Hegesztés és rokon technológiák Dr. Palotás és Prof. Kaplan nyomán

Átírás

1 Hegesztés és rokon technológiák Dr. Palotás és Prof. Kaplan nyomán Anyagismeret Dr. Orbulov Imre Norbert Anyagtudomány és Technológia Tanszék

2 Miről lesz ma szó? Hegesztés definíciója és csoportosítása Hegeszthetőség Hibatípusok és okok Hegesztési eljárások Ömlesztő hegesztések Sajtolóhegesztések Forrasztás Ragasztás

3 Kötések csoportosítása KÖTÉSEK ALAKKAL ZÁRÓ SÚRLÓDÁSSAL ZÁRÓ ANYAGGAL ZÁRÓ Ék-, csap-, szegecskötés Tengelyagy-kötések Elemek a helyzetbiztosításhoz Pattintó-, feszítő- és szorítókötések Karimás- és csavaros kötések Sajtolt tengelyagy-kötések Rugalmas közbenső elemekkel Rugalmas közbenső elemek nélkül HEGESZTETT KÖTÉSEK FORRASZTOTT KÖTÉSEK RAGASZTOTT KÖTÉSEK

4 Hegesztési eljárások csoportosítása A kötéshez használt energia beviteli módja szerint Ömlesztő hegesztések Sajtoló hegesztések A hozaganyag fajtája A kötés védelme A gépesítési szint A technológiai adatok alapján Több száz hegesztési eljárás

5 Varrat kialakulása - ömlesztés

6 Varrat kialakulása - sajtolás F F

7 Hegeszthetőség Az acélok hegeszthetősége nem más, mint az acélok bizonyos fokú alkalmassága arra, hogy Adott alkalmazásra Meghatározott munkarenddel Megfelelő hegesztőanyagokkal olyan szerkezeteket építhessünk belőlük, amelyekben a fémes kötések helyi tulajdonságai, a szerkezetre kifejtett hatásukkal együtt eleget tesznek a megkívánt követelményeknek

8 A hegeszthetőség tényezői Meghatározó tényezők Kémiai összetétel Gyártási eljárás: csak csillapított acél Hőkezelési állapot: normalizált, utóhőkezelés Előzetes alakítás: újrakristályosodás Befolyásoló tényezők Vastagság, méret, geometria, keresztmetszetváltás Feszültséggyűjtő helyek Kötés kialakítások Gyárthatóság Üzemi körülmények

9 Kémiai összetétel Alapalkotók C, Mn, Si, S, P Gáznemű szennyezők O, N, H Ötvözők Cr ferrit- és karbidképző, korrózióállóság, melegszilárdság Ni ausztenitképző, korrózióállóság Mo ferrit- és karbidképző, helyi korrózióállóság, melegszilárdság V, W, Ti, Nb, Ta erős karbidképzők, melegszilárdság

10 Kémiai összetétel Az acél hegeszthető, ha nem edzhető (C<0,2%)

11 Mangán és szilícium Dezoxidens Kéntelenítés FeS+Mn=MnS+Fe Szilárdságnövelés Mech. tul. R m Fő dezoxidens Csillapított, ha Si>0,12% Félig, ha 0,07%<Si<0,12% Csillapítatlan, ha Si<0,07% Alapesetben ridegít Mech. Tul. R m KV KV 1,7 Mn, % Si, %

12 Kén és foszfor Kristályosodási (meleg) repedés: Fe-FeS eut. Teraszosrepedés (vörös törékenység) S<0,035% Ridegít (hidegtörékenység) Mennyiségét acélgyártáskor van lehetőség csökkenteni P<0,035% Mech. tul. Rm 986 ºC KV Fe FeS P, %

13 Oxigén és nitrogén Oldott, vagy zárvány Nagyon ridegít Gömbalakú zárvány jobb Nemesoxid jobb Oldott Ridegít Öregít Denitrálás Mech. Tul. R m KV O, %

14 Hidrogén hatása Pelyhesedést okoz Mikroüregbe diffundál Nagy feszültség Szubmikró repedés Hidegrepedések indulópontja lehet Halszem effektus képlékeny töreten [H] [H] A halszem: nagy oldott H tartalom H 2 [H] Szubmikroszkópikus repedés Mikroüreg

15 Repedések A repedések a hegesztett szerkezetek tipikus hibái Hegesztett szerkezetkben repedés nem engedhető meg, mert ridegtörés kiindulópontjai lehetnek Repedések Hidegrepedés Kristályosodási repedés Teraszos repedés (réteges tépődés) Hőkezelési (újrahevítési) repedés

16 Hidegrepedés Hőhatásövezetben Általában 200 C alatt Okai Oldott hidrogén Nagy feszültségek Rideg szövet

17 Hidegrepedés-mentes munkarend A munkarend is segít Karbon egyenérték Keménység Kritikus hűtési idő Lemezvastagság Hőbevitel C e IIW C Mn 6 Cr Mo 5 V Ni Cu 15

18 Kristályosodási repedés Kristályosodás során a varratfémben Szennyezőkben dúsult folyadékhártya lehűléskor Nagy méretű varratok Rossz varratalak Nagy dermedési hőköz Húzófeszültség S tartalom

19 Likvációs repedés Szétválást jelent I-B tartományban γ és folyadék tart egyensúlyt γ-vas kevésbé oldja a szennyezőket, így a folyadék dúsul Napjainkban a leggyakoribb repedés típus

20 Teraszos repedés A keresztirányú alakváltozás meghaladja az alakváltozási képességet Szulfid és egyéb kiválások kritikus pontokban

21

22 Teraszos repedés elkerülése Keresztirányú alakváltozó képesség grantálása Z k >24% S tartalom kordában tartása S<0,025% lehetőleg Konstrukció

23 ÖMLESZTŐ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

24 Hőbevitel A hegesztési hőfolyamatokat modellezik T 850 C T 1 T max Maximális hőmérséklet ( A ) 3 T krit W ( T ) Lehűlési sebesség 500 C t h t 8/5 T T 2 Túlhevítési idő Kritikus lehűlés idő t T - T 1 2 t

25 Modellezési lehetőségek Kis sebességű hőforrás Síkszerű hőforrás Véges vastagságú lemez vagy lineáris hőforrás Félig végtelen test vagy pontszerű hőforrás Nagy sebességű hőforrás Síkszerű hőforrás dörzshegesztés Lineáris hőforrás elektronsugaras hegesztés Pontszerű hőforrás ívhegesztések Ráadásul térben mozognak A különböző hatásnak kitett zónák meghatározhatók

26 Például vas-karbon ötvözetek

27 Vas-karbon ötvözetek Varratfém övezete Dendrites szerkezet, az ömledékből kristályosodva Részleges olvadás övezete Itt kezd kialakulni a fémes kötés Szemcsedurvulás övezete Újrakristályosodás okán, túl nagy hőmérséklet Hőkezelés övezete Normalizálás, ez már nem káros Részleges hőkezelés övezete Csak részben ausztenitesedik, részben normalizálódik Újrakristályosodás övezete Kritikus alakváltozás esetén ez is lehet kritikus Öregedés övezete Nitridek okozzák, ridegít, ütőmunka csökken

28 Bevontelektródás kézi ívhegesztés Leolvadó, bevonatos elektróda és a darab között ív ég, a bevonatból védőgáz fejlődik Kötő-, felrakó- és javítóhegesztés Bevonatos elektróda Elektróda fogó Áramforrás ~ / = - + Testkábel Munkakábel Munkadarab

29 Folyamata Salaktakaró Bevonat Védőgáz képződés Védőgáz atmoszféra Maghuzal Beolvadási mélység Ív Cseppátmenet Fémfűrdő Hőhatás övezet

30 A bevonat feladatai, bevonatok Ívstabilizálás Védőgáz képzés Dezoxidálás Denitrálás Ötvözés Salakképzés Lehűlési sebesség csökkentése Metallurgiai folyamatok Leolvadási sebesség növelése Savas Mély, esztétikus varrat Pozíció hegesztés kevésbé Rutilos Könnyű hegesztés, pozíció hegesztésre is, vastag bevonat, finomcseppes Cellulóz Kevés salak, minden helyzet, csövek gyökhegesztése Sok gáz Bázikus Jó mechnikai tulajdonságok Nehéz vele hegeszteni, szárítás Durvacseppes

31 Hegesztési paraméterek Elektróda maghuzal átmérő 1,5 6 mm Áramerősség A, (30 60)d e A Ívfeszültség V, (0,04I+20 V) Hegesztési sebesség mm/min Kihúzási hossz mm G F E D C B A

32 Alkalmazási területek Az ipar minden területén Egyszerű, olcsó, sok elektróda, könnyen elsajátítható, kis beruházás Erősen ötvözött acélok 75%-át így hegesztik Felrakó hegesztéshez a legtöbb anyag így áll rendelkezésre Hátránya a kis leolvadási teljesítmény, az emberi tényező Nemvasfémekhez nehezebben alakalmazható

33 CSEPPÁTMENET 0:20

34 Lánghegesztés Éghető gáz és oxigén Acetilén (C 2 H 2 ) Nagy hőteljesítmény Nagy égéshő C2H2 O2 2CO H2 Q 3 2CO H2 O2 2CO2 H 2 2 O Q Hegesztés, vágás, előmelegítés Kisebb égéshőjű gázok vágásra, előmelegítésre

35 Lánghegesztés eszközei

36 Hegesztéstechnika Balra: vékony (<3 mm) lemezeknél Jobbra: vastag lemezek és csövek, varratot melegítjük mélyebb beolvadás Hegesztés iránya Hegesztés iránya Balra hegesztés Jobbra hegesztés

37 Az acetilén láng Semleges: acél, Cu Redukáló: Öv, Al Oxidáló: CuZn

38 Paraméterek és alkalmazás Hozaganyag átmérő 1 10 mm Acetilén nyomás 0,1 0,6 bar Oxigén nyomás 2 5 bar Hegesztési sebesség mm/min Acetilén áram 1 50 l/min Oxigén áram 1 55 l/min Helyi hegesztések Szerelések Épületgépészet Gázvezeték Javító hegesztések Karosszéria Univerzális technológia Felrakó hegesztések Szerkezetek javítása Öntvények javítása Stb. Lángszórás

39 LÁNGHEGESZTÉS 2:23

40 Lángszórás Láng porszórás Nagysebességű szórás Láng huzalszórás Robbantásos szórás

41 Lángvágás Előmelegítés gyulladási hőmérsékletre Oxigénben elégetés Égéstermék kifúvása a vágórésből Oxigénben éghető T gyu l<t olv T oxidolv >T olv Hígfolyós égéstermék Ötvözetlen acélok

42 LÁNGVÁGÁS 5:14

43 OKOS EMBER NEM ÜL RÁ 0:18

44 Argon védőgázas volfrámelektródás Volfrám elektróda (elvileg) nem olvad meg Bármilyen anyagra Ötvözetlen és gyengén ötvözött anyagra nem gazdaságos Gyök, különleges Stabil, tiszta, minőségi Színes- és könnyűfémek primer eljárása Nem túl termelékeny ívhegesztés (AVI)

45 Az AVI pisztoly felépítése

46 A polaritás szerepe

47 Pontos hőbevitel impulzus technikával I ( áramerősség ) I imp. I alap t imp. t alap t ciklus t( idő )

48 Paraméterek és alkalmazás Elektróda átmérő 1 4 mm Áramerősség A Feszültség V Hegesztési sebesség mm/min Impulzustechnika I a =f(d w ), I i =I a /0,32 t i =0,2 s, t a =2t i Színesfémek Könnyűfémek Erősen ötvözött acélok Szerszámacélok Korrózióálló acélok Korlátok Kis leolvadási teljesítmény Szaktudás Huzat

49 AVI HEGESZTÉS 1:38

50 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés Nagyon elterjedten alkalmazott és gépesített Sok változat CO2 hegesztés Keverék védőgázas ívhegesztés Argon fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés Portöltetű huzalos ívhegesztés Nagy teljesítményű, jó kihozatalú eljárás

51 A fogyóelektródás eljárás elrendezése

52 Módozatok Huzalelektróda Védőgáz Alkalmazás Elnevezés Csillapított ötvözetlen acél (Dezoxidens és Si, Al, Ti) CO 2 TTKV=0 C-ig Széndioxid védőgázas FI, MAG-C Ar(+CO2+O2) TTKV=-20 C-ig Keverék védőgázas FI, MAG-M CO2+Ar TTKV=-20 C-ig Kettős gázfúvókás FI, MAG-CI Portöltetű huzal CO 2, keverék TTKV=-20 C-ig Erősen ötvözött Alapanyag Ar Színes- és könnyű Erősen ötvözött Dupla portöltetű - TTKV=-20 C-ig Helyszíni Portöltetű huzalos ívhegesztés, FCAW Argon védőgázas FI, AFI, MIG Önvédő portöltetű huzalos ívhegesztés

53 Önvédő portöltetű huzalos ívhegesztés Megszilárdult salak Huzalvezető és áramátadó cső Olvadt salak Porbeles huzal elektróda Portöltet fémporral, védőgáz képző anyagokkal és salakképzőkkel Az ív védelmére képzett védőgáz és salakképző anyagok Ív és fémátmenet Varrat fém Varrat fürdő Hegesztés iránya

54 Leolvadási teljesítmény, kg/h Leolvadási teljesítmények összevetése Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 3,2 d e Önvédő porbeles huzalos ívhegesztés 1 1 3,25 2,5 2,4 1,6 1,2 1,4 5 3, ,2 2,4 2,4 3 Fedettívű hegesztés ,5 1,6 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával Bevontelektródás kézi ívhegesztés Áramerõsség, A Salakhegesztés 2,

55 Hegesztési paraméterek d e = const. v előtolási A varratsor2 A varratsor1 A varratsor2 A varratsor1 I ív v hegesztési Kontinuitás összefüggése: v hegesztési. A varratsor = v előtolási. A huzal fémes U ív

56 Alkalmazási területek CO 2 hegesztés Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok (acélszerkezeti tömeggyártás) TTKV=0 C-ig Keverék védőgázas ívhegesztés Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV=-20 C-ig Robottechnika Portöltetű huzalos ívhegesztés Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV=-60 C-ig Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés AFI - hegesztés Színes- és könnyűfémek Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés

57 AUTOMATIZÁLT FI 4 ROBOT 3:14

58 HEGESZTŐROBOTOK TÁNCA 1:53

59 Plazma hegesztés és vágás Plazma: az anyagok termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. A plazma nagy hőmérsékleten állítható elő, nagy energiaszint jellemzi

60 PLAZMA 1:40

61 A plazma előállítása W elektróda és a pisztoly belső fúvókája között nagy frekvenciás szikrakisülés biztosítja az első töltéshordozókat Plazma ív Az elektróda és a mdb közt Plama láng Az elektróda és a belső fúvóka közt, a plazmát gáz fújja ki

62 Plazma hegesztés Mély beolvadású varrat Mindenhez alkalmazható, amihez az AVI jó DE a plazma nyújtható, stabil és kis áramnál is alkalmazható (mikroplazma hegesztés, I<50A)

63 Plazma vágás Minden anyag vágható az eljárással A plazma gyújtási hőmérsékletre hevít A vágógáz a salakot kifújja

64 PLAZMA VÁGÁS 3:16

65 Fedett ívű hegesztés Leolvadó huzalelektróda és a munkadarab között fedőporból képződő anyagok alatt elektromos ívvel végzett ömlesztő hegesztés

66 Fedett ívű hegesztés Nagy leolvadási teljesítmény Vízszintes vagy vízszintesbe forgatható varratok Kötőhegesztés Felrakó hegesztés Gépesített

67 Fedett ívű hegesztés Hosszú varratok >2 m Egyenes varratok Kis íveltségű varratok Vastag lemezek hegesztése Csövek hegesztése S>5 mm

68 Fürdő megtámasztások Rézalátét Rézalátét + por Por tömlővel Por szállítószalaggal Flexibilis szalag + por Beolvadó alátét Kétoldali I varrat

69 Paraméterek és alkalmazás Elektróda átmérő 1,2 12 mm Áramerősség A Feszültség V Hegesztési sebesség mm/min Fedőpor hozam Acélszerkezetek tömeggyártása Mindenféle acél ötvözöttségtől függetlenül Vastag szerkezetek Egyoldali I varrat 10 mmig Kétoldali I varrat 20 mmig

70 FEDETT ÍVŰ HEGESZTÉS 0:34

71 FEDETT ÍVŰ CSŐ HEGESZTÉS 2:24

72 Leolvadási teljesítmény, kg/h Leolvadási teljesítmények összevetése Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 3,2 d e Önvédő porbeles huzalos ívhegesztés 1 1 3,25 2,5 2,4 1,6 1,2 1,4 5 3, ,2 2,4 2,4 3 Fedettívű hegesztés ,5 1,6 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával Bevontelektródás kézi ívhegesztés Áramerõsség, A Salakhegesztés 2,

73 Salakhegesztés Huzalelektróda(k) és a munkadarabok között olvadt salakon keresztül záródó áramkör, ellenállás hevítéssel biztosítja a hegesztéshez szükséges hőt (nem ívhegesztési eljárás!) Huzalelektródás salakhegesztés Merevelektródás salakhegesztés Leolvadó huzalvezetős salakhegesztés Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés

74 Salakhegesztés elrendezése

75 Salakhegesztés A leolvadási teljesítmény tovább növelhető Leolvadó vezetőcső Leolvadó lemez

76 Alkalmazási lehetőségek és korlátok Nagy lemezvastagság célszerű (>30 mm) Rövid és függőleges varratoknál is alkalmazzák A legnagyobb hegesztett vastagság: 2 m (!) Vastag varrat miatt nagy TTKV (0 C), rekord: -13 C Ridegtörésre érzékeny anyagoknál nem alkalmazható

77 Paraméterek és alkalmazás Elektróda átmérő 2,4 4 mm Áramerősség A Feszültség A Hegesztési sebesség mm/min Huzal sebesség 1 2 m/min Illesztési hézag mm Salakfürdő mélysége mm Acélszerkezetek tömeggyártása Gépipar Hajóipar Vastag lemezek hegesztése Bármilyen ötvözöttségi fokú acélhoz Al és ötvözetei A leggyakoribb a bevont elektródás leolvadó huzalvezetős salakhegesztés

78 SALAKHEGESZTÉS 2:19

79 ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

80 Ellenállás hegesztés A darabon átfolyó áram Joule-hője hevíti fel a darabokat Lehet közvetlen és közvetett is

81 Ellenállás hegesztés

82 Eljárások ELLENÁLLÁS HEGESZTÉSEK Ponthegesztés Vonalhegesztés Fóliás vonalhegesztés Dudorhegesztés Tompahegesztés Tárcsaelektródás csõvonalhegesztés Átlapolt Zömítõ Tompa Átlapolt Természetes dudorú Mesterséges dudorú Kamrás Nagyfrekvenciás hegesztés Rézhuzal közbetétes Zömítõ Elõmelegítéses Folyamatos leolvasztású Vibrációs leolvasztású Tompahegesztés Egyszerű transzformátoros Gyűrűtranszformátoros Vonalhegesztés Csõ vonalhegesztés Egypontos Kétpontos Többpontos Melegzömítõ Vonalinduktoros Tekercsiduktoros Egyoldali Kátoldali Közvetlenbetáplálású ( csúszóérintkezõs )

83 Előnyök és hátrányok Széles mérettartomány Átlapolt: 0, mm Tompa: 0, mm Kereszt: 0,01 80 mm Csaknem minden anyag Gépesített, automata Jó minőség Kis hőhatás övezet Termelékeny A berendezés költséges Szakemberigény Üzembeállítás Üzemeltetés Karbantartás Rossz beállítás esetén sok selejt Mechanikai tulajdonságokat be kell mérni

84 Ellenállás ponthegesztés Erőhatás alatti kristályosodás hozza létre a kötést Számos alváltozat

85 Tipikus ponthegesztő berendezés

86 Ellenállás ponthegesztés Munkarend fontos a kötés minőségéhez Egyszerű munkarend Összetett munkarend I F t es t h t u t

87 Paraméterek és alkalmazás Elektróda átmérő S függvényében Áramsűrűség Kötésterületre vetítve Anyagtól függ Elektródanyomás MPa Anyagtól függ Lemezek átlapolt kötése Autókarosszéria Csaknem minden anyagra Cu és ötvözetei csak W- betétes elektródával Vegyes kötések is Edződésre hajlamos anyagok különleges munkarenddek

88 Anyagpárosítási háromszög

89 BMW KAROSSZÉRIAÜZEM 4:39

90 Ellenállás vonalhegesztés Gyakorlatilag folyamatos ponthegesztés Pontsor, vagy tömítővarrat Lényegesen nagyobb áram kell kész pontok

91 Vonalhegesztés változatok

92 Vonalhegesztő gépek

93 Vonalhegesztés alkalmazása Lemezek átlapolt hegesztésére Főleg tömítő varratokat készítünk (radiátor) a varrat mechanikai tulajdonságai rosszak a folyamatos hőkezelésnek köszönhetően, így teherviselő varratként azok nem alkalmazhatók Kis átfedés (0,8 1,5 s) esetén tompakötés is készíthető Főleg átlapolt kötéseket készítenek (a 4s), tompakötésre a fóliás vonalhegesztés előnyösebben alkalmazható Anyagkombinációk mint ponthegesztésnél

94 Fóliás vonalhegesztés A fóliás vonalhegesztés lemezek tompakötéseinek készítésére alkalmas eljárás A tompán illesztett lemezek felülete és az elektródák közé vékony vastagságától függően - (0,1 0,5 x 4 mm) méretű fóliát vezetnek, ezen keresztül záródik az áramkör, (az F erő itt az áram hozzávezetését segíti, nem ez a zömítő nyomás) A darabok akadályozott hőtágulása hozza létre a zömítő nyomást Az érintkező lemezek felületeinek környezete megolvad, a fóliák teljes szélességben kohéziós kapcsolatba kerülnek a lemezekkel (részben folyékony, részben szilárd halmazállapotban)

95 Fóliás vonalhegesztés

96 Fóliás vonalhegesztés alkalmazása Bármilyen ötvözöttségű acél Ni és Co ötvözetek Fémmel (Zn, Sn, Pb, Al) bevont lemezek Al és Cu nem hegeszthető Fólia anyaga az alapanyag szerint Egyenes, vagy nagy görbületi sugarú varratok Tompa: 5 mm, átlápolt: 2 mm vastagságig

97 Ellenállás dudorhegesztés Az áramot és az erőt nem az elektróda, hanem a munkadarab természetes vagy mesterséges dudorja koncentrálja A dudor megolvad, az olvadt anyagok sorjába nyomódnak, képlékeny alakváltozás köt

98 A dudor A hegesztés helyén hőegyensúly kell A dudor és a darab egyszerre olvadjon meg Dudor a nehezebb darabra Vegyes kötésnél a dudor a jobb hővezető képességű és nagyobb olvadáspontú darabra A vékonyabb darab a mérvadó Kördudor Gyűrűdudor Vonaldudor

99 Munkarend, tipikus kötések

100 A dudorhegesztés alkalmazása Az ipar minden területén alkalmazható Jelentős konstrukciós egyszerűsítéseket tesz lehetővé Anyagok hasonlóan, mint a ponthegesztésnél A dudorhegesztés gépei robosztusabbak Az ellenállás csaphegesztés is dudorhegesztés (lásd később)

101 Ellenállás tompahegesztés A tompán összenyomott darabokon átfolyó áram felhevíti a darabok érintkezési felületeit (egyes változatoknál meg is olvadnak azok) Az erőt növelve összenyomjuk a darabokat A képlékeny alakváltozás hozza létre a kötést (az olvadt anyagok sorjába nyomódnak)

102 Az ellenállás tompahegesztés változatai Zömítő tompahegesztés Leolvasztó tompahegesztés Előmelegítéses vagy szakaszos leolvasztó tompahegesztés

103 Zömítő tompahegesztés A darab nem olvad meg, képlékeny alakítás hozza létre a kötést Mivel középről is sorjába kell nyomni a felületi szennyeződéseket, méretkorlát: 20 mm (acél)

104 Leolvasztó tompahegesztés A felület megolvad, az anyag sorjába megy Ívképződés, szikrázás

105 Előmelegítéses tompahegesztés Hasonlóan a leolvasztóhoz, de több összeérintés széthúzás előmelegítő áram alatt

106 Tipikus kötések

107 A tompahegesztés alkalmazása Az ipar minden területén alkalmazzák Tengelyszerű alkatrészek, láncok, csapok stb. hegesztése Anyagcsoportok Ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acél Edződő acélok Színes és könnyűfémek Vegyes kötések A méret korlátoz Acél, nikkel: 0,3 20 mm Réz: 0,3 14 mm Al, CuZn, CuSn: 0,3 18 mm

108 ZÖMÍTŐ TOMPAHEGESZTÉS 2:03

109 Csövek vonalhegesztése A hegesztendő éleket nem, vagy csak részben olvasztják meg A hevítéssel az alakváltozó képességet növelik, a kötést képlékeny alakváltozás hozza létre Számos változat Egyszerű transzformátoros vagy tárcsaelektródás Gyűrűtranszformátoros Vonalinduktoros Tekercsinduktoros Közvetlen betáplálású

110 Transzformátoros eljárások

111 Induktoros eljárások

112 Közvetlen betáplálás

113 SAJTOLÓHEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK HŐBEVITELLEL

114 Dörzshegesztés Darabok közötti súrlódás hevíti a darabokat A mozgást gyorsan lefékezzük, a darabokat összenyomjuk Eredeti összeszorító erővel Megnövelt összeszorító erővel A jó hegesztésre a szimmetrikus alakváltozás, a szimmetrikus sorja jellemző

115 Forgó mozgású dörzshegesztés Forgó mozgású dörzshegesztés Egyik darab forog Mindkét darab forog Közbetét forog Legalább az egyik darab forgásszimmetrikus

116 DÖRZSHEGESZTÉS 1:05

117 Rezgő dörzshegesztés A relatív elmozdulás nem forgás, hanem lineáris elmozdulás jellegű Bármilyen keresztmetszet hegeszthető

118 REZGŐ DÖRZSHEGESZTÉS 0:37

119 Felrakó dörzshegesztés Sík és/vagy alakos (íves) darabok felületének kezeléséhez A forgó súrlódó darab egyben a hegesztőanyag is

120 Kavaró dörzshegesztés A darabba egy keményebb szerszámot nyomnak Az anyag helyileg nagy képlékeny alakváltozást szenved, ellágyul, összekeveredik

121 KAVARÓ DÖRZSHEGESZTÉS 4:31

122 ROBOTOSÍTOTT KAVARÓ DÖRZSHEGESZTÉS 3:46

123 Dörzshegesztés munkarendje Hagyományos esetben a darabokat nagy teljesítményű fékkel lefékezik Lendkerekes esetben a darabok összenyomásakor keletkező ellenállás fékez Nagy daraboknál jó

124 Paraméterek és alkalmazás Keresztmetszet befoglaló mérete 5 30 mm Fordulatszám min -1 Összeszorító nyomás MPa Záró nyomás MPa Idő Előmelegítés s Kötés 0,1 0,5 s Eltérő geometriájú darabok Eltérő anyagú darabok Tengelyek, csapok, csövek menetes csapok, rotorok stb. Szerszámgyártás Körszimmetrikus alkatrészek tömeggyártása Profilok hegesztése

125 Paraméterek hatása, sorja

126 Alkalmazási példák

127

128 Diffúziós hegesztés Vákuumban, vagy védőgázban történik Olvadáspont közeli hőmérséklet Nagy összeszorító erő mellett A felületen kúszás indul meg, az ionok rácsparaméternyire kerülnek egymástól Előbb elektroncsere és gyenge kötés, majd ionok cseréje, kölcsönös diffúzió Ellenállás, vagy indukciós hevítés

129 Diffúziós hegesztés elrendezése

130 Paraméterek és alkalmazás Nyomás MPa Hőmérséklet (0,7 0,8) T op Idő Perc óra Alakváltozás <1% Pontosság 0,02 0,5 mm Vegyes kötések Gyakran közbetéttel Be + Cu (Au, Ag betét) Ti + acél (V, Be betét) F + A (Ni betét) Takarékszerszámok Különleges kötések Elektronikai ipa Autóipar Reaktor gyártás Űrhajózás, repüléstechnika

131 Csaphegesztés Elektromos ívet húznak a csap és az alaplemez között Lehet nagyteljesítményű kondenzátor telep is Az olvadt anyagokat sorjába nyomják A kötést képlékeny alakítás hozza létre Nagyobb keresztmetszetknél a kristályosodás is szerepet játszik

132 Csaphegesztési eljárások

133 Ívhúzásos csaphegesztés Érintkezéssel rövidzár A csapot elhúzzák, ív jön létre Az ív megolvasztja a csap végét és a hordozó felületet A csapot a darabhoz nyomják, az olvadt anyagok sorjába nyomódnak A kötést képlékeny alakváltozás és kristályosodás hozza létre Módozatok Normál módszer, rövidciklusú, kúpos csapos, gyújtógyűrűs

134 Ívhúzásos csaphegesztés Ívhúzásos csaphegesztés = I z F e Csap I ív Í v v e Sorja F z I, F F e I z I ív F z t t ív Rövidzárlat Ívképződés Hegesztett kötés Munkarendi ábra Gyújtócsúcsos csaphegesztés Csap I ív v e I z v e Ív v ív v e Sorja

135 Módozatok

136 Kondenzátoros csaphegesztés Az ív energiáját kondenzátortelepeken tárolt energiával hozzák létre Nyomás a kisüléssel egy időben, vagy azt követően rögtön Módozatok Gyújtócsúcsos érintkezéses Hézagtartó gyújtócsúcsos Ívhúzásos

137 Paraméterek és alkalmazás Csapátmérő 2 25 mm Áramerősség 80d A Nyomás 10 MPa Ívhúzási idő 0,2 4 ms Ötvözetlen és ötvözött acélok Al és ötvözetei Cu és ötvözetei Vegyes kötések Lemezek és csapok Nem csak hengeres, hanem akár szabálytalan csapok is

138 KERÁMIAGYŰRŰS CSAPHEGESZTÉS 0:55

139 KONDENZÁTOROS CSAPHEGESZTÉS 1:06

140 Forgóíves hegesztés Ív biztosítja a darabok megolvasztásához szükséges hőt Az ívet mágneses térrel forgásra kényszerítik Lorentz erőtörvénye F q E v B F I B F I B L sin A megolvadt végű darabokat összenyomják

141 Változatai F B I F Keresztmezős Általában védőgázban F Hosszmezős Mágnes tekercsek I B Segédelektródával Sorjázás, peremvarratok Vízhűtés F Z I B F z Segédelektróda Mágneses tekercsek

142 Paraméterek és alkalmazás Íváram Ívhossz Ívfeszültség Ív égési idő Ív mozgási sebessége Mágnestekercs gerjesztése Zömítő erő Zömítés mértéke Zömítési sebesség Zárt vonalvezetés szüksége esetén Nem forgásszimmetrikus darabhoz is Csövek, profilok egymáshoz, lemezhez, záróelemhez Perem-, homlok-, tompa-, sarokvarratos kötés Acél, Al és ötvözetei, Cu és ötvözetei, ausztenites

143 FORGÓ ÍV 2:24

144 SAJTOLÓ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK HŐBEVITEL NÉLKÜL

145 Hidegsajtoló hegesztés Fémfelületek kohéziós kapcsolata megfelelően nagy nyomás alatt Hőbevitel nincs A nyomás hatására képlékeny alakváltozás jön létre, az atomok rácsparaméternyire kerülnek A képlékeny alakítás biztosítja a rácssíkok párhuzamosságát és a szükséges gerjesztett állapotot

146 Változatai Ponthegesztés Egyoldali Kétoldali Vonalhegesztés Egyoldali Kétoldali Tompahegesztés Hengerléses hegesztés Húzásos hegesztés Előrefolyatásos hegesztés Hátrafolyatásos hegesztés

147 Alkalmazása Villamosipari vezetékek, csatlakozók, érintkezők hegesztése Áramvezető sínek hegesztése Réz felső vezetékek hegesztése Nemesfém érintkezők hegesztése Kábelburkolatok hegesztése Csövek, tartályok hegesztése Bimetállok készítése (például Al Cu )

148

149 Robbantásos hegesztés A sokszor nagy felületű darabokat egymás felett helyezik el Párhuzamosan vagy szög alatt Hirtelen lökéshullámmal összecsapás jön létre, ez alakítja ki a kötést Változatok Hézagtartó robbantásos hegesztés Kontakt robbantásos hegesztés Robbantásos tompahegesztés Átlapoló robbantásos hegesztés Folyadék közvetítéses hézagtartó robbantásos hegesztés

150 Hézagtartó robbantásos hegesztés

151 Kontakt robbantásos hegesztés

152 Egyéb változatok

153 Távvezeték csövek

154 Alkalmazási feltételek Hézagtartó eljárásnál célszerű a hézagból a levegőt kiszivattyúzni A kötés akkor a legjobb, ha legyezőszerű kötés jön létre Hullámos kötészónában gyakoriak a kötéshibák Különleges biztonsági intézkedéseket igényel Csak szabadtérben végezhető a hegesztés illetve külön robbantó kamra szükséges Robbanóanyag gyúlékony, nedvességre érzékeny

155 Tipikus kötési zónák

156 Paraméterek és alkalmazás Ütközési sebesség Ütközési nyomás Nyomáshullám terjedési sebesség Beállítási szög Plattír lemez vastagsága, minimális alakváltozó képessége Nagy felületek, különösen plattírozás Nem csak síkok Tompakötésnél is Különleges anyagok is Autóipar, haditechnika, reaktortechnika, erőműtechnika, vegyipar

157

158 Ultrahangos hegesztés Az egyik darabot ultrahangosan rezgetik (>20 khz) erőhatás alatt Helyi súrlódás és melegedés lép fel A kötést az alakváltozás és az újrakristályosodás hozza létre Ultrahangot átalakítóval állítják elő Magnetostrikciós eljárás Piezo elektromos eljárás (újabban gyakoribb)

159 Ultrahang előállítása Magnetostrikció: ferromágneses anyagok mágneses térben megváltoztatják a hosszukat. Ultrahang frekvenciával változó mágneses térben a hosszváltozás is ultrahang frekvenciával játszódik le Piezoelektromosság: némely kristály (kvarc, bárium-titanát) adott irányú feszültség hatásra változtatja a méretét. Ha a feszültség ultrahang frekvenciával változik, akkor a hosszváltozás is ultrahang frekvenciával játszódik le

160 Az ultrahang koncentrálható Akusztikai transzformátor alakok: A 0 A n I 0 a 0 I n a n A rezgést a rezgő (1) hozza létre, a rezgő végénél levő amplitúdó és a rezgés intenzitása az akusztikai transzformátorral (2) a keresztmetszetek arányában erősíthető

161 Piezoelektromos esetben

162 Magnetostrikciós esetben A rezgést a rezgő (1) hozza létre, a rezgő végénél levő amplitúdó és a rezgés intenzitása az akusztikai transzformátorral (2) a keresztmetszetek arányában erősíthető. Az üllőre (5) felfektetett daraboknak (4) a rezgést a szonotróda adja át erőhatás alatt.

163 Ultrahangos ponthegesztés Elektrotechnika Elektronika Huzalok

164 Ultrahangos vonalhegesztés Csomagolástechnika Teás- kávés zacskók zárása, konzervek zárása

165 Ultrahangos körhegesztés

166 Előnyök és hátrányok Sok vegyes kötéshez jó Nincs hőhatásövezet Jó mechanikai tulajdonságok Nagyon vékony elemek Az alkatrészek alig deformálódnak Nem kell tisztítás Kis teljesítmény kell Legfeljebb néhány mm vastagságig Magnetostrikciós átalakítók rossz hatásfokúak (piezo jó!) Kötések közti távolság fontos A kötési szilárdság szór (10% elfogadható)

167 Paraméterek és alkalmazás Hegesztési idő 0,1 3 s Hegesztési erő N Amplitúdó 5 35 μm Frekvencia khz Teljesítmény 0,01 10 kw Elektronika, elektrotechnika Élelmiszeripar Csomagolástechnika Autóipar Gépipar

168

169 ULTRAHANGOS HEGESZTÉS 2:44

170 ULTRAHANGOS VONALHEGESZTÉS 0:45

171 ULTRAHANGOS VÁGÁS 1:09

172 NAGY ENERGIASŰRŰSÉGŰ HEGESZTÉSI ELJÁRÁSOK

173 Elektronsugaras hegesztés Elektronsugár olvasztja meg az anyagot (ömlesztő hegesztési eljárás) A katódból kilépő elektronokat nagyfeszültségű elektromos térrel gyorsítjuk A munkadarab az anóddal azonos potenciálon van, a bele ütköző elektronok lefékeződnek és energiájukat átadják A nagy energiasűrűség (10 8 Wcm -2 ) okán a fém megolvad és elgőzölög, a varrat mélyül

174 Felépítés Elektron sebessége a gyorsító feszültségtől függ ~600U 0,5 kms -1 Az elektronsugár fókuszálható Az elektronsugár irányítható - U gy + Katód Elektromos tér I Anód Vákuum Elektronsugár Mágneses tér F e( v x B ) + Munkadarab

175 Függőleges elektronsugár Ha F 5 >F 6 a varrat záródik (nehézségi erő > hőkapilláris erő)

176 Vízszintes elektronsugár A két erő iránya eltérő, a varrat mindenképpen mélyül

177 Varrat alak

178 Alkalmazási példa

179 Paraméterek és alkalmazás Katódáram ma Gyorsító feszültség kv Hegesztési sebesség mm/min Sugárteljesítmény 1 60 kw Kamranyomás 10-4 bar Minden anyag hegeszthető (kerámia is) Vákuumban a fémek tisztulnak Kedvező varratalak Bennszülött darabok is Nincs elhúzódás A kamra mérete korlát Hadiipar

180 ELEKTRONSUGARAS HEGESZTÉS 1:57

181 Lézerhegesztés és vágás A szó jelentése: fényerősítés gerjesztett sugárzással Light Amplification by Stimulated Emission of Rediation A lézersugár koherens és monokromatikus fénysugár A lézersugár jól fókuszálható A legnagyobb energiasűrűségű energiaforrás Hegesztés, vágás, felületi edzés stb.

182 A lézerfény előállítása Gerjesztés villanó fénnyel Egyre több atom kerül gerjesztett állapotba Inverzió: 50%-nál több gerjesztett ion Tükrök között egyre erősebb fény Adott energiahatár felett a féligátersztő tükör átenged Fókuszálás 10 9 Wcm -2

183 Lézerberendezések Szilárdtest lézerek Főleg hegesztésre, impulzus üzem, 1 3% hatásfok Rubin lézer Nd YAG lézer Nd üveg lézer Diódás lézerek Gázlézerek CO 2 lézer (legolcsóbb, 3% CO 2, 22% N 2, 75% He) Nitrogént ionizálják és hozzák plazma állapotba, folyamatos üzem, nem látható (jelzőfény kell)

184 Lézerhegesztés Akár 20 mm mély beolvadás is elérhető

185 Előnyök és korlátok Mély beolvadás Vágás utáni azonnali hegesztés Vegyes kötések is: fém félvezető (processzor) Vékony darabok átlapolt és peremkötése Huzal kereszt- és párhuzamos kötése Lézerfény visszaverődése Anyagminőség Feketítés Felületi érdesítés Hullámhossz (kisebb jobb)

186 Lézerhegesztés az autóiparban

187 Hibrid lézerhegesztés

188 Hibrid lézerhegesztés

189 Lézervágás Az anyagot elgőzölögtetik és gázzal fúvatják ki

190 A lézervágás elve

191 A lézervágás módozatai

192 Lézervágás alkalmazása Az ipar minden területén alkalmazzák Acéloknál akár 20 mm vastagságig használható Nagy pontosság, CNC vezérlés Magyarországon is elterjedt, több, mint 200 vágólézer

193 LÉZERVÁGÁS 3:02

194 FORRASZTÁS

195 Forrasztás A forrasztás is kötési anyaggal záró kötési technológia A kötendő alapanyagok nem (!) olvadnak meg, nem hegesztési eljárás Eljárásai Lágyforrasztás T<450 C Kemény forrasztás T>450 C

196 Forrasztás Az összeillesztett darabok közti hézagokba folyik be a forraszanyag Tapadás, felületi diffúzió adja a kötést a forraszanyag kristályosodásakor A darabok közé hatolás segíti Kapillaritás (hajszálcsövesség) Hőmérsékleti gradiens Gravitáció

197 Jó kötés alakul ki ha A forraszanyag nedvesíti a munkadarabokat Nedvesítési szög, θ<90 A fémfelület tiszta (reve, oxid és zsírmentes) Hevítéskor keletkező oxid eltávolítására folyósítószert alkalmaznak Fontos a kapilláris hatás kihasználása Fontos a diffúziós folyamatok hatása

198 Kapilláris hatás

199 Forraszanyagok

200 Hegesztett és forrasztott kötések

201 Forrasztások csoportosítása Forrasztás hőmérséklete szerint A kötés alakja szerint A forraszanyag adagolási módja szerint A melegítés módja szerint Leggyakoribbak: Lángforrasztás, kemenceforrasztás, indukciós forrasztás, mártó forrasztás, infrasugaras forrasztás, forrasztóhegesztés, ívforasztás

202 Lángforrasztás

203 Lángforrasztás

204 Indukciós forrasztás

205 Ellenállás keményforrasztás

206 Lézersugaras forrasztás

207 Ív-forrasztási módok Ív-forrasztóhegesztés Fogyóelektródás védőgázas forrasztás Plazma-MIG forrasztás (fejlesztés alatt) Volfrámelektródás védőgázas forrasztás Aktív védőgázas (MAG-) forrasztás Semleges védőgázas (MIG-) forrasztás Semleges védőgázas (AWI-) forrasztás (Volfrám)-plazma forrasztás

208 Fogyóelektródás ív-forrasztás

209 Tipikus forrasztási hibák 1: repedés a forraszban 2: repedés az anyagban 3: határfelületi repedés 4: szemcseközi folyékony fém behatolás 5: keresztirányú repedés 6: Nagyméretű zárvány 7: Porozitás

210 Forrasztott kötések vizsgálata Roncsolásos Nyíróvizsgálat Szakítóvizsgálat Metallográfia Keménységmérés Lefejtő vizsgálat Hajlító vizsgálat Roncsolásmentes Szemrevételezés Penetrációs vizsgálat Ultrahangos vizsgálat Röntgen vizsgálat Tömörségvizsgálat Nyomáspróba

211 HULLÁMFORRASZTÁS 2:22

212 RAGASZTÁS

213 Ragasztás Anyaggal záró kötéstechnológia Nemfémes ragasztóanyag az alkatrészek között Gyenge kötés kémiai, adhéziós / tapadásos Gyakorlatilag bármit össze lehet ragsztani bármivel Kombinálható szegecs és hegesztett kötésekkel is Hő- és elektromos szigetelők kötése Súlycsökkentési lehetőségek

214 Előnyök és hátrányok Nincs hőhatás Nincs maradó alakváltozás Kevés technológiai lépés Felvitel Kötés kivárása Egyszerű kötésterv Eltérő anyagok is Költség Ragasztó Berendezés Kötési idő Minimális hőmérséklet Korróziómentes környezet Nehezíti a roncsolásmentes vizsgálatot Munkavédelem!

215 Ragasztók Oldószeres ragasztószerek Az oldószer elpárolgásakor kötnek, nyomás kell Neoprene, nitrile, urathane (termoplasztikus), block copolymer, styrene-butadine Hőre lágyulók Hőre lágyulnak, hűtésre keményednek, nyomás kell Ethyl vinil acetate, block copolymer, polyester, polyamid Nyomásérzékeny ragasztók Block copolymer, acrylic Kémiailag aktív ragasztók Epoxy, phenolic, structural acrylic, anaerobic, cyanoacrilate, urethane

216 Ragasztott kötések típusai Nyomás (ajánlott) Húzás (ajánlott) Nyíró (ajánlott) Lefejtő (nem ajánlott)

217 Szegecs vs. ragasztás Egyenletesebb terheléselosztás Csökken a feszültségkoncentráció Nagyobb érintkezési felület Egyszerűbb feszültségállapot

218 Ragasztás A felület minősége meghatározza a kötés szilárdságát A jó Isten teremtette a szilárd testeket, de a felületük azonban az Ördög műve Wolfgang Pauli Módszerek Zsírtalanítás Mechanikus megmunkálás Alkoholos lemosás

219 Ragasztás Több módszer is lehetséges Kézi felvitel Automata felvitel (robottechnika) Kötések vizsgálata Roncsolásmentes Roncsolásos Nyíróvizsgálat Lefejtő vizsgálat

220 Tipikus törési módok Adhezív törés A kötés határán az oxid filmnek, olajnak, és egyéb szennyeződéseknek köszönhetően Kohéziós törés Magában a ragasztó anyagban jön létre a törés Alapréteg törés A cink vagy a porfesték rétegben jön létre törés