BEVEZETÉS NAGYSZILÁRDSÁGÚ ALUMÍNIUMÖTVÖZETEK RAGASZTÁSA ÉS ELLENÁLLÁS-PONTHEGESZTÉSE Alumínium tulajdonságai...

Átírás

1 Tartalomjegyzék BEVEZETÉS NAGYSZILÁRDSÁGÚ ALUMÍNIUMÖTVÖZETEK RAGASZTÁSA ÉS ELLENÁLLÁS-PONTHEGESZTÉSE Alumínium tulajdonságai A színalumínium előállítása és jellemzői Alumínium ötvözetei és osztályozása Alakítható alumínium ötvözetek és jelölési rendszere Öntészeti alumínium ötvözetek és jelölési rendszere Ellenállás-hegesztés Az ellenállás-hegesztés elve és rendszerezése Ellenállás-hegesztés csoportosítása Az ellenállás-hegesztés elméleti sajátosságai Ellenállás-ponthegesztés Ragasztás A ragasztás elmélete Nedvesítés és szétterülés A ragasztott kötés létrejötte RAGASZTÓANYAGOK ÉS FELÜLET ELŐKÉSZÍTÉSI MÓDSZEREK Ragasztóanyagok Ragasztóanyagok igénybevételei A ragasztóanyagok csoportosítása Loctite ragasztóanyagok Anaerob ragasztók UV- fény hatására kikeményedő ragasztók Levegő nedvessége révén kikeményedő ragasztók Aktivátorral kikeményedő ragasztók LOCTITE EA LOCTITE EA TEROSON EP TEROSON MS Felületelőkészítési módszerek

2 Koptatás forgó dobban és harangban Szemcse-, és sörétfúvatás Zsírtalanítás és oxidmentesítés lúgos oldatokban Oxidmentesítés savoldatban pácolással KÍSÉRLETEK KIVITELEZÉSE Műbizonylatok Hegesztéstechnológia tervezése Ragasztástechnológia tervezése Kombinálttechnológia tervezése KÍSÉRLET Próbadarabok előkészítése Kísérletben használt termékek Hegesztés Nyíró-szakítóvizsgálat Kísérlet eredményei T6 alumínium ötvözet ragasztott eredményei alumínium ötvözet ragasztott eredményei T6/7075 alumínium ötvözet ragasztott eredményei T6 alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei T6/7075 alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei Összesített nyíró-szakítóvizsgálati eredmények Keménységmérés alumínium ötvözet keménységeloszlása T6 alumínium ötvözet keménységeloszlása Makroszerkezet RAGASZTÓANYAG HŐÁLLÓSÁGA ÖSSZEFOGLALÁS ZUSAMMENFASSUNG KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS IRODALOMJEGYZÉK

3 BEVEZETÉS A 20. század talán legjelentősebb eseménye az 1970-es években kezdődő olajválság volt, mely számos nemzetközi hatásán túl jelentősen átértékelte a fejlett országok üzemanyag ellátásához való viszonyát. Emellett az új környezetvédelmi előírások is arra kényszerítették az autógyárak mérnökeit, hogy más lehetőségek után kutassanak. A magas kőolaj árak miatt csökkenteni kellett az gépjárművek súlyát, amit legegyszerűbb módon alumínium, műanyagok és különböző könnyűfém ötvözetek révén valósítottak meg. Az elmúlt években viszont egyre nagyobb problémát okozó ténnyé vált a Föld átlaghőmérsékletének növekedése is, ami főleg az emberi tevékenységekből származó üvegházhatású gázok kibocsátása miatt történik. A CO2 kibocsátáshoz a különböző iparágak mellett jelentősen hozzájárul a közlekedés is. Jelenleg az autóiparban egyre nagyobb teret hódít az alumínium felhasználása, átveheti az ipar különböző szegmenseiben az acél szerepét, mert könnyen újrahasznosítható és kis sűrűsége van. Ötvözéssel pedig rendkívül jó mechanikai tulajdonságok biztosíthatók. Az alumínium 30 százalékkal könnyebb az acélnál, 15 százalékkal könnyebb a nagyszilárdságú acélnál, miközben négyszer drágább, mint az acél. Az alumíniumra váltás nemcsak a nyersanyagárakat dobja meg, de új gyártási folyamatokat, új gyártósorokat igényel. Viszont az elmúlt években ennek a területnek a fejlesztése kiemelt fontosságúvá vált. A diplomamunkám első fejezetében a járműiparban használatos nagyszilárdságú alumínium vékonylemezek ragasztását és a ragasztott ellenállás ponthegesztett kombinált kötéseknek kialakítását ismertetem. A második fejezetben a nagyszilárdságú alumínium vékonylemezek ragasztásához mutatok be konkrét ragasztóanyagokat, majd alapos megfontolással kiválasztom a későbbi kísérletek elvégzéséhez a legmegfelelőbbet. Ezenkívül összefoglalom a ragasztáshoz szükséges felületelőkészítési módszereket. Ezután kísérleti terveket állítok össze különböző vastagságú (1 mm és 1,5 mm) és típusú (6xxx, 7xxx) alumínium vékonylemezek ragasztott ponthegesztett kötéseinek elkészítésére. A kísérleti részben a különböző variációjú kötéseket a megfelelő berendezéssel elszakítom és az anyagvizsgálatok eredményeit összehasonlítom egymással, majd az elemzések után levonom a következtetéseket többek között azt, hogy vajon megéri-e a vékonylemezeket felületét előkészíteni illetve a két kötéstechnológiát egymással ötvözni. 3

4 1. NAGYSZILÁRDSÁGÚ ALUMÍNIUMÖTVÖZETEK RAGASZTÁSA ÉS ELLENÁLLÁS-PONTHEGESZTÉSE A járműiparban alkalmazott lemezanyagok nagyon széles skálát fednek le. Hatalmas anyagkínálat áll a rendelkezésünkre. Adott célokra, rendeltetésre választhatjuk ki az anyagokat. Sűrűn előfordul, hogy egy szerkezeti elemen belül többféle anyagminőségű, vastagságú és tulajdonságú lemezt használnak. Viszont ezeket a lemezeket számtalan módon és eljárással lehet egyesíteni, mint például hegesztés, ragasztás, forrasztás, mechanikusan vagy akár ezek kombinációival, mint a diplomamunkámban részletesen bemutatott ragasztott ponthegesztett módszerrel [1] Alumínium tulajdonságai A színalumínium előállítása és jellemzői Az alumínium fehér fényű, kis sűrűségű (2,7 kg/dm 3 ) fém. Olvadáspontja kicsi (660 C). Felületen középpontos kockarácsa van, allotrop módosulata nincs. Az alumíniumatomok között viszonylag kicsi a kötőerő, így a rugalmassági modulusa kicsi (E=72000 N/mm 2 ). Fajlagos villamos ellenállása kicsi, csak a réz és az ezüst jobb vezető az alumíniumnál. Ezzel szemben a hőtágulási együtthatója nagy. Az alumínium jó korrózióálló, mert felületén nagyon rövid idő alatt összefüggő, vékony oxidréteg jön létre, amely megakadályozza a további oxidálódást. Az oxidhártya a villamos vezetőképességet nem rontja, hegesztéskor azonban nehézséget okoz, ezért az alumínium csak védőgáz alatt hegeszthető. Az alumíniumötvözetek hidegen és melegen egyaránt jól alakíthatók, így az számos területen alkalmazzák. A nagyon jó hidegalakíthatóság 5-10 μm vastagságú fólia hengerlésére is alkalmassá teszi. Kis villamos ellenállása, jó korrózióállósága miatt villamos vezetékek, kábelek gyártására is használják. Az alumínium alkatrészek könnyűek és korrózióállók, ezért a repülőgépiparban, s az autógyártásban alkalmazzák [2][3]. A fémek sűrűség alapján való felosztását mutatja az 1. ábra: 4

5 1. ábra. A fémek felosztása sűrűségük alapján [6] Az alumínium gyakorlati felhasználás szempontjából a legfontosabb a könnyűfémek között. Az alumínium érce a bauxit, amely Magyarországon a mai napig is jelentős mennyiségben előfordul. A bauxitból kémiai nedves eljárással először timföldet (Al2O3) állítanak elő. Nálunk az iparban a Bayer-féle, lúgos timföldgyártást alkalmazzák. A timföldből elektrolízissel állítják elő az ún. kohóalumíniumot, melynek tisztasága 99,0-99,7%-os. A kohóalumínium további tisztítása elektrolízissel történhet pl. négykilences alumínium (99,99%), ötkilences alumínium előállítása. Az elektronikában ötkilences alumíniumot is használnak, mivel a vezetőképesség nagymértékben függ a fém tisztaságától. A folyamat során 4 kg bauxitból kb. 1 kg alumínium állítható elő. Az elektrolízis nagy villamos energia igénye miatt az alumínium előállítási költsége lényegesen nagyobb, az acélokénál, ezért az acél helyettesítése ugyanolyan szilárdságú, de kisebb sűrűségű más anyaggal, például egy alumíniumötvözettel jelentős költségnövekedéssel jár együtt. [7] 1.2. Alumínium ötvözetei és osztályozása Az alumínium ötvözetek osztályozásáért és nyilvántartásáért Észak-Amerikában az Aluminium Association, Inc. felelős, mely több mint 400 alakítható alumíniumot és alumíniumötvözetet, illetve több mint 200 rudak vagy öntvények formájában jelenlévő alumíniumot foglal magába. Különböző számcsoportok alapján kategorizálhatjuk az alumínium ötvözeteket, melyek rávilágítanak az anyag tulajdonságaira ezen felül, hogy milyen ötvözőt tartalmaz, lehet-e mechanikai vagy termikus kezelésnek kitenni. [4] 5

6 Mivel az alumínium szilárdsága nagyon kicsi, ezért a gyakorlatban különféle ötvözeteit használják. Az alumínium fő ötvözőelemei a réz (Cu) a magnézium (Mg), a szilícium (Si), valamint a mangán (Mn) és a cink (Zn) és a nikkel (Ni). Az ötvözők növelik a színalumínium szilárdságát, de csökkentik az olvadás pontját, a hő és villamos vezetőképességét. Az alumínium ötvözőit a következőképpen osztályozhatjuk: [2][3][8] szilárdságot növelő ötvözők: Cu, Mg, Si; szemcsenagyságot csökkentő ötvözők: Ti, Cr; korrózióállóságot javító ötvözők: Mn, Sb; hőmérséklettel szembeni ellenálló képességet fokozó ötvöző: Ni; forgácsolást megkönnyítő ötvözők: Co, Fe, Bi. Összetételük szerint megkülönböztetünk [8]: Dural (Al - Cu) ötvözetek Hidronálium (Al - Mg) ötvözetek Szilumin (Al - Si) ötvözetek Alakíthatóságuk alapján: Alakítható alumíniumötvözeteket Öntészeti alumíniumötvözeteket Hőkezelhetőségük alapján: Nemesíthető alumíniumötvözeteket Nem nemesíthető alumíniumötvözeteket A kohóalumínium két legfontosabb szennyezője a vas (Fe) és a szilícium (Si). A vas felső határát 0,7%-ban jelöli a magyar szabvány, a szilíciumra ugyanez az érték 0,20%. Gyakori szennyezőként jelenik meg az alumínium-oxidban jelen lévő oxigén és az olvadékban feloldódott hidrogén. A szilícium, a bizmut, a kadmium és a cink kivételével az alumínium a többi ötvözőjével kemény és rideg fémes vegyületet alkot. Ezek közül a legfontosabbak: Al2Cu(θ), Al3Fe, Al6Mn, Al3Mg2(β), AlAg2(γ), Al3Zr. Az alumíniumötvözetek jellegzetes egyensúlyi diagramja a 2. ábrán látható. Az alumínium különféle fémes vegyületekkel rendszerint eutektikus ötvözőrendszert alkot. Szobahőmérsékleten az ilyen ötvözetek szövetszerkezete lágy, viszonylag jól alakítható alumínium szilárd oldatból (α) és abba ágyazott rideg fémes vegyületből áll. Az alumínium sok ötvözőjével (Cu, Mg, Si, Fe, Mn, Ag) eutektikus egyensúlyi diagramot hozza létre. [2][3] 6

7 2. ábra. Az alumínium eutektikus egyensúlyi diagramja [3] A szilárd oldat maximális összetételénél kisebb ötvözőmennyiséget tartalmazó ötvözetek képlékenyen jól alakíthatók (I II. tartomány). Ennél nagyobb ötvözőtartalom esetén heterogén öntészeti alumíniumötvözetekről beszélünk (III. tartomány). Az alakítható ötvözetek egyik csoportja (I. tartomány) szobahőmérsékleten is teljesen homogén szilárd oldatot tartalmaz. Éppen ezért ezek nem nemesíthetőek. A hőmérséklettől függően különböző mennyiségű ötvözőt oldani képes ötvözetek (II. tartomány) alakíthatóak és nemesíthetőek is. Alakítható alumíniumötvözetek a tömegtermelésben ma a legelterjedtebb az ötvözetlen kohóalumínium. A 99,5% alumíniumtartalmú ötvözeteket széles körben alkalmazzák, jó alakíthatóságuk miatt. A 3. ábra az alumínium ötvözetek összetétel szerinti felosztását mutatja és összefoglalja az egyes ötvözetcsoportok legfontosabb tulajdonságait. [3] [5] [8]. 7

8 3. ábra. Alumínium ötvözetek csoportosítása összetétel alapján [8] Alakítható alumínium ötvözetek és jelölési rendszere Az alumíniumötvözetek alakításának a célja a geometriai alak és méret létrehozás mellett a szilárdság növelése és az öntvények durva szemcseszerkezetének a finomítása. A nem nemesíthető ötvözetek mechanikai tulajdonságait hőkezeléssel nem lehet javítani, de ötvözéssel (Mg, Mn) és alakítással is jelentős szilárdságnövekedés érhető el. A nemesíthető és alakítható ötvözetek elsősorban az Al-Cu és az Al-Mg ötvözetek csoportjából kerülnek ki. Alkalmazhatók kovácsolt és sajtolt termékek készítésére, a járművek és a repülőgép-szerkezetek gyártásánál. A jó hegeszthetőség és a jó villamosés hővezetőképesség csak azoknak az alakítható ötvözeteknek a tulajdonsága, amelyek csak szilárdoldatokat tartalmaznak. A túltelített szilárdoldatos ötvözetek alakíthatósága szobahőmérsékleten már rosszabb. Azonban homogenizáló hőkezelés után már jól alakíthatók. Az alakítható alumíniumlemezek ötvözeteinek vegyi összetételét az EN 573-3:1995 sz. szabvány tartalmazza. Az 1. táblázatban a szabvány szerinti sorozatokat vannak összefoglalva. 8

9 1. táblázat. Alakítható alumíniumlemezek szabvány szerinti sorozatai [8][14] Sorozatszám Fő ötvözet típusa 1xxx Színalumínium min. 99,00% 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx Réz Mangán Szilícium Magnézium Magnézium és Szilícium Cink Lítium Egyéb Az alakítható ötvözeteket négyjegyű számmal ( AA vagy Aluminium Association számmal) összetétel szerint osztályozzuk. Az első szám (Xxxx) jelzi az anyag fő ötvözőelemét. A második számjegy (xxxx), ha nem nulla, akkor az azt jelenti, hogy valamilyen módosítás van az eredeti ötvözőelemben. Az utolsó két számjegy (xxxx) tetszőlegesen megadott számokból áll és ez segít azonosítani egy adott ötvözetet a sorozatban. Az egyetlen kivétel az 1xxx (színalumínium) csoport, ahol az utolsó két számjegy azt jelöli, hogy az alumíniumtartalom mennyivel emelkedik 99% fölé [4] [9] [10]. Az alakítható alumínium ötvözeteknél a számjelölést (rövidjel) alkalmazzák és kiegészítésképpen [ ] zárójelbe téve kell megadni a vegyi összetételt mutató jelölést (hosszú jel), ezt önállóan nem alkalmazzák (MSZ EN 573 szabvány) például: EN AW [Al Mg1SiCu]; EN AW-1050A [Al 99,5]; EN AW-1350A [EAl 99,5(A)] Az alakítható alumínium ötvözetek jellemzőit és tulajdonságait foglalja össze a 2. táblázat és a 3. táblázat [8]. 9

10 2. táblázat. Az alakítható alumínium ötvözetek jelölése és csoportosítása [9] Jelölés Jellemzők Általános tulajdonságok Példák 1xxx Szuper és kereskedelmi tisztaságú alumínium Nem hőkezelhető, legalább 99,0% alumíniumot tartalmazó ötvözetek. További jellemző ötvözőelem: Fe és Si Jó hő- és elektromos vezetőképesség Gyenge mechanikai tulajdonságok Jól megmunkálható Kitűnő korrózióállóság xxx Al-Cu és Al-Cu-Mg ötvözetek Hőkezelhető ötvözetek, a fő ötvözőelem a réz Mechanikai tulajdonságai a lágyacélhoz hasonlóak Korrózióállósága nem túl jó és hajlamosak szemcseközi korrózióra xxx Al-Mn(-Mg) ötvözetek Fő ötvözőként mangánt tartalmazó és nem hőkezelhető ötvözetek. Gyakoriak a szennyeződések pl. réz Közepes szilárdsággal rendelkeznek Széles körben alkalmazzák hidegalakítással keményített termékekhez Jól hegeszthető xxx Al-Si ötvözetek Körülbelül 12% szilíciumot tartalmazó nem nemesíthető ötvözetek. Rossz duktilitású ötvözet, azonban Sr és P hozzáadásával ez javítható A vasszennyezés csökkenti az anyag duktilitását

11 3. táblázat. Az alakítható alumínium ötvözetek jelölése és csoportosítása [9] Jelölés Jellemzők Általános tulajdonságok Példák 5xxx Al-Mg ötvözetek Fő ötvözőként magnéziumot tartalmazó nem nemesíthető ötvözet Közepes-nagy szilárdság Jó korrózióállóság Jó hegeszthetőség 3% fölötti Mg tartalom felett feszültségkorrózióra hajlamos xxx Al-Mg-Si ötvözetek Magnéziumot és szilíciumot tartalmazó. hőkezelhető ötvözetek. Jelentős, de a 2xxxx és 7xxxx ötvözeteknél kisebb szilárdságú Jól alakítható Jó korrózióállóság xxx Al-Zn-Mg(-Cu) ötvözetek Fő ötvözőként cinket tartalmazó, nemesíthető ötvözetek, további jelentős ötvöző az Mg, Cu és Cr Nagyon nagy szilárdság Rossz korróziós viselkedés Közepes anyagkifáradási teljesítmény xxx Al-Li ötvözetek Fő ötvözőként Li-t tartalmaz Repülőgépvázak esetén alkalmazzák, kis sűrűség, nagy rugalmassági modulus xxx Egyéb ötvözetek Ezt a csoportot egyéb, kevésbé gyakori és nem túl jelentős ötvözeteknek tartják fent AlFe1Si Különböző alumíniumötvözetek tulajdonságai 2xxx AlCuMg alakítható ötvözetek Ezek között a legrégibb, legelterjedtebb ötvözetcsoport a dúralumínium, amely kb 2,5-5% Cu-t, 0,4-2,8 % Mg-t tartalmaznak. A dúralumínium nemesíthető, természetesen öregedő ötvözet. Öregedése szobahőmérsékleten is pár nap alatt végbemegy. Nemesítés hatására az ötvözet szilárdsága jelentősen nő ( N/mm 2 ), képlékenysége kevéssé, de korrózió állósága viszont erősen romlik. Kristályközi korrózióra válik hajlamossá. A keményedést előidéző fázisok: Al2Cu, Mg2Si és Al2CuMg vegyületek. A dural alumíniumok jellegzetessége, hogy az oldó edzés után, az öregítés előtt hideg állapotban jól alakítható. Az öregítést megelőző 10-15%-os képlékeny alakváltozás tovább növeli a szakítószilárdságot, de csökkenti a képlékenységet. A Ni főleg a melegszilárdságot növeli. AlCuMgNi ötvözetek 150 Cig is megtartják szilárdságukat, ezért dugattyúk, kompresszor lapátok készitésére alkalmasak [11]. 11

12 3xxx Mn-al ötvözött, alakítható ötvözetek Jellemző tulajdonságuk a kitűnő korrózióállóság, a jó képlékenység és a hegeszthetőség. Leginkább az 1-1,5% Mn tartalmú ötvözetek terjedtek el. Szilárdoldatok, nem hőkezelhetők. Viszonylag kis szilárdságú ötvözetek (Rm = kb. 200 N/mm 2 ). Szilárdságuk csak képlékeny alakítással fokozható. Az AlMn ötvözeteket ott használják fel, ahol az alakíthatóság, a jó hegeszthetőség és a korrózióállóság a követelmény. Így pl. kis szilárdsága hegesztett tartályok, a tejeskannák készítésére előnyösen alkalmazhatók [11]. 5xxx Mg-al ötvözött, alakítható ötvözetek Ezek közül leginkább a 2- és 7 % Mg tartalmúakat használják, A Mg korlátoltan kb. 17 %-os mennyiségben oldódik az alumíniumban, növeli az alumínium szakítószilárdságát, de 7% Mg-tartalom felett már erősen csökkenti a nyúlást. A kis Mgtartalmú (1-3 %-ig) ötvözetek jól alakíthatók, jól hegeszthetők, korrózióállóságuk nedves levegőn és tengervízben is kiváló és szilárdságuk is kielégítő, ezért élelmiszerés vegyipari berendezések, bútorok stb. készítésére használják. Jól fényesíthetők, anódosan szépen oxidálhatók, így vasúti kocsik, autóbuszok belső elválasztó falai, dísztárgyak készítésére is alkalmazhatók. A 4-6% Mg-tartalmú ötvözetek már nagyobb szilárdságúak (Rm= N/mm 2 ) és jól forgácsolhatok. Korróziónak kitett teherviselő szerkezetek, forgácsolással megmunkálható menetes alkatrészek készítésére alkalmazzák [11]. 6xxx (AlMgSi) alakítható ötvözetek Ezek szokásos összetételi határai Mg= 0,3-1,5%, Si=0, 3-1, 5%. A Si ötvözés hatására az AlMg ötvözetek hőkezelhetőkké válnak. A keménységnövekedést az Mg2Si finom kiválások eredményezik. A hőkezelés után az ötvözet viszonylag nagy szilárdságú és jó a korrózió állósága. Az alacsonyabb kb. 0,5% Si-t és Mg-t tartalmazó ötvözeteket villamos távvezetékek készítésére használják, mivel a kis ötvözőtartalom nemesítés után sem rontja le a villamos vezetőképességet. Az ötvözet képlékeny, jól sajtolható, jól húzható, anódosan szépen oxidálható. 1-1,5 % Si és Mg tartalommal az ötvözet szilárdsága, hő- és korrózió állósága nem romlik. Korrózió állósága azzal magyarázható, hogy mind a Si, mind pedig a Mg közel áll az elemek feszültségi sorában az alumíniumhoz. A köztük levő potenciál különbség nem nagy. Az ötvözet csoportba tartozik az Anticorrodál, amely 1% Si-t, 1% Mg-t és 0,7% Mn-t tartalmaz. Közepes szilárdságú, korróziónak jól ellenálló jól hegeszthető ötvözet. Az AlMgSi ötvözetek jól használhatók teherviselő szerkezetek, jármű felépítmények, háztartási propán-bután gázpalackok, söröshordók stb. előállítására. 12

13 Ebbe a csoportba tartozik a lítium tartalmú, kisfajsúlyú ötvözet. Korrózió állóságának növelésére Zr-mal, Mn-nal és Ti-nai ötvözik. A repülőgépipar egyik fontos szerkezeti anyaga [11]. 7xxx (Cinkkel) ötvözött, alakítható ötvözetek Ezek a legnagyobb szilárdságú ötvözetek. A 7xxx (AlZnMgCu) ötvözetek szakítószilárdsága eléri a N/mm 2 t. Nem ridegek. Ellenben korróziós repedésekre hajlamosak és bemetszésekre érzékenyek [11] A kiválásosan keményedő, nemesíthető ötvözetek A kiválásosan keményedő, nemesíthető ötvözetek előnye, hogy szilárdságuk hőkezeléssel is növelhető a nyúlás jelentősebb csökkenése nélkül. Ez a hőkezelés többnyire két műveletből áll: egy magasabb hőmérsékletű edzésből és egy alacsonyabb hőmérsékletű nemesítésből, melyet a 4. ábra mutat. 4. ábra. Alumínium hőkezelése [10] Az edzéskor a hőmérséklet függvényében növekvő mértékben oldódó alkotót tartalmazó alumíniumötvözetet a szilárdoldatos mező hőmérséklete fölé hevítjük, majd hőntartás után, vízben hirtelen lehűtjük. Ekkor túltelített szilárd oldat jön létre. Az ilyen ötvözet metastabil állapotú, és igyekszik átalakulni stabil állapotba. A stabil állapotba való átmenet az oldatban tartott alkotók igen finom diszperz fázisként való kiválását jelenti. A hőhatásövezet hőmérséklete is meghaladja ezeknek az ötvözeteknek a lágyulási hőmérsékletét, ezért a hőkezeléssel elért szilárdság hegesztéskor elvész [12]. Az alábbi 5. ábra egy nemesíthető alumínium ötvözet hegesztett kötésének keménységeloszlását szemlélteti a varrat környezetében. 13

14 5. ábra. Keménységeloszlás a varrat mentén Az anyagállapot jelölése az egyes anyagfajták különböző szilárdsági és képlékenységi állapotainak elérésére alkalmazott technológiai alapműveletek sorrendjét határozza meg. Az állapotjel egy betűvel jelölt alapállapotjelből és ezt közvetlenül követő számjelekből áll, amelyek az alapállapotot tagolják a termék jellemzőit alapvetően befolyásoló műveletek alapján. Az állapotjelet a fém anyagminőségi jelét követően, attól kötőjellel elválasztva kell használni (pl. AlMg3-H24). Az alumínium és ötvözött alumínium állapotjelölési rendszerével az MI 3746/82 foglalkozik, az ISO és az Alumínium Association rendszere alapján [12]. Az alumíniumötvözetek típusait kezeltségük szerint a 4. táblázat mutatja be. 4. táblázat. Az alumíniumötvözetek típusai állapotuk alapján [4][12][13][14] Állapot Jele Jelentés Gyártási Melegen alakított Lágyított F M O Olyan termékekre vonatkozik, amelyeknek az alakítási műveletei vagy a hőkezeltség feltételei a mechanikai tulajdonságuk szempontjából nincsenek szabályozva, és amelyekre mechanikai tulajdonsághatárok nincsenek előírva vagy csak a szélső eseteket közlik Olyan termékekre vonatkozik, amelyek melegalakító eljárás révén meghatározott állapottulajdonságokra tesznek szert, és amelyekre mechanikai tulajdonsághatárok érvényesek. Olyan képlékenyen alakított termékekre vonatkozik, amelyeket a legkisebb szilárdsági állapot elérésére teljesen kilágyítottak, továbbá olyan öntvényekre, amelyeket a szívósság növelése és a mérettartás végett lágyítottak. 14

15 Alakítással keményített Hőkezeléssel keményített H T Olyan képlékenyen alakított termékekre vonatkozik, amelyeket lágyítás vagy melegalakítás után hidegen alakítottak,vagy hidegalakítás és részleges lágyítás vagy stabilizáló hőkezelés együttes hatásának vetettek alá az előírt mechanikai tulajdonságok elérésére. A H betűt az alakítási keménység végállapotát jelző, legalább két számjegyből álló szám követi. Termikusan kezelt. Kiválással keményített alumínium ötvözet. Az alapállapoton belüli fokozatok az alakítással keményített H és a hőkezeléssel keményített T állapot számjelekkel megkülönböztetett fokozatokra bomlik. A H állapot fokozatait kétjegyű szám jelöli, melyet esetenként kiegészíthet még egy harmadik szám is, mely a két számjeggyel jelölt állapot változatainak megkülönböztetésére szolgál. A kétjegyű szám közül az első a technológiai alapműveletre, ill. alapműveletekre utal. Az alábbi 5. táblázat mutatja az alakítással szilárdított ötvözetek jelölését. 5. táblázat. Alakítással keményített ötvözetek jelölései. [4][12][13][14] Kiegészítő betűjelzések H után lévő első számjegy jelöli a technológiai alapműveletet A második számjegy az alakítás fokát jelzi H1 Csak alakítással keményített HX2 Negyed kemény (2/8-ad kemény) H2 Alakítással keményített és részlegesen lágyított HX4 Félkemény (4/8-ad kemény) H3 Alakítással keményített és hőkezeléssel stabilizált HX6 Háromnegyed kemény (6/8-ad kemény) H4 Alakítással keményített és lakkozva vagy festve HX8 Teljesen kemény (8/8-ad kemény) HX9 Különlegesen kemény (9/8-ad kemény) A hőkezeléssel keményített T állapot fokozatai a 6. táblázat alapján értelmezhető. 15

16 6. táblázat. Termikus kezeléssel keményített ötvözetek jelölései [4][12][13][14] Hőkezelések jelölései T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 Növelt hőmérsékletű alakítást követő hűtés majd természetes öregítés. Növelt hőmérsékletű alakítást követő hűtés majd hidegalakítás, ezt követően természetes öregítés Homogenizáló hőkezelés, hidegalakítás, végül természetes öregítés Homogenizáló hőkezelést követően természetes öregítés Növelt hőmérsékletű alakítást követő hűtés majd végül mesterséges öregítés Homogenizáló hőkezelés, majd mesterséges öregítés. Homogenizáló hőkezelés és stabilizálás (túlöregítés). Homogenizáló hőkezelés, majd hidegalakítás, végül mesterséges öregítés Homogenizáló hőkezelés, aztán mesterséges öregítés, majd utána hidegalakítás Növelt hőmérsékletű alakítást követő hűtés utána hidegalakítás, majd végül mesterséges öregítés. A további számjegy a feszültségcsökkentést jelzi A hőkezelhető és nem hőkezelhető alumíniumötvözetek szilárdságnövelését mutatja a 6. ábra és a 7. ábra [14]. 16

17 6. ábra. Kialakult szilárdság a hidegalakítás fokának és a lágyítás idejének függvényében [14]. 7. ábra. Kialakult szilárdság, környezeti és emelt hőmérsékleten az idő függvényében [14] Öntészeti alumínium ötvözetek és jelölési rendszere Az alumínium ötvözetek azon csoportját, amelyekből öntvények készülnek, öntészeti alumíniumoknak nevezzük. Az öntészeti alumínium ötvözeteket öt csoportba osztjuk: ö.aisi ötvözetek, ö.aimg ötvözetek, réztartalmú ötvözetek, cink és ón tartalmú ötvözetek [11]. Az önthető ötvözeteket összetételük szerint az 7. táblázat alapján osztályozzuk. Az első számjegy a fő ötvöző elemet (elemeket) adja meg. A 2. és 3. számjegy egy bizonyos ötvözetet azonosít, vagy az 1xx.x esetén a tisztaságot adja meg. 17

18 A tizedespont utáni számjegy a termék formáját jelzi: xxx.0 - öntvények xxx.1 öntödei buga xxx.2 öntödei buga Ezekből az ötvözetsorozatokból az Al-Si (4xx.x) ötvözetek a legfontosabbak. 7. táblázat. Az öntészeti ötvözetek jelölési rendszere [8][14] Sorozatszám Fő ötvözet típusa 1xx.x Színalumínium min. 99,00% 2xx.x 3xx.x 4xx.x 5xx.x 6xx.x 7xx.x 8xx.x 9xx.x Réz Szilícium plusz Réz és/vagy Magnézium Szilícium Magnézium Nem használt osztály Cink Ón Egyéb elem öaisi ötvözetek, más néven sziluminok Olvadáspontjuk alacsony, egy hőfokon vagy kis hőfokhatárok között dermednek meg, így zsugorodási tényezőjük is kicsi, 0,5-1,15% és jól kitöltik a formát. A sziluminból készített öntvények tömörek, korrózióállók, de rosszul forgácsolhatok. Szakítószilárdságuk homokformában öntve N/mm 2, kokillában pedig N/mm 2. Az öntött szilumin durva szemcséjű. Dermedéskor a szilícium durva szemcsék alakjában kristályosodik. A szilícium szemcséit nemesítéssel finomítják. Ennek lényege az, hogy öntés előtt a fémet C-kal az olvadáspont fölé hevítik kb. 820 C-ra és az olvadt fémbe kb. 0,1%-os mennyiségben fémnátriumot vagy nátriumsót adagolnak. Ezután normális öntési hőmérsékletre, kb C-ra visszahűtve végzik el az öntést. A nátrium vegyület formájában az öntés hőfokán szilárd kristályosodási középpontokat képez, ezáltal finomítja a szilícium szemcséket. A nátriummal kezelt szilumin szilárdsága 10-15%-kai nagyobb, mint a nem nemesített sziluminé. Ezért öntés 18

19 előtt az Al-Si ötvözeteket mindig nemesítik. Ez a nemesítés nem téveszthető össze az alakítható alumíniumok és acélok hőkezeléssel végzett nemesítésével [11]. A sziluminból vékonyfalú, közepes szilárdságú homok-, valamint kokilla öntvények készíthetők. A kétalkotós AlSi ötvözetek szilárdságát további ötvözők adagolásával javítják. AlSiCu - a réz növeli a keménységet és a szakító szilárdságot és javítja a forgácsolhatóságot is, de rontja az öntvény korrózió állóságát. AlSiMg - a Mg már 0,2% mennyiségben is hőkezelhetővé teszi az öntvényt. Ez az ötvözet típus nagy öntvények öntésére alkalmas, mivel nagy falvastagság különbségeket, anyaghalmozódást is lehetővé tesz. Hátránya, hogy hőkezeléskor vetemedik. Az ö AISi ötvözetek csak különleges eljárással oxidálhatok anódosan [11] öalmg ötvözetek Fő jellemzőjük a korrózióval szemben kiváló ellenálló képességük. Anódos oxidációra kiválóan alkalmasak. Ezt az ötvözet- típust általában olyan öntvények készítésére használják, melyek az időjárás viszontagságainak, ill. egyéb behatásoknak vannak kitéve, pl. épület-, jármű-, hajóalkatrészek stb. Általában a 3 és 5% Mg-tartalmú ötvözeteket használják. Néhány tized % Si adagolás hatására az öalmg ötvözetek hőkezelhetőkké válnak. Formakitöltő képességük az AISi ötvözeteknél rosszabb. Hajlamosak a habképződésre, melegrepedésre [11] öalcu ötvözetek Ezek az ötvözetek 2-8% Cu-tartalmúak. Az ötvözet csoporton belül a 4% körüli Cu és a 0,4% Mg tartalommal, valamint kevés szemcsefinomítóval ötvözve nagy szilárdságot és jónyúlást lehet elérni. Nagy dinamikai terheléseknek kitett öntvény gyártható belőle. Az ötvözet hátránya a gyenge formakitöltő képesség és a nehéz önthetőség. Nemesítés után szilárdságuk jelentősen felülmúlja az öaisi ötvözeteket. Ebbe a csoportba tartoznak még az ún. Y ötvözetek is (3% Cu, 2% Ni, 1,5% Mg), amelyeknek melegszilárdsága különösen nagy és jól önthetők. Diesel motorok dugattyúi, hengerfejei készülnek belőle [11] öalzn ötvözetek Jól önthetők, porozitásra nem hajlamosak, szilárdságuk közepes. Bonyolult alakú öntvények gyárthatók belőlük. Korrózió-, de nem hőálló ötvözetek. A kétalkotós öalzn Mg-al ötvözve kb. 410 N/mm 2 szakítószilárdságúra nemesíthető, hegesztett szerkezeteken jól használható. Az öntészeti alumíniumötvözetek különleges csoportja a dugattyú ötvözetek. A főötvözők szerint megkülönböztetünk: 19

20 - Si tartalmú és - Cu tartalmú dugattyúötvözeteket. A növekvő szilíciummal csökken a hőtágulási együttható, a fajsúly és javul az ötvözet hővezetőképessége. A Cu növeli a melegszilárdságot és a hővezetőképességet, de nem különösen befolyásolja a hőtágulási együtthatót. A Ni ötvözés a melegszilárdságot javítja, a Mg pedig hőkezelhetővé teszi az ötvözetet. A nyomásos öntvények készítésére használatos ötvözetek összetétele megegyezik az előbbiekben ismertetett öntészeti ötvözetekkel. Legtöbb esetben az eutektikus öaisi ötvözeteket használják nyomásos öntvények előállítására [11] Ellenállás-hegesztés Az ellenállás-hegesztés elve és rendszerezése Az ellenállás-hegesztés a sajtolóhegesztések legnagyobb ipari felhasználással rendelkező csoportját alkotja. Fontosságát az is jelzi, hogy az MSZ EN ISO 4063:2000 szabványban a sajtolóhegesztések közül kiemelték és külön főcsoportba helyezték. Az ellenállás-hegesztések főcsoportjának a sorszáma 2, vagyis közvetlenül az iparilag legszélesebb körben alkalmazott ívhegesztések (1-es főcsoport) után következik. Ebből adódik, hogy az ellenállás-hegesztő eljárások számjele minden esetben 2-es számjeggyel kezdődik [15]. A villamos ellenállás-hegesztés az MSZ ISO 857-1, ill. az ellenálláshegesztő-gépek gyártóit tömörítő tekintélyes szervezet, az RWMA (Resistance Welder Manufacturers Association, USA) és mértékadó hazai források alapján a következőképpen definiálható. Az ellenállás-hegesztés olyan hegesztési eljárás, amelynél a kohéziós kapcsolatot a munkadarabokon átvezetett, illetve a bennük indukált áramnak az érintkező felületeken és a munkadarabok anyagában a villamos ellenállás révén fejlődött hő és külső erőhatás egyidejű alkalmazása hozza létre [15] Ellenállás-hegesztés csoportosítása Az ellenállás-hegesztéseket a leggyakrabban kétféle elv szerint szokás csoportosítani mégpedig, hogy milyen az összehegesztendő tárgyak geometriája illetve kötéskialakítása. Ezért két csoport van, az egyik a lemezszerű vagyis a 3 mm-nél nem vastagabb, valamint a normál lemez tehát a 3 mm fölötti vastagságú anyagok hegesztése, annak ellenére, hogy ellenállás-hegesztést főleg finomlemezeknél alkalmazunk. A másik csoport a rudak ellenállás-hegesztése. Ide tartoznak például az üreges és tömör keresztmetszetű rudak (csövek) és rúdszerű termékek hossztengelyre merőleges 20

21 tompakötéseinek hegesztésére alkalmas eljárások tartoznak ide. Az eljárásváltozatok szabványos rendszerezését, megnevezését az MSZ EN ISO 4063:2000 tartalmazza [15]. A 8. ábra a különböző geometriájú termékek hegesztési lehetőségeit mutatja. 8. ábra. A villamos ellenállás-hegesztések geometria alapú csoportosítása [15] A már említett MSZ EN ISO 4063:2000 szabvány szerint az ellenállás-hegesztéseket az alábbiak szerint csoportosíthatjuk [15]: 2 Ellenállás-hegesztés 21 Ponthegesztés 211 Egyoldali ponthegesztés 212 Kétoldali ponthegesztés 22 Vonalhegesztés 221 Átlapolt vonalhegesztés 222 Zömítő vonalhegesztés 225 Fóliás vonalhegesztés 226 Szalagos vonalhegesztés 23 Dudorhegesztés 231 Egyoldali dudorhegesztés 232 Kétoldali dudorhegesztés 24 Leolvasztó tompahegesztés 241 Előmelegítéses leolvasztó tompahegesztés 242 Előmelegítés nélküli leolvasztó tompahegesztés 21

22 25 Zömítő tompahegesztés 29 Egyéb ellenállás-hegesztő eljárások 291 Nagyfrekvenciás ellenállás-hegesztés Az ellenállás-hegesztés elméleti sajátosságai Az ellenállás-hegesztés olyan elméleti sajátosságokkal rendelkezik, mely sem az ömlesztőhegesztésekre, sem pedig a sajtolóhegesztésekre nem jellemző. Ugyanis az ellenállás-hegesztés egy folyamatos sajtolóerő biztosítása mellett történő anyagmegolvadást eredményez, mely sok szempontból hasonló az ömlesztőhegesztéshez Az ellenállás-hegesztések hőforrása A villamos ellenállás-ponthegesztés hőforrása a villamos árammal átjárt vezetők hatásos ellenállásán fejlődő ellenálláshő. A hegesztendő darabokon átfolyó áram lehet közvetlen, mint például a ponthegesztés, amire a diplomatervem során részletesebben is kitérek majd, valamint lehet még az anyagban indukált pl: indukciós hegesztés [15] Szilárdfázisú anyag villamos ellenállásán fejlődő hő ahol: t n (1) 2 E I t R t dt t 0 ER [J] a villamos ellenálláson fejlődő energia, I [A] az ellenálláson átfolyó áram erőssége, R [Ω] az ellenállás nagysága, t [s] idő, th [s] hegesztési idő. A hegesztésben szerepet játszó villamos ellenállás alapjában kétféle lehet: vezető belső ellenállása, vezetők érintkezési ellenállása [15] A vezető belső ellenállása A fémek villamos ellenállása a szabadelektronok számával és mozgási lehetőségével kapcsolatos. l R (2) A 22

23 ahol: ρ [Ω mm] a vezető anyagának fajlagos ellenállása, l [mm] a vezető hossza, A [mm 2 ] a vezető keresztmetszete. Az anyagok fajlagos ellenállása különböző. Néhány, a hegesztési gyakorlatban fontos szerepet játszó fém (ötvözet) szobahőmérsékleti villamos ellenállása a 8. táblázatban található. 8. táblázat. Fémek fajlagos ellenállása [15] Fém (ötvözet) Rendszám Fajlagos ellenállás T=20 C-on mm Vas 26 0,90...1,00 Alumínium 13 0,27 0,28 Réz 29 0,17 0,18 Nikkel 28 0,74 0,90 Ötvözetlen szerkezeti acél - 1,20 1,50 Austenites CrNi acél - 7,00 7,50 NiCr ellenállásötvözet - 10,0 11,0 A rácsszerkezettel szoros összefüggésben lévő fajlagos ellenállás a hőmérséklet függvénye: minél nagyobb a hőmérséklet, annál nagyobb a fajlagos ellenállás. A nem ferromágneses anyagok (Al, Cu, austenites acél) esetében a fajlagos ellenállás a hőmérséklettel másodfokú függvény szerint növekszik: ahol: 2 T 0 1 1T 2T (3) ρt [Ωmm] a fajlagos ellenállás T hőmérsékleten, ρ0 [Ωmm] a fajlagos ellenállás szobahőmérsékleten, β1, β2 a fajlagos ellenállás hőmérséklettényezői, T [ C] hőmérséklet. 23

24 A vezetők érintkezési ellenállása A felületek nem tökéletes érintkezési helyein, amely ellenállásként szerepel az érintkezési, vagy átmeneti ellenállás a meghatározó [16]. Összenyomott felületeken áthaladó áram az érintkezési helyen feszültségesést okoz, vagyis a nem tökéletes érintkezés ellenállásként szerepel [15]. Érintkezési ellenállás függ: az érdességtől, összeszorító erőtől, hőmérséklettől, felületi szennyeződéstől pl.: köszörült felület: 100 esztergált felület: 120 revés, rozsdás felület: A hőmérséklet, összeszorító erő hatását a következő 9. ábra mutatja [16]. 9. ábra. Az érintkezési ellenállás változása a hőmérséklet és a felületeket összeszorító Fe erő függvényében [15] Az ellenállás-ponthegesztés energiaforrása Ellenállás-ponthegesztésnél vékony lemezek átlapolt kötését hengeres elektródokon átfolyó áram felhasználásával végzik. A rézötvözetből készült (tehát jó villamosvezető) elektródokat a kn-os nagyságrendű Fe elektróderő szorítja a lemezekhez. Az összeszorítás után az áramkörben th ideig nagy-áramerősségű, kisfeszültségű áram folyik, amely az egyes ellenállásokon hőt fejleszt. Az eljárás sikerének feltétele, hogy a 24

25 kívánt hegesztési helyen a hegesztéshez elégséges hőenergia fejlődjön, emellett más ellenállások ne hevüljenek túlzott mértékben. Teljesen hasonló elven, de eltérő geometria mellett valósítható meg rúdanyagok ellenállás hevítése. Az ellenállás hőforrás annyiban különbözik a villamos ívtől, hogy a villamos energia éppen a legmegfelelőbb helyen, magában a hegesztendő darabban, ott is a kívánt térfogatban alakul át hőenergiává. A hőforrás ennélfogva térfogati hőforrásként kezelendő. A 10. ábra a ponthegesztőgép szekunder körében levő ellenállásokat mutatja. Az ellenállások közül az R1, R2, R3 és R5 vezetők belső ellenállása, az R4 és R6 átmeneti ellenállás [15]. 10. ábra. Az ellenállás-ponthegesztőgép szekunder körében található ellenállások vékonylemezek átlapolt kötéseinek hegesztésekor [17] Amikor összegezzük az ellenállásokat akkor az R1 és R2 értékeit elhanyagolhatjuk, mert relatíve kicsi az ellenállásuk nagysága. A 9. táblázatban látható összefoglalva az ellenállás-ponthegesztés jellegzetes ellenállásai. Az elektródákon, melyek R3-mal vannak jelölve az ábrán, hő fejlődik a rajtuk átfolyó áram miatt, ezért az elektródákat a túlhevülés elkerülése érdekében vízzel hűtik. Figyelni kell az elektródák felületi tisztaságára, simaságára és a kellő sajtolási erőse valamint a jó hő- és villamosvezetésű elektróda anyag vízhűtésére, mindezek mellett elkerülhet, hogy az R4 átmeneti ellenállás túl nagyra nőjön, különben a lemezhez hegedne az elektróda. A legfontosabb ellenállások az R5 és R6 illetve ezek a legnagyobbak a hegesztés szempontjából [15][17]. Az eredő ellenállás számítása 4. egyenlet szerint kapható. R e = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + R 5 +R 6 (4) 25

26 9. táblázat. Az ellenállás-ponthegesztés jellegzetes ellenállásai [17] Az ellenállás jele R1 R2 Az ellenállás megnevezése A transzformátor szekunder tekercsének az ellenállása Nagykeresztmetszetű rézvezető a szekunder tekercs és az elektróda között Az ellenállás relatív nagysága igen kicsi igen kicsi R3 Az elektród ellenállása kicsi R4 R5 R6 Érintkezési ellenállás a lemez és az elektród között A lemez ellenállása (hengeres rész az elektród között) Érintkezési ellenállás az összehegesztendő lemezek között közepes nagy legnagyobb Ha elhanyagoljuk a relatíve kis értékű R1 és R2 ellenállásokat és korlátozzuk tudatosan az R4 ellenállást akkor a következő módon (5. egyenlet) számítható az eredő ellenállás: R e = R 5 +R 6 (5) Az R5 ellenállást azzal a feltételezéssel számítjuk, hogy az összeszorított lemezeken csak az elektróda átmérő által meghatározott hengeres térfogaton folyik áram 11. ábra, ezt a következő kifejezéssel 6. egyenlet számíthatjuk ki [18]: R 5 ρ 4 s d e2 π (6) 26

27 11. ábra. Az R5 ellenállás meghatározása [17] Jól látható, hogy a 12. ábra hegesztési folyamat közben a hőmérséklet exponenciális jelleggel növekszik. A hőmérséklet növekedése az R5 ellenállásra növelő hatással van. Az R6 érintkezési ellenállás szobahőmérsékleten nagy értékű, a hőmérséklet növekedésével azonban a képlékeny alakváltozás feltételei javulnak, a makrokiemelkedések fokozatosan deformálódnak, a szennyezők összetöredeznek, egy részük megolvad és elgőzölög, ennek következtében az érintkezés egyre jobb lesz 13. ábra és az R6 jelű átmeneti ellenállás értéke erőteljesen csökken. 12. ábra. A hőforrás hőáramát meghatározó ellenállások változása a hegesztési folyamatra jellemző hőmérsékletnövekedés közben [18] A folyamat kezdetén kisebb R5 értéke a hőmérséklettel nő, a kezdetben jelentős R6 nagysága gyorsan csökken. A két ellenállás eredője maximumos görbét ad ugyan, de a két ellentétes változási tendencia nagyjából kiegyenlíti egymást, ezért a teljes hegesztési folyamatban az eredő ellenállás azonos nagyságrendje közelítőleg fenntartható. 27

28 Felülettisztítás 13. ábra. Pontvarrat kialakulása [16] Ellenállás-ponthegesztés előtt gondosan meg kell tisztítani az összehegesztendő lemezek, rudak felületét, mivel szennyeződéseket tartalmaz. Leggyakoribb ilyen szennyeződések pl: mechanikus (szervetlen eredetű) szennyeződések, mint fémes és nemfémes porszemcsék, nedvesség (víz), szerves szennyeződések (zsír, olaj), forgácsolási vagy alakítási műveletek hűtő-kenő folyadékai (emulziók, sztearátok), vegyületszennyeződések (rozsda, reve), adszorbeált felületi gázok Az ellenállás-hegesztések előnyös tulajdonságai közé tartozik, hogy (az ömlesztőhegesztésekkel ellentétben) a szennyezők nagy része magában a hegesztési folyamatban kerül eltávolításra, és csak egyes szennyezőfajták és érzékenyebb alapanyagok esetében van szükség előzetes tisztító műveletre. Az egyenletes kötésminőségi és főként a reprodukálhatósági elvárások miatt azonban az átlagosan tiszta felület mindig követelmény [18] A sajtolóerő szerepe a hegesztésnél Az előzőkben már rámutattunk arra, hogy a sajtolóerő az ellenálláshőforrás létrehozásában kitüntetett szerepet játszik, mégpedig elsősorban az átmeneti ellenállás nagyságának és időbeli változásának befolyásolásában. A valóságban sohasem fémtiszta felületek közötti villamos érintkezés minősége, ami leginkább az átmeneti ellenállással jellemezhető, erőteljesen függ a felületegységre ható normál irányú sajtolóerőtől, vagyis a felületi nyomástól. Ennél is jelentősebb a sajtolóerő szerepe a hegesztőáram átfolyásának első pillanataiban, amikor már a felületi mikro- és makrokiemelkedések deformációja és a szennyezőeloszlás módosítása révén a 28

29 kontaktus javulása és ezzel az átmeneti ellenállás csökkenése következik be. A folyamat kezdetén az anyagellenállás (R5) még nem elegendően nagy, ezért a hegesztendő felületek közötti átmeneti ellenállás (R6) túlzott mértékű, vagy nagyon gyors csökkenése egyáltalán nem kívánatos. Kísérletileg bizonyítható a nagy sajtolóerő káros hatása, ami kezdetben csak a kötés terhelhetőségének (pl. nyíróerejének) csökkenését okozza, de a normálist többszörösen meghaladó sajtolóerővel hegesztve a kötés már nem is következik be [18] Az ellenállás-hegesztések védelme a levegő gázai ellen A levegő gázainak (O2, N2, H2) káros következményekkel járó kémiai és fizikai hatásaitól a hegesztési helyet és környezetét védeni kell. A környezet kiterjedését a hegesztendő anyag rekrisztallizációs hőmérsékletének (a melegalakítás alsó hőmérséklet-határának) segítségéval definiálhatjuk: eszerint a védendő zóna az a tartomány, amelynek a hőmérséklete az anyag rekrisztallizációs hőmérsékletét (acéloknál kb. 450 C-ot) meghaladja. Az ismert ömlesztőhegesztő eljárásoknál ezt a védelmet vákuummal, salakkal, védőgázzal, vagy ezek lehetséges kombinációival (salak + védőgáz) biztosítják. Az ellenállás-hegestéseknél ezzel szemben a védelemnek az ún. mechanikai módszerét alkalmazzák, amit a hegesztési folyamat időtartama alatt a sajtolóerő működtet. A mechanikai védelem lényege, hogy a hegesztendő felületek közötti levegőmennyiséget az elősajtolási művelettel zömében eltávolítjuk, a felületi érdesség mélyedéseibe bezáródó kismennyiségű levegőt a felhevített anyag képlékeny alakításával, a felületi réteggel együtt a sorjába préseljük (leolvasztó tompahegesztés). Azoknál az ellenállás-hegesztő eljárásoknál, ahol ilyen sorja nem képződik (pl. ellenállás-ponthegesztés), a levegő gázainak egy része a hegfürdőben oldódik és amennyiben a gyors dermedéskor az eltávozásához szükséges feltételek nem állnak fenn, az alapanyag gázoldóképessége csökkenésével gázzárványokat okoz. Jó példa erre az alumíniumötvözetek ponthegesztése, ahol a pontvarratban a hidrogénzárványok meglehetősen gyakoriak, sok esetben elkerülhetetlenek [18] Ellenállás-ponthegesztés Az ellenállás-ponthegesztés a legszélesebb körben használt sajtolóhegesztés. Elterjedt alkalmazását egyszerűsége, gépesíthetősége, robothegesztésre való alkalmassága, jó reprodukálhatósága, egyenletes jó kötésminősége, kiemelkedő termelékenysége és gazdaságossága indokolja A pontkötés kialakulásának mechanizmusa A ponthegesztés varratának (más néven hegpontjának, heglencséjének) kialakulását a 14. ábrán követhetjük nyomon. A hegesztés a munkadarabok elektródok közé helyezésével kezdődik. Az elektródok zárásával a lemezek között helyi érintkezést hozunk létre, ezzel az áramátfolyás lehetőségét biztosítjuk. Az érintkezési felületet és 29

30 szűk környezetét rövid ideig (t<1s) átfolyó, alacsonyfeszültségű, de nagy áramerősségű I= ka árammal hevítjük. A lokális ellenállás hevítés hatására a lemezek helyileg megolvadnak. A megolvadt térfogat lencse alakú, nagyjából az elektródátmérőnek megfelelő átmérőre és a lemezvastagságnak a technológiai körülmények által befolyásolt vastagsághányadára terjed ki. Az áramátfolyás megszűnte után a két lemezből származó hegfürdő mechanikai nyomás alatt kristályosodva összeköti a két munkadarabot. A kristályosodás a vízhűtésű, jó hővezető rézelektródák, valamint a hegesztendő munkadarabok hővezetése és a környezet felé történő hőtranszfer hatására gyorsabb az ívhegesztésnél megszokottnál [18] Elektródok 14. ábra. A ponthegesztett kötés kialakulásának fázisai [18] Az ponthegesztő berendezés egyik legfontosabb alkatrész elemei az elektródok, mivel összetett feladatot látnak el, egyrészt közvetítik az áramot másrészt a nyomóerő koncentrálását is biztosítja. Emiatt számos követelményeknek kell eleget tenniük ezeknek az elektródáknak, mint például az, hogy ne szennyeződjön a hegesztendő fémmel, legyen jó villamosvezető, hővezető, legyen szilárd és kopásálló valamint a mechanikai tulajdonságai a hőmérséklet növelésével csak lassan romoljanak. A 10. táblázat összefoglalja a különböző anyagminőségű elektródok jellemzőit és milyen területeken lehet alkalmazni [15]. 30

31 Ötvözettípus 10. táblázat. Elektródaanyagok és jellemzői [16] Fő jellemzők Alkalmazási terület Hidegalakítással Cu-Cr Al-ötvözetek, Mg-ötvözetek, bevonatos keményített lemezek, sárgaréz és bronzok pont- és Cu-Zr Kiválásosan keményített vonalhegesztése Cu-Cr Kiválásosan keményített Cu-Cr-Zr Kiválásosan keményített Hidegen és melegen hengerelt acélok, korrózióálló acélok, bevonatos lemezek, Cu-Cr Kiválásosan és hidegalakítással keményített kis hővezetőképességű sárgarezek és bronzok pont- és vonalhegesztéséhez. Leolvasztó hegesztőgépek befogópofáihoz. Cu-Co-Be Kiválásosan keményített Korrózióálló acélok, Ni-Cr- és Ni-Cuötvözetek Cu-Ni-Be Kiválásosan keményített pont- és vonalhegesztéséhez. Öntvényként tompahegesztő, leolvasztó tompahegesztő gépek befogópofáihoz, Be-mentes Kiválásosan keményített dudorhegesztő elektródákhoz. bronz Vonalhegesztő gépek áramvezető siklócsapágyai. Cu-Be Cu-Al 45 % Cu 55 % W kompozit 25 % Cu 75 % W kompozit Kiválásosan keményített Kiválással nem keményíthető öntvény Porkohászati termék Porkohászati termék Tompahegesztő, leolvasztó tompahegesztő befogópofák, dudorhegesztő elektródák nagy felületi nyomásokhoz. Hegesztőgépek szekunder köri elemei átlagosnál nagyobb szilárdsági követelmények esetén. Korrózióálló acélok ponthegesztése. Tompahegesztő, leolvasztó tompahegesztő befogópofák nagy termikus és mechanikai igénybevételre. Dudorhegesztő elektródák. Tompahegesztő, Vonalhegesztő csapágyperselyek. 20 % Cu 80 % W kompozit W Mo Cu-Al2O3 kompozit Porkohászati termék Porkohászati termék (csak köszörülhető) Porkohászati termék (forgácsolható) Porkohászati termék Nagy terhelésű dudorhegesztő elektródák. Dudorhegesztő elektródák huzalok keresztkötéseihez. Dudorhegesztő elektródok sárgaréz és bronzhuzalok keresztkötéseihez. Dudorhegesztő elektródok sárgaréz és bronzhuzalok keresztkötéseihez. Bevonatos acéllemezek hegesztése. 31

32 Elektródák geometriai kialakításai Az ellenállás-hegesztés elektródái szabványosított kialakításúak 15. ábra. A hegesztőcsúcs a legfontosabb része az elektródának, mert a felületén történik az áramátadás, a hegesztendő alkatrészek összeszorítása és a belsejében kialakított furattal van biztosítva az elektróda hűtése, ami a szilárduló heglencse megfelelő kialakulásában játszik lényeges szerepet [15]. 15. ábra. Az elektródák szerkezeti kialakításai [15] Az iparban legelterjedtebb hat elektródaalakot az MSZ EN 25184:1995 szerint a 16. ábra szemlélteti. Az elektródoknak a munkadarabbal érintkező felülete sík (B, C, D típus) vagy gömbsüveg (A, E, F típus) geometriájú. Az elektródvég geometriai kialakítása a hevítési, alakítási és anyagszerkezeti folyamatok befolyásolásával és időbeli lefolyásának megváltoztatásával aktívan hat a kötés minőségére, ami alatt a hegpont keresztmetszeti alakját, átmérőjét és magasságát, a benyomódás alakját és méretét, a varrathibákat (eltéréseket) és a kötés mechanikai jellemzőinek alakulását kell érteni [15][18]. 16. ábra. Különböző szabványosított elektródakialakítások [15] 32

33 Elektródacsúcsok átmérője Mivel a pontátmérő intervallumának közepe az elektródaátmérővel egyezik meg jó közelítéssel, így az elektródaátmérőt d p opt összefüggéssel szokás meghatározni. d p min = 3,5 s (7) d p opt = 5 s (8) d p max = 7 s (9) Az összefüggés szerint, ha 1 mm-es lemezekkel számolunk, akkor az összehegesztéshez 5 mm-es, 2 mm-esekhez 7 mm-es elektródaátmérőt kell használni [18] Az ellenállás-ponthegesztés geometriai korlátai A ponthegesztett szerkezetek nagyon gyakran (sőt szinte kizárólagosan) egynél több pontot tartalmaznak. Többpontkötéseknél a második és azt követő pontok hegesztésekor az áram egy része (a Kirchoff törvényeknek megfelelően) a már elkészült ponto(ko)n halad, az így fellépő sönthatás 17. ábra miatt az aktuális pontot a beállítottnál kisebb áramerősséggel hozza létre, ami a pontátmérő csökkenéséhez, ennek következtében a hegpont mechanikai jellemzőinek romlásához vezet. A söntveszteség elfogadható mértékűre való csökkentése érdekében a pontok egymástól mért e1 minimális távolságát (közel állását) szabályozni kell az alábbi módon 18. ábra [18]. 17. ábra. Söntölés sematikus ábrája kétoldali hegesztésnél 33

34 18. ábra. A többpontkötések javasolt geometriai korlátai acél vékonylemezek ponthegesztéséhez: e1=(3...6)de; e2=(2,5...4,5)de; e3=(2...4)de [18] A ponthegesztés munkarendje A ponthegesztés közben képződő ellenálláshőt a Φ hőáram idő szerinti integrálja adja. Időben állandó áramerősség és hegesztő feszültség esetén az integrálás az alábbi módon néz ki: E = t f ϕ i=0 t f dt = U h I h cosφ dt = U h I h cosφ t f (10) i=0 A fenti kifejezés szerint ugyanaz a hőenergia előállítható, ha rövidebb ideig nagyobb hőáramot (nagyobb hegesztőáramot) vagy hosszabb ideig kisebb hőáramot használunk 19. ábra. 19. ábra. A ponthegesztés munkarendjeinek szemléltetése: adott anyagminőségű és vastagságú lemezek ponthegesztése a sraffozott területen belül lehetséges [18] 34

35 Az előbbi kombinációt kemény, az utóbbit lágy munkarendnek nevezik. Minden olyan esetben a kisebb veszteségekkel járó és rövidebb ideig tartó, tehát gazdaságosabb kemény munkarendet kell használni, amikor ennek feltételei fennállnak. Az utóbbi évtizedekben olyan kisebb tömegű és nagy villamos teljesítményű ponthegesztőgépeket fejlesztettek ki, amelyekkel extrakemény munkarendű hegesztés vált lehetővé. Az extrakemény munkarendet az 5 ciklusnál nem hosszabb hegesztési főidő és a hozzá tartozó, igen nagy áramerősség jellemzi. Az extrakemény munkarendnél (korrekten megválasztott elektróderőt és jó kontaktust feltételezve) fröccsenésmentes, kis benyomódású pontkötések készíthetők a lehető legkisebb veszteséggel, mely hővezetésből ered. Alumínium ötvözetek ponthegesztésénél kemény és extrakemény munkarendet illetve megnövelt kovácsolóerőt szükséges alkalmazni [16][18] Ragasztás Ma már az élet minden területén találkozunk ragasztott tárgyakkal, napjainkra a ragasztás sok területen nélkülözhetetlen technológiai műveletté vált. A ragasztás az anyaggal záró nem oldható (korlátozottan oldható) kötések csoportjába sorolható. A ragasztás legnagyobb előnye a forrasztáshoz és a hegesztéshez képest, hogy nem éri hőterhelés a munkadarabot. A ragasztóanyag a kötésben rezgéscsillapító, jó szigetelő, zajcsökkentő hatásokat fejt ki, ezzel szemben viszonylag kicsi a terhelhetősége, és alkalmazásánál nagy technológiai körültekintéssel kell eljárni [19] A ragasztás elmélete A jó ragasztókötés-szilárdság kialakulásának alapvető feltételei a következők: 1. A ragasztandó anyagfelület ragasztóanyag általi nedvesítése. Ennek előfeltételei: a ragasztandó anyag és a ragasztóanyag megfelelő felületi energiaviszonyainak megválasztása, ill. kialakítása és a ragasztó folyékony halmazállapota. 2. A nedvesítést követően a ragasztandó anyag és a ragasztó között kialakuló kölcsönhatások rögzítése, vagyis a kötésszilárdítás [19]. A 20. ábrán jól látható, hogy kötés szilárdságát a kötőanyag kohéziója valamint a ragasztó és ragasztott anyag között levő adhézió szabja meg. 35

36 20. ábra. Ragasztott kötésben ható tapadóerők [27] A kötés szilárdságát a ragasztóréteg vastagsága befolyásolja. Vékony ragasztó réteg esetében a határfelületi erők, vastag ragasztórétegnél viszont a ragasztóanyag belső kohéziós erői is érvényesülnek [20]. A szilárdság és a ragasztóréteg vastagsága közötti összefüggést az 21. ábra szemlélteti. Legkedvezőbb a 0,05-0,15 mm-es ragasztóréteg [20]. 21. ábra. A szilárdság és a ragasztóréteg vastagsága közötti összefüggés [21] Nedvesítés és szétterülés A kötésszilárdság egyik legfontosabb eleme, hogy a ragasztóanyag nedvesítse a ragasztandó alapanyagot. A ragasztás forrasztással való rokonságát az is mutatja, hogy itt is a nedvesítési szög lesz jellemző a nedvesítési folyamatra. Az alábbi 22. ábra a ragasztóanyag optimális szétterülését és nedvesítési szögeit mutatja [19]. 36

37 22. ábra. A Ragasztóanyag nedvesítési szöge [19] A ragasztott kötés létrejötte A szilárd halmazállapotú kötés kialakulása különböző fizikai vagy kémiai, illetve vegyes folyamatok eredménye lehet, aminek során a ragasztandó anyag és a ragasztó között kölcsönhatások alakulnak ki, és ezek rögzülnek. A kötésszilárdság függ: a ragasztandó anyag és a ragasztó anyagi tulajdonságaitól, a ragasztó helyes kiválasztásától, a ragasztás kivitelezésétől (a technológiától). 37

38 2. RAGASZTÓANYAGOK ÉS FELÜLET ELŐKÉSZÍTÉSI MÓDSZEREK 2.1. Ragasztóanyagok A ragasztáskor nem kiemelkedő szilárdságú, hanem megcélzott teherbírású kötésekre van szükség. Ugyanis egyre terjednek az ún. szerelő-, tehát bontható ragasztások is az oldhatatlanok mellett. Így követelményként felmerülhet a ragasztóanyag adott hőmérsékletű degradálódása, vagyis a kötések alapanyagok károsodása nélküli bonthatósága [22]. A ragasztóanyagok általában nemfémesek, a szilárd anyagok felületét tapadással (adhézió) és saját szilárdságukkal (kohézió) kötik össze, anélkül hogy az összekötött anyagok szerkezeti felépítése vagy eredeti tulajdonságai lényegesen megváltoznának. A ragasztóanyag és a ragasztó fogalmak egymás szinonimáiként használhatók. 23. ábra. Ragasztás jellemzői [22] A megfelelő ragasztott kötés kialakításához a ragasztott felületeknek az illesztésszilárdítás valamely fázisában ragadósnak kell lenniük. A ragadósság a ragasztó-, illetve kötőanyag folyadék vagy olvadék állapotának jellemzője, mely adalékanyagokkal befolyásolható. A ragadósság lehet: átmeneti, azaz a szilárdítás (kötés) során megszűnő, tartós (pl. műanyag ragasztószalagok, védőfóliák esetében), előhívható, azaz szilárd állapotban nem, de nedvesítés hatására érvényre jutó 38

39 A korábban már említett ragasztott kötés szilárdságát a ragasztóréteg és az összekötött anyagok szilárdsága, valamint a ragasztási felületeken ható adhéziós erők határozzák meg, ezeknek az erőknek a jellemzőit a 24. ábra részletesebben szemlélteti. Az ideális adhéziós tapadás és a ragasztóréteg megfelelő szilárdságának előfeltétele a jól illeszkedő, tiszta és kellőképpen érdesített érintkező felület, illetve a ragasztó megfelelő kikeményedése. A ragasztást alkatrészek összekötésén, rögzítésén kívül tömítésre és egyes mechanikus kötések lazulás elleni védelmére is alkalmazzák [22]. 24. ábra. Adhéziós kölcsönhatások a határfelületi rétegben [23] Ragasztóanyagok igénybevételei A ragasztott kötés megtervezése során mindenképpen figyelembe kell venni a majd rá ható igénybevételeket. A húzó igénybevételt kerülni kell, mert a ragasztórétegnek kicsi a szakítószilárdsága, és az adhéziós tapadás jellemzi miatt ilyen esetben minimális a terhelhetőség. Sokkal kedvezőtlenebb például a lefejtő igénybevétel, ahol a jelentős húzó (tépő) igénybevétel kisebb területre koncentrálódik. Olyan kötéskialakítást kell biztosítani, ahol a nyíró igénybevétel a meghatározó 25. ábra, de a nyomó, illetve a csavaró igénybevétel is szóba jöhet. Természetesen a kötés szilárdsága, igénybevehetősége a ragasztóanyag típusától, rétegvastagságától és a ragasztási felületek nagyságától és felületi érdességétől is függ [22]. 39

40 25. ábra. Ragasztott kötés igénybevétele [22] Az egyenletesen felhordott folytonos ragasztóréteg vastagságának csökkenésével növekszik a ragasztott kötések szilárdsága. Porózus anyagok ragasztásakor ügyelni kell arra, hogy a ragasztó egy része beszívódik, ezért a felületeket újra be kell vonni ragasztóval, hogy a két darab között vékony, ám összefüggő ragasztóhártya alakuljon ki. Ha a beszívódás miatt a réteg már nagyon vékony, csak a felületi kiemelkedések tapadnak össze, a ragasztási felület csökken, a kötés nem lesz tökéletes. Ilyen esetekben különösen fontos a ragasztás alatt álló darabok egyenletes összenyomása. Az összekötendő részeknek pontosan kell illeszkedniük. 40

41 26. ábra. Leggyakoribb terhelésfajták és a feszültségeloszlásuk a kötés hossza mentén [24] Ragasztott kötéseknél törekedni kell a minél nagyobb ragasztási felületre. A 26. ábrán erre látunk példákat. Az ábrákon a szemléltetés miatt a ragasztóréteg vastagsága eltúlozott. Valójában a ragasztó rétegvastagsága néhány tized milliméter [24]. Egymáshoz az ideális ragasztóréteg-vastagság ( µm) elérése céljából [22][23]. A 27. ábrán csöveknél alkalmazott ragasztási lehetőségeket látunk. 41

42 27. ábra. Csövek ragasztás kialakításának a lehetőségei [23] A tapadó felület növelése (adhézió javítása) érdekében célszerű érdesítést (csiszolást, forgácsolást, maratást, pácolást, leoldást) alkalmazni. A ragasztó anyagok felviteli módjainak a lehetőségeit a 28. ábra mutatja [22]. 28. ábra. A ragasztó anyagok felviteli módjai [22] 42

43 A ragasztóanyagok csoportosítása 11. táblázat. Ragasztóanyagok [22] Természetes eredetű ragasztóanyagok 1. Növényi: pl. cellulózészterek, cellulóz-éterek, kaucsuk latex; 2. Állati: pl. kazeinenyv 3. Ásványi: pl. üveg, kerámia, bitumen. Szintetikus ragasztóanyagok 1. Fenoplasztok 2. Aminopalsztok 3. Poliamidok 4. Poliuretánok 5. Epoxigyanták 6. Poliakrilátok 2.2. Loctite ragasztóanyagok A különböző alkalmazási területekre és azok műszaki problémáira a Loctite-cég speciális ragasztókat fejlesztett ki. Ezek kikeményedési mechanizmusai alapján a következő négy csoportra oszthatók: anaerob ragasztók UV-fényre kikeményedő ragasztók légnedvességre kikeményedő ragasztók aktivátorokkal kikeményedő ragasztók A Loctite-ragasztóanyagok kikeményedési mechanizmusa A legtöbb Loctite ragasztóanyag reaktív polimer. Kémiai polimerizációs reakciók során át jutnak el a folyékony állapotból a szilárd halmazállapotba. Kötési tulajdonságaik: Anaerob ragasztók egykomponensűek, oxigén kizárása mellett szobahőmérsékleten kötnek UV-fény határára kikeményedő ragasztók Anionosan kikeményedő ragasztók (ciánakrilátok) gyengén bázikus felületekkel érintkezve polimerizálódnak. A levegőnedvesség általában elegendő ahhoz, hogy a kikeményedés beinduljon. Nedvesség hatására kikeményedő ragasztók (szilikonok, uretánok). 43

44 Aktivátorok segítségével kikeményedő ragasztók. Melegen kikeményedő ragasztók (epoxigyanták) [25][26] Anaerob ragasztók Ezen csoport ragasztói egykomponensűek és szobahőmérsékleten keményednek ki. A folyékony ragasztóban lévő keményítő komponens inaktív marad mindaddig, amíg a levegő oxigénjével érintkezik. Ha a ragasztót a levegő oxigénjétől elzárjuk, pl. az illesztendő alkatrészek összekapcsolásával, akkor egyidejű fémes kontaktus mellett gyorsan megtörténik a kikeményedés. A folyékony ragasztó kapilláris hatása révén az illesztési hézag legkisebb közbülső tereit is kitölti. A kikeményedett ragasztó összekötődik az összekapcsolandó alkatrészek érdesség mélységeivel UV- fény hatására kikeményedő ragasztók Ezen ragasztók kikeményedési sebessége elsősorban az UV- fény intenzitásától és hullámhosszától függ. Ezért az UV- fénnyel elősegített polimerizáció mindig megköveteli a termék és az UV- sugárforrás pontos össze-hangolását. 29. ábra. A kikeményedés folyamata UV fény kikeményedésű ragasztók esetén [7] Levegő nedvessége révén kikeményedő ragasztók Ezen csoport egykomponensű ragasztói enyhén lúgos felületekkel való érintkezésnél polimerizálódnak. A levegő és a ragasztási felület nedvessége általában elegendő, hogy a kikeményedést néhány másodperc alatt aktivizálják és, hogy a ragasztott kötés kézi szilárdságát elérjük. A legjobb eredményeket akkor érhetjük el, ha a munkahelyen 40-60%-os légnedvesség van szobahőmérsékleten. Alacsonyabb relatív páratartalom lelassítja a kikeményedést, magasabb pedig felgyorsítja azt, és a ragasztás végső 44

45 szilárdságát leront-hatja. Száraz levegő általában nem rontja le a ragasztás végső szilárdságát. A nagyon gyors kikeményedési idejük alapján a ciánakrilát ragasztók különösen a kisebb alkatrészek ragasztására alkalmasak. Ciánakrilát ragasztókat egy oldalra és takarékosan kell felhordani. A legjobb ragasztást akkor érjük el, ha csak annyi ragasztót viszünk fel, amennyi a ragasztási hézag kitöltéséhez szükséges Aktivátorral kikeményedő ragasztók Ezek a ragasztók szobahőmérsékleten aktivátor segítségével keményednek ki. Ragasztó és aktivátor felhordása az összeragasztandó felületekre külön történik. A komponensek összekeverése nem szükséges. Ezért a fazékidőket nem kell figyelembe venni [25][26] LOCTITE EA 9492 A Loctite EA 9492 egy magas hőmérsékletálló, kétkomponensű epoxi ragasztó. A termék a Hysol 9491 rendkívül jó funkciói tulajdonságával rendelkező, alacsony viszkozitású változata. Ez egy olyan univerzálisan alkalmazható ragasztó, amivel számos fém ragasztható és javítható. A Loctite EA 9492-vel teljesen kikeményített ragasztás különösen jó ütésálló, hőmérsékletváltozás álló elektromosan szigetelt [27][28]. A kikeményedési sebesség a hőmérséklet függvényében: A Loctite EA 9492 három napon belül szobahőmérsékleten keményedik ki. A hőmérséklet növelésével a kikeményedés ideje felgyorsítható. Az alul látható 30. ábra mutatja a szakítószilárdság időbeli fejlődését a különböző hőmérsékletű acélok szemcseszórt szakító próbadarabjaira vonatkozóan. ISO 4587 vizsgálata szerint [27][28]. 30. ábra. Loctite EA 9492; kikeményedési idő szakítószilárdság diagram különböző hőmérsékletű próbadarabok esetén [27][28] 45

46 A következő 31. ábra mutatja a hőmérséklet növelésével változó szakítószilárdságot a Loctite EA 9492 esetében [28]. 31. ábra. Loctite EA 9492; Szakítószilárdság - Hőmérséklet diagram [27][28] LOCTITE EA 9497 Egy közepes viszkozitású, két komponensű, epoxigyanta ragasztó, ami összekeverés után szobahőmérsékleten kikeményedik. Alkalmazható számos anyaghoz és ezzel univerzális ragasztóanyagként is használható. Loctite EA 9497 ideális a hővezetőképes ragasztási kötés létrehozásához. Megfelelő nagy nyomóerejű alkalmazáshoz és magas hőmérsékleten a kellő szilárdság biztosításához. A kikeményedési sebesség függ a környezet hőmérsékletétől. Az alábbi 32. ábra mutatja a szakítószilárdság időbeli fejlődését a különböző hőmérsékletű acélok szemcseszórt szakító próbadarabjaira vonatkozóan. ISO 4587 vizsgálata szerint [27][29]. 32. ábra. Loctite EA 9497; Szilárdság - Kikeményedési idő diagram [27][29] A 33. ábrán a 22 C-nál vizsgált öregítés teszt látható. 46

47 TEROSON EP ábra. Kezdeti feszültség - Idő diagram [27][29] Teroson EP 5055 egy oldószermentes, két komponensű ragasztó. Nagyon jó tapadása van a fényes felülethez, alumíniumhoz, cinkbevonatú acélhoz és a réteges karosszéria részekhez. A reakciót mindkét komponens hevítésével gyorsítani lehet. Teroson EP 5055 szobahőmérsékleten keményedik ki. A hőmérséklet növelésével tovább gyorsítható a kikeményedési folyamat. Izocianát és szilikon mentes. A kikeményedett ragasztott réteg kemény, de nem rideg. Töréssel szemben ellenálló, szerkezeti karosszériaelemek ragasztására. Egyszerű, primer nélküli alkalmazás (szabvány kartusos kiszerelés), ragasztás követően 90 percen belül ponthegeszthető, azután szigetel. Gyorsan kialakuló kezdeti szilárdság az összeillesztett elemek elmozdulásának megakadályozására Oldószermentes ragasztó Hidegen is felvihető, de javasolt a felmelegítés (60 C-ig) utáni kijuttatás Térhálósodás szobahőmérsékleten (melegítés lehetséges) Fazékidő: kb. 80 perc Kiváló korrózióvédelmet biztosít [27][30] TEROSON MS 935 Teroson MS 935 egy módosított szilán polimer bázisra fecskendezhető egykomponensű sűrű anyag, ami a levegő páratartalmán keresztül lágy elasztikus termékké keményedik ki. A felületi hártya- és átkeményedési idő függ a levegő páratartalmától és hőmérsékletétől, az átkeményedési idő járulékosan még az illesztési mélységtől is függ. A hőmérséklet és a páratartalom növelése ezt az időt le tudja rövidíteni, az alacsony hőmérséklet ugyanúgy, mint a csekély páratartalom késleltető 47

48 kihatása van ellene. A Teroson MS 935 oldószer, izocianát, szilikon és PVC mentes. Ez a ragasztó jó UV-tartóssággal rendelkezik, s ezáltal bel- és kültéren is kiválóan bevethető. Az elasztikus összeragadás biztosítja a szükséges szilárságot. Teroson MS 935 egy magas viszkozitású és tartós, így az összeragasztandó felületek után magas kötési szilárdság érhető el. Ezért részben lemondhatunk a kötés biztosításához szükséges fixálóról. Teroson MS 935 a kikeményítés felgyorsításához elegendő két komponensű anyag feldolgozása. A termék lehet fehér, szürke és fekete színű [27][31]. 34. ábra. Ragasztóanyagok [27] Az autóipar olyan ragasztókat igényel, amelyekkel a ragasztott kötés az alap műanyagra jellemző szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik. Az új környezetvédelmi előírások pedig bizonyos ragasztó-alkotórészek elhagyását és új receptúrák kidolgozását teszik szükségessé. Manapság gyártott autók mintegy 15 tömeg %-ban tartalmaznak műanyagot, és ezzel a fémek után a második legnagyobb anyagcsoportot képezik [35][36] Felületelőkészítési módszerek Fontos szerepet játszik a ragasztott kötés minőségében a felület tisztasága, előkészítése, minősége. Az előkészítés a ragasztandó felületek tisztításából és a ragasztandó felület aktiválásából áll. A tisztítás műveletei oxidmentesítés és zsírtalanítás [23]. tisztítás, zsírtalanítás: vizes vagy oldószeres, lúgos vagy emulziós oldatban kezelés, elektromos kezelés lúgoldatban mechanikai: csiszolás, kefézés, homokszórás, koptató forgó dobban vagy harangban, polírozás, mintahengerlés (sajtolás) kémiai: savas, bázikus elektrokémiai. 48

49 35. ábra. Felületkezelés áttekintése [23] A felület aktiválása, érdesítése a ragasztóanyag jó tapadását segíti elő. A felületet általában homokfúvással aktivizálják. A felület túlzott durvításával a kötés szilárdsága romlik, ezért az alumíniumtárgyakat ragasztás előtti homokfúvás helyett inkább pácolják. Pácolás előtt természetesen zsírtalanítást, utána pedig alapos mosást végeznek. A megfelelően előkészített felületre a szennyeződés és az oxidáció elkerülése végett célszerű 1 órán belül felvinni a ragasztóelegyet. A ragasztót halmazállapotától függően ecsettel vagy bemártással, por alakú ragasztót szórással, rúd alakú ragasztót felmelegített tárgyhoz való dörzsöléssel viszik fel [20] [32] Koptatás forgó dobban és harangban Kisebb gyártmányokat főleg kokilla és présöntvényeket motorhajtású dob- vagy harangberendezésekben tisztítanak. A zsírtalanított munkadarabokat egy polírozott acélgolyókkal keverten dobba helyeznek és 0,5 l tömény ammónia-hidroxid+0,5 kg káliszappan + 0,5 l benzin keverékkel l/min sebességgel 0,5-2h hosszan forgatják, majd leöblítik Szemcse-, és sörétfúvatás Kvarchomokkal vagy más kemény szemcseanyaggal esetleg acélsöréttel való fúvatás. Ezzel a felületen lévő oxidréteg és egyéb más szennyeződés könnyen eltávolítható. Durva érdesítéshez 4 2 szemcsenagyságú kvarchomokot kpa, finom 49

50 érdesítéshez 1 0,5 szemcsenagyságú kvarchomokot 0,2 0,6 kpa sűrített levegőnyomással fúvatnak [32] Zsírtalanítás és oxidmentesítés lúgos oldatokban Lúgos anyagok, mint a nátronlúg NaOH, szóda Na2CO3 vagy nátrium-foszfát Na3PO4 vizes oldatában, forráspont körüli hőmérsékleten a növényi vagy állati eredetű zsírok, ásványi olajok emulzió révén leoldódnak fémfelületről. A zsírtalanítás hatásfoka jobb, ha a lúgoldathoz felületaktív anyagokat (ún. detergenseket) adagolnak, ami növeli a felület nedvesedőképességét másrészt a forró lúgoldat habzását csökkenti [32] Oxidmentesítés savoldatban pácolással Az alumínium felülete levegőn pláne vízpára jelenlétében rendkívül gyorsan oxidálódik. A felületén jól tapadó, tömör oxidhártya található, ami csak néhány µm nagyságú. Szerkezetének köszönhetően nagyon jó védelmet nyújt az alapfém további oxidációja ellen. Savas pácolás előtt a felületet mindenképpen zsírtalanítani kell szerves oldószerben. Az üzemi gyakorlatban leginkább elterjedt és használatos oxidmentesítő pácoldatok és technológiai előírásokat a 12. táblázat tartalmazza [32]. 12. táblázat. Alumínium-oxid mentesítő pácolása [32] Fémminőség Pácfürdő összetétele, g/l Hőmérséklet, C Idő, s 200 NaOH (vagy Na2CO3)+30 NaCl Alumínium HNO3+50 HF H2SO4+30 HF H2SO4+50 CrO Al-öntvény 1065 HNO3+50 HF AlMgSi- öalsi-,alcumgötvözet 500 HNO3+50 HF AlCuMgMnötvözet előpác NaOH+40 NaF pác HNO HF

51 3. KÍSÉRLETEK KIVITELEZÉSE 3.1. Műbizonylatok A táblázat mutatja a 6082-T6 alumíniumötvözet fontos jellemzőit. Nagy szilárdságú jól hegeszthető és hőkezelhető anyag a T6-os állapot a 6. táblázat szerint. 13. táblázat. A 6082-T6 alumíniumötvözet vegyi összetétele Cu [%] Fe [%] Mn [%] Cr [%] Mg [%] Ti [%] Si [%] Zn [%] Al [%] 0,09 0,46 0,46 0,2 0,7 0,03 0,9 0,08 maradék 14. táblázat. A 6082-T6 mechanikai tulajdonságai Tulajdonságok Értékek Szakítószilárdság 350 MPa Nyúlás A50 14 % Folyáshatár 300 MPa A táblázat mutatja a 7075 alumíniumötvözet fontos jellemzőit. Fontos tudni, hogy a kísérletek során nem alapállapotú, hanem már hőkezelt állapotú 7075 ötvözetet használtunk, ami 485 C-on 2 percet, aztán edzés után 120 C-on 4 órát volt előzetesen kezelve. A továbbiakban csak 7075-ös ötvözetként lesz említve. Az egyik legnagyobb szilárdsággal rendelkező ötvözet. Bővebb információ az táblázatban. 15. táblázat. A 7075 alumíniumötvözet vegyi összetétele Cu [%] Fe [%] Mn [%] Cr [%] Mg [%] Ti [%] Si [%] Zn [%] Al [%] 1,3 0,46 0,2 0,2 2,3 0,1 0,4 5,2 maradék 16. táblázat. A 7075 mechanikai tulajdonságai Tulajdonságok Értékek Szakítószilárdság 500 MPa Nyúlás A50 10 % Folyáshatár 400 MPa 51

52 3.2. Hegesztéstechnológia tervezése Irodalom kutatásaim során meggyőződtem arról, hogy alumíniumötvözetek ellenállás-ponthegesztése során kemény vagy pedig extrakemény munkarendet kell alkalmazni. A diplomamunkámban a 6xxx (6082-T6) és 7xxx (7075) csoportba tartozó alumínium vékonylemezekből kellett készítenem különböző vastagságú (1 mm és 1,5 mm) ragasztott illetve ragasztott ponthegesztett kötéseket. A hegesztéshez 7,5 mm sugarú Cu-Al2O3 anyagú elektródot, valamint extrakemény munkarendet választottam. A hegesztési áram ka körüli értékre lett beállítva, gyakorlatilag a hegesztőberendezés amiről a következő fejezetben részletesebben is szó esik majd, maximálisan ekkora áramot tud leadni ilyen vastagságú átlapolt lemezkombinációk esetén. A szakirodalom 1 mm vastagságú lemezre ka-es hegesztőáramot ajánl. Alkalmaztam a hegesztés során még elő- (Fe=2,7 kn) és utószorítást (Fny=4,4 kn) is. Az utószorításra mindenképpen szükség van, mivel a heglencse kialakulása után szívódási üreg keletkezhet, ami a terhelés hatására a repedés kiinduló pontja, majd későbbi tönkremenetel okozója lehet. A ragasztott ponthegesztett kötéseknél különösen fontos a növelt elektródaerő, hogy a kialakítandó kötés helyéről kipréselje a ragasztóanyagot ezáltal biztosítva a megfelelő áramátvitelt. A hegesztést mindig gondos felület előkészítés előzi meg, három különböző módszert vizsgáltam meg (zsírtalanítás, hidrogén-fluoridos oldatban a felületi oxidréteg eltávolítása, hántolás) mindezeket hasonló gépi paraméterek beállítása mellet, az eredmények összehasonlíthatósága érdekében. Zsírtalanításra a Loctite SF 7063 felület tisztító szert használtam. A 6082-T6 és a 7075 vékonylemezek WPS-ét az 1. számú melléklet tartalmazza Ragasztástechnológia tervezése Ennek a technológiának a tervezése először is mindig az adott feladathoz megfelelően a ragasztóanyag kiválasztásával kezdődik, majd a ragasztandó elemek felületének előkészítése követ. Mint már a korábbiakban említett ragasztóanyagok közül, amit a Henkel Magyarország Kft. bocsátott rendelkezésemre, kiválasztottam egy ragasztóanyagot a kísérletsorozatok elvégzésére, mégpedig a Teroson EP 5055-t. Ennek a ragasztóanyagnak a tulajdonságait az előző pontokban már részletesen bemutattam. A ragasztástechnológia tervezésénél az átlapolás mérete is nagyon fontos, milyen hosszúságba és szélességben fedik egymást a lemezek, hiszen részben ezeknek a paramétereknek a növelésével lehet növelni a kötés szilárdságát. Három különböző módon előkészített felületű ragasztott kötéseket vizsgálok meg és hasonlítok össze 52

53 egymással, ezeket a későbbi pontokban részletesen bemutatom. A ragasztóanyag felviteléhez dugattyúval rendelkező Teroson staku kézi kinyomópisztolyt alkalmaztunk Kombinálttechnológia tervezése A kombinálttechnológia neve is jelzi, hogy itt legalább két technológiának a vegyítésről van szó. Jelen esetben a ponthegesztésnek és a ragasztásnak a kombinációjáról beszélünk. A kísérletek elvégzésénél a próbadarabok átlapolási (30 mm 30 mm) felületének a közepére jutattam fel a ragasztóanyagot a 37. ábrán látható módon. Készítettem pár próbakötést, ami azt jelenti, hogy az egyik próbadarabot közvetlenül ragasztás után, míg a másikat perccel a ragasztás után ponthegesztettem. A kísérlet során kiderült, hogy közvetlenül a ragasztóanyag felvitele után el kell végezni a ponthegesztést, mert 80 perc elteltével a térhálósodás miatt szigetelővé válik, mellesleg kellő viszkozitásúnak kell lennie ahhoz, hogy az elektródaerő hatására a kötés helyéről kiszorítható legyen még a ragasztóanyag. A kombinált kötések létrehozásához szükséges hegesztési paramétereket a melléklet tartalmazza. 53

54 4. KÍSÉRLET A nyári szakmai gyakorlat során a Henkel Magyarország Kft. ragasztóanyagait vizsgáltam nyíró igénybevételre alumínium vékonylemezek ragasztott és ragasztott ponthegesztett kötéseinél. A vizsgálatokhoz több ragasztóanyagot is a rendelkezésemre bocsátottak, mint például Loctite EA 9492, Loctite EA 9497, Teroson EP 5055, Teroson MS 935. Ezek közül a kísérleti célokra legideálisabbnak a Teroson EP 5055 bizonyult, mivel ez a ragasztóanyag ponthegesztéshez is alkalmazható, így ezzel a ragasztóanyaggal lettek elvégezve a későbbiekben a vizsgálatok Próbadarabok előkészítése 36. ábra. Előkészített munkadarabok A méréseim elvégzéséhez a Miskolci Egyetem Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézete biztosított a megfelelő körülményeket és különböző nagyságú 30x100x1 mm, 30x100x1,5 mm próbadarabokat. A csavarásból adódó feszültségek elkerülés érdekében a lemezek méretre vágása lézervágással történt, amit egy külsős cég végzett el. Ragasztásnál az optimális eredmény eléréséhez a ragasztandó felületek megfelelő előkezelésére van szükség. A ragasztott kötés szilárdságát mindenekelőtt a ragasztóanyag és az illesztési felületek közti tapadás határozza meg. A kötés annál szilárdabb minél alaposabban meg van tisztítva és előkezelt a felület. Ahhoz, hogy jobb eredményeket érjünk el a ragasztóanyagokkal, ajánlatos hogy a ragasztandó felületek szennyeződésektől mentesek legyenek. A szennyeződések eltávolításához a Loctite SF 7063 tisztító és zsírtalanítót használtam. 54

55 a) b) 37. ábra. a) 2%-os Hidrogén-fluoriddal kezelt próbadarabok felületein Teroson EP 5055 ragasztóanyaggal ellátva; b) 7075 és a kombinált 6082-T6/7075 ragasztott kötések kialakítása Az alkalmazott 6082-T6 és 7075 próbadarabok átlapolási mérete minden esetben 30x30 mm volt, kivéve a 7075 és 6082-T6/7075 kombinált kötések esetében, mivel itt a próbadarab keresztmetszetét csökkenteni kellett mm-re, hogy el lehessen végezni a szakítóvizsgálatot. A vizsgálat elvégzése után a kapott szakítóerő eredményeket 30%-al megnöveltem, hogy visszakapjam mekkora terhelést képes egy mm-es ragasztott kötés elviselni. A mérés során átlagosan 15 db egyszeresen átlapolt ragasztott kötést vizsgáltunk meg. Mindegyik anyagminőségből 3 15 db-os sorozatot készítettem különböző felület előkészítéssel. Az egyik sorozat csak zsírtalanítva lett a másik sorozat hántolva és zsírtalanítva a harmadik sorozatnál 2% hidrogén-fluoridos oldattal felületkezelést alkalmaztam, a két utóbbi esetben az alumínium felületén található vékony oxidréteg eltávolítása végett. A hegesztés után a kötéseken EN ISO 14273:2001 szabvány alapján nyíró-szakító vizsgálatokat végeztem és az eredményeket összehasonlítottam majd kiértékeltem Kísérletben használt termékek Loctite SF ábra. Loctite SF

56 A Loctite SF 7063 egy univerzálisan alkalmazható tisztító és zsírtalanító termék bármilyen típusú felület vagy alkatrész Loctite ragasztó- és tömítőanyagok felvitele előtti előkészítésére. Oldószerbázisú termék, a felületről maradéktalanul elpárolog. A Loctite SF 7063 eltávolítja a legtöbb zsírt, olajokat, kenőanyagokat, hűtő-kenő folyadékokat [34] Teroson EP 5055 két komponensű ragasztó Nagyon jó tapadása fényes felülethez, alumíniumhoz, cinkbevonatú acélhoz ragasztás utánb azonnal ponthegeszthető, de 30 percen belül mindenképpen el kell végezni A reakciót mindkét komponens hevítésével gyorsítani lehet. Térhálósodás szobahőmérsékleten Izocianát és szilikon mentes kikeményedett ragasztott réteg kemény, de nem rideg Töréssel szemben ellenálló karosszériaelemek ragasztására Hidegen is felvihető, de javasolt a felmelegítés 60 C-ig Hegesztés 39. ábra. Teroson EP 5055 A megfelelően előkészített próbadarabok után kezdetét vehette az ellenállásponthegesztés. A hegesztés során, egy TECNA 8007 kétkaros pneumatikus hengerrel ellátott ponthegesztőgépet használtunk, melynél az alsó kar rögzített, míg a felső elektródbefogó mozgatható 40. ábra. 56

57 A hegesztőgép fő jellemzői [33] 40. ábra. TECA 8007 hegesztőgép [33] Gépbe épített sűrített levegőszűrő Zajcsökkentők a sűrített levegő kiengedéséhez Kenést nem igénylő pneumatikus alkatrészek Krómozott acél hengerfalak és dugattyú különösen nagy terheléshez és hosszú élettartamhoz Kettős löketű henger, kulcsos vezérléssel Szabályozható antirotációs egység Vízhűtéses transzformátor, hegesztő síklapok, elektródtartók és elektródok Epoxigyantával bevont transzformátor-tekercselés Hegesztőáram szabályozás fázisvezérléssel Hűtővíztől elszigetelt SCR általi szinkronvezérlés és védőatmoszférát Kettősfokozatú elektromos lábkapcsoló a munkadarab befogásához Kétkezes vezérlő időzítővel és kulcsos kapcsoló, a munkabiztonság érdekében Előkészítés második kétfokozatú lábkapcsoló csatlakoztatására, ez a második hegesztőprogram közvetlen behívására alkalmas Vészleállító-gomb 57

58 A berendezést egy TE550 típusú mikroprocesszoros hegesztővezérlő egység segítségével lehet használni. Ez rendelkezik egy memóriával, amelyben 250 program tárolható, ezek közül 31 kívülről közvetlenül behívható. Ezek a programok a munkaciklust leíró paraméterekből állnak. Az egyszerű négyütemű cikluson túl a vezérlő lehetővé teszi az előmelegítéssel, az után melegítéssel, az áramfelfutással, illetve lefutással, és az impulzussal történő hegesztést is [33]. A vezérlőegység fő jellemzői [33] Egyszerűsített programozás 6 billentyűvel és LCD kijelzővel Szinkronvezérlés vezérelt diódákkal Akár 25 programozható paraméter minden egyes programban Hegesztőáram középértékének és vezetési szög kijelzése Hagyományos, állandó áramú és állandó energiájú üzemmód Kettős löket funkció Szakaszos és automatikus ciklus Opcionális soros kommunikáció Több választható nyelv a) b) 41. ábra. a) TE 550 programozható szabályozó egység; b) Nyomásfokozó rendszer elektróderő állításhoz 4.3. Nyíró-szakítóvizsgálat A vizsgálat elvégzése során sokszor nehezen lehet biztosítani az ideális tiszta nyírási körülményeket és egytengelyű feszültség állapotot, a kissé körülményesen meghatározható keresztmetszet miatt nem tudunk szilárdsági mérőszámot meghatározni csak a töréshez tartozó erőt, amit nyíróerőnek nevezünk. Ellenállás-ponthegesztett ill. ragasztott kötéseknél is a szabványosított 11 db próbadarabot kell készíteni. A vizsgálat 58

59 során a két lemez szétválik vagy a hegpont kiszakad ún. kigombolódás jön létre. Kiértékelésnél a tönkremenetelhez tartozó Fny erőt mérjük, amit kn-ban adunk meg. Statisztikai modellt alkalmazva egy 11 elemű mintára jó közelítő értéket kaphatunk a kötés terhelhetőségére és technológia megbízhatóságára. A statisztikai modell jellemzői a terjedelem, átlag, szórás, az átlag szórása, konfidencia intervallum. Az n<30 elemű minta esetén a nagy elemszámú sokaságra vonatkozó normális eloszlású Student eloszlást célszerű alkalmazni. A Student eloszlás segítségével meghatározható a pontkötés Fm méretezési nyíróereje, vagyis az a nyíróerő, amit a pontkötések 95 %-a még törés nélkül elvisel. A méretezési nyíróerő az átlagos nyíróerőnek az átlag szórásának t-szeresével (a konfidencia intervallum félszélességével) csökkentett értéke: ahol: F [kn] a minta átlaga, t95 95 % megbízhatósági szinthez és f=10 s n [db] szabadságfokhoz tartozó Student tényező (95%; f =10 = 2, 228), a minta szórása, a minta elemszáma. A szakítóvizsgálatokat egy ZD gyártmányú hidraulikus anyagvizsgáló berendezéssel 42. ábra hajtottuk végre a Miskolci Egyetem Mechanikai anyagvizsgáló laboratóriumában. 42. ábra. ZD gyártmányú hidraulikus anyagvizsgáló rendszer A szakítóvizsgálatot követően minden sorozat esetében kiszámoltuk az átlagos szakítóerőket. 59

60 = F ny n i=1 F ny,i n (11) A következő egyenlettel meghatározható a szórás S F m = F ny t (95%,10) n (12) Végül az egységnyi felületre vonatkoztatott nyíró-, szakítószilárdság pontos értéke az alábbi egyenlettel számítható R ny,m = 4 F ny,m d l 2 π (13) 4.4. Kísérlet eredményei A következőkben össze fogom hasonlítani a különböző ragasztott és kombinált ragasztott-ponthegesztett kötéseket 1 mm és 1,5 mm lemezvastagságok valamint eltérő felület előkészítés esetén. A nyíró-szakítóvizsgálatok során kapott szakítóerők átlagát veszem és azokat tűntetem fel a diagramokban T6 alumínium ötvözet ragasztott eredményei A ragasztott kötések a lemezek vastagságától illetve a ragasztóanyag vastagságától függően különbözőképpen szakadtak el. Egyik esetben a két anyag érintkezési felületén ható adhéziós erő, a másik esetben a ragasztóanyag molekulái között ható kohéziós erő bizonyult kisebbnek ez a 44. ábrán jól látható. 60

61 a) b) c) d) 1+1 mm 1+1 mm 1+1 mm 1,5+1,5 mm 43. ábra T6 ragasztott kötések, a) zsírtalanított felület; b) 2% hidrogén-fluorid oldattal kezelt; c) hántolt felület; d) zsírtalanított 44. ábra. Teroson EP 5055 ragasztott kötések szakítás után, fentről lefelé a); b); c); d) A ragasztás után 24 órával lett elvégezve a szakítóvizsgálat, mert ennyi időt kell biztosítani ahhoz, hogy 22 C-on teljesen kikeményedjen a ragasztó. A 44. ábrán megfigyelhető, hogy a ragasztóanyag megfelelő módon terült szét és teljesen kikeményedett, erre a színéből és állagából egyaránt következtethetünk. 61

62 17. táblázat T6 [1 mm + 1 mm] ragasztott kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felület kezelé s 6082-T6 [1 mm + 1 mm] Kötés Szakítónyíróerő, Felület jele kezelés Fny, [kn] Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felület kezelés RS1 8,55 RH1 8,85 RF1 9,15 RS2 8,2 RH2 8,7 RF2 9,15 RS3 8,55 RH3 9,25 RF3 8,95 RS4 8,3 RH4 8,3 RF4 9,05 RS5 8,35 RH5 8,9 RF5 9,15 RS6 8,3 RH6 8,35 RF6 9,2 RS7 4,85 RH7 6,7 RF7 5 RS8 5,1 RH8 6,65 RF8 5,9 RS9 3,5 RH9 9,15 RF9 7,05 RS10 7,1 RH10 9,15 RF10 6,15 RS11 7,1 RH11 8,2 RF11 9,25 RS12 5,75 RH12 9,05 RF12 6,65 RS13 7 RH13 7,6 RF13 8,15 RS14 7 RH14 7,95 RF14 8,35 RS15 4,2 RH15 csiszolat RF15 6,25 RH16 7,15 RF16 7,15 Átlag 7,65 Átlag 8,71 Átlag 8,6 Szórá 0,91 Szórás 0,45 Szórás 0,82 Fm s 7,04 Fm 8,41 Fm 8,41 Zsírtalanítás A 17. táblázatban láthatjuk, a három különböző felület előkészítő módszer hatására miként változik a kötés szilárdsága. A hántolt és hidrogén-fluoriddal kezelt sorozatok átlagértékei közel azonosak, eltérés a szórásukban van. A leggyengébbnek a 6082-T6 1+1 mm vastagságú zsírtalanított sorozat bizonyult. A 45. ábra jól szemlélteti a 17. és 18. táblázat eredményeit. Hántolás és zsírtalanítás Hidrogén-fluorid 62

63 18. táblázat T6 [1,5 mm + 1,5 mm] ragasztott kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] 6082-T6 [1,5 mm + 1,5 mm] Felület kezelés RS1 12 RS2 12,4 RS3 10,85 RS4 4,6 RS5 11,75 SS5 12,1 SS6 10,5 SS7 11 SS8 10,02 SS9 12,45 SS10 11,5 SS11 12,6 SS12 12,7 SS13 11,6 SS14 10 SS15 12,6 Átlag 12,06 Szórás 0,55 Fm 11,69 Zsírtalanítás A 18. táblázatban jól látható, hogy közel azonos értékeket mutat a szakítás után egy két kiugró értéktől eltekintve, a táblázatokban kék színnel jelöltem a 11 elemszámra szűkített sorozatot. Láthatjuk, a három különböző felület előkészítő módszer hatására miként változik a kötés szilárdsága. A leggyengébbnek a 6082-T6 1 mm+1 mm vastagságú zsírtalanított sorozat bizonyult. Az alábbi 45. ábra jól szemlélteti az eredményeket. Az azonos vastagságú próbadarabokból a hántolt felületű sorozat rendelkezik a legjobb átlag szakítóeredménnyel. A próbadarabok vastagságának 1,5 63

64 mm+1,5 mm-re való növelésével pedig a 36%-os javulást lehetett elérni a hántolt felületkezeltekkel szemben. A hagyományos ponthegesztett kötéshez képest az 1 mm+1 mm hántolt felületűek esetén 3,77-szeres, míg a 1,5 mm+1,5 mm vastagságú próbadarab esetén 5,22-szeres javulás érhető el. A ponthegesztett kötés átlagértékét a 6082-T6 1+1 mm vastagságú kötéssorozat adta. Így a későbbiekben is ezt az értéket használtam viszonyítási alapnak. 45. ábra. Különböző vastagságú és felületkezelt ragasztott kötéstípusok eredményei alumínium ötvözet ragasztott eredményei 46. ábra ragasztott, 2% hidrogén-fluoriddal felületkezelt kötés szakítás után A 46. ábrán a már korábban említett módon lemarózott próbadarabok láthatók a szakítóvizsgálat után, a ragasztóanyag itt is megfelelően szétterült és kikeményedett. A 7075 alumínium ötvözet különböző vastagságú és felületkezelt kötéseinek az eredményeit a táblázat foglalja össze. 64

65 19. táblázat [1.5 mm + 1,5 mm] ragasztott kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felület kezelés 7075 [1.5 mm + 1,5 mm] Kötés Szakítónyíróerő Felület jele kezelés, Fny, [kn] Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felület kezelés Z1 9,49 ZH1 11,83 ZF1 10,27 Z2 9,425 ZH2 12,675 ZF2 12,48 Z3 8,06 ZH3 11,7 ZF3 11,31 Z4 10,14 ZH4 14,69 ZF4 9,75 Z5 7,93 ZH5 11,18 ZF5 10,4 Z6 10,27 ZH6 11,05 ZF6 10,27 Z7 ZH7 9,75 ZF7 10,27 Z8 6,11 ZH8 11,31 ZF8 11,7 Z9 6,435 ZH9 12,35 ZF9 14,69 Z10 5,85 ZH10 8,84 ZF10 9,23 Z11 6,11 ZH11 6,63 ZF11 10,01 Z12 5,72 ZH12 8,58 ZF12 9,75 Z13 7,605 ZH13 11,44 ZF13 10,14 Z14 6,305 ZH14 5,33 ZF14 11,83 Z15 8,32 ZH15 7,28 ZF15 10,92 Zsírtalanítás Hántolás és zsírtalanítás Hidrogén-fluorid Átlag 8,19 Átlag 11,53 Átlag 11,29 Szórás 1,508 Szórás 1,513 Szórás 1,371 Fm 7,176 Fm 10,51 Fm 10,37 Az átlagokon jól látható, hogy a zsírtalanított felületű kötések voltak ebből a három sorozatból a leggyengébbek, viszont a szórásuk közel azonosnak mondható. 65

66 20. táblázat [1 mm + 1 mm] ragasztott kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felületkezelés 7075 [1 mm + 1 mm] ,5 3 8,05 4 8,9 5 8,5 6 8,9 7 7,75 8 3,7 9 6,2 10 8,9 11 5,6 12 8,3 13 9, Átlag 7,45 Szórás 1,679 Fm 6,32 20g NaOH/l oldat 80 C-on 10s-ig majd öblítés után 50% HNO3+2% HF+48% desztillált víz 30sig A 7075 alumínium ötvözet 1 mm+1 mm sorozat átlapolt kötéseinek kialakítását megelőzte egy hőkezelés, mely 2 percen keresztül 485 C-on volt tartva ezután következett egy vízhűtés, majd 24 órára 120 C-ra lett behelyezve a kemencébe. A 20. táblázatban feltűntetett oldószeres oxidmentesítést végeztük el. Tehát 20g NaOH/l oldatot 80 C-ra felmelegítettünk ebbe helyeztük bele 10 másodpercre a próbadarabokat, majd vizes öblítés után egy 50% HNO3+2% HF+48% desztillált vizes oldatba raktuk 30 másodpercre figyelve arra, hogy legalabb egy 30 mm-es felületről eltávolítsuk az 66

67 oxidréteget, majd újbol leöblítettük vízzel. A táblázat adatai alapján 1-11-es próbadarabig az alumínium sima felülete lett, a 12, 13, 14 próbadaraboknál pedig mechanikai lemunkálás során kialakított érdesített felületek lettek összeragasztva. A 12, 13 próbadarab nem a ragasztott kötésnél, hanem a szakítóberendezés befogójánál szakadt el. Az eredményekből ítélve ennél a sorozanál szembe tűnően nagyobb terhelőerőt képesek elviselni az érdesített felületek, mivel egységnyi területen megnő a próbadarab felülete így több adhéziós és kohéziós kötőerő tud létrejönni, ami erősebb ragasztott kötést eredményez (lásd: 47. ábra). 47. ábra. Különböző vastagságú és felületkezelt ragasztott kötéstípusok eredményei T6/7075 alumínium ötvözet ragasztott eredményei A 21. táblázatban a két különböző alumínium ötvözet azonos vastagságú átlapolt kötéseinek az eredményei láthatóak. A korábbi táblázatoknál már megszokott módon itt is kék színnel jelöltem a 11 darabszámra leszűkített sorozatok szakítóerejét. 67

68 21. táblázat T6/7075 [1,5 mm + 1,5 mm] ragasztott kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] KS1-KZ1 9,9 Felület kezelés Zsírtalanítás 6082-T6/7075 [1.5 mm + 1,5 mm] Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] KSH1-KZH1 7,8 Felül etkez elés Hántolás és zsírtalanítás Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] KSF1-KZF1 10,27 KS2-KZ2 12,4 KSH2-KZH2 7,54 KSF2-KZF2 8,71 KS3-KZ3 7,4 KSH3-KZH3 10,27 KSF3-KZF3 8,71 KS4-KZ4 12,5 KSH4-KZH4 8,32 KSF4-KZF4 8,84 KS5-KZ5 8,8 KSH5-KZH5 10,4 KSF5-KZF5 11,83 KS6-KZ6 12,2 KSH6-KZH6 12,87 KSF6-KZF6 10,725 KS7-KZ7 13,05 KSH7-KZH7 12,87 KSF7-KZF7 10,075 KS8-KZ8 10,14 KSH8-KZH8 17,94 KSF8-KZF8 9,75 KS9-KZ9 10,01 KSH9-KZH9 11,18 KSF9-KZF9 12,22 KS10-KZ10 9,23 KSH10-KZH10 10,92 KSF10-KZF10 10,92 KS11-KZ11 13,91 KSH11-KZH11 4,16 KSF11-KZF11 11,31 KS12-KZ12 10,4 KSH12-KZH12 8,71 KSF12-KZF12 13,78 KS13-KZ13 9,23 KSH13-KZH13 6,76 KSF13-KZF13 13,91 KS15-KZ15 6,37 KSH14-KZH14 8,71 KSF14-KZF14 10,14 KSH15-KZH15 11,57 KSF15-KZF15 9,555 Felül etkez elés Hidrogén-fluorid Átlag 11,18 Átlag 11,25 Átlag 11,35 Szórás 1,66 Szórás 2,85 Szórás 1,65 Fm 10,06 Fm 9,33 Fm 9,6 68

69 48. ábra. Különböző felületkezelt ragasztott kötések eredményei Az azonos vastagságú kombinált kötéseknél rögtön szembetűnik, hogy az átlagértékek között minimális a különbség. Eltérés csak a szórások között látható, ami a rossz kötéskialakításnak vagy pedig a ragasztás után a próbadarabok összenyomásánál nem megfelelő terhelőerő alkalmazásának tudható be T6 alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei 49. ábra T6 ragasztott ponthegesztett kötés szakítás után A 49. ábrán megfigyelhetjük, hogy a ragasztó tökéletesen kikeményedett és a heglencse elnyíródott. Meglepő viszont, hogy a ragasztott ponthegesztett kötéssel szemben a ragasztott kötéshez szükséges szakítóerő nagyobb mértékűnek bizonyult. Ez azzal is magyarázható, hogy ponthegesztésnél az elektródaerő deformálja a lemezeket és nagyobb résméret keletkezik, emiatt nincsenek biztosítva a legkedvezőbb feltételek a stabil kötés kialakulásához. 69

70 A 6082-T6 ötvözet ragasztott ponthegesztett kötéseivel elért szakítóerőket szemlélteti a 22. és 23. táblázat. 22. táblázat T6 [1 mm + 1 mm] ragasztott ponthegesztett kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] 6082-T6 [1 mm + 1 mm] RS1 5,4 RS2 6,4 RS3 8 RS4 9,4 RS5 6,75 RS6 9,15 RS7 5,4 RS8 6,7 RS9 8,7 RS100 7,6 RS11 5 RS12R 8 RS13 6,45 RS14 5,55 RS15 csiszolat Zsírtalanított Átlag 6,47 Szórás 1,06 Fm 5,76 70

71 23. táblázat T6 [1 mm + 1,5 mm] ragasztott ponthegesztett kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] 6082-T6 [1 mm + 1,5 mm] RSS1 5,6 RSS2 4,3 RSS3 7 RSS4 4,2 RSS5 6,5 RSS6 8,4 RSS7 6,5 RSS8 6,65 RSS9 6,2 RSS100 5 RSS11 5,2 RSS12R 3,85 RSS13 0 csiszolat RSS14 4,75 RSS15 5,7 Zsírtalanított Átlag 6,13 Szórás 1,04 Fm 5,43 Az 50. ábrán, mint minden esetben a Teroson EP 5055 ragasztóanyaggal és ponthegesztéssel is kombinált kötések szakítóerőit mutatja a hagyományos ponthegesztéssel szemben. A diagramban [R] a ragasztott ill. [H] pedig a hegesztett kötést jelöli. 71

72 50. ábra. Különböző vastagságú ragasztott ponthegesztett kötések eredményei Jól látható, hogy mindkét típusú kötéskialakításnál jelentős mértékű javulást értünk el a hagyományos ponthegesztéssel szemben. Viszont a [R][H]-hez képest a zsírtalanított mm [R]-al 18% javulást értünk el T6/7075 alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei 24. táblázat T6/7075 [1 mm + 1,5 mm] ragasztott ponthegesztett kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] 6082-T6/7075 [1 mm + 1,5 mm] RZS1 7,2 RZS2 6,15 RZS3 7,05 72

73 RZS4 6,8 RZS5 7,15 RZS6 7,2 RZS7 7 RZS8 7,35 RZS9 5 RZS10 5,1 RZS11 6,4 RZS12 6,1 RZS13 6,7 RZS14 5,2 RZS15 csiszolat Átlag 6,82 Szórás 0,43 Fm 6,53 Az 51. ábra az eltérő lemezvastagságú és anyagminőségű ragasztott ponthegesztett nyíró-szakítóerőket mutatja a hagyományos ponthegesztésekkel szemben, ennél a kombinációnál közel 2,5 szeres javulást értünk el. 51. ábra. Kombinált ragasztott ponthegesztett lemezek nyírószakító eredményei alumínium ötvözet ragasztott ponthegesztett eredményei 52. ábra mm + 1 mm [R][H] kötések szakítás után, 6i hőkezeletlen; 12i hőkezelt állapotban. 73

74 A 25. táblázatban sárga színnel a hőkezelt próbadarabok láthatók, melyek a ragasztást és hegesztést követően 30 percre 180 C-ra be lettek helyezve a kemencébe. 25. táblázat [1 mm + 1 mm] ragasztott ponthegesztett kötések eredményei Kötés jele Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Kötés jele 7075 [1 mm + 1 mm] Szakítónyíróerő, jele Kötés Fny, [kn] Szakítónyíróerő, Fny, [kn] Felületkezelés 1 8,4 2 9,8 1i 8,75 3 7,5 4 10,2 2i 11, ,75 3i 8,44 7 8,6 8 8,7 4i 9,66 9 9, ,1 5i 8, ,7 12 8,45 6i 6, ,4 14 9,1 7i 8,7 15 csiszolat 16 8,45 8i 8, ,7 18 8,5 9i 7, ,3 20 csiszolat 10i 7, ,7 22 9,5 11i 7, , ,8 12i 9,76 27 csiszolat 13if csiszolat 31 csiszolat 14if 5,57 15if 5,94 Átlag 8,48 Átlag 9,00 Átlag 8,50 Szórás 0,88 Szórás 0,93 Szórás 1,18 Fm 7,88 Fm 8,37 Fm 7,70 20g NaOH/l oldat 80 C-on 10s-ig majd öblítés után Mind a ragasztott illetve mind a ragasztott ponthegesztett kötéseknél is jelentős szilárdságjavulás figyelhető meg. A felületkezelt valamint a felület- és hőkezelt kötések között az 53. ábrán jól látható módon csak csekély mindössze 5,9 %-os eltérés látható. 50% HNO3+2% HF+48% desztillált víz 30s-ig 74

75 53. ábra. Ragasztott ponthegesztett lemezek nyíró-szakítóeredményei A ponthegesztett kötéssel ellentétben a hőkezelt ragasztott hegesztett próbadarabok 3,27-szor nagyobb szakítással szembeni ellenállást produkáltak, mely jelentős szilárdság javulásnak tekinthető. Ezeket a próbadarabokat már nem a 42. ábra szerinti ZD gyártmányú hidraulikus anyagvizsgáló berendezéssel, hanem egy MTS gyártmányú, számítógéppel vezérelt, elektro-hidraulikus univerzális anyagvizsgáló rendszerrel (MTS kn) végeztük el a vizsgálatokat. A problémát az okozta, hogy a próbadarabok a berendezés befogópofáiból kicsúsztak és gyakran a befogásnál szakadtak el, így nem kaptunk mérési eredményt. Az 54. ábrán látható az MTS anyagvizsgáló rendszer. 54. ábra. MTS gyártmányú, számítógéppel vezérelt, elektro-hidraulikus univerzális anyagvizsgáló rendszer 75

76 Az 55. ábrán az MTS anyagvizsgáló berendezés segítségével rögzített adatokból felvett szakítódiagram látható a 7075 alumínium ötvözet esetén. 55. ábra. MTS anyagvizsgáló rendszer adataiból képzett szakítódiagram 26. táblázat. Ragasztott (zöld) és ragasztott hegesztett (sárga) eredmények [kn]-ban 6082 T s=1 s=1,5 s=1 s=1,5 Felületkezelés Szórás 6082 T s=1 s=1,5 s=1 s=1,5 7,65 6,82 Zsírtalanított 0,91; 0,43 6,47 Zsírtalanított 1,06 8,71 Hántolt 0,44 8,6 6,14 Hidrogén-fluorid 0,82; 1,0 12,06 11,17 Zsírtalanított 0,54; 1,6 11,25 Hántolt 2,85 11,35 Hidrogén-fluorid 1,44 7,46 Hőkezelt 1,67 8,48; 8,5 Oxidmentesített 0,88 9,00 Hőkezelt 0,93 Hántolt Hidrogén-fluorid 8,19 Zsírtalanított 1,50 11,53 Hántolt 1,51 11,29 Hidrogén-fluorid 1,37 76

77 Összesített nyíró-szakítóvizsgálati eredmények Az 56. ábra tartalmazza az összesített nyíró-szakító eredményeket különböző lemezvastagságú ragasztott és ragasztott hegesztett kötések esetén. 56. ábra. Nyíró-szakítóerő diagram különböző kötéstípusok esetén. Láthatjuk, hogy ugyanazon ragasztóanyag alkalmazásával, de eltérő felületkezeléseket alkalmazva valamint a lemezvastagságok módosításával jelentős mértékben növelhetjük a kötés szakadással szembeni ellenálló képességét. Az tisztán és egyértelműen látszik a diagramból, hogy a ragasztás és ponthegesztés kombinációja nem gyengíti a hagyományos ponthegesztett kötést, hanem épp ellenkezőleg többszörösére növelhető a szakítóerő. Ezen kívül számos pozitív tulajdonsága van, többek közt rezgést csillapít, tömítésként is funkcionál és kiváló korrózióvédelmet is biztosít. Mindenképpen előnyösebb a két kötéstechnológiát ötvözni egymással, viszont számolni kell a ragasztóanyag kikeményedési idejével. Manapság az egyik fő kritérium az is, hogy mennyire gépesíthető az adott eljárás, mivel ez nagyban befolyásolja a gyártási időket, a szükséges humánerőforrás létszámát, és így a termék árát, végső soron a gyártás gazdaságosságát Keménységmérés A ragasztott és ellenállás ponthegesztett kötéssorozatokból félretettem egy-egy próbadarabot a csiszolatok és keménységmérés elvégzéshez. A felület maratásához 77

78 Kroll reagenst használtunk, aminek az összetevői 92 ml desztillált víz, 6 ml HNO3 és 2 ml HF. A 7075-ös alumíniumötvözet keménységlenyomatai 0,5 mm lépésközzel átlósan lettek elvégezve a felső lemez szélétől kiindulva az alsó lemez végéig a minél átfogóbb és pontosabb eredmény érdekében. A keménység lenyomatsorok a következő ábrán láthatók. 57. ábra mm [R][H] ill. 30 percig 180 C-on hőkezelt, 20 próbadarab 58. ábra mm [R][H] ill. 30 percig 180 C-on hőkezelt, 27 próbadarab 59. ábra mm [R][H] kötés átlósan elvégzett keménységmérése, 13u próbadarab 60. ábra mm [R][H] kötés átlósan elvégzett keménységmérése,13 IF próbadarab 78

79 alumínium ötvözet keménységeloszlása Az alábbi 61. ábrán látható egy diagramban ábrázolva a 7075 alumínium ötvözet keménységértékei két különböző állapotban. 61. ábra alumínium ötvözet keménységeloszlása A diagramban a 20 és 27 próbadarabokat a már előzetesen hőkezelt állapot után még 30 percen keresztül 180 C-on hőkezeltük, a 13u és 13 IF próbadarabok pedig a 3. fejezetben megfogalmazott előzetesen hőkezelt állapotban vannak. A 61. ábra jól szemlélteti, míg az első két esetben a hőkezelt próbadaraboknál az alapanyag keménységéhez képest kb. 50 %-al addig az utóbbi két esetben próbadaraboknál meglehetősen nagy mértékben közel 62 %-al csökkent a heglencse keménysége a pontvarrat és hőhatásövezet kilágyulásának következtében. A heglencse kilágyulása jár a legnagyobb mértékű keménységcsökkenéssel, ami a kiválások teljes feloldódásával magyarázható T6 alumínium ötvözet keménységeloszlása A 62. ábrán két azonos 6082-T6 alumínium ötvözet 1+1 mm vastagságú ellenállásponthegesztett kötésének a keménységeloszlása figyelhető meg. 79

80 62. ábra T6 1+1 mm [R][H] kötés átlósan elvégzett keménységmérése 63. ábra T6 alumínium ötvözet keménységeloszlása 0,2 mm-es lépésközzel Mivel a keménységlenyomatok 0,2 mm lépésközzel lettek elvégezve, ezért külön diagramban ábrázolom a kapott eredményeket. A lenyomatsorozatok az ábrán jól látható módon itt is átlósan lettek rögzítve. A ponthegesztés után a heglencse és hőhatás övezet jelentős mértékben kilágyul. Mindkét sorozat esetén a heglencse átlag keménységértékei az alapanyaghoz viszonyítva megközelítőleg 50 %-al, míg a hőhatásövezet kb. 32 %-al csökkent. 27. táblázat. Keménységértékek összehasonlítása Kötések átlagos keménységértéke [HV 0,2] 6082 T hőkezelt ,80 99,41 118,68 80

81 4.6. Makroszerkezet A 64. ábrán látható a ragasztott ponthegesztett kombinált kötések makroszkópikus felvételei mindkét anyagminőség esetén. a) 6082-T6 1+1mm [R][H] b) mm [R][H] c) mm [R][H] hőkezelt 64. ábra. Makroszkópikus felvételek, a), b), c) A képeken jól kirajzolódik a heglencsén túl a hőhatásövezet és alapanyag határvonalai is főleg a b) és c) felvételen. Azt is megállapíthatjuk, hogy megfelelő volt a beolvadási mélység a két próbadarab teljesen összeolvadt egymással, nem keletkezett szívódási üreg a heglencse belsejében, ami az elektródák utószorítási erejének köszönhető. A ragasztóanyag az elektródaerő hatására a pontkötés helyéről eltávozott. A kialakult heglencséknél észre vehető még az is, hogy nem teljes mértékben szimmetrikusak, ez az elektródok használata során bekövetkező kopással magyarázható, nem lesznek teljesen egyformák, az alapanyagokon is észrevehető ez az alakhiba. 81

82 5. RAGASZTÓANYAG HŐÁLLÓSÁGA Ebben a fejezetben a nagyszilárdságú ragasztott ponthegesztett 7075-ös alumínium ötvözetnél alkalmazott ragasztóanyag viselkedését fogom megvizsgálni a kötés elvégzését követő kiválásos keményítés során. Először is egy elvi példán keresztül szeretném bemutatni az alakítható alumínium gyártásánál gyakran használt hőkezelési ciklust. Tehát a járműipari alumínium elemeket hidegen hengerelt állapotú alapanyagból gyártják, melyek előzetesen átestek egy oldó hőkezelésen és egy azt követő megeresztésen (mesterségesen öregítés). Az oldó hőkezelés után, ha nem használunk megeresztést, idővel akkor is lezajlanak természetes körülmények között a kiválások ilyenkor természetes öregítésről beszélünk. A 65. ábrán látható a járműipari alumínium vékonylemezek gyártásánál használatos hőmérséklet-idő diagram [38]. 65. ábra. Hagyományos gyártási mód elvi hőmérséklet-idő diagramja [38] Figyelnünk kell arra, hogy a hőkezelés hevítési szakaszában az eutektikus hőmérséklet alatt kell maradni kb. 10 C-al, hogy ne jelenjen meg az olvadék fázis a szemcsehatárokon. A magas hőmérsékleten való hőntartással elérjük, hogy homogén módon feloldódjanak az ötvözők, ezt követően gyorsan lehűtjük, amivel megakadályozzuk a kiválások keletkezését. Ezek után a megeresztéssel a létrehozott túltelített szilárd oldatból kiválások jönnek létre így növelve az alapanyag szilárdságát, majd a kialakítják a kívánt formát [39]. 82

83 Ezzel az eljárással elérhetjük a jó alakíthatóságot, viszont egyúttal változik a hőkezelés során a mérete, amihez újabb alakításra van szükség ez pedig a költségek növekedéséhez vezet. Ebből kifolyólag kifejlesztettek egy olyan technológiát, mely során a nagyszilárdságú alumínium alakítása és edzése közvetlenül egymás után zajlik le. Ennek nagy előnye, hogy az anyagot kevesebbszer kell felhevíteni ezáltal csökkenthetők a költségek valamint a technológiai lépések száma. Javul a termék minősége, kisebb mértékű deformáció érhető el. [39] A 66. ábrán látható a technológiai folyamat a kötések elvégzésének a helyével. 66. ábra. Gyártási folyamatba beiktatott kötéstechnológia elvégzésének a helye [40] Az ábrán jól látható, hogy az oldó hőkezelést követően melegen történik az alumínium alakítása és közvetlenül a szerszámban megy végbe az edzés. Majd a folyamat következő szakaszában hozzák létre a különböző típusú ponthegesztett vagy kombinált ragasztott ponthegesztett kötéseket. Ezt követi a kiválásos keményítés mely során a mechanikai tulajdonságok megváltozhatnak. Ez előző fejezetben a kísérleteket a 66. ábrán látható kötéstechnológia helyétől vizsgáltam. 83