ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája 2005/06 Hegesztési eljárások 1. Ömlesztő hegesztési eljárások Dr. Palotás Béla palotasb@eik.bme.hu Kötési eljárások 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 Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 2
Hegesztési eljárások csoportosítása HŐMÉRSÉKLET Olvadási hőmérséklet Meleg-sajtoló hegesztések Hideg-sajtoló hegesztések ERŐ SAJTOLÓ HEGESZTÉSEK ÖMLESZTŐ HEGESZTÉSEK Ömlesztő hegesztési eljárás:34 Sajtoló hegesztési eljárás: 67 Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 3 Lánghegesztés Disszu-gáz: az acetilént acetonban nyeletik el, így 30 bar nyomásig komprimálható az acetilén. (15 bar biztonságból). A palack porózus anyaggal van kitöltve (cement azbeszt - szén), hogy ne legyen szabad néhány cm 3 -s térfogat és a porózus anyag van átitatva acetonnal. (Néhány cm 3 térfogatban (kb. diónyi térfogat) robbanásszerűen disszociál az acetilén.) 16x15x24 l = 5760 l el töltve, O 2 : 6000 l Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 4
Lánghegesztő pisztoly és reduktor Az égőgáz és az oxigén az injektor-hatás elvén keveredik össze. A kis furaton áthaladó gáz nagyobb térbe kerül, így a nyomása csökken. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 5 Az elsődleges reakció: C H O = CO + H + Q 2 2 + 2 2 2 Másodlagos reakció (itt az oxigént a levegőből kapjuk): Az acetilén égése 3 2CO + H 2 + O2 = 2CO2 + H 2O + Q 2 Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 6
Hegesztés technika Hegesztés iránya Hegesztés iránya Balra hegesztés Jobbra hegesztés A balra hegesztést vékony lemezekhez (s 3 mm) a jobbra hegesztést, vastagabb lemezeknél és csöveknél alkalmazzuk. A jobbra hegesztésnél a varratot hevítjük, így mélyebb beolvadási mélységet érünk el. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 7 Alkalmazott lángtípusok Semleges láng (acélok hegesztéséhez, Cu hegesztésére) Redukáló láng (öntöttvas hegesztéséhez, Al és ötvözetei hegesztésére) Oxidáló láng (sárgaréz hegesztésére) Semleges Oxidáló Redukáló Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 8
A lánghegesztés alkalmazása Helyi hegesztéseknél, épületgépészeti szereléseknél. Javító hegesztéseknél (pl. karosszéria javítás). Pl. épületgépészeti szereléseknél központi fűtés-, vízvezeték-, gázvezeték csövek hegesztése - más eljárások nem, vagy nagyon nehezen alkalmazhatók. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 9 Folyamat: Előmelegítés gyulladási hőmérsékletre Oxigénben elégetés Égéstermékek kifúvatása a résből. Lángvágás Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 10
A lángvágás feltételei Az anyag oxigénben elégethető legyen. A gyulladási hőmérséklete legyen alacsonyabb az olvadáspontnál. Az oxid olvadáspontja legyen alacsonyabb az olvadáspontnál. Az égéstermék hígfolyós legyen, legyen kifúvatható a résből. T, ºC 0,8 2,1 A könnyű lángvághatóság határa 4,3 C, % Jól vágható anyagok: A heg.hető ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok jól vághatók. Az ötvözők általában rontják a vághatóságot. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 11 Bevontelektródás kézi ívhegesztés elrendezése Bevonatos elektróda Elektróda fogó Áramforrás ~ / = - + Testkábel Munkakábel Munkadarab Leolvadó bevonatos fémelektróda és a munkadarab között keltett ívvel, a bevonatból képződő gázok védelme alatt végzett ívhegesztés. Alkalmas kötő-, felrakó- és javítóhegesztésre egyaránt. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 12
Bevontelektródás kézi ívhegesztés folyamatai Bevonat Salaktakaró Védőgáz képződés Varrat Ív Védőgáz atmoszféra Maghuzal Beolvadási mélység Cseppátmenet Fémfűrdő Hőhatás övezet Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 13 A bevonat feladatai Ívstabilizálás (K, Na, Ca csökkenti a kilépési munkát, ionizációs potenciált) Védőgáz képzés (szerves anyagok, pl. cellulóz (C 6 H 10 O 5 ) n és CaCO 3 ból) Dezoxidálás, denitrálás ( Mn, Si, Al, V, Ti, stb.) Ötvözés (alapanyagtól függő ötvözők, ferro-ötvözetek formájában pl. Fe-Si, Fe-Ti, Fe-Cr stb.) Salakképzés (rutilból, szervesanyagokból,sio 2 -ből, MnOból stb.) Lehűlési sebesség csökkentése, metallurgiai folyamatok Leolvadási sebesség növelése (kihozatali hatásfok, akár 220 % is lehet). Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 14
Rutilos bevonat (R) A varrat felülete szép, könnyű hegeszthetőség, könnyű ívgyújthatóság, váltakozó áramról is alkalmazható, pozíció hegesztésre is kiváló. Vastagbevonat nagyhozamú elektródák, egyszerű helyzetekben alkalmazható. Alapvető a rutil (TiO 2 ) néha 50 % is lehet, ferromangán, ferroszilícium, szilikátok, földpát (SiAlO 4 ), magnezit, szervesanyagok, ferrotitán, karbonátok. Finomcseppes anyagátmenet. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 15 Cellulóz bevonat (C) Kevés salak, könnyen leválik, minden helyzetben használható, csövek gyökhegesztésére fejlesztették ki. Mint a rutilos, de 15 30% szervesanyagot, főleg cellulózt (C 6 H 10 O 5 ) n, falisztet, étilisztet, dextrint tartalmaz (kellemetlen szagú, nagy mennyiségű védőgáz képződik). Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 16
Bázikus bevonat (B) Jó mechanikai tulajdonságok jellemzik, de nehéz vele hegeszteni. A bevonat nedvszívó, ki kell szárítani az elektródát. Fő alkotók: alkáli földfém-karbonátok, pl. kalcit, CaCO 3 (mészpát), folypát, ferroötvözetek, szilikátok és egyedi ötvözők is. Durvacseppes anyagátmenet. Összetett bevonatok, az egyes típusok jó tulajdonságait egyesítik (pl. RB, RC). Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 17 Tulajdonságok összehasonlítása 12 10 8 6 4 2 0 Savas Celluloz Rutilos Bázikus Alakváltozó képesség Zajosság Repedés ellenállás Be olvadás Könnyű használhatóság Kis fröcskölés Leolvadási teljesítmény A legjobb mechanikai tulajdonságokkal (alakváltozó képesség, repedés ellenállás) a bázikus elektródák rendelkeznek, hegesztés-technikailag a rutilos elektródák a legkedveltebbek. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 18
Bevonattól függő alkalmazás Savas bevonatot akkor célszerű alkalmazni, ha egyszerű helyzetben mély beolvadásra van szükség. Cellulóz bevonat csövek gyökhegesztésénél szükséges (távvezetéki csövek). Rutilos bevonatot a barkácsolásnál, egyszerűbb hegesztési feladatoknál és ha a mechanikai tulajdonság követelmények közepesek. Bázikus bevonat szükséges fokozott mechanikai követelményű szerkezeteknél. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 19 A bevontelektródás kézi ívhegesztés alkalmazása Az ipar minden területén alkalmazzák egyszerűsége, olcsósága miatt. Gyakorlatilag minden anyag hegesztésére létezik elektróda és technikája megtanulható, és nem igényel jelentős beruházást sem. Erősen ötvözött acélokat kb. 75 % - ban bevonatos elektródával hegesztik. Felrakó hegesztéshez a legtöbb hegesztőanyag bevonatos elektróda formájában áll rendelkezésre. Az eljárással az ipar igényeinek megfelelő kötések készíthetők, így gyakorlatilag minden területen találhatunk alkalmazást. Hátránya elsősorban a kis leolvadási teljesítmény és az emberi tényezők jelentős szerepe illetve az, hogy nemvasfémekhez nehezebben alkalmazható. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 20
Argon védőgázas volfrámelektródás ívhegesztés (AWI-hegesztés) Az AWI hegesztésnél az elektromos ív egy nem leolvadó elektróda és a munkadarab között argon védőgáz atmoszférában alakul ki. Az ívgyújtás impulzus generátor segítségével, szikrakisüléssel történik. Cseppátmenet AWIhegesztésnél Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 21 Az AWI-hegesztés jellemzői A volfrám elvileg nem olvad meg, gyakran hallható a nemolvadó elektródás, semleges védőgázas ívhegesztés elnevezés is, hiszen hélium védőgázban is alkalmazzák. Az eljárással minden anyag hegeszthető, alkalmas kötő- és felrakó- továbbá ívpont hegesztésre is. Az iparban széles körben alkalmazzák, elsősorban erősen ötvözött acélok, színes- és könnyűfémek hegesztésére. Ötvözetlen és gyengén ötvözött acéloknál nem gazdaságos, de gyökhegesztésre ill. különleges esetekben alkalmazzák. Jellemző az eljárásra a stabilitás, a nagy tisztaság, jó minőség, de a termelékenység nem nagy. A színes és könnyűfémek elsődleges hegesztési eljárása. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 22
A polaritás szerepe AWIhegesztésnél Al és ötvözetei hegesztésére váltakozó áramot kell alkalmazni. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 23 AWI-hegesztés alkalmazása Színes- és könnyűfémek, erősen ötvözött acélok (szerszámok javító- és felrakó hegesztése, korrózióálló acélok) hegesztése. Csövek körvarratának hegesztése, ötvözetlen és gyengén ötvözött acéloknál, gyökhegesztésre is. Alkalmazási korlát: Kis leolvadási sebesség Magas szaktudást, gyakorlatot igényel Huzatos helyen gázvédelem. nem biztosítható megfelelő Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 24
Plazma hegesztés, plazma vágás Plazma állapot elérése: Plazma: az anyagok ionizált, termodinamikai egyensúlynak megfelelő arányban disszociált és ionizált gáz állapota. A plazma magas hőmérsékleten állítható elő, nagy energiaszint jellemzi, mind hegesztésre, mind vágásra, és egyéb termikus megmunkálásra használható. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 25 Plazma előállítása A W-elektróda és a pisztoly belső fúvókája között nagyfrekvenciás szikrakisülés biztosítja az első töltéshordozókat. A plazma az elektróda és a munkadarab között jön létre (plazma ív). Plazma sugár (láng) (belső ívű pisztoly) a W- elektróda és a pisztoly belső fúvókája között alakul ki az ív és a gáz fúvatja ki a plazmát. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 26
Plazma hegesztés A plazma hegesztés mélybeolvadású varratot biztosít. Minden anyaghoz alkalmazható, amelyekhez az AWI-hegesztés, de a plazma nyújtható, stabil és egészen kis áramoknál is alkalmazható. ( I 50 A, mikroplazma hegesztés) Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 27 Plazma vágás Minden anyag vágható az eljárással. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 28
Levegős plazmavágás Az üzemi levegő hálózat biztosítja a plazmaképző gázt ( N, O). Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 29 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések CO 2 hegesztés, Keverék védőgázas ívhegesztés, Argon- védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI( AFI-hegesztés) Porbeles huzalos ívhegesztés. ( MAG, MIG, FCAW, GMAW) Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 30
Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés általános elrendezése Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 31 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések Huzalelektróda Huzaldob Áram hozzávezetés Huzal előtoló Az anyagokat folyamatosan adagolt leolvadó huzalelektróda és a munkadarab között képzett ívvel ömlesztik össze, gáz vagy gázkeverék védelme alatt. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 32
Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 1. Huzalelektróda Ötvözetlen acél, + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Ötvözetlen acél, + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Védőgáz Széndioxid (CO 2 ) Keverék védőgáz: Ar + ( 2...30%) CO 2 Ar + ( 1...12%) O 2 Ar +( 2...15%) CO 2 + ( 1...5%) O2 Alkalmazás Acélszerkezeti tömeggyártás, TTKV = O C-ig Acélszerkezet tömeggyártás, TTKV = -2O C -ig Elnevezés Széndioxid védőgázas ívhegesztés ( CO 2 - hegesztés) Keverék védőgázas ívhegesztés MAG-M Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 33 Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 2. Ötvözetlen acél + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) CO 2 + Ar ( 5...30% ) Acélszerkezeti tömeggyártás, TTKV = -2O Cig Kettős gázfúvókás fogyóelektródás ívhegesztés ( MAGCI - heg.) Porbeles huzal (porbéléses huzal) Széndioxid, keverék védőgáz Acélszerkezeti tömeggyártás, TTKV = -6O Cig, ötvözött acélokhoz is Porbeles huzalos ívhegesztés FCAW Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 34
Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 3. Alapanyag szerint Argon, Ar + kevés más gáz Színes és könnyűfémek, erősen ötvözött acélok Argon-védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés ( AFI - hegesztés ) MIG Dupla portöltetű porbeles huzal Nincs szükség védőgázra Csővezetékek, acélszerkezetek helyszíni szerelése TTKV = -20 Cig Önvédő porbeles huzalos ívhegesztés Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 35 Portöltetű huzal Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 36
Leolvadási teljesítmény, kg/h Az ívhegesztési eljárások leolvadási teljesítményének összehasonlítása 14 Salakhegesztés 4 13 3 12 2,5 5 11 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés porbeles huzallal 10 3,2 4 3,2 9 Önvédő porbeles 8 2,4 huzalos ívhegesztés 2,4 3 Fedettívű hegesztés 7 2 2,4 2 6 1,6 6 5 1,2 2,5 1,6 1,4 Fogyóelektródás védõgázas ívhegesztés tömörhuzallal 4 5 Bevontelektródás kézi ívhegesztés nagyhozamú elektródával 3 1 6 1 4 2 3,25 5 3,25 1 4 Bevontelektródás kézi ívhegesztés d e 2,5 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Áramerõsség, A Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 37 Az anyagátmenet további módjai Forgóíves anyagátmenet: T.I.M.E. = Transferred Ionized Molten Energy Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 38
Cseppátmenet fő típusai Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 39 A fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések alkalmazása CO 2 hegesztés Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok (acélszerkezeti tömeggyártás) TTKV = 0 ºC Keverék védőgázas ívhegesztés Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV = - 20 ºC Robottechnika Porbeles huzalos ívhegesztés Acélszerkezeti tömeggyártás TTKV = - 60 ºC Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés AFI - hegesztés Színes- és könnyűfémek Erősen ötvözött acélok, felrakó hegesztés Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 40
Fedett ívű hegesztés Leolvadó huzalelektróda(k) és a munkadarab között fedőporból képződő anyagok alatt égő elektromos ívvel végzett ömlesztő hegesztés. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 41 A fedett ívű hegesztés jellemzői Nagy leolvadási teljesítmény jellemzi, a fedőpor miatt vagy vízszintes, vagy vízszintesbe forgatható varratok készíthetők az eljárással. Alkalmas kötő- és felrakó-hegesztésre egyaránt. Teljesen gépesített hegesztési eljárás. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 42
Hegesztő anyagok: Huzal + por Huzalelektróda és por kombináció jelölés (MSZ EN 756:1998): Folyáshatár Fedőpor jellege MSZ EN 756 S 35 4 AB S2 Mo Fedett ívű hegesztés Szívósság Huzal kémiai összetétel Huzal jelölésében az S utáni szám a Mn tartalomra utal, S1: Mn = 0,35 0,6 %, S2: Mn = 0,8 1,3 %, S3: Mn = 1,3 1,75 %, S4: Mn = 1,75 2,25 %. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 43 A fedett ívű hegesztés alkalmazása Acélszerkezeti tömeggyártás Ötvözetlen és gyengén ötvözött, erősen ötvözött acélok Nagyvastagságú szerkezetek Hosszú egyenes vagy kis íveltségű varratok Vízszintes vagy vízszintesbe forgatható varratok Egyoldali I - varrat 10 mm-ig Kétoldali I varrat 20 mm-ig Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 44
Salakhegesztésnél huzalelektróda(k) és olvadt salakon keresztül záródó áramkör, közvetlen ellenállás hevítéssel biztosítja a hegesztéshez szükséges hőmennyiséget. (Nem ívhegesztési eljárás.) Salakhegesztés Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 45 A salakhegesztés változatai Huzalelektródás salakhegesztés Merevelektródás salakhegesztés Leolvadó huzalvezetős salakhegesztés Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés. Bevont leolvadó huzalvezető: OK Guidetube 21.32 Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 46
Kötés típusok Tompa-, merőleges és sarokvarratokhoz, eltérő lemezvastagságokkal is. A rézgyám illeszkedik a darab alakjához. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 47 Huzalelektróda: Hegesztő anyagok A fedett ívű hegesztés huzalelektródáit alkalmazzák Salakképző anyag Speciális salakképző anyagok Nem vesz részt a metallurgiai folyamatokban Villamos vezető képessége megfelelő legyen (az ív elaludjon) Ellenállása elegendően nagy legyen, hogy elengedő hőt termeljen Ne tartalmazzon gázképző anyagokat Megfelelő viszkozitású legyen az olvadt salak Olvadáspontja nagy legyen. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 48
Alkalmazás Acélszerkezeti tömeggyártás, gépipar, hajógyártás Vastag lemezek hegesztésére Tartályok hosszvarratainak hegesztésére Ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acélokhoz alkalmazzák Alumínium és ötvözetei hegesztésére is alkalmazzák Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés a legelterjedtebb A legnagyobb vastagság, amit már hegesztettek 2 m volt. Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 49 További ömlesztő hegesztési eljárások Nagy energia sűrűségű hegesztési eljárások Elektronsugaras hegesztés Lézersugaras hegesztés Lézer hibrid hegesztés Lézersugaras vágás Lemezelektródás ívhegesztés Szóró hegesztések Hegesztés gyakorlat Fémek technológiája 50