Alumínium ötvözetek nagyteljesítményű speciális TIG hegesztése Gyura László okl. heg.szakmérnök, CIWE/CEWE Linde Gáz Magyarország Zrt. 5/11/2018 Fußzeile 1
Az alumínium/acél(ok) jellemzői Tulajdonság Mértékegység Alumínium Kiskarbontartalmú ötvözetlen acél Korrózióálló, ausztenites Cr-Ni acél Kristályrács - Lapközep.-köbös Térközepes köbös Lapközep.köbös Sűrűség [t/m 3 ] 2,7 7,80 ~ 7,88 Rugalmassági modulus [GPa] 67 210 ~ 200 Hőtágulási együttható [1/K] 24*10-6 ~ 12*10-6 ~ 17*10-6 Folyáshatár, R p0,2 [MPa] ~ 10 ~ 200 ~ 180 Szakítószilárdság, R m [MPa] ~ 50 ~ 350 ~ 300 Fajhő [kj/(t*k)] 890 ~ 460 ~ 490 Szakadási nyúlás % ~ 35 ~ 25 ~ 40 Olvadási hő [MJ/t] 390 ~ 272 ~ 270 Olvadáspont** [ C] 660/2130 (Al 2 O 3 ) ~ 1500 ~ 1450 Hővezető képesség [W/(m*K)] 235 ~ 40 ~ 21 Elektromos vezető képesség [m/(ω*mm 2 )] 38 ~ 10 ~ 4 Korrózióállóság - kiváló gyenge kiváló 2
A klasszikus TIG (TIG AC) eljárás jellemzői alumíniumhegesztéshez A leolvasztási teljesítmény függ a hőbeviteltől, lényegesen kisebb, mint MIG technológiánál Lemezvastagság tartomány (Al) ~ 0,7 mm - 7 mm Áram típus/polaritás DC- (EP) AC DC+ (FP) Tisztító hatás/oxidbontás Nincs/gyenge Jó/elfogadható Tökéletes Elektróda terhelhetősége (A) [ 6,4 mm] Jó [850 A] Közepes [530 A] Rossz [90A] Volfrám leolvadás veszélye Nincs Közepes Magas Korlátai: DC+ nagyon jó oxidbontás, de nagyon alacsony áramterhelhetőség Nagy áramoknál a W vége gömb alakúvá válik és leolvad(hat) Kompromisszum: AC Az AC technológia erős zajjal jár Nagyobb lemezvastagságokhoz Argon / Hélium keverék szükséges 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Teljesítmény növelés jelentése Cél: Megvalósíthatóság : Nagyobb elérhető hegesztési sebesség Nagyobb áthegeszthető lemezvastagság Biztosabb/mélyebb beolvadás Nagyobb leolvasztási teljesítmény Stabilabb ív/egyenletes varrat Porozitás-/kötéshiba mentesség Előmelegítés Speciális védőgáz összetétel Hegesztési paraméterek növelése (nagyobb teljesítményű gép) Hegesztőanyag (huzal) automatikus adagolás (hideg/meleg) Speciális eljárás változat Elérhető-e a MIG teljesítménye a minőség megtartása mellett? 5/11/2018 4
Előmelegítés hegesztőanyag nélkül Korona oldal Hátsó (gyök) oldal T= 20 C T= 200 C T= 280 C T= 350 C Alapanyag: AlMg5 TIG-AC I= 100 A Balansz: 50 % Frekvencia: 132 Hz v= 12 cm/perc (gépi) s= 5 mm W: 2,4 mm (zöld) Védőgáz: Ar4.6 (8 l/perc) A felületen lévő nedvességből (H 2 ) adódó probléma jelentősen csökkenthető!! 5/11/2018 5
He/H 2 tartalmú védőgázok jelentősége a teljesítmény növelés érdekében Ar + H 2 Ar+He Argon Ív hőmérséklet Hőbevitel Hegesztési teljesítmény 5/11/2018 6
Ar-He védőgáz-keverékek alkalmazása Argon Argon/Hélium 50/50 T előm Alapanyag: AlMg5 TIG-AC I = 100 A Balansz: 50 % Frekvencia: 132 Hz v = 12 cm/perc (gépi) S = 5 mm W: 2,4 mm (zöld) T előm Létezik TIG DC- (EP) Ar/He 10/90 védőgáz alkalmazása mellett Elsősorban felrakó/javító hegesztéshez használják Főleg a jól önthető Si-tartalmú alumíniumötvözetek esetén (öntvények javító hegesztése) 5/11/2018 7
Védőgázok hatása Hélium-tartalmú védőgázok (Varigon He, Varigon HeS) Nagyobb hővezetés az ív energiája növelehető Mélyebb beolvadás / növelhető hegesztési sebesség Jobb résáthidaló képesség A hélium ívstabilizáló hatású/jobb tisztítás (oxidbontás) Argon v W : 15 cm min -1 VARIGON He50S v W : 30 cm min -1 5/11/2018 Forrás: E. Siewert Anyagvastagság: 5 mm Eljárás: WIG-AC
TIG technológia eljárásváltozatai energiamérleg /beolvadás/tisztítás/elektróda terhelhetősége - + +/- + - -/+ 5/11/2018 9
Polaritás/balansz hatása Bevontelektródás kézi ívhegesztés (ötvözetlen acél leolvadó elektróda/alapanyag) DC + FP DC EP + 30% 0 70% t DC EP maximális negatív félhullám CrNi maximális pozitív félhullám + 0 70% 30% t DC + FP 5/11/2018 10
Alumínium TIG AC hegesztése váltakozó balansszal f= 180 Hz, B=50 % f= 56 Hz, B= 50 % f= 110 Hz, B=85 % f= 110 Hz, B=35 % 5/11/2018 11
A balansz/frekvencia hatása alumínium TIG AC heg-nél (s=5 mm, I=100 A, v=12 cm/min, Ar/He-50/50) 1 2 3 T előm 4 B=50%, f=132hz B=40%, f=132hz ( DC+ /FP/) B=80%, f=132hz ( DC- /EP/) B=50%, f=50hz B=50%, f=200hz 1 2 T előm 3 4 5/11/2018 Fußzeile 12
A balansz hatása a beolvadási profilra (CrNi, Al.) (100)...70.. 30 (0)% Cr-Ni acél DC+ hatása előnyös a beolvadásra is!! Alumínium Plus Pole Alu Welding: Az elektródát hűteni kell (speciális elektróda)!! A katód folt a mdb-ra kerül ív fókuszálása szükséges lehet (hideg katód széles varrat) 5/11/2018 13
Plus Pole Alumínium hegesztés (LINDE fejlesztés): TIG minőség @ MIG termelékenység Plus Pole TIG fókuszáló gázzal (Varigon S, Mison Ar) Alumínium hegeszthető & nagy sebesség & kiemelkedő minőség Plus Pole: DC+ Kiemelkedő tisztító hatás Szép felület 5/11/2018 Forrás: E. Siewert Fókuszáló gáz Stabil, fókuszált ív Mély beolvadás Intenzív elektróda hűtés Nagy áramerősség, akár 450 A Hosszú elektróda élettartam
Hegesztőanyaggal Hegesztőanyag nélkül 45 cm/min 70 cm/min Fókuszáló gáz hatása Fókuszáló gáz nélkül Fókuszáló gázzal Áramerősség Ívhossz Védőgáz 275 A 5 mm Ar 20 l/min Fókuszáló gáz: Varigon S 10 l/min Huzalelőtolási seb. Huzal átmérő Lemezvastagság Alapanyag 7 m/min 1.2 mm 6 mm EN AW5083 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Termelékenység Plus Pole Alumínium TIG DC+ eljárás: TIG minőség @ MIG termelékenység MIG Plus Pole Aluminium Magas minőség és termelékenység TIG Minőség 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Speciális TIG pisztoly (gépi vezetéshez) Linde+Kjellberg fejlesztés 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Különböző technológiák összehasonlítása (MIG, TIG-AC) (gépi pisztoly vezetés, és hegesztőanyag adagolás) Korona TIG-AC MIG Plus Pole v W 25 cm/min 40 cm/min 200 cm/min 2mm Gyök Korona v W 18 cm/min 29 cm/min 38 cm/min 6mm Gyök 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
ffr (mg s -1 ) Plus Pole Alumínium hegesztés: kisebb károsanyag kibocsájtás Nagyon alacsony emisszió Füstképződés alacsony 25 20 15 10 5 0 Plus Pole Aluminium -2mm MIG -2mm Plus Pole Aluminium -6mm MIG -6mm 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Nagyon alacsony a porozitásveszély Röntgen vizsgálat: tompavarrat 6 mm EN AW 5754 Pluspole @ 38 cm min -1 MIG Puls @ 29 cm min -1 Összegezve TIG AC @ 18 cm min -1 Mind a TIG AC nál, mind Plus Pole TIG-nél nagyon alacsony a porozitás A MIG impulzusnál erős porozitás 5/11/2018 Forrás: E. Siewert
Köszönöm a figyelmet! Linde Gas Ideas become solutions.