvözöttsége: az egyes anyagoknak más a hővezető képessége, valamint eltérőek a felületi tulajdonságaik (oxidréteg) és az anyagok hegesztéstechnológiája. 112

Befolyásoló tényezők:  Hegesztési helyzet  Légmozgás a hegesztés környezetében  Hegesztési sebesség  Pisztolymozgatás  Élkiképzés  A védőgáz fajtája (He-ból pl. 15-20%-al több kell)

113

A gázmennyiség meghatározása

114

A védőgázok A védőgázok feladatai: • az ömledék levegőtől való védelme • az ívtér ionizálása, az ív stabilizálása • a „W”-elektród védelme (W+O2→WO2 Tolv≈1000 Cº A védőgázok ezenkívűl befolyásolják: • az ívhőmérsékletet • az anyagátmenetet • a varrat beolvadását • a varratban zajló metallurgiai folyamatokat • a hegesztési paramétereket • a hegesztési költségeket 115

A védőgázok rendszerezése Komponensek száma szerint  monogázok (egykomponensűek)  kétkomponensű gázkeverékek  háromkomponensűek  négykomponensűek A védőgáz (keverék) kémiai jellege szerint  redukáló (H2)  semleges, vagy inert (Ar; He)  oxidáló, vagy aktív (CO2; O2)  Nem reagáló (N2) 116

Jelölésük az MSZ EN 439 alapján R (reducing) – redukáló  I (inert) – nemesgázok  C (carbondioxid) – CO2 vagy O2  M1; M2; M3 (mixed) aktív gázkeverék, a számok növekvő sorrendje az aktivitásra utal  F (forming) – gyökvédő gázok (H2; N2; ill. H2+N2) 

117

Legnépszerűbb gázkeverékek:  80% Ar+20% CO2; vagy 82% Ar+18% CO2  95% Ar+5% O2  80% Ar+15% CO2+5% O2 Különleges gázkeverékek:  80% CO2+20% O2  60% Ar+30% He+10% CO2  65% Ar+26,5% He+8% CO2+0,5% O2 Ez utóbbi négykomponensű, kereskedelmi márkaneve, T.I.M.E.(Transferred Ionised Molten Energy) forgóíves cseppátmenetet eredményez. (kanadai hegesztő találmánya 1985) 118

Alkalmazás Gáz v. keverék Ar

Elsődleges felhasználási terület Nemvasfémek

He

Al; Mg; és Cu ötvözetek

CO2

Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok Al; Mg; Cu és Ni ötvözetek Korrózióálló acélok

Ar+He

Ar+O2

Tipikus keverék

20..50%Ar+50 …80% He 98..99%Ar+1.. 2% O2 95..97%Ar+3.. 5% O2

Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok 119

Alkalmazás Ar+O2

50…80% Ar+20…50%C O2

Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok

He+Ar+CO2

60…70% He+25…35% Ar+5% CO2

Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok

N2

Rézötvözetek, acélok gyökvédelme 120

A hozaganyagok kiválasztása, jelölésük A

hegesztőpálcák egy szabványos átmérőcsalád hozaganyagai, az AWI-eljárásnál nem része az áramkörnek. Általában 1000 mm hosszúsággal szállítják és bevonat nélküliek.

Az anyaguk igazodik az alapanyag összetételéhez. Alapszabály, hogy a hozaganyagnak mindig erősebben kell ötvözöttebbnek lennie, mint az alapanyagnak az ötvözők kiégése miatt. Az ötvözetlen ill. gyengén ötvözött acélok hegesztőpálcáinál a C-tartalom alacsony (C<0,1%) a beedződés veszélye miatt. Főképpen mangánt (Mn), és szilíciumot (Si) tartalmaznak, de lehet bennük egyéb más ötvöző is csekély százalékban (pl.: Mo, Ti). 121

A mangán javítja a hegeszthetőséget, növeli a szakítószilárdságot és a folyáshatárt, csökkenti viszont a kritikus hűlési sebességet. A szilícium növeli a folyáshatárt, a rugalmasságot, csökkenti a zárványképződési hajlamot hűlésnél, csökkenti viszont a hegeszthetőséget és a hidegalakíthatóságot, ezért a pálcában általában Si<1%.

122

A hegesztőpálcák jelölése Az MSZ ISO 636, vagy a DIN 8559 alapján a W betű a volfrámra utal (mint AWI hegesztési eljárás) a számozás az egyre erőteljesebb ötvözést jelenti a mangán szempontjából.. Pl.: W2Si, W3Si1, W4Si2. Például a W4Si1 jelű pálca közepes mangán tartalma 2%, mert a W után álló szám a közepes Mn tartalom kétszerese, a Si tartalom pedig 1%.  W→ a hegesztési eljárásra utal  0, 1, 2, 3, 4→ a közepes Mn tartalom kétszerese  Si 1, 2→ a közepes Si tartalom százalékban 123

A hozaganyag kiválasztásának szempontjai: A hegesztési technológia szerint - kézi, gépi - kötő, felrakó - hegesztési helyzet - áramnem  Alapanyag szerint - ötvözetlen, gyengén ötvözött, - erősen ötvözött acél - nemvasfém  Igénybevétel szerint - statikus, dinamikus, fárasztó 

124

A kiválasztáshoz a következőket kell ismerni: - hivatalos jóváhagyások, minősítések - vegyi összetétel - mechanikai tulajdonságok - jelölési rendszer - egyéb kiegészítések (pl. szárítás, tárolás) A pálca vastagságát az alapanyag vastagságához kell választani a következő tapasztalati képlet alapján: d=(t/2)+1 mm, ahol t az alapanyag vastagsága mm-ben, d a pálca átmérője mm-ben. A pálcaátmérőt ezenkívül még befolyásolja a hegesztési helyzet és a varratalak. 125

A hegeszthetőség fogalma és értelmezése. A hegeszthetőséget befolyásoló tényezők. Az alapanyagoknak bizonyos fokú alkalmassága: - adott alkalmazásra - meghatározott hegesztőeljárással, - megfelelő hegesztőanyagokkal és - hegesztési munkarenddel olyan szerkezet készítésére, amelyben a fémes kötések helyi tulajdonságai a hegesztett szerkezetre kifejtett hatásukkal együtt eleget tesznek a megkívánt követelményeknek. Komplex anyagi tulajdonság, mert az alkalmazandó hegesztéstechnológiával és a várható igénybevételekkel együtt értelmezhető. 126

Helyi tulajdonságok:  Szilárdság  Szívósság  Repedésérzékenység  Folytonosság Hegesztett szerkezetre gyakorolt hatás:  Ridegtörési biztonság  Stabilitás  Korrózióállóság  Méretek változása 127

A kötéssel szemben támasztott követelmények függenek:  A szerkezet típusától (nyomástartó edény, csővezeték, épületszerkezet)  A szerkezeti kialakítástól  A mértékadó anyagvastagságtól  Az utólagos hőkezeléstől Felhasználás körülményeitől:  Mechanikai igénybevételek nagysága és időbeni változása  Az üzemeltetés hőmérséklete  A környezeti közeg tulajdonságai 128

A hegeszthetőség tényezői acéloknál Az acélgyártás módja (csillapítás G1…G4)  Ötvözöttség, ötvözési rendszer (mikroötvözés)  Hő és mechanikai kezelési állapot - hengerelt - normalizált - nemesített 

129

A polaritás hatásai a beolvadási mélységre

Az ívben keletkező hő eloszlása és az ionok, elektronok vándorlása egyenes (a) és fordított (b) polaritás esetén (• pozitív argon ion; elektron) Egyenes polaritásnál a beolvadási mélység nagyobb 130

Egyenes polaritás (DCEN): A kúpos végű elektródából kilépő elektronok az argon gázt ionizálják, majd nagy sebességgel a munkadarab felületének ütköznek. A mozgási energiájuk hővé alakul és a munkadarab megömlik. Az elektronoknak ugyan kisebb a tömege, mint az argon ionoké, viszont az elektromos térerő hatására nagyobb sebességre is tesznek szert (a mozgási energia a sebesség négyzetével arányos). Az elektród kúposra köszörülésével növekszik az emittáló képesség, és az ívtalppont helye is stabilabbá válik. Az elektród vége nem teljesen hegyes, hanem R=0,5 mm-es csúcssugárral kell kialakítani, a csúcsszög 30º…120º, leggyakrabban 60º. Az ív kb. 45º-os kúpszögű palástot alkotva ég, stabil, jól vezethető. Az ívben fejlődő hő nem egyenletesen oszlik el: az elektródra jut a hő kb.1/3-a, a munkadarabra a kb. 2/3-a, mint az ábra mutatja. 131

Fordított polaritás (DCEP): Erősen felületoxidos anyagok esetében (Al, Mg és ötvözeteik) egyenes polaritással nem lehet hegeszteni. Ilyenkor az elektródot az áramforrás pozitív pólusára kapcsolják (DCEP polaritás). Az elektronok a munkadarab felületéről indulnak ki és nagy sebességgel a W elektródba csapódva azt olvadásig hevíthetik. A lecseppenő volfrám a hegfürdőbe jutva fémes zárványt okozhat. A pozitív töltésű argon ionok a negatív pólusra kapcsolt munkadarab felületébe ütköznek, míg a felületből kilépő elektronok az oxidhártyát felbontják. Ezt nevezik katódporlasztásnak. Alapszabály, hogy fordított polaritás esetén az áramerősséget legalább 40-80%-al csökkenteni kell az egyenes polaritáshoz képest, különben az elektród túlhevül! 132

A polaritások összehasonlítása

133

Váltakozó áramú hegesztés

134

Váltakozó áramú hegesztésnél az elektronemisszió a polaritás függvényévé válik. Az egyenáram pozitív, majd negatív kapcsolási állapotnál a leírt hatások másodpercenként 50-szer követik egymást. Így minden félperiódusban végbemegy az oxidréteg feltörése és az elektród sem hevül túl. Az ív azonban nyugtalanabbul ég, mert minden félperiódusban újra kell gyújtani. Az elektród és az alapanyag eltérő méretei, hőfizikai és villamos tulajdonágai miatt, a váltakozó áramú hegesztéskor erőteljes egyenirányító hatás lép fel. A váltakozó áram erőssége a két félperiódusban aszimmetrikussá torzul. Abban a félperiódusban, amikor az elektród negatív, az elektronok kilépése kedvezőbb, mint a pozitív periódusban. Az eredetileg szabályos szinuszos áram a negatív irányba tolódik el, mintha negatív egyenáramú összetevő hatna. Az eltolódás miatt rövidebb ideig érvényesül az oxidréteg feltörésének hatása. 135

Ezt a kedvezőtlen egyenirányító hatást az áramforrásba épített nagy kapacitású szűrőkondenzátorral (10000…30000μF), nagyfrekvenciás árammal (vételi zavarok) vagy elektronikus szabályozással lehet csökkenteni, (aszimmetrikus négyszöghullámok alkalmazása) ill. megszüntetni. A váltakozó áramú hegesztésnél a beolvadás mélysége az egyenes és a fordított polaritás közötti, az elektród ugyanúgy legömbölyödik, mint a DCEP kapcsolás esetén, a gömbátmérő az elektródátmérő 1…1,5-szerese lehet. Az elektród áramterhelhetősége is a kettő közötti. 136

Hegesztett szerkezetek gyártási folyamata Tervezés, méretezés  Lemezek darabolása  Leélezés (a hegesztendő felületek megmunkálása)  Hegesztés  Utókezelések  Vizsgálat, minőségellenőrzés 

137

Az alapanyagok előkészítése, alapfogalmak 

 



Hegesztett kötés: két vagy több mdb. között létesített állandó oldhatatlan és folytonos kohéziós kapcsolat. Alapanyag: az összekötendő munkadarabok anyaga Varrat: az alapanyaghoz, és a meglévő hőhatásövezethez sem tartozó, a kötés kohézióját biztosító része. Hegesztőanyag: a hegesztés folyamán külön adagolt, vagy előre elhelyezett a varrat tömegének és tulajdonságainak biztosítására szükséges anyagok. 138







Ömledék, vagy hegfürdő: az ömlesztőhegesztésnél kialakuló folyadékfázis tartománya. Megszilárdulásával keletkezik a varrat, ill. varratfém. Beolvadás: az alapanyag eredeti felülete és a megszilárdult varratalapanyag határvonala közötti legnagyobb távolság a varratkeresztmetszeten mérve. Hőhatásövezet: az alapanyagnak az a meg nem olvadt része, ahol a hegesztési, forrasztási vagy termikus vágási hőfolyamat hatására mikroszerkezeti átalakulások játszódnak le. A hegesztett kötés kritikus, leggyengébb része! 139

 



 

Összeolvadási határ: az ömledékzóna és a hőhatásövezet közötti határ. Varratsor, hegesztési sor (gyöksor, töltősor, takarósor): a hőforrás egyszeri elmozgatásakor megolvasztott vagy lerakott, majd megszilárdult anyag, amely lehet egysoros vagy többsoros. A varratsoroknak a varrat hossztengelyével párhuzamosan való elhelyezése a varratsorrend. Gyök: a hézagot - leélezéssel előkészített alapanyagoknál a gyökhézagot is – magába foglaló tartomány, ahová az első hegesztési réteg kerül. Gyökvarrat: a gyökhézagba elsőként kerülő hegesztési réteg többrétegű varratok esetén. Takaróvarrat (koronaoldali és gyökoldali): a koronaoldalt fedő utolsó réteg a takaróvarrat, ill. a gyökoldalra hegesztett utolsó varratsor. 140

A varrattal kapcsolatos fontosabb elnevezések

Leélezett tompavarratos kötés: alapanyag – hőhatásövezet - varrat 141

Több rétegű varratok készítése

142

Hegesztett kötések

A hegesztett kötés leggyakrabban hozaganyag adagolásával jön létre a két fém alkatrész között 143

Hegesztett kötések fajtái (1)

144

Hegesztett kötések fajtái (2)

145

Hegesztett kötések fajtái (3)

146

Különböző varratkialakítások

147

148

A hegesztett kötések rajzi jelölése A

rajzon a varratot nyilas mutatóvonal mutatja, amelyhez folyamatos referenciavonal és szaggatott azonosító vonal csatlakozik. A varratot alapjelekkel lehet ábrázolni. Az alapjel olyan rajzjel, amely hasonlít a készítendő varrat alakjához. A kiegészítőjelek a varrat külső alakját, felületét jelképező rajzjelek, amelyeket általában az alapjelre kell helyezni, ill. azzal kombinálni. 149

A rajzi jelölések értelmezése

150

A rajzi jelölések értelmezése

151

A rajzi jelölések értelmezése

152

153

A kiegészítőjelek alkalmazása

154

A kiegészítőjelek alkalmazása

155

Lemezek darabolása, darabolási módok Darabolás hidegen (nyíró vágás ollóval)  Darabolás forgácsolással (fűrészelés)  Termikus vágások 

- Lángvágás (3…500 mm vastagságig) - Plazmavágás (1…100 mm vastagságig) - Lézervágás (1…30 mm vastagságig) 

Lemez élek előkészítése: lehetséges a vágással együtt, vagy külön 156

157

Lemez élek előkészítése

158

Termikus szétválasztási eljárások MSZ EN ISO 4063:2000 Vágások:  Lángvágás (81)  Poradagolásos lángvágás  Ívvágás (82) - elektródával - szénpálcával - sűrített levegővel (821) - oxigén ívvágás (822)  Plazmaíves vágás (83)  Lézersugaras vágás (84)  Elektronsugaras vágás 159

Gyalulások:  Lánggyalulás (86)  Ívgyalulás (87) - sűrített levegővel (871) - oxigénnel (872)  Plazmagyalulás (88) A termikus vágás fogalma: A termikus vágás olyan korszerű anyagszétválasztó eljárás, amelynél a vágandó anyagot adott hőmérsékletre hevítik és előírt felületi minőségben szétválasztják. 160

Csoportosítás a hőforrás és fizikai jelenség szerint:  Oxigén+éghető gáz→égetővágás  Villamos ív, plazmaív→ömlesztővágás  lézersugár→gőzölögtető vágás A lángvágás olyan termikus anyagszétválasztó eljárás, ahol a vágandó anyagot éghető gáz+oxigén elégetésével a gyulladási hőmérsékletre hevítik, majd oxigénsugárban elégetik. A keletkezett salakot az oxigénsugár kifújja. 161

A lángvágás folyamata A munkadarab előmelegítése (edződésre hajlamos acélnál).  Felhevítés a gyulladási hőmérsékletre (acél esetében kb. 1200 Cº).  A vágási résben lévő fém elégetése oxigénben, miközben hő szabadul fel.  Az elégetett fém (salak) a vágási résből való kifújása oxigénsugárral. 

162

A lángvághatóság feltételei  



 

Az anyag oxigénben elégethető legyen. Az anyag gyulladási hőmérséklete kisebb legyen a vágandó anyag olvadási hőmérsékleténél. A keletkezett oxidok olvadási hőmérséklete kisebb legyen a vágandó anyag olvadási hőmérsékleténél. Az oxid (salak) hígfolyós legyen, hogy ki lehessen fújni. Az anyag hővezető-képessége lehetőleg kicsi legyen. 163

164

A lángvágás gázai 

 



Acetilén: a leggyakrabban használt gáz, mert égési hője 3200 Cº körüli. Fontos, hogy a gázelvétel a palackból ne haladja meg az 1000 l/h-t. Hidrogén: kis lánghőmérsékletű, nagy égési sebességű, főleg vastagabb anyagok vágásához. Propán: kis lángteljesítményű, előmelegítés ill. vékonyabb lemezekhez. Oxigén: az égést táplálja, fontos, hogy legalább 99,8% tisztaságú legyen. 165

A lángvágás eszközei 

  



Palackok (oxigén, éghető gáz) a nyomáscsökkentőkkel Tömlők Biztonsági szerelvények Lángvágó pisztoly (speciális pisztoly, amely biztosítja a gáz és oxigén keverését a melegítéshez, ill. a nagyobb nyomású oxigén külön hozzávezetését az oxigéncsap elfordítása után a tényleges vágáshoz. Legfontosabb eleme a vágófúvóka, amely biztosítja az előírt vágási rést, az oxigén hozzávezetését és a salak kifúvását. Egyéb szerelvények, kiegészítők (vágófej vezető, fúvókatisztító, rögzítők stb.) 166

A lángvágás eszközei

167

A lángvágás gázainak jellemzői, a lángvágás folyamata

168

A kézi lángvágás technológiája Az alapanyag előkészítése sorjázás).  A vágópisztoly beállítása -előmelegítő gázok nyomása - vágóoxigén nyomása  Megfelelő vágási technológia - vágási sebesség - vágási irány - vágási sorrend 

(tisztítás,

169

A lángvágáskor előforduló hibák megnevezése MSZ EN ISO 9013 A vágott felület minőségét szemrevételezéssel a következők szerint lehet megítélni:  merőlegességtől való eltérés, profilhiba  felületi egyenetlenség, mélység  élleolvadás  barázdaelhajlás  kráter A vágott felület minőségének meghatározásához mérik:  a merőlegességtől való eltérést  az érdességet és a profilhibás felületi mélységet 170

A vágási hibák elemzése

171

a). Megfelelően vágott felület, a felső és alsó élek hibátlanok, az aljára tapadt salak könnyen eltávolítható b). A hevítőláng túl erős, vagy a vágási sebesség túl kicsi. Így nagyobb mennyiségű salak és megömlött fém gyűlik össze a vágási rés alján, amely a lemezéleket összefogja, a lemezek egybe maradnak, a vágási rés is szélesebb a többlet leolvadás miatt. c). A vágási sebesség túl nagy, vagy a vágóoxigén nyomása túl kicsi. Bizonyos mélységben a vágási rés kiöblösödik, és az égéstermék felfelé távozik. Ez az eset áll elő akkor is, ha a vágóoxigén útjába nagyobb salakzárvány kerül. d). Nagy az oxigén nyomása, vagy kicsi a fúvóka távolsága. A vágási rés alja kiszélesedik, mert az oxigén kiterjedése a vágandó lemez alján következik be. e), f), g). A felület ívelt, amelynek oka a vágófúvóka szennyeződése, sérülése, helytelen kialakítása ill. a vágópisztoly nem megfelelő tartása. 172

A plazmavágás A plazma: az anyagok ionizált, termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. A plazma magas hőmérsékleten állítható elő (T>15000 C ) igen nagy energiaszint jellemzi, mind hegesztésre, mind vágásra és egyéb termikus eljárásra használható.

173

A plazma előállítása

Lényegében az ív leszűkítése. A W elektród és a pisztoly belső fúvókája között nagyfrekvenciás ívkisülés biztosítja az elsődleges töltéshordozókat. A plazma az elektród és mdb. között jön létre ez a külső nyílt ívű megoldás. A plazmasugár (láng) a W elektród és a pisztoly belső fúvókája között alakul ki, az ív és a gáz fúvatja ki a plazmát, ez a belső (zárt) ívű 174 megoldás.

A plazmával gyakorlatilag minden fémes anyag vágható, mert a plazmasugár az összes energiáját kívűlről kapja. 175

A plazmavágó elrendezése

1. Hálózati csatlakozó, 2. Plazmagázpalack, 3. Nyomáscsökkentő, 4. Plazmavágó áramforrás, 5. Vízhűtés, 6. Plazmaégő, 7. Munkadarab, 8. Áramkábel 176

A plazmavágógép sematikus ábrája

177

Plazmaképző gázok 67…80% Ar+20…33% H2→ a hidrogén növeli a vágósebességet, ha meghaladja a 35…50%-ot, valamennyi színesfém vágható  60…80% Ar+20…40% N2→ mérgező nitrogéndioxidok! (vízsugár alatti vágás)  30…90% N2+70…10% H2  A plazmagáz levegő 

178

Víz alatti plazmavágás

A percenként 60 l mennyiségű víz amely az ívet körülvevő koncentrikus fúvókából áramlik semlegesíti a mérgező gázokat. 179

Levegős plazmavágás

180

Előnyök: - Gyakorlatilag minden fém vágható - Szépen vágott felület - Keskeny hőhatásövezet - Nagy vágási sebesség - Víz alatt is végezhető Hátrányok: - Drága eljárás, fajlagosan nagy energiafogyasztású - Egészségre ártalmas gázok, sugárveszély Alkalmazás: nagy méretű lemezek, csövek, bugák darabolása, hegesztés előtti élkiképzések, hajóipar, járműipar Anyagok: főként erősen ötvözött Cr-Ni acélok, Al és Cu, valamint ötvözeteik. 181

A munkadarabok rögzítése, a fűzés A fűzés célja az illesztett elemek rögzítése beállított helyzetükben, az illesztési rés állandó értéken tartása és az elemek zsugorodásának, vetemedésének kézbentartása, minimalizálása. A fűzővarratokat meghatározott sorrendben kell lerakni az elhúzódási veszély csökkentése és a kedvező összeállítás érdekében. Ha a fűzővarrat a hegesztett kötés része, akkor azt úgy kell lerakni, hogy az elkészítendő varratba beépíthető legyen. A fűzővarratokat minősített hegesztőnek kell készítenie. 182

Követelmények  

 

 



Repedésmentesség. Az alapanyag nem tartalmazhat ívgyújtási nyomokat. Meghatározott hossz és távolság. Kültéri hegesztéseknél 5 Cº alatt a beedződés veszélye miatt kerülni kell. Nem tartalmazhat alak és egyéb felületi eltéréseket (krátereket). A fűzést növelt áramerősséggel kell végezni. Minden olyan fűzővarratot, ami nem a varrat része el kell távolítani. 183

A fűzővarratok hossza általában 10-20 mm, tapasztalati képlet alapján: l = 4t <100 mm, ahol l a fűzővarrat hossza mm-ben, t a hegesztendő lemez vastagsága mm-ben. A fűzővarrat hosszát befolyásolja még az anyag minősége is. A fűzések osztástávolsága a lemez vagy csőfal vastagság 30-40 szerese lehet. A fűzővarratokat ott kell elhelyezni, ahol a későbbi hegesztés során jól hozzáférhetők, átolvaszthatók legyenek. 184

A

fűzésre vonatkozó paramétereket (hossz, távolság, áramerősség) a vonatkozó gyártói hegesztési utasításban (WPS→Welding Procedure Specification), vagy más módon pl. technológiai szöveges leírásban kell rögzíteni. . A lemezeket általában középen fűzzük először össze és utána a szélek következnek, majd középről kifelé haladva a közbenső szakaszok (111-es eljárás). A fűzött lemezek átlapolódását szétnyitással, vagy távtartó lemezzel lehet kompenzálni. A fűzés másik módja, amikor a lemezeket középen és a két szélén fűzik össze, majd felváltva készítik a fűzővarratokat (135-ös eljárás). 185

Sík lemezek függőleges varratainak fűzése alulról felfelé történik. Csövek fűzése esetén az Ø 150 mm-nél kisebbeket 120º-ban elhelyezett három fűzővarrattal elég rögzíteni. Az ennél nagyobb átmérőjűeket az egyik oldalon váltakozva, majd a másik oldalon is váltakozva kell fűzni, vagy folyamatosan körbejárva kell végezni. Ha kezdő és kifutólemezeket kell használni, akkor azokat olyan anyagból kell készíteni, ami alkalmas a szerződés szerinti gyártáshoz. A lemez vastagsága és élkialakítása legyen hasonló a kötés kialakításánál alkalmazott megoldáshoz! A lemezek hossza függ a munkadarab vastagságától és a hegesztőeljárástól, a hegesztés kezdetekor és befejezésekor keletkező eltérések mindenféleképpen ezeken a lemezeken képződjenek! 186

Lemezek fűzése

187

Csövek fűzése

188

189

Rögzítőeszközök

190

Összeállító készülék

191

Az alapanyag előmelegítése Az előmelegítés célja:  A hegesztési maradó feszültségek csökkentése  A kritikus hűlési sebesség csökkentése  A hidrogén diffúzióját, a fémből való távozás elősegítése ( lassú hűtés 200 °C körüli hőmérsékleten. Ötvözetlen szerkezeti acélok esetében, ha a C>0,25%, fennáll a veszély, hogy a hűlési sebesség elér egy kritikus értéket, akkor a hűlés során ausztenitből nem perlit,hanem durvatűs bénit, ill. martenzit keletkezik. 192

Az ilyen szövetelemek keletkezésekor fennáll a fokozott repedésveszély a kisebb szívósság, és a nagyobb keménység miatt. Bizonyos esetekben, még az ennél kisebb széntartalom mellett is fennállhat a beedződés veszélye ha:  vastag munkadarab fűzőhegesztést végezzük,  vastag munkadarab hegesztése húzott varratsorokkal,  hideg, téli körülmények között hegesztünk (T<5°C) 193

Ötvözött acélok esetében figyelembe kell venni az ötvözőelemek hatását, főleg azokét, amelyek csökkentik a kritikus lehűlési sebességet (Mn, Cr, Mo). Ebben az esetben az úgynevezett szénegyenértéket (Ce) kell megállapítani. Ha Ce>045%, előmelegítést kell alkalmazni, ezáltal csökkenthető a hűlési sebesség. A CE-karbonegyenérték:

194

Az előmelegítés hőmérséklete Karbonegyenérték Ce [%]

Előmelegítés Te [Cº]

Ce ≤ 0,45 % 0,45 ≤ Ce ≤ 0,6 % Ce ≥ 0,6 %

Te < 100 Cº 100 Cº ≤ Te ≤ 250 Cº 250 Cº ≤ Te ≤ 350 Cº A keménység eloszlása a hőhatásövezetben: a). nagy hőbevitel b). kis hőbevitel

195

Hegesztő segédberendezések A hegesztő segédberendezések olyan hegesztőkészülékek,amelyek a hegesztést segítik, a hegesztési művelet során mozognak, és ez a mozgás lehet haladó vagy forgó, billenő. A segédberendezések mozgása kiterjedhet az egész segédberendezésre, ekkor helyét változtató segédberendezésről beszélünk, vagy a berendezés egyes részeire, amelyeket helyhez kötött segédberendezéseknek nevezünk. 196

Hegesztőkészülékek

197

A

hegesztőkészülék a hegesztendő munkadarab és a hegesztőgép között teremt kapcsolatot, ezért illeszkednie kell a munkadarab szerkezeti kialakításához, a hegesztőgéphez, valamint mindazokhoz a gyártási körülményekhez, amelyek között dolgozni fog. Az alkalmazásnál döntő, hogy kisméretű, vagy nagyméretű, síkbeli vagy térbeli szerkezetet hegesztünk össze. A célra megfelelő készülék kialakításához ismernünk kell a készülék feladatait, a típusait, a készülékelemeket. 198

A hegesztőkészülékek alkalmazása:  Megkönnyíti a hegesztés előtt a munkadarabok tájolási és rögzítési műveleteit.  Meggyorsítja hegesztés közben a munkadarab mozgatását.  Lehetővé teszi a mdb. beállítását a legkedvezőbb helyzetbe.  Csökkenti a deformációt, a nemkívánatos vetemedéseket.  Lehetővé teszi a korszerű hegesztési eljárások és hegesztési munkarend előnyeinek kihasználását.  Lehetővé teszi a kevésbé szakképzett munkaerő alkalmazását.  Megkönnyíti a hegesztés utáni ellenőrzést, átvételt 199

A

gyártási folyamathoz megkülönböztetünk:

igazodóan

összeállító és készrehegesztő készülékeket,  munkadarabot mozgató, beállító készülékeket,  hegesztőfejet mozgató készülékeket,  méréshez, ill. ellenőrzéshez használt készülékeket A bonyolultság szerint:  egyszerű készülékek,  célberendezések 

200

Hegesztő készülékek a) Rögzítő, szorító b) Forgató, billentő

c) Több szabadságfokú manipulátor vagy robot 201

A varrat geometriáját ellenőrző eszközök

202

Lemezek és csövek hegesztési helyzetei

a) Vízszintes PA

b) Harántvízszintes PB c) Haránt PC d) Haránt fej feletti PD e) Fej feletti PE f) Függ. Felfelé PF

g) Függ. Lefelé PG

203

Kiegészítés: a betűvel képzett alaphelyzetek jelölése kiegészíthető a dőlési és elfordulási szög 3-3 számjegyes kódjával. Pl: PB 130045, haránt vízszintes helyzet 130 -os dőlési és 45 -os elfordulási szöggel. A nemzetközi jelölésben a H (hegesztés felfelé) ill. J (hegesztés lefelé) az „s” emelkedési szög és az R elfordulási szög háromszámjegyes kódjával értelmezhető. Pl: H-L045 ferde tengelyű cső hegesztése felfelé, a hajlásszög 45 . 204

A hegesztési paraméterek megválasztása Az AWI eljárással készített varrat minőségét igen sok hegesztési változó és egyéb hegesztési körülmény befolyásolja, amelyek a végeredményen kívül egymással is bonyolult kölcsönhatásban vannak. A hegesztő eljárás valamennyi paraméterét, amelyek kihatással vannak a varrat minőségére az eljárás műveleti utasítása (WPS) tartalmazza. 205

A hőbevitellel kapcsolatos adatok   

   

  

Kiindulási (környezeti vagy előmelegítési) hőmérséklet. Áramnem (lásd előzőekben). Polaritás (DC esetén, lásd előzőekben). Áramtípus (folytonos vagy impulzusos). Áramerősség (folytonos áram esetén lásd előzőekben). Alapáram és csúcsáram (impulzus hegesztés esetén). Alapidő és csúcsidő (impulzus hegesztés esetén). Hegesztési idő (ívpont hegesztés esetén). Üresjárási feszültség. Ívhossz. 206

A fajlagos hőbevitel Hegesztéskor a munkadarabokat legtöbbször az olvadáspont fölé hevítik, megömlesztik és hozaganyaggal, vagy hozaganyag nélkül kohéziós kapcsolatot létesítenek. A bevitt hő mennyisége, koncentrálsága függ:  a hegesztési hőforrás jellegétől  a hőközlés módjától  a hőközlés idejétől  a hegesztési eljárástól 207

A fajlagos hőbevitel alatt az időegység alatt bevitt hőáram, és a hegesztési sebességből képezett hányadost értjük, vagy másképpen a hegesztéskor az egységnyi varrathosszra bevitt „Q” hőmennyiséget jelenti. Nagy fajlagos hőbevitelű eljárás a gázhegesztés, a bevontelektródás ívhegesztés, kisebb a védőgázas és a plazmaívhegesztés. A fajlagos hőbevitel: ahol k≤1 a hegesztési eljárástól függő tényező, U a hegesztő feszültség V-ban, I a hegesztési áramerősség A-ban, v a hegesztési sebesség mm/s - ban. 208

Az impulzusíves hegesztés

Az impulzusos hegesztés esetén (lüktetőáramú hegesztés) egy meghatározott alapáram és lüktetőáram között ég az ív adott frekvenciával és ciklusidővel. A lüktetőívű hegesztés javítja az anyagátmenetet a hegfürdőbe, valamint a hőbevitel is bizonyos mértékig szabályozható. Főleg gépesített változatnál előnyös. 209

Az impulzushegesztés paraméterei

210

Az alapanyag minősége Pontszerű hőforrást és egyenletes hegesztési sebességet feltételezve az ív hője szétterjed az alapanyagban. A terjedés sebessége a fém hővezető képességétől függ. A hővezetési tényező anyagtól függő, jele a görög lambda: . A hővezetési tényező acélra: 47-58 [W/mK], alumíniumra 220 [W/mK], rézre 400 [W/mK]. Ebből látszik, hogy a réz hővezetése kb. tízszer akkora, mint az acélé (nagyobb a hőelvonás a hegesztés környezetében). Valamely távolságra lévő pont hőmérséklete egyenesen arányos a hőforrás teljesítményével, és fordítottan a hővezetési tényezővel. 211

Az alapanyag vastagsága

212

A kötésfajta A kötések közül a leggyakoribb a tompavarrat, amelynél a megmunkálás előtt az illeszkedő felületek egymással 0º-ot zárnak be. A jobb és mélyebb beolvadás érdekében t > 3mm lemezvastagság felett a lemezek széleit le kell munkálni, ennek megfelelően különféle illesztési hézagok ill. varratalakok keletkeznek. Az élkiképzés nagyban befolyásolja a bevitt hőenergiát és ezzel a beállítandó áramerősséget. Általánosságban igaz, hogy a kisebb áramerősség az „I”-varrathoz tartozik, az összes többi (V, X, U, stb.) varrathoz nagyobb áramerősséget kell beállítani. 213

A pálcaátmérő A nagyobb leolvasztási teljesítmény miatt az anyagvastagságtól függően egyre nagyobb pálcaátmérőt kell használni. A t t tapasztalati képlet szerint: d 1,5 ... 2 1 t ha t <3mm, és d 1..1,5 ha t> 3mm. 2

214

Az elektródátmérő Szintén a leolvasztási teljesítmény növelése, valamint az áramterhelhetőség a legfontosabb tényező. A nagyobb elektródátmérő egyben nagyobb áramterhelhetőséget is jelent ( táblázat). Az elektród anyaga is befolyásoló tényező, a kompozit elektródok nagyobb árammal terhelhetők. A leolvasztási teljesítményt a mle következők szerint határozzuk meg: Ple

t

ahol Ple a leolvasztási teljesítmény [kg/h], mle a leolvasztott hozaganyagtömeg [kg], és t a hegesztési főidő [h]. 215

A hegesztés technológiája 1.

216

A hegesztés technológiája 2.

217

A hegesztés technológiája 3.

218

A hegesztési paraméterek

219

Az anyagátmenetek Anyagátvitelnek nevezzük a megömlesztett hozaganyagnak a hegfürdőbe jutását. Az anyagátmenet függ:  A védőgáz fajtájától A hegesztő áram erősségétől (áramsűrűségtől)  A hegesztési feszültségtől  Az elektróda anyagától (leolvadó)  Az elektróda átmérőjétől 220

Rövidzárlatos anyagátmenet: kis feszültségű és áramú hegesztéskor alakul ki főleg a BKI ill. VFI eljárásoknál. Az elektróda vagy a leváló csepp beleér a hegfürdőbe, rövidzárlat keletkezik és az ív kialszik. Az ív kialvása és újragyulladása másodpercenként 30-200 között változik. Jellemzője az erős fröcskölés, és a mdb -ba bevitt csekély hőmennyiség. Nagycseppes (átmeneti) anyagátvitel: közepes áramerősség és közepes feszültség esetén alakul ki. A leváló cseppek részben rövidzárlatosan, részben rövidzárlat-mentesen kerülnek a hegfürdőbe. Erős fröcskölés kíséri, főleg a CO2 védőgáz alkalmazásakor alakul ki. 221

Finomcseppes anyagátvitelek:

közös jellemzője, hogy a hozaganyag apró cseppek (dcs < de), vagy igen apró cseppek formájában (dcs << de) kerül a hegfürdőbe és a cseppfrekvencia jelentős nagyságú fcs = 100…1000 Hz. Fajtái:  Permetszerű cseppátmenet (rain transfer)  Folyadékcsatornás cseppátmenet (streaming transfer)  Forgóíves cseppátmenet (rotating transfer)  Impulzusíves, vagy tervezett cseppátmenet (projected transfer) A legkedvezőbb anyagátmenetet biztosítják, de ehhez szükséges egy kritikusnál nagyobb áramsűrűség (az első Jc1 > 150 A/mm2, a második Jc2 > 300 A/mm2) 222

Az anyagátmenetek típusai

223

A vas-karbon, ill. vas-vaskarbid diagram

224

ACÉLOK Az acél túlnyomórészt vasat, általában 2 % nál kevesebb karbont, valamint egyéb elemeket tartalmazó anyag.  Az acél általában képlékenyen alakítható, míg az öntöttvasak nem. 

225

Alapacélok Csoportosítás az MSZ EN 10020 szerint

(BS=Basic Steel) minden olyan ötvözetlen acél , amelyre nincs előírva olyan minőségi követelmény , mely az acélgyártás során külön gondosságot igényelne.  Jellemző összetétele: C 0,1%, S ill. P 0,045%, továbbá a Mn-on és Si-on kívül nem tartalmaz egyéb ötvözőelemet.  Mechanikai jellemzői: Rm 690 N/mm2, ReH 360 N/mm2, A 26 %, TTKV 20 C 

226

Ötvözetlen minőségi acélok Csoportosítás az MSZ EN 10020 szerint

(QS=quality steel) különleges gondossággal gyártott ötvözetlen acélok, melyeknél olyan követelményeket támasztanak, mint pl. a szemcseméret, a kén vagy foszfortartalom, hidegalakíthatóság, forgácsolhatóság stb.  A S, ill. P 0,035%. 

227

Ötvözetlen nemesacél Csoportosítás az MSZ EN 10020 szerint 

Az (SS=Special steel) nagyobb tisztasági fokozatú, mint a minőségi acél (pl. a S és a P 0,025%) a TTKV -50 C , és garantált a felületi minőség, az elektromos vezetőképesség vagy egyéb speciális tulajdonság. Pl. P275NL2, P355NL2, P460NL2, de az ötvözetlen szerszámacélok is nemesacélok. 228

Ötvözött minőségi acélok Csoportosítás az MSZ EN 10020 szerint

a ReH 380 N/mm2, továbbá legalább 27J ütőmunkát szavatolnak –50 C -on  A Mn 1,8%, a Cr, Ni, Cu 0,5 %.  Ilyenek a hegeszthető finomszemcsés acélok, a nyomástartó edények acéljai az elektronikai acélok, a sínacélok, a melegen vagy hidegen hengerelt lapos termékek, amelyeket hidegalakításra használnak. 

229

Ötvözött nemesacélok Csoportosítás az MSZ EN 10020 szerint 

Az ötvözött nemesacélok mindazon acélok, amelyek nem tartoznak az ötvözött minőségi acélokhoz. Pl. Gépszerkezeti acélok, Golyóscsapágy acélok Korrózióálló-, saválló-, hőálló acélok Szerszámacélok stb. 230

Acélok jelölése

231

Az acélok jelölése a vegyi összetétel alapján (1) 36 Cr Ni Mo 4 X 15 Cr Ni Si 25 20 G X 10 Cr Ni 18 10 csak öntvény X ha bármely elem legalább 5 % -ban megtalálható az ötvözetben* 2 számjel a karbontartalom jele (a közepes érték százszorosa) 3 összetétel jel **a jellemző ötvözők vegyjelének megadásával, illetve ezek mennyiségére utaló számmal. A számok az ötvözők sorrendjében következnek. A számértékek a százalékos értékek 232 felszorzott értékei

Az acélok jelölése a vegyi összetétel alapján (2) 36 Cr Ni Mo 4 X 15 Cr Ni Si 25 20 G X 10 Cr Ni 18 10  összetétel szorzók:  4 x (Cr;Co;Mn;Ni;Si;W)  10x (Al;Be;Cu;Mo;Nb;Pb;Ta;Ti;V;Zr)  100 x ( Ca;N;P;S)  1000 x B 233

Az acélok jelölése a vegyi összetétel alapján (3) X 15 Cr Ni Si 25 20  X betűvel kezdődik, akkor az összetételt jelző számok szorzó nélkül adják az elem közepes mennyiségét  ** a gyorsacélok jele HS és utána az ötvözőelemek jellemző értékének mennyiségét pl. HS 18-1-2-5. Az ötvözők sorrendje: W - Mo - V - Co 234

Az anyagok megadása számjelekkel 





 

Az EN 10027-2 az anyagokat számjelekkel adja meg, amely a számítógépes nyilvántartás és a kereskedelem miatt jelentős. Pl. 1. 4841 anyagjel az egyes anyagféleségekre jellemző számok acéloknál 1-es, nehézfémeknél a vasötvözeteket kivéve 2-es, a könnyűfémeknél 3as anyagcsoport sorszám 235

Az acélok csoportosítása a felhasználás módja szerint 





Szerkezeti acéloknak nevezzük általában a C<0,6 % C megfelelő szilárdság mellett kellő nyúlással és szívóssággal ( KV 27 - 40 J) rendelkeznek. Szerszámacélok: ebből készülnek az alakító és forgácsoló szerszámok. Fő jellemzőjük, hogy az igénybevételeket maradó alakváltozás nélkül viselik el, kopásállók. Lehetnek ötvözetlenek vagy ötvözöttek, és tulajdonságaikat hőkezeléssel biztosítják. Különleges acélok valamilyen speciális tulajdonsággal rendelkeznek pl. hőállóság, korrózióállóság, savállóság stb. Erősen ötvözöttek. 236

Az acélok csoportosítása az MSZ EN 10020 szerint Az acélminőségek felosztása Ötvözetlen acélok Alapacélok Minőségi Nemesacélok acélok 00 90 01-07 91-97 10-18 Alkalmazási cél vagy vegyi összetétel

Ötvözött acélok Minőségi acélok Nemesacélok 08-09

98-99 20-89 Vegyi összetétel

237

AC hatása

238

Szerkezeti acélok hegesztése

Ötvözetlen acélok A hegeszthetőség megítéléséhez bevezethető a „karbon egyenérték” fogalma:

CE

C

Mn Cr Mo V 6 5

Cu Ni % 15

Kis karbontartalmú (CE%<0,2%), minimális ötvöző tartalmú ferrit-perlites szerkezetű acélok általában feltétel nélkül hegeszthetők.

239

Szerkezeti acélok hegesztése

Általános rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acélok (MSZ EN 10025) Szabványos jelölés: Fe 235; 275; 355; a szám a folyás-határ átlagos értéke (Fe 490; 590, 690 esetén az Rm); karbontartalom 0,13…0,2%. Kiegészítő betűjel: B, C, D (pl. Fe 235 B) az ütőmunka minimális értékéhez (KV=27J) tartozó hőmérsékletet jelenti (20, 0, -20 Co). A folyáshatár 235…355 között, a szakítószilárdság 350…690 MPa között változik, a nyúlás 24…10% között, az ütőmunka min. 27 J. Jól hegeszthetők, ezért átlagos rendeltetésű szerkezetek, alkatrészek készíthetők belőlük. 240

Szerkezeti acélok hegesztése

Hegeszthető finomszemcsés szerkezeti acélok 





Szabványos jelölés: S 275; 355; 420; 460; a szám a folyáshatár átlagos értéke a karbontartalom 0,13…0,2% + mikroötvözők: Al; Nb; V; Ti; N; és a Zr. Kiegészítő betűjel: M, ML, N, NL (pl. S 275 M) az ütőmunka minimális értékéhez tartozó hőmérsékletet jelenti A folyáshatár 275…460 között, a szakítószilárdság 360…720 MPa között, a nyúlás 24…10% között változik, az ütőmunka min. 27 vagy 40 J. Jól hegeszthetők, igényes szerkezetekhez valók 241

Szerkezeti acélok hegesztése

Gyengén ötvözött acélok Ha a karbontartalom, ill. az egyenértékű karbontartalom nagyobb (0,25…0,45%), akkor előmelegített állapotban kell hegeszteni  Előmelegítési hőmérséklet: 

- C%<0,35% 150…200 Co - C%<0,45% 250…350 Co 

Hegesztés után a munkadarabot lassan hagyják lehűlni 242

A hőhatásövezet részei 1. Nem teljes olvadási övezet 2. Durvaszemcsés övezet 3. Finomszemcsés övezet 4. Részben átkristályosodott övezet 5. Újrakristályosodott övezet

243

Szerkezeti acélok hegesztése

Finomszemcsés acélok 





A hegeszthetőség érdekében az acél karbontartalma C%<0,2% és az ötvöző tartalom minimális. A nagy szilárdságot finomszemcsés szerkezettel érik el: mikroötvözés (Al, V, Nb, Ti, Zr, B) + speciális hengerlési technológia. A CE-hez rendelt előmelegítési hőmérséklet: - C%<0,45% <100 Co - C%<0,6% 100…250 Co 244

Szerkezeti acélok hegesztése

Egyéb befolyásoló tényezők Az előmelegítési hőmérséklet meghatározása: •Falvastagság

•Hegesztési technológia •Egyenértékű karbontartalom pl: CE=0,5% 245

Szerkezeti acélok hegesztése

Melegszilárd acélok Jellemző felhasználási területük a szobahőmérsékletnél jóval nagyobb üzemi hőmérséklet és gyakran a légkörinél nagyobb nyomás. Jellemzőjük a nagy kúszáshatár (550 C ) és a nagy időtartam szilárdság. Lehetnek ötvözetlen vagy ötvözöttek (Cr, Mo, V). Ötvözetlen ferrit-perlites melegszilárd acélok hegesztése Jelölésük: pl. P295GH: P a nyomás, 295 a folyáshatár MPa-ban, H magas (High) A C< 0,22% emellett Mn-t vagy Mo-t tartalmaznak. Hegesztésükhöz az alapanyaghoz azonos összetételű hozaganyag szükséges. Általában feltétel nélkül hegeszthetők. 246

Ötvözött melegszilárd acélok hegesztése Bénit (martenzit)-ferrites, ill. ausztenites szerkezetűek lehetnek. Pl. 10CrMo9-10 Hegesztéskor elő kell melegíteni 200-350 C -ra és a hegesztés alatt is fenntartani. Hegesztés után hőkezelni kell. Az alapanyaggal megegyező összetételű, vagy Cr-Ni-Mn (pl. 18 8 Mn jelű) ill. nagy nyúlású 68-75% Ni tartalmú hozaganyag javasolt. Ez utóbbi estén beszélünk az ún. „feketefehér” kötésekről, mert a hozaganyag erősen eltér az alapanyagtól. A Ni a nagy nyúlását biztosítja a varratnak. Célszerű hegesztés után megeresztést is alkalmazni. 247

Szerkezeti acélok hegesztése

Korrózió-és hőálló acélok hegesztése Az agresszív közegek hatásaival szemben tartósan ellenálló, Cr-mal, Cr-Ni-lel, ill. CrNi-Mo-nel erősen ötvözött acélok. Lehetnek: - ferrites (ill. félferrites) - martenzites (ill. lágymartenzites) - ausztenites - ausztenit-ferrites szerkezetűek Jelölésük: pl. X5CrNi18-10, X2CrNiMo18-15 248

Hegesztésük: Figyelembe kell venni a rosszabb hővezetőképességet, valamint a jóval nagyobb hőtágulást. A C rontja a hegeszthetőséget, mert a Cr a C-nal króm-karbidokat alkot hő hatására, a kiváló karbidok szemcsehatár menti korróziót okoznak. A karbidokat 1000 C körüli izzítással és gyors hűtéssel lehet megszüntetni. A másik megoldás a Ti-nal ill. Nb-al való stabilizálás (X6CrNiTi18-10, X6CrNiNb18-10). A Ti erős oxid és nitridképző, ezért elkerülhetetlen az oxidos és nitrides zárványok jelenléte. Nb-al való ötvözéskor ez nem következik be. 249

Fontos szabályok: -

-

Nem szabad ívet húzni a nem hegesztendő felületen A felületet nem szabad karcolni, károsítani. Nem szabad más összetételű fémekkel együtt tárolni A felületet a fröcsköléstől óvni kell. Lánggal nem vághatók, az élelőkészítést hidegen kell végrehajtani. A tiszta ausztenites hozaganyag melegrepedésre hajlamos. A nagyobb Cr és Ni tartalomnál szívósságot csökkentő σfázis válik ki, hegesztés után hőkezelni kell. Nagyobb illesztési réseket kell beállítani. Minél kisebb hőhatásövezet jöjjön létre. Az áramerősség alsó tartományában célszerű hegeszteni. 3 mm fölött mindig le kell élezni, gyökhegesztést kell alkalmazni. A heterogén összetételűeket célszerű előmelegíteni, a lehűtés lassú. 250

Az öntöttvasak Öntöttvasak általános tulajdonságai:  Az öntöttvas olyan Fe-C ötvözet, melynek széntartalma meghaladja a 2,06 %-ot. A gyakorlatban ez 3-4,3 %. Ha szenet kötött állapotban (cementit) tartalmazza az öntöttvas fehérvasnak, ha a szén grafit állapotú szürke öntvénynek nevezzük.  A cementit kiválását elősegítő ötvözők: S, V, Cr, Sn, Mo, Mn.  A grafit kiválását elősegítő ötvözők: C, Si, Al, Ni, Cu, Co.  A leggyakrabban használt szürkevas összetétele:  C = 3 -3,8 % Si = 1-2,4 % S = 0,7 %  Mn = 0,6-1,2 % P = 0,12 % 251

Öntöttvas alkatrészek kötőhegesztése Az öntöttvas hegesztéskor figyelembe veendő tulajdonságai: rideg (az egyenlőtlen felmelegedés-lehűlés feszültséget okoz, ez töréshez, repedéshez vezet). kisebb hőmérsékleten ömlik meg, mint a vasoxid (megnehezíti a hegesztést, oxidzárványok rontják a varrat szilárdságát). nagy hőmérsékleten huzamos ideig üzemelt öntöttvas alkatrészek rosszul, vagy egyáltalán nem hegeszthetők (a grafit magas hőmérsékleten oxidálódott) hirtelen válik hígfolyóssá (a szolidus és a likvidusz közelsége miatt): lehetőleg vízszintes helyzetben hegesszünk. 252

Öntöttvas hideghegesztése  



 

Hideghegesztés csak villamos ívhegesztéssel lehetséges. A hozaganyag acél vagy nikkel bázisú elektróda (Az ötvözetlen acél hegesztésére használt elektródák megfelelőek). Az acélnak nagyobb a hőtágulási együtthatója, így gyorsabban zsugorodik, ezért repedések keletkezhetnek. Ez elkerülhető, ha a varratot szakaszosan rövid hernyókkal rakjuk fel és tömörítjük. A kötésszilárdság növelhető, ha a felületbe lágyacél csapokat csavarunk. Szilárdsági és tömítő igénybevétel esetén a gyököt és a varratkoronát Ni, Monel vagy ausztenites Cr-Ni elektródával kell hegeszteni 253

Szürkeöntvényre, lágyacél elektródával készített varrat keresztmetszete •a) réteg: lágyacél •b) réteg: szénben dúsult •c) réteg: martenzites •d) réteg: fehér öntöttvas •e) réteg: átalakult szürke •öntvény •f) réteg: eredeti alapfém

254

Nikkel alapú lágyacél varrat szürkeöntvényben

255

Alapozás nikkelbázisú elektródával

256

Menetes lágyacél csapokkal merevített varrat

257

Szürke öntvények hegesztése helyi előmelegítéssel  

 

A hideghegesztés hátrányait részben kiküszöböli a félmeleg, ill. helyi előmelegítéssel való hegesztés. A munkadarabot lehetőleg 200-300 C-ra előmelegítjük, a hegesztési hely környezetében az előmelegítés hőmérsékletét növeljük Végezhető villamosívvel és gázlánggal.. Az elektróda nagy Si tartalmú (grafit kiválás segítésére). Fontos, hogy a hideg részek ne akadályozzák a meleg részek hőtágulását. Pl.: keretes szerkezetnél a töréssel szemközti oldalon is el kell végezni a melegítést 258

Keretes szerkezet helyi előmelegítése

259

Szürkeöntvények meleghegesztése 

  



Lehet villamosívhegesztés vagy gázhegesztés. Az alapanyaggal azonos minőségű tömör, jól megmunkálható varrat készíthető. Ívhegesztéshez C és Si tartalmú hozaganyagot használnak. Előkészítéskor a felületet V alakúra munkálják, majd izzó kokszba vagy faszénbe ágyazzák, és 600-700 C-ra hevítik. Az egyenletes melegedés miatt a hevítés sebessége kisebb, mint 150 C/h. A fürdő dezoxidálására bóraxot használnak. Hegesztés után a heganyagot faszénporral behintik, homokkal és hamuval betakarják, lassan hűtik (max. 150 C/h). 260

A temperöntvények 





A temperöntvényeket fehér nyersvasból állítják elő úgy, hogy nagy hőmérsékleten izzítják (a cementit ferritre és karbonra bomlik). Ha az izzítást semleges közegben végzik a szövetszerkezet ferritből és temperszénből áll, ekkor fekete temperöntvényről beszélünk. Ha a fehéröntvényt oxidáló közegben izzítják a szövet perlitből, ferritből és kevés temperszénből áll, ez a fehér temperöntvény.

261

A temper öntvények hegesztése 





Fekete temperöntvények hegesztése az anyag inhomogenitása miatt nem mindig sikeres. Kemény, rideg gócok keletkezhetnek, és az anyag megrepedhet. A fekete temperöntvényeket acetiléndús lánggal hegesztik, öntöttvas pálcával és hegesztőporral. A fehér temperöntvény nehézség nélkül hegeszthető. Gázhegesztésnél semleges lánggal, és az alapanyaggal azonos pálcával hegesztik. Villamos ívhegesztésnél lágyacél vagy nikkel bázisú elektródát használnak. 262

Az alumínium és hegeszthetősége Anyagtulajdonság és hegeszthetőség 

 

 

Az alumínium ötvözetek többé - kevésbé jól hegeszthetők. Különleges fizikai, kémiai és szilárdsági tulajdonságaik miatt az acél és egyéb fémektől eltérő technológiával hegeszthetők. Az alumínium olvadáspontja 658 C, amely az ötvözéssel általában csökken. Az alumínium fajhője az acél fajhőjének kétszerese, hővezető képessége az acél hővezető képességének több mint háromszorosa. A megömlesztett alumínium (ömledék) felületén oxidhártya (Al2O3) keletkezik. Dermedés alatti hőmérsékleten szilárdságuk és nyúlásuk jelentősen csökken. 263

Az alumínium hegesztésekor előforduló problémák Veszélyek: - Megömlés kis hőmérsékleten - Az olvadt alumínium erősen oldja a hidrogént porozitás veszély - A jó hővezetés miatt nagy hőbevitel szükséges - A felületen alumínium oxid hártya van

Megoldás: felületi tisztítás, folyósító szerek, AWI és AFI hegesztés fordított polaritással, ill. AC árammal. 264

Az Al-ötvözetek rendszerezése

265

Nemesített Al ötvözetek

A szerkezeti változások miatt hegesztés után újra kell nemesíteni, mert a hőhatásövezetben a szilárdság csökken. 266

A varrat szilárdsága hőkezelés hatására

267

Alumíniumötvözetek hegeszthetősége Alakítható Al-ötvözetek

Öntészeti Al-ötvözetek

AlMn1

hegeszthető

G-AlSi1

hegeszthető

AlMg3

hegeszthető

G-AlSiMg

hegeszthető

AlMg4,5Mn

hegeszthető

G-AlMg5

hegeszthető

AlMgSi1

hegeszthető

G-AlMg3

hegeszthető

Al99,5

hegeszthető

G-AlCu1

hegeszthető

AlCuMg1

nem hegeszthető

G-AlCuTi

nem hegeszthető 268

A réz tulajdonságai Közepes sűrűség (ρ= 8,93 kg/dm3)  Olvadáspont (1083 Co)  Kiváló hő- és villamos vezetőképesség  Légköri korrózió állóság  Kedvező alakíthatóság, önthetőség  Szilárdsága közepes (Rm=220 MPa), ötvözéssel tovább javítható 

269

A réz és ötvözetei 

Alakítható réz ötvözetek - Lemezalakításra alkalmas sárgarezek - Éremverésre alkalmas bronzok



Öntészeti réz ötvözetek - Ónbronz és vörösötvözetek - Ólombronzok - Sárgarezek öntészeti célokra

270

Réz és ötvözeteinek hegesztése Veszélyek: - Kis szilárdság, nagy nyúlás, jó hővezető képesség (nagy hőbevitel szükséges) - Erős hajlam a hidrogén felvételre - Réz-rézoxid eutektikum keletkezhet, amely csökkenti a szívósságot Megoldás: gázhegesztés folyósító szerrel, AWI és AFI hegesztés speciális hozaganyaggal, esetleg előmelegítés Javasolt hozaganyag CuSn1, CuAg1, 12 mm-ig egy rétegben előmelegítés nélkül, ez fölött több rétegben előmelegítéssel (500-700 C ) kell hegeszteni 271

A nikkel és ötvözeteinek hegesztése Veszélyek: - a gázokat elnyeli hegesztés közben - szilárdsági tulajdonságai romlanak 320 C felett - hőtágulása nagyobb mint az acélé, ezért nagyobb a deformációveszély - érzékeny a szennyeződésekre Megoldás: BKI, AWI, AFI hegesztési eljárások alkalmazása, ellenálláshegesztést csak 3mm-ig lehet alkalmazni. Saját anyagával hegeszthető. 272

A titán és ötvözetei 









A titán alapanyaga a: rutil (titándioxid – TiO2), amelyből az előállítás során klór áramban hevítve titántetraklorid (TiCl4) keletkezik. Ezt fém magnéziummal redukálják, majd tisztítják és porkohászati úton nyerik a Ti-t A titán ezüstfehér színű, 4,5 103 kg/m3 sűrűségű 1670 C olvadáspontú fém. Allotróp módosulatai vannak. Korrózióállósága kitűnő, tökéletesen ellenáll a tengervíznek, nedves és szerves savas közegeknek. Az emberi szervezetben nem káros. Szilárdsága ötvözéssel és az allotróp átalakulást kihasználó hőkezeléssel fokozható. Igen jó a szilárdság/sűrűség aránya. Fő ötvözői az Sn, a Zr, a Cr a Mo a V és a Nb. Kitűnő hőállósága, korrózióállósága, kis sűrűsége miatt fő felhasználója a repülőgépipar a rakéta-, űrhajózás-, az élelmiszeripar és a gyógyászat. 273

A titán hegesztése Veszélyek: - nagy az oxigénhez való affinitása (oxidáció) - nagy gázelnyelő képesség - rossz hővezető Megoldás: NWI vagy PI-hegesztés, hűlés közben is kell biztosítani a gázvédelmet. Csak saját anyagával hegeszthető (Ti-2,5Cu, Ti-6Al6V-2Sn). 274

A magnézium és ötvözetei   



 

Alapanyag: magnezit ásvány (MgCO3) vagy tengervízi sók (MgCl2) kiválása. A fém magnézium a MgCl2 elektrolízisével állítható elő. A Mg kis sűrűségű ( = 1,784 103 kg/m3) 650 C olvadáspontú hexagonális szerkezetű fém. Jó hő-és elektromos vezető. A tiszta Mg-ot ötvözőfémként használják az alumíniumötvözetek és a gömbgrafitos öntöttvasak gyártásánál, de elterjedt távvezetéki acélcsövek katódos korrózióvédelmére is. Az ötvözetlen Mg szilárdsága nagyon kicsi (öntött állapotban kb. 110 N/mm2) Erősen reakcióképes az oxigénnel, ezért szerkezeti anyagként csak ötvözetei alkalmazhatók. Hexagonális szerkezet miatt szobahőmérsékleten rosszul alakítható ezért az ötvözeteit elsősorban öntéssel dolgozzák fel. 275

A magnézium és ötvözeteinek hegesztése Csak váltakozóáramú NWI, ill. AWI hegesztéssel, és ez is inkább az ötvözetekre vonatkozik.

276

Alakváltozások hegesztéskor

y

x Problémák: 1. Méretváltozás (zsugorodás) 2. Alakváltozás (deformáció) Irányok: Hosszirány (a varrat irány, a varrat hossztengelyébe eső x irány) Keresztirány (a varrat hossztengelyére merőleges y irány)

277

Hosszirányú méretváltozás 1.Zsugorodás

A hosszzsugorodás 1mm varrathosszra viszonyítva 0,1..0,3 mm. 278

Hosszirányú alakváltozás 2. Deformáció (kardosodás) Megoldás: a varrat középen legyen. Ha a varrat nem tehető középre, egyszerre kell hegeszteni a két szélét

Egyengetni nem szabad erővel (termikus egyengetés alkalmazása)! 279

Keresztirányú méretváltozás 1. Zsugorodás Általában 1…4mm Befolyásolja: -A mdb. vastagsága -A varrat ill. kötés típusa -A varrat keresztmetszete -A hegesztési eljárás

Oka: a folyékony alapfém és hozaganyag térfogata nagyobb, hűlés közben zsugorodik, kisebb lesz a térfogata. A zsugorodás nem jelentős, csökkenteni a kisebb illesztési réssel és a kis hőhatásövezetű nagy hőáramsűrűségű hegesztési eljárásokkal lehet. 280

Keresztirányú alakváltozás 2.Deformáció Tompavarratoknál 0..13 , sarokvarratoknál 0..8

A deformáció korlátozottan statikus erővel egyengethető, leginkább hidegen.

281

Elhárítás:

282

Az alakváltozások csökkentése A deformációk csökkentésének három módja van.  egyengetés melegen,  egyengetés hidegen,  feszültségcsökkentő hőkezelés Ezenkívül további megelőző intézkedések:  A hegesztett kötés a lehető legkisebb igénybevételű helyen legyen.  Kerüljük a szükségesnél nagyobb és vastagabb varratkeresztmetszeteket.  A varratokat lehetőleg szimmetrikusan helyezzük el  Kerüljük a varratok kereszteződését.  Szakaszos varrat is tervezhető, ha nincs fárasztó igénybevétel.  A lemezek előfeszítésével, ill. elődöntésével csökkenthető a szögzsugorodás.  Használjunk készülékeket, szorítókat. 283

A termikus egyengetés  





Hevítés pont, sáv vagy ék alakban kb. 600 C -ra A hevítés során helyi zömülés lép fel, majd hűlés után zsugorodás A hevítési pontokat ott kell elhelyezni, ahol az alakváltozások ellen hatnak Csak nagyméretű szerkezetek esetén alkalmazható 284

Alakváltozások megszüntetése hidegegyengetéssel

285

Hegesztési maradó feszültségek Ha hegesztés közben az alakváltozás gátolt, nagy maradó feszültségek keletkezhetnek, akár a folyáshatárt is meghaladóak → repedésveszély! Elhárítás: 1. Feszültségcsökkentő hőkezelés. T≈500 C , de minden esetben kisebb mint A1 (723 C ) 2. Gyártás közbeni feszültségcsökkentő módszerek alkalmazása (deformáció engedése, szimmetrikus hőbevitel, kis varratszélesség) 286

A hőkezelés A

hőkezelés egy tervszerűen megválasztott hőmérsékletváltoztatási folyamat, mely felhevítésből, hőntartásból és lehűtésből áll, és célja a munkadarab szövetszerkezetének illetve feszültségállapotának tudatos megváltoztatása, az előírt tulajdonságok elérése céljából. 287

Hőmérséklet-idő diagram

Hőkezelés közben a szerkezeti anyag szilárd halmazállapotú, részlegesen sem olvad meg, tehát a hőkezelést csak a szolidusznál kisebb hőmérsékleten 288 végezzük!

A hőkezelések csoportosítása teljes keresztmetszetre kiterjedő és  felületi hőkezeléseket. 

289

Teljes keresztmetszetre kiterjedő hőkezelések A kezelések lehetnek: lágyító és egyneműsítő keménységet fokozó szívósságot fokozó Az anyagokra vonatkozó anyagszabványok a legfontosabb hőkezelések adatait tartalmazzák. 

290

A normalizáló hőkezelés Cél: Finomszemcsés, egyenletes szövet(normál állapot) előállítása Előny: Egyensúlyi, normál állapot kialakulása Hátrány: Átalakulás nélküli acélok nem normalizálhatók A hidegen alakított vagy nemesített acél szilárdsága csökken

291

A normalizáló hőkezelés Folyamat: hevítés Ac3+20…50oC (C≤0,76%)vagy Acm+20…50oC (C>0,76%), ill. Ac1+20…50 C (C>1,2%)/hőn tartás/ lassú hűtés (levegő) Alkalmazás:    



valamennyi acélöntvénynél hegesztés vagy vágás után hibásan végrehajtott hőkezelés után hidegen alakított acélokhoz túlhevített acélokhoz

292

A feszültségcsökkentés Cél: A megmunkálás során keletkezett (maradó) feszültségek csökkentése,a mechanikai tulajdonságok jelentős változtatása nélkül Előny: Egyenletes feszültségi állapot elérése,a repedési veszély csökkentése Hátrány: Teljes feszültségcsökkentés nem lehetséges Folyamat: hevítés Ac1 alatt (550…650 C ),hőntartás 1…3 órán át, hűtés kemencében Alkalmazás: öntés, meleg- és hidegalakítás, forgácsolás, egyengetés, hegesztés utáni feszültségek csökkentéséhez 293

A méretpontosság és a feszültség ellentmondása Deformációt engedni, és akkor a maradó feszültség alacsony, de a deformáció nagy. Utólag lehet egyengetni erővel, hőbevitellel, vagy mindkettővel.  Pontos, kis deformációval való gyártás, ekkor nagy maradó feszültségekkel kell számolni. Utólag feszültségcsökkentő hőkezelés alkalmazása. 

294

Hegesztett szerkezetek gyártása és minőségbiztosítása Hegesztés: olyan technológia, ahol a termék minősége utólagos ellenőrzéssel nem, vagy nagyon nehezen biztosítható. A gyártás feltétele  Üzemalkalmasság: Euro szabvány szerinti tanúsítvány a tervezésre, gyártásra és forgalmazásra. 295

1.Tárgyi feltételek: üzemalkalmasság gyártás szempontjából→fedett fűtött csarnok, daru, hegesztőgépek, készülékek, gázellátó rendszer, vágógépek, kemencék, vizsgáló műszerek, egyéb feltételek (megvilágítottság, elszívás stb.) 2. Személyi feltételek: egy hegesztő felelős (koordinátor) hegesztő szakmérnök (EWE vizsga), egy beosztott gépészmérnök hegesztőtechnológus (EWT vizsga), hegesztő művezető (EWM), minősített hegesztők (EW), eljárás szerinti hegesztők. Vizsgáló személyzet: radiológus, ultrahangos vizsgáló, penetráló folyadékos, mágneses repedés vizsgáló, Vizsgáló labor: roncsolásos vizsgálathoz→ szakító, hajlító, ütve hajlító, törő mikroszkóp, keménységmérő 296

3. Eljárások (Procedures): utasítások leírása és dokumentálása hegesztésre (WPS Welding Procedure Specification) A WPS tartalma 1. Azonosító (hivatkozni lehessen rá) 2. Tulajdonos (a cég neve) 3. Hegesztő anyag anyagcsoportra (11 csoport van) Pl: W01, W02 4. Falvastagság (szintén csoportok vannak) egy csoporthoz egy WPS papír 5. Alak: - lemezszerű (P) Platt - csőszerű (T) Tube, áramláscső (Pipe) 297

6. 7. 8. 9.

10.

Kötésfajta: egysíkú (tompa) párhuzamos, T-kötés, egyéb Varratfajta: V, Y, I, X, 1/2V, 1/2Y, K, U, 1/2U Hegesztő eljárás: kódszám szerint, ill. megnevezés szerint Hegesztő hozaganyag (mindegyikhez külön WPS papír): - kereskedelmi jele - gyártója - mérete A hegesztő eljárás paraméterei: - ívfeszültség - áramerősség - hegesztési sebesség - áramnem - polaritás 298

Előírt vizsgálatok 12. A hegesztő elvárt minősítése 13. Előírt hőkezelés 14. Egyéb A WPS-t független szervvel kell jóváhagyatni. Általában próbadarabon kell a hegesztést végrehajtani és utána bevizsgáltatni (MSZ EN 288) 11.

299

Hegesztéskor előforduló hibák, eltérések A

fémek ömlesztőhegesztéssel készített kötéseiben különböző okok miatt folytonossági hibák, hiányok keletkezhetnek. Ha nem haladnak meg egy adott méretet, gyakoriságot, valamennyi megengedett. A kötésben lévő eltéréseket szabvány szerint besorolták és kódszámmal látták el.

300

1. Repedés A varratban és a hőhatásövezetben keletkező folytonossági hiány. - melegrepedés - zsugorodási repedés - edződési repedés - hidegrepedés - fáradási repedés Elkerülésük: az alapanyag előmelegítése, megfelelő rögzítések, helyes fűzési sorrend, megfelelő élkialakítások, egyenletes hőbevitel (kétoldali varratok), helyes pisztolyvezetés. A repedés veszélyes hiba, feltétlenül javítani kell! 301

Hosszirányú repedések: 1011, 1013, 1014 Keresztirányú repedések: 1021, 1023, 1024 Csillag alakú repedések: 1033, 1034, 1061

302

Hegesztett varrat hidegrepedése

303

304

2. Üregek Tulajdonképpen gázzárványok (gázzáródmányok, gázpórusok), a hegfürdőből el nem távozott gázok által okozott üregek. Alakjukat tekintve lehetnek gömb, tömlő és hernyóalakúak, megjelenésük szerint egyenletes eloszlásúak, sorosak vagy halmazokat képeznek. Az AWI hegesztésnél keletkező porozitások okai és elkerülésük:  Kevés, túl kicsi védőgázmennyiség: helytelen beállítás, a hegfürdő nem kap elég gázvédelmet. Elkerülés: helyes gázmennyiség beállítás.  Túl nagy védőgázmennyiség: a gáz turbulens áramlásúvá válik, és levegőt ragad magával a hegfürdőbe. Elkerülés: helyes gázmennyiség beállítás 305









Oldalszél, odalhuzat: ha a levegőáramlás nagyobb mint 1 m/s, a védőgázburok elhajlik és a gázvédelem elégtelen. Elkerülés: a hegesztés környezetének izolálása, árnyékolás. Túl kicsi méretű gázfúvóka: a gáz nem „fedi” be a varratot. Elkerülés: helyes fúvókaátmérő megválasztás. A helyes fúvókaátmérő: 1,5×hegfürdő szélesség, ill. diagramok. Túl nagy pisztolytávolság: a gáz lecsökkent mozgási energiája miatt nem, vagy csak részlegesen jut a hegfürdőhöz. Elkerülés: helyes pisztolytávolság (3-8 mm) ill. gázlencse alkalmazása. Helytelen pisztolytartás: a szokásos 70º-75º-os dőlés helyett a 20º alattinál az áramló gáz injektáló hatása miatt oldalról levegőt „szív” be. Elkerülés: helyes pisztolytartás, megfelelő pisztolykiválasztás. 306

A vízhűtéses pisztolyból a hűtőfolyadék hegfürdőbe kerülése: tömítetlenség a hűtővízkörben a pisztolynál. Veszélyes, mert H2 juthat a varratba! Elkerülés: a tömítettség ellenőrzése, a tömítetlenség megszüntetése.  Szennyeződés: a felületen lévő zsír, olaj, rozsda, festék elégésekor keletkező gázok jutnak a hegfürdőbe. Elkerülés: megfelelő fémtiszta felület, helyes élkiképzés.  Sérült gázfúvóka: megváltozik az áramlási irány és jelleg (turbulensé válik), ez nem megfelelő takarást, ill. levegőbeszívást eredményez. Elkerülés: a gázfúvóka ellenőrzése, cseréje. A gázpórusosság valamennyire megengedett kevésbé veszélyes hiba, mivel legömbölyített, nem sarkos, nem hat bemetszésként. A kifáradási határfeszültséget csökkenti. 

307

Üregek: gázpórus (2011), helyi porozitás (2013) soros gázporozitás (2014) megnyúlt gázzárványok (2015, 2016, 2017) 308

3. Szilárd zárvány A szilárd zárványok (salakzáródmányok) a hegesztési varratba bezáródott szilárd idegen anyagok. Ezek lehetnek nemfémes anyagok (oxidok, szulfidok, szilikátok, ezek kristályok), folyasztószer- maradványok, fémoxidok, oxidhártyák ill. fémes zárványok (pl. a W-elektródból a hegfürdőbe kerülő volfrámzárvány). A szilárd zárványok keletkezése összefügg a szennyeződésekkel, felületi oxidokkal, az ömledékbe kerülő fémekkel. 309





Felületi oxidok: a gyakorlati fémek hegesztésekor az Al és ötvözeteinél fordul elő leggyakrabban. A felületen képződő Al2O3 magas olvadáspontú (2053 Cº). Eltávolítása mechanikus tisztítással, vagy savas ill. lúgos pácolással lehetséges a hegesztést megelőzően. Hegesztés közben a semleges gáz már elegendő védelmet nyújt az oxidáció ellen. Váltakozó áramú AWI hegesztéskor a felületi oxid elporlad, elbomlik, azonban nem megfelelő áramerősség használatakor ez csak részleges és ekkor egy része a varratba kerülhet. Elkerülés: tisztítás, helyes áramerősség beállítás. Szennyezett varratvájat ill. hozaganyag: a felület nem megfelelő tisztítása, reve ill. rozsda, valamint az élkialakítás köszörülése utáni köszörűszemcsék. A hegesztőpálca oxidálódhat, ha kihúzzuk a védőgázburok alól.

Elkerülés: tisztítás, fúvatás, helyes pálcavezetés. 310





Nem megfelelő élkialakítás, vagy kedvezőtlen élelőkészítés: a túl magas élgyökszalag kedvezőtlenül hat a gyök gázvédelmére, fennáll az oxidáció veszélye. Elkerülés: alacsonyabb élgyökmagasság, kétoldali hegesztés (főleg Al-nál), ötvözött acéloknál külön gyökvédelem.

A volfrámzárványok képződése és elkerülésük: 

Az elektród érintkezése a hegfürdővel: figyelmetlenségből, túl nagy leolvadó anyagmennyiség esetén az elektród beleérhet a hegfürdőbe. A magas hőmérsékleten az elektród ötvöződik (a W nem olvad meg), az ötvözet olvadáspontja viszont alacsonyabb mint a volfrámé, ez megolvadáshoz és a hegfürdőbe jutáshoz vezet. Elkerülés: helyes pálcavezetés, pisztolytartás, megfelelő leolvasztási sebesség 311

Az elektród és pálca érintkezése: lényegében ugyanaz játszódik le mint az előző esetben.  Az elektród túlhevülése: helyesen beállított áramerősség esetén DCEN polaritásnál az ív hőjének 30%-a (kb. 1800 Cº) jut az elektródára, és 70% a munkadarabra. Ha túlzott áramot állítunk (vagy DCEP polaritást kapcsolunk) ez az egyensúly felborul és a kedvezőtlen hűtési viszonyokkal rendelkező elektród túlhevül és lecseppenve a hegfürdőbe jut. Ez a jelenség felismerhető az elektród végének letompulásából és az olvadási nyomokból. Elkerülés: helyes áramerősség és polaritás megválasztása. A W és más fémes vagy nemfémes záródmányok ha szögletesek bemetszésként hatnak, fokozódik a repedésveszély, csökken az ütőmunka és a kifáradási határfeszültség. Kimutatása röntgenvizsgálattal lehet. Egy bizonyos mértékig (a hegesztett kötés felhasználásától függően) megengedett. 

312

Salakzárványok: soros (3011), különálló (3012), halmazt alkotó (3014)

313

4. Kötéshibák 

Összeolvadási hiba (hidegszálfolyás): a két alapanyag nem olvadt meg, csak a hozaganyag. Veszélyes hiba, mindenféleképpen javítani kell!



Részleges összeolvadási hiba. Veszélyes hiba, javítani kell!

314



Gyökhiba: a gyökoldali részen nem történt átolvadás, ha éles javítani kell.

315

Összeolvadási hiba: 4011, 4012, 4013, Átolvadási hiba, gyökhiba: 402, 4021, 5013 Szegélykiolvadás: 5011 Túlzott varratdudor: 502, 503 Varratmegfolyás: 5061

316

5. Alakhibák  A kötések különböző alakeltérései: - túlzott varratdudor magasság - túlzott gyökátfolyás - túlzott sarokvarrat domborúság Kevésbé veszélyes hibák, egy részüket javítani kell. 6. Felületi egyenetlenségek: enyhe hiba, szabad szemmel is észlelhetők, csökkentik a kifáradási határt. 317

A varrat formatényezői



Belső formatényező: meghatározza a kristályok növekedési irányát a varrat dermedésekor 318

A kötések szemrevételezése: a kötés minden látható felülete mellett kiterjedhet a fűzővarrat, a gyöksor és minden további réteg ellenőrzésére. A vizsgálat szabad szemmel, vagy 5-10 szeres kézi nagyítóval, száloptikával végezhető. Kimutatható hibák:  repedések  porozitások, gázpórusok (a felületen)  felületi szilárd zárványok  kötési hibák egy része  szegélybeégés  végkráter 319

túlzott varratdudor  felületi fröcskölések  ívgyújtási nyomok  elszíneződés, futtatási szín (Cr-Ni acéloknál) Alapszabály! A hegesztés a gyártásban és szerelésben kritikus művelet! A kötés kifogástalan minősége alapvetően a hegesztő szaktudásától függ, ennek értelmében nagyfokú önellenőrzésre, szigorú átvételi ellenőrzésre, és mindenekelőtt nagy tapasztalatra van szükség! 

320

Az egyes hibák értelmezése

321

322

A hegesztett kötések minősítése

Roncsolásos vizsgálatok 

A vizsgálatok célja: - A kötés mechanikai tulajdonságainak, - Keménységeloszlásának, - Mikroszerkezetének meghatározása - Alkalmasság vizsgálat (technológia, hegesztő)



Vizsgálati módok: - Szakító, hajlító, ütő-hajlító vizsgálat - Keménységmérés, mikroszkópi vizsgálat 323

Vizsgálati módszerek

324

A hegesztett kötések minősítése

Roncsolásos vizsgálat - példák

Szakító vizsgálat

Hajlító vizsgálat

325

A repedésérzékenység vizsgálata

326

A szakítódiagram

327

Az alakváltozás szakaszai

328

A hegesztett kötések minősítése

Roncsolásos vizsgálat - példák Keménységmérések helye tompa- és sarokvarratnál

Ütő-hajlító próbatest kivételének helye 329

A Charpy-féle ütővizsgálat

330

Az átmeneti hőmérséklet értelmezése



Átmeneti hőmérséklet: az a hőmérséklet, amelyen az ütőmunka – a vizsgálati anyagtól függő – előírt KVTértékkel egyenlő. Jelölés: TTKV28 : V-bemetszésű próbatest, KVT = 28 J 331

Ötvözetlen szerkezeti acélok átmeneti hőmérsékletei

332

333

A hegesztett kötések minősítése

Roncsolásmentes vizsgálatok 

Felületi hibák detektálása - Szemrevételezés - Folyadékbehatolásos vizsgálat - Mágnesezhető poros vizsgálat



Belső hibák feltárása - Ultrahangos vizsgálat - Röntgen vizsgálat 334

Roncsolásmentes vizsgálatok

Folyadék behatolásos vagy penetráló folyadékos vizsgálat A felületre kinyúló folytonossági hiányok, repedések stb. kimutatására alkalmas igen érzékeny vizsgálati módszer.

a. a felület előkészítése, b. a penetrálófolyadék felvitele, c. a felesleges folyadék eltávolítása, d. előhívás, értékelés

335

A vizsgálat eszközei

336

A repedések kimutatása

337

Penetráló folyadékos vizsgálat Alkalmazási lehetőségek Porózus anyagok kivételével minden anyag felületi hibáinak kimutatására

338

Mágneses repedésvizsgálat Ferromágneses fémek felületén, vagy felületének közelében lévő szabad szemmel nem, vagy alig látható folytonossági hiányok (repedések, zárványok, pórusosság stb.) kimutatására alkalmas módszer. 339

Mágneses repedésvizsgáló gépek, alkalmazási példák Négypólusos, esetleg kerekes vizsgáló készülék, amellyel a négy pólus által bezárt terület 100 %-ban vizsgálható.

340

Roncsolásmentes vizsgálatok

Ultrahangos vizsgálat Tompavarrat vizsgálata szögfejekkel:

Repedések, összeolvadási hibák, folytonossági hiányok kimutatására alkalmas

341

Roncsolásmentes vizsgálatok

Röntgenvizsgálat elve

342

Roncsolásmentes vizsgálatok

Röntgenvizsgálat (film és sugárforrás elrendezése)

343

Radiológiai vizsgálattal kimutatható hibák és elnevezések (MSZ 4310/5)

344

Radiológiai vizsgálattal kimutatható hibák és elnevezések MSZ 4310/5)

345

Radiológiai vizsgálattal kimutatható hibák és elnevezések MSZ 4310/5)

346

Radiológiai vizsgálattal kimutatható hibák és elnevezések MSZ 4310/5)

347

Radiológiai vizsgálattal kimutatható hibák és elnevezések MSZ 4310/5)

348

Egyéb hegesztési eljárások Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés (VFI-eljárás)



  

1. Fogyóelektródás semleges védőgázas ívhegesztés (Ksz:131) Az elektróda dobról lecsévélt, egyenletesen előtolt huzal, amely folyamatosan olvad le. Egyenáramú áramforrással, fordított polaritással hegesztenek leggyakrabban. A varrat védelmét a huzal mellett kiáramló semleges gáz (argon, hélium) látja el. Szokás AFI - argon védőgázos, fogyóelektródás ívhegesztésnek - is nevezni.

349

A hegesztés elrendezése, berendezései

350

Hegesztőanyagok 



Védőgáz: - Argon (jó ívgyújtás, olcsó) - Hélium (nehezebb ívgyújtás, költséges, nagyobb sebesség, hatásos védelem fej feletti hegesztésnél)  Hozaganyag: dobra csévélt, 0,6…3,2 mm-es huzal Eszközök: áramforrás, pisztoly, huzalelőtoló, gáz adagoló

351

Alkalmazások Minden fém hegeszthető ezzel az eljárással, de ára miatt elsősorban korrózióálló acélokat, nikkelt és ötvözeteit, színes- és könnyűfémeket hegesztenek.  Elsősorban nagy beolvadási mélységű töltő és takaró rétegek készítésére javasolt. 

352

2. Fogyóelektródás, aktív védőgázos ívhegesztés (Ksz:135) Elrendezése hasonló a semleges védőgázos fogyóelektródás ívhegesztéshez  Védőgázként széndioxidot használnak  Elsősorban ötvözetlen acélok nagy tömegű hegesztésére használják az olcsósága miatt 

353

A berendezés vázlata, elrendezése

354

A hegesztés kémiai folyamatai

A CO2 hő hatására CO-ra és O2-re bomlik az ívben 355

Hegesztőanyagok 



Védőgáz - Széndioxid - Gázkeverékek (argon, oxigén és széndioxid) Huzalelektróda - Tömör vagy töltött kivitelű 0,8…2,4 mm átmérőjű huzal, - az acél alapanyagú huzal Si és Mn ötvözőket is tartalmaz, hogy az ötvöző kiégést pótolják - felülete rézzel van bevonva. 356

A hegesztőhuzalok jelölése 

Ötvözetlen és finomszemcsés acélokhoz

357

Alkalmazás és elnevezések (1)

358

Alkalmazás és elnevezések (2)

359

Alkalmazás és elnevezések (3)

360

A hegesztés körülményei Gazdaságos, egyszerű feladatokra használják. Erős fröcskölés, nem túl stabil ív.

Kis áramerősséggel lehet hegeszteni. 361

3. Sajátvédelmű porbeleshuzalos ívhegesztés: SPI (Ksz:114) Angol elnevezés: Self-shielded Flux Cored Arc Welding (FCAW) Tulajdonképpen a BKI és a VFI közötti átmenetnek tekinthető. Egyesíti magában a salak és gázvédelmet.

Előnyei: -

-

gépesített hegesztésre ad lehetőséget védőgáz nélkül szabadban is (önvédő változatok) A varrat anyaga egyszerűen ötvözhető 362

Hátrányai: -

-

Költséges huzalelektróda, rézbevonat nélkül korrózióra hajlamos A varratot salakolni kell A portöltet nedvszívó tulajdonságú (tárolás)

Különböző kialakítású porbeles huzalok 363

4.Gázhegesztés (Ksz:31 ill. 311) A hegesztéshez szükséges hőt éghető gáz és oxigén keverékének elégetésével nyerik  Az éghető gáz leggyakrabban az acetilén (C2H2)  A láng hőmérséklete kb. 3200 Co, ettől olvad meg a hozaganyag és a munkadarab 

364

A hegesztés elrendezése

365

Hegesztőanyagok 



 

Hegesztőgáz - Elsősorban acetilént használnak, palackban tárolva, acetonban oldva - Ritkábban földgázt, propánt, butánt – ezek hőteljesítménye kisebb Oxigén: szintén palackban tárolják Hegesztőpálca: a hegesztendő fém anyagának megfelelő Folyósítószer: öntöttvas, színesés könnyűfémek hegesztéséhez szükséges 366

A hegesztés eszközei 

  

Gázpalackok Nyomáscsökkentő (a palack nyomást max. 1,15 MPa-ra redukálja) Gázvezeték: vászonbetétes gumitömlő Hegesztőpisztoly:

367

A hegesztés végrehajtása

Balra hegesztés

Jobbra hegesztés

368

A hegesztés végrehajtása 



Balra hegesztés: - A gyök nem jól látható hegesztés közben - Gáz zárványok, feszültségek keletkeznek - Elsősorban vékony lemezekhez használják Jobbra hegesztés: - Lassabban hűl a varrat, kevesebb a salak- és gáz zárvány - 4 mm-nél vastagabb acél lemezekhez ajánlott

369

5. Plazmaív hegesztés PI Plasma Arc Welding (PAW) (Ksz:15)

Volfrám elektróda és a munkadarab között égő plazmaív szolgáltatja a hőt  A plazmaív ionizált argon áram  A plazmaívet védőgáz burok veszi körül, amely argon és hélium keveréke  A plazmaív nagyobb energiasűrűségű és koncentráltabb, mint a hagyományos AWI hegesztés íve 

370

A plazmasugár létrehozása

371

A plazmaív hegesztés elrendezése

372

Plazmaképző és védőgázok

373

Az eljárás előnyei A pisztoly távolsága viszonylag nagy, jobban megfigyelhető a hegfürdő.  A W elektród csúcsa védett.  A nagy hőáramsűrűség lehetővé teszi az átmenőíves hegesztést (nem kell mindig leélezést alkalmazni).  Nagy hegesztési sebesség  Mély és keskeny beolvadás, kevesebb hozaganyag 

374

Korlátok A berendezés drága.  A pisztolykonstrukció sérülékeny.  Szigorú koncentrikussági követelmények az elektród és fúvókák beállításánál.  A hegesztendő darabokra vonatkozó szigorú felületminőségi és illesztési tűrések Alkalmazás: bronzok, öntöttvasak, Mg ötvözetek, Sn, Pb, Zn hegesztése A falvastagság századmillimétertől az egy lépésben meghegesztett 12 mm-es I varratig terjed. Jellegzetes alkalmazási területei a repülőgépgyártás, sugárhajtóművek, űreszközök, csövek, precíziós alkatrészek. 

375

6. Bevontelektródás kézi ívhegesztés BKI Shielded Metal Arc Welding (SMAW) (Ksz:111) Áramforrás: egyen- vagy váltófeszültségű

Polaritás: egyenes (elektróda a negatív sarokhoz kötve) fordított (elektróda a pozitív) Ív keltés: elektróda és a munkadarab között 376

A csepp átmenet folyamata

377

Anyagok 

Elektróda: - A hegesztendő anyagtól függően lehet acél, réz, alumínium - Huzal méretek: Ø 2…5 mm; L 250…450 mm - Bevonat: ívstabilizáló, védőgáz- és salakképző, ötvöző anyagokat tartalmaz



Salak: - A bevonatból és a huzalból keletkezik - Védi a varrat felületét 378

Eszközök Hegesztő áramforrás  Hegesztőkábelek: 

- Áramforrás-elektróda között - Áramforrás-munkadarab között

Elektróda fogó  Rögzítő eszközök a hegesztendő lemezek helyzetben tartására 

379

Az áramforrás és tartozékai burkolat transzformátor kábel

elektródafogó mdb fogó 380

A hegesztés végrehajtása 

 

Ívhúzás Elektróda tartás és vezetés Hegesztési helyzetek: a, b) vízszintes c) fej feletti d, e) függőleges alulról felfelé

381

A bevonat szerepe   

 



Ívstabilizálás, ívgyújtás Védelem a szennyeződések ellen (inaktív gázok) A beedződés csökkentése (hőszigetelő salakréteg) A metallurgiai folyamatok „irányítása” ( a P-ból és a S-ből a foszfidok és szulfidok kicsapódnak) Ötvözés, a kiégett ötvözők pótlása (ferroötvözetek a bevonatban: FeMn, FeCr, FeTi FeMo) Felületalakítás (a híg salak felületi feszültsége) 382

Az elektródák jelölése

383

Az áram jele

384

A hegesztési helyzet jele

385

7. Elektronsugaras hegesztés (Ksz:51) Az elektronsugárban repülő elektronok mozgási energiája a felületre becsapódva hővé alakul, ez olvasztja meg a munkadarabot. A munkadarabot vákuum kamrában helyezik el.  Illesztési hézag nélküli, mély varratok készíthetők a munkadarab deformációja nélkül. 

386

Az elektronsugaras hegesztés elrendezése

387

Elektronsugaras hegesztés: példák a varratok formáira

a) tompakötés; b) alátétlemezes kötés; c) eltérő vastagságú kötés; d) cső-karima kötés; e) csőkötés; f) csőkötés gyökgyűrűvel 388

8. Lézersugaras hegesztés (Ksz:52)  

  

Az ömlesztéshez szükséges hőt a lézersugár abszorpciója adja. Lézersugár keltésre általában nagy teljesítményű szilárdtest (Neodimium-Yttrium) vagy CO2 lézereket használnak. A lézersugarat fókuszálva juttatják a felületre, 1..2 mm átmérőjű foltot képezve. A sugarat speciális tükrökkel vetítve robot karokon át is lehet vezetni. Lézersugárral lehet hegeszteni vagy vágni is. 389

A lézersugaras hegesztés folyamata

390

Ellenállás-hegesztő eljárások 9. Ellenállás-ponthegesztés (Ksz:21) Az ellenállás-hegesztés során a kohéziós kötés hő- és erőhatás együttes alkalmazásával jön létre.  A kötés létesítéséhez szükséges hőt a munkadarabon átvezetett áram, vagy indukált áram ellenálláshője adja.  A hő a két munkadarab érintkezési felületén, a legnagyobb ellenállású szakaszon fejlődik elsősorban.  Felmelegedés után a munkadarabokat külső erővel összesajtolják. 

391

A hegesztés elve

392

A hegesztés folyamata

Tes: elősajtolás; tö: ömlesztés; tus: utánsajtolás; th: hegesztés ideje; F: erő; I: áramerősség

393

A hegesztés eszközei, alkalmazások A ponthegesztő gépek helyhez kötöttek vagy mozgathatók (pl. robot karra erősíthetők).  Az áramforrás többnyire váltakozó feszültségű, az áramerősség 10…50 kA.  Acéllemezek, alumínium és réz 6 mm vastagságig hegeszthetők.  Könnyen automatizálható (karosszéria). 

394

10. Ellenállás-vonalhegesztés (Ksz:22) A ponthegesztés folyamatossá tett változata, a kötés egymás mellé hegesztett pontok sorozatából jön létre  Az áramot F erővel összeszorított, forgó görgők vezetik a lemezekre  Egyedi pontvarratok és folyamatos varratok egyaránt készíthetők ezzel az eljárással; ponthegesztéssel is kombinálható (autó karosszéria gyártás) 

395

A hegesztés elve

396

11. Ellenállás-tompahegesztés (Ksz:25) Huzalok, csövek, rudak homlokfelület menti hegesztésére használják A munkadarabok érintkezési helyén fellépő ellenálláshő hevíti fel a felületeket, majd összesajtolják a munkadarabokat  Két fő változata van: 

- Zömítő ellenállás-tompahegesztés - Leolvasztó ellenállás-tompahegesztés 397

A hegesztés elve

398

Hegesztési változatok 

Zömítő ellenállás-tompahegesztés - A hegesztendő felületeket összenyomják, majd áram átbocsátással melegítik - A hegesztési hőmérséklet elérése után a két felet összesajtolják



Leolvasztó ellenállás-tompahegesztés - A hegesztendő felületeket többször összeérintve és széthúzva megolvasztják a keletkező szikrák és ívek, majd a feleket összesajtolják

399

12. Dörzshegesztés (Ksz:42) A kötéshez szükséges hőt az összekötendő felületek relatív elmozdulásakor keletkező súrlódás létesíti.  Az érintkező felületek felmelegedése után a relatív mozgás megszűnik, és a munkadarabokat nagy nyomással összesajtolják.  Hozaganyag nélküli kötés keletkezik. 

400

A hegesztés elve

401

A kötés kialakulása

Folyamat: az egyik munkadarab forgatása az álló munkadarabhoz képest - összeszorított állapotban a forgatás leállítása - sajtolás 402

A hegesztés munka- és környezetvédelmi előírásai A hegesztés veszélyes művelet  A hegesztő védelme füst, sugárzás, hő, zaj ellen  A hegesztés környezetének védelme tűz és robbanás, valamint környezet szennyezés ellen  Védőeszközök: 

- Személyi (ruha, pajzs, sisak, …stb.) - Munkahelyi (éghető anyagok takarása) 403

A hegesztés környezetszennyező hatásai    

  

A szennyezők elégésekor, ill. az olvadt fémből származó füst, fémgőzök környezetbe jutása. A villamos ív sugárzása (UV). Esetleges folyasztó és tisztítószerek környezetbe jutása. Zajhatás (az ívé, de főleg a hegesztő berendezés hűtési zaja). Az előkészítések vágási, darabolási hulladékai. Az NF működése által keltett rádiófrekvenciás zavarok. Gázpalackok használatakor a gázpalackok logisztikájából adódó közúti környezetszennyezés. 404

A hegesztés baleseti forrása   



 

Hőhatás → vigyázni kell az ún. fekete meleg tárgyakkal, ezek hőmérséklete 500 °C-alatti. A villamos ív ibolyántúli sugárzása → zárt öltözet, védőpajzs, legalább 12-es szűrő Fémgőzök, füstgázok → elszívás alkalmazása Áramütés veszélye: főleg a primer (hálózati) oldalról. Tilos bármilyen elektromos szerelés a hegesztő-berendezésen. Fokozott áramütés pl. tartályok belső hegesztése estén, csak olyan hegesztőármforrás használható, ahol az üresjárási feszültség az „S” jelzés fel van tüntetve, azaz 48 V feszültséget jelent. Az „S” jelölés azt jelenti, hogy meghibásodás esetén (pl. egyenirányító meghibásodásakor), a berendezés 0,3 s-on belül lekapcsol, vagy a feszültséget 0,3-son belül 48 V-ra csökkenti. Az előkészítésnél éles leváló forgácsok, élek sorják. A kisgépek használatának baleseti forrásai (köszörű, maró, stb.) 405

Az egyéni védőfelszerelés Egyéni védőfelszerelés: 1. Fejpajzs, kézi pajzs 2. Vállvédő 3. Bőrkötény 4. Bőr ujjvédő 5. Bőrkesztyű 6. Lábszárvédő 7. Bőrcipő, zárt bakancs 406

Kollektív védőfelszerelés 1. Munkadarab tartó készülék 2. Elszívóberendezés 3. Hegesztőasztal 4. Térelválasztó fal 5. Szerszámok 6. Ülőke 7. Pisztoly és vezetéktartó 8. Hegesztő-hozaganyag tartó 9. Védőfüggöny 407

A napi karbantartás teendői     

    

A gyártó kezelési-és karbantartási utasításainak figyelembevétele. Az áramforrás sűrített levegővel való kifúvatása a porlerakódások eltávolítása céljából. A vízhűtőberendezés működőképességének ellenőrzése. A ventilátor működőképességének, forgásirányának ellenőrzése. Hegesztés előtt minden csavaros szorítócsatlakozás ellenőrzése, utánhúzása. A pisztoly, a tömlőköteg és a testkábel ellenőrzése, a sérült részek cseréje. A nyomáscsökkentő csatlakozásának ellenőrzése, tömítettségek ellenőrzése, a gáztömlő kifúvatása. A védőgáztömlő szoros felerősítése és tömítettségének ellenőrzése. A gázfúvóka tisztítása, cseréje, központosságának ellenőrzése A volfrámelektród szükség szerinti cseréje. 408

Hegesztés tűzveszélyes helyen 



 

Az olyan helyeken, terekben ahol könnyen gyulladó anyagokat tárolnak a munkák megkezdése előtt a tűzveszélyességet meg kell szüntetni. Amennyiben ez nem lehetséges, az üzemvezető, ill. annak megbízottjának írásos engedélyével lehet hegeszteni. A gyúlékony anyagokat takarással kell védeni a szikráktól leolvadó fémcseppektől. Zárt terekben (tartály, cső, tank) végzett hegesztésnél biztosítani kell, hogy a veszélyes gázok képződése, gyulladása, robbanása ne következzen be, pl. állandó levegőbefúvással, légcserével. 409

Hegesztés tűzveszélyes helyen 



 

Veszélyes anyagot tartalmazónak kell minősíteni, ha a tartály, cső, vegyipari készülék korábbi tartalmát nem lehet biztonsággal megállapítani. A hegesztést nagy körültekintéssel, odafigyeléssel kell végezni. Zárt tartály hegesztésekor kinti figyelőszemélyt kell felállítani. Éghető formáló gázokat (pl. hidrogén) a gázkilépés helyén meg kell gyújtani, nem szabad, hogy a levegővel durranógázt képezzen. 410

Zárt, szűk térben való hegesztés   

  

 



Csak megfelelő szellőzés mellett szabad dolgozni. Mentőövet kell viselni. Egyéni légzésvédő eszközt kell használni. Felügyelő-személyzet jelenléte szükséges. Gondoskodni kell a vészjelzés lehetőségéről. Tilos bevinni az áramforrást. Megfelelően zárt öltözet. Az érintésvédelmi előírások szigorú betartása. Az üzemvezető írásos engedélye kell. 411

Áramütés elleni védekezés Megfelelő száraz védőöltözet, szigetelt talpú bakancs, szigetelő alátét..  Az áramforrás üresjárási feszültsége feleljen meg az alkalmazás körülményeinek.  Nem szabad a hegesztőgépet a hálózati kábel segítségével mozgatni.  Csak hiánytalan szigetelésű kábelek használhatók.  A munkadarabnak biztos földelése legyen. 

412

Áramütés elleni védekezés Szigetelt gyorscsatlakozók alkalmazása javasolt.  Az elektródcserét feszültségmentes állapotban végezzük.  A pisztolyt ne rakjuk a munkadarabra, használjunk pisztolytartót.  Hegesztéskor használjunk kesztyűt.  A hálózati és a hegesztő áramforrás javítását szakemberre bízzuk. 

413

A biztonságos munkahely kialakítása 

     

Megfelelő tér álljon rendelkezésre a megfelelő munkavégzéshez, a berendezések kezeléséhez, az alkatrészek tárolásához, a dokumentációk tárolásához (legalább 4,5 m2). A munkahelyi körülmények tegyék lehetővé a zavartalan munkát. A megvilágítás min 300 lux legyen. A zaj nem haladhatja meg a 60 dB értéket folyamatos üzemben. Megfelelő szellőzés és hőmérséklet biztosítva legyen (műhelykörülmények között). Feleljen meg a munka-és egészségvédelmi előírásoknak. Feleljen meg az érintésvédelmi szabványoknak. 414

Magasban végzett hegesztés A hegesztés csak állványon végezhető.  Biztosítókötelet kell alkalmazni.  Mindig legyen felügyelő személy  Meg kell állapodni az egységes kommunikációs jelekben.  A hegesztés környezetében tűzveszélyes anyag nem lehet.  Nagy körültekintéssel és óvatossággal kell végezni a munkát. 

415

A lángvágás biztonságtechnikája    



Meg kell védeni a palackokat és szerelvényeket, a sérülést okozó fizikai és kémiai hatásoktól. Meg kell akadályozni a töltet jellemzőinek (nyomás, hőmérséklet) veszélyes megváltozását. Az acetiléngáz kivétel nem haladhatja meg az óránkénti 1000 litert a palackból. A palackokat csak ott és olyan módon szabad elhelyezni, használni, szállítani, tárolni, hogy semmiféle károsodás ne érje, az esetleges robbanás a legkisebb kárt okozza. Az oxigén nagy nyomással áramlik ki. 416

A lángvágás biztonságtechnikája  

    

Csak fémtiszta palackot szabad átvenni. Az oxigénpalack és szerelvényei nem érintkezhetnek szerves zsírral vagy olajjal. Az acetilén palackot óvni kell az ütődéstől, rázástól, eldőléstől, leeséstől. A palackot 45º-nál nagy kisebb szögben nem szabad megdönteni. Rézből készült tömítések, csatlakozások használata tilos. Ügyelni kell a megolvadt fém, ill. salak kifúvására. Éghető anyag nem lehet a közelben. 417

A palackok kezelése, biztonsági előírásai   

 

Tilos a megengedettnél nagyobb mennyiségű gáz elvétele. Tilos a gázt keverni, az egyik palackból a másikba áttölteni. A palackot csak gáztömören elzárt és-szelepsapkás kivitelű palack esetében-felcsavart szelepvédő sapkával szabad tárolni és szállítani. A palackot eldőlés elmozdulás ellen rögzíteni kell. A hegesztőmunkahelyen csak annyi gázpalack lehet, amennyi a folyamatos munkavégzéshez szükséges. A műszak befejezésekor a palackot a tároló helyen kell elhelyezni (üres ill. teli elkülönítve). 418

A palackok kezelése, biztonsági előírásai A gázpalackot nem érheti sugárzó hő, árnyékolással védeni kell adott esetben, a palack külső hőmérséklete nem haladhatja meg az 50°C-ot  Meg kell akadályozni a palack lefagyását. Fagyás esetén max. 40°C-os hőmérsékletű vízzel szabad kiolvasztani.  Tilos a palackot teljesen kiüríteni. 

419

A palackok kezelése, biztonsági előírásai

A gázpalackokon fel kell tüntetni jól láthatóan és azonosíthatóan:  a gáz típusát  a nyomását  a palack anyagát  a próbanyomás értékét  a palack gyártóját  a töltőhely azonosítóját  a gáz színjelölését  a palack tömegét (teli)  a palack azonosítóját 420