Mesterkurzusok hegeszt szakembereknek Hegeszt anyagok PORTÖLTÉSES HUZALELEKTRÓDÁK Dr. Tóth Károly Budapest, 2013.05.17 Az alábbiakban a fogyóelektródás ívhegesztésnél felhasználásra kerül portöltéses huzalelektródákkal kapcsolatos információkat gy jtöttem össze. 1
BEVEZET A PORTÖLTÉSES HUZALELEKTRÓDÁKKAL TÖRTÉN HEGESZTÉS HELYZETE A fogyóelektródás portöltéses huzalelektródákkal történ hegesztési eljárás az egyedüli jelenleg a világon, amelynél a felhasználás egyértelm en növekv részarányt mutat. Japánban, USA-ban már korábban a 80-as években, Európában csak az elmúlt tíz-tizenöt évben indult el ez a fejl dés. A diagramon IIW tavaly kiadott Fehér könyvéb l (IIW White Paper, 2012) idézett statisztika látható a jelent s hegeszt anyag felhasználókról. Arányaiban egyértelm en Korea (kb. 33%), Japán (kb. 24%) és Észak Amerika (kb. 19%) az élenjáró. Európa kb. 10,5% részarányával még a fejl dés szakaszában van. Megfigyelhet, hogy a bevonatos kézi ívhegesztés részaránya Európában nem nagy, ezért a váltás els sorban a tömör huzal rovására fog bekövetkezni. 2
A PORBÉLÉSÚ HUZALLAL TÖRTÉN HEGESZTÉS ELVE 1. Gázfúvóka 2. Kontaktcs 3. Véd gáz 4. Cs huzal 5. Portöltet 6 Szabad huzalhossz 15-25mm 7. Cseppátmenet az ívben 8. Hegfürd, fém és salak 9. Kivált salak 10. Dermed ömledék 11. Dermed salak 12. Varrat A portöltet Feladata: Ömledék dezoxidálása Salakképzés Ívstabilizálás Ötvöz k bevitele Befolyással van: Heg. Tulajdonságokra Leolvadási teljesítményre Pozíció hegesztésre Mechanikai értékekre A portöltéses huzalelektródák lehetnek önvéd (FCAW-S, eljáráskód:114) vagy véd gázas (FCAW-G), salakképz t vagy fémport tartalmazó kivitel ek. (aktív véd gázas, eljáráskód:136, semleges véd gázas, eljáráskód:137) 3
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK TÍPUSAI A porbélés huzalok csoportosíthatók: Töltetük szerint: - salakképz ket, ötvöz ket tartalmazó, ezen belül, - önvéd - véd gázas - fémportöltés A huzal formája szerint: - zárt profilú ezen belül, - a porral töltött cs redukálásával - a porral töltött cs hosszvarratos hegesztésével készült - nyitott profilú ezen belül, - tompa - átlapolt - összetett profilú, többréteg A tompa és zárt szelvény huzalokat els sorban ötvözetlen és közepesen ötvözött alapanyagok hegesztéséhez alkalmazzák. A portöltet aránya tompa zárásnál 18-20%, zárt profilnál 12-14%. Átlapolt kötést er sen ötvözött huzaloknál alkalmazzák, ahol a vékonyabb falvastagság mellett a töltési tényez 20%-nál is nagyobb lehet. 4
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK GYÁRTÁSA A nyitott profilú huzalok gyártása Szalag alapanyag Agglomerált por A nyitott profilú huzalok el nye, hogy a zárt profilhoz képest nagyobb töltési arány érhet el. További el ny az egyszer (olcsó) gyártás. A nyitott huzalok hátránya, hogy a leveg nedvességtartalmát különösen a tompa illesztés a portöltet megköti. A huzal rezezése nem megoldható a rezez fürdök résbe történ kapilláris beszívódása miatt. Külön gondot kell fordítani a huzal húzása után a felületén és a záródó résben megtapadt ken anyag (húzószappan) eltávolítására, mely anyag a leveg nedvességet megköt komponenseket tartalmazva növelheti az ömledék diffúzióképes hidrogén tartalmát. A huzalra tapadt húzószappant általában nedves eljárással távolítják el, utána a gyártó kiszárítja a huzalt. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 5
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK GYÁRTÁSA A nyitott profilú huzalok gyártása Agglomerált por Végtelenített szalag Por töltés Alakító görg Záró görg Húzáshoz A nyitott profilú huzalok gyártása a huzal köpenyét adó szalagot és a töltelék megfelel összetételét biztosító agglomerált port igényel. A portöltet alkotói között eltér méret és fajsúlyú szemcsék találhatók, ezért a gyártásnál az egyenletes adagolást és a hegesztésnél a varrathossz menti állandó vegyi összetételt csak agglomerált por tudja biztosítani. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyártói ismertet 6
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK GYÁRTÁSA Zárt profil el állítása Portöltet Agglomerált por Cs töltése rezgetés mellett Hegesztés A töltött cs el húzása Méretre húzás Tekercs Rezezés Zárt profil el állítása A zárt profil egyik el nye, hogy a légköri nedvességt l teljesen elzárt, így nem szükséges a szárítása. El nye továbbá, hogy a nyitott profilú huzalokkal szemben rezezhet. A zárt profilú huzal el állításának egyik lehetséges módja a hosszvarrat készítése. Ekkor a kiinduló alapanyag a nyitott profilhoz hasonlóan szalag. A szalag U alakra hajlítása és a por betöltése után a tompa profil el állításáig a gyártás menete megegyezik a nyitott profilú gyártással. Ezután a huzalon lév illesztési hornyot nagyfrekvenciás- vagy lézer-hegesztéssel zárják. Ezen eljárások el nye az elektronsugár- vagy AWI hegesztéssel szemben, hogy kisebb a tölt por megolvadásának a veszélye. Gyakrabban alkalmazott módszer a cs alapanyagból kiinduló gyártás. Ennek menetét az ábra mutatja. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyártói ismertet 7
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK GYÁRTÁSA Görg kkel hengerelt felület Húzók vel húzott felület A huzal felületének kezelése A porbélés huzalok hegesztési tulajdonságait a felület min sége er sen befolyásolja. Amennyiben a huzal felülete nem megfelel en sima, egyrészt er sen koptatja a hegeszt berendezés érintkez felületeit, másrészt az egyenetlen huzaltovábbítás az ív instabil égését és fröcskölést okoz. A felület simaságát és tisztaságát jelent sen javítja, ha a huzal redukcióját nem húzással, hanem hengerléssel végezzük. Ennél az eljárásnál nem szükséges húzószappan alkalmazása, így a gyártás során elmaradhat a szárítás nyitott profil esetén is. Mivel nincs esetleges higroszkópos maradvány a huzal záródó résében, ezért a diffúzióképes hidrogén szint is alacsonyabb. A huzal felületét ezen kívül valamilyen korróziót gátló, de az áramátadást és csúszási tulajdonságokat nem rontó bevonattal is el kell látni. Ez lehet rezezés is, de csak zárt profil esetén. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 8
A PORBÉLÉSÚ HUZALOK KISZERELÉSE A porbélés huzalok szokásos átmér je: Köt hegesztéshez huzalátmér : 0,9, 1,2 (1,0) és 1,6 (1,4) mm Felrakó hegesztéshez, salakképz adalékokat tartalmazó huzalátmér : 2,0, 2,4 és 2,8 mm Önvéd huzalátmér k: 1,6 (1,7), 2,0 és 2,4 mm. A légköri nedvesség elleni védelem érdekében a nyitott profilú porbeles huzalokat lehegesztett fóliába csomagolva szállítják a gyártók. A légköri nedvesség elleni védelem érdekében a nyitott profilú porbeles huzalokat lehegesztett fóliába csomagolva szállítják a gyártók. Ezt csak a hegesztés megkezdésekor célszer kibontani. Maradék huzal tárolásánál (egy m szakos hegesztés esetén, a m szak végén is) tanácsos a gépr l levéve és a fólia tasakba visszahelyezve óvni a nedvességt l. Amennyiben mégis szükséges a huzal kiszárítása, legyünk tekintettel a gyártó el írására. A porbeles huzal szárítására jellemz az aránylag kis h mérséklet és hosszú id tartam (pl. 120 C és 4 óra). Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 9
A HEGFÜRD VÉDELME PORBÉLÉS HUZALOKNÁL Cs vezeték hegesztése önvéd porbélés huzallal Önvéd porbélés huzalok hegfürd védelme: Önvéd porbélés huzalokat a 60-as években az USA-ban kezdték el gyártani. Ezekkel a huzalokkal külön hozzáadott véd gáz nélkül lehet hegeszteni. A hegfürd védelmét a portöltetb l képz salak, gázok és fémg zök látják el. A tölt porból a hegesztés során széndioxid, szénmonoxid mellett, Al-, Mg- tartalmú vegyületekb l, fémg zök keletkeznek. A tölt por salakképz tartalmából (Ca/Ba F2 fluoritok) képz salak is jelen s szerepet lát el a védelemben. A hegfürd teljes védelme érdekében nagymennyiség füst képz dik a hegesztés során. Ezért a gyakorlatban els sorban szabadban történ hegesztéshez használják az önvéd huzalt. Zárt helyen, m helyben történ alkalmazás esetén nagyteljesítmény elszívók, sz rök alkalmazása szükséges. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 10
A HEGFÜRD VÉDELME PORBÉLÉS HUZALOKNÁL A diagram mutatja, hogy a tömör hegeszt huzal 0,016% széntartamához viszonyítva a különböz véd gázok hatására mekkora lesz, illetve mennyivel növekedett az ömledék széntartalma. Véd gáz Véd gázas porbélés huzalok hegfürd védelme: Fémportöltés porbélés huzaloknál a hegfürd védelmét a tömör huzalokéhoz hasonlóan a küls gázvédelem látja el. A salakképz ket is tartalmazó porbélés huzaloknál a hegfürd és a varrat védelmét a salak is szolgálja. Hasonlóan a bevonatos kézi ívhegesztéshez, a salak védi az íven áthaladó fémcseppeket és a dermed ömledéket is a leveg oxigén tartalmától, valamint segíti a pozícióban történ hegesztést is. Ez a salak által megvalósuló plusz védelem különösen el nyös az er sen ötvözött acélok hegesztésénél. Az extra alacsony széntartamú ötvözetek (ELC) hegesztésénél a véd gáz CO2 tartalma meghatározza az ömledék széntartalmát. A salakvédelem segítségével lehetséges a korrózióállóság romlása nélkül, M 21 típusú vagy akár tiszta CO2 véd gáz alkalmazása is. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyártói ismertet 11
A HEGFÜRD VÉDELME PORBÉLÉS HUZALOKNÁL DeLong diagram, a véd gázok hatása az ömledék ferritszámára Hegesztéstechnológiai okokból szükséges, hogy a véd gáz tartalmazzon aktív gáz komponenst, de bizonyos határ felett, a növekv széntartalom miatt romlik az ömledék korrózióállósága, illetve csökken az ömledék deltaferrit tartalma, ami a melegrepedések megjelenéséhez vezethet. Az ábrán látható, hogy a porbeles huzalnál, még tiszta CO2 gáz alkalmazása esetén sem kell a széntartalom növekedésével és a deltaferrit káros csökkenésével számolni. Tiszta széndioxid véd gázban hegesztve is az ömledék ideális, kb. 7 FN deltaferrit tartalommal rendelkezik, szemben a tömör huzalos hegesztéssel, ahol a 0 FN megengedhetetlen a repedésképz dés veszélye miatt. Ennek a hatásnak a következményeként a porbeles huzal ideáliasan alkalmazható gyökhegesztéshez, nem szükséges gyökoldali gázvédelem, valamint a szélesebb ív miatt kisebb a gyök átrogyásának veszélye. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyártói ismertet 12
A PORBÉLÉS HUZALOK HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJA Salakképz ket tartalmazó véd gázas porbélés huzalok sajátosságai: A porbélés huzal hegesztéstechnológia sajátosságai jelent sen javíthatók a salakképz összetev i segítségével. Gyakorlatban jelent s el nyt jelent a kedvez bb pozícióhegesztés és a szélesebb paraméter tartományban beállítható szórt ív. A salak összetev inek változtatásával széles tartományban beállítható a dermedési h mérséklete, így lehet ség nyílik speciális, pozícióban nagy teljesítménnyel lehegeszthet huzalok gyártására. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel, gyártói ismertet 13
A PORBÉLÉS HUZALOK HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJA Feszültség (V) 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 fröcskölés porbeles 0,9 mm Porbeles 1,2 mm Tömör 1,2 mm Tömör 1,0 mm kedvez tlen varratalak 100 150 200 250 300 Áramer sség (A) A beállítható paraméterek tartománya jelent sen szélesebb, így könnyebben kiválaszthatóak az adott hegesztési feladathoz. A hegesztési tulajdonságok az áramer sség és a feszültség széles tartományában kedvez ek. A hegeszt nemkívánatos munkapont változtatása nagy paramétertartományban a min ség romlása nélkül kompenzálódik. Nyugodt, fröcskölésmentes szóróív alakul már 150 A, 25 V és 6,5 m/perc huzalel tolás értékekt l. Tömör huzalnál ezek az értékek csak egy sz k tartományban biztosítanak megfelel min séget. A paraméter-beállítás nagyfokú függetlensége és a hegesztési hibákkal szembeni biztonság jelentik a porbeles huzal alkalmazásának el nyét. Forrás: H. Schabereiter, R. Dörfler, J. Ziegerhofer, F. Winkler: Megtakarítási lehet ségek er sen ötvözött porbeles huzallal való hegesztésnél. Hegesztéstechnika XII. évf. 2001/1. 14
A PORBÉLÉS HUZALOK HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJA Véd gázas fémporbélés huzalok sajátosságai: A fémportöltet huzalok rendelkeznek a portöltet huzalok nagyobb leolvadási teljesítményével, a szélesebb ív miatt a biztonságosabb egyenletes beolvadással és a tömör huzalhoz képest szélesebb technológiai tartományban alkalmazható szóró íves hegesztéssel. Így kihasználható a porbeles huzal el nye ott is, ahol a képz salak nemkívánatos. Ideális vékony lemezek nagysebesség, automatizált hegesztésére és pl. fél csövek tartályfalhoz történ hegesztéséhez. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 15
A PORBÉLÉS HUZALOK HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJA Gépjárm üzemanyagtartály, alapanyag: 304L, lemezvastagság 0,8 mm. Hegeszt huzal BÖHLER EAS 2-MC Ø1,2 mm, hegesztési sebesség nagyobb, mint 1 m/perc. Forrás: Böhler Schweisstechnik Austria gyári felvétel 16
GAZDASÁGOSSÁG A PORBÉLÉS HUZALOKNÁL A porbeles huzallal történ hegesztés gazdaságosságát az eljárás nagy leolvadási teljesítménye és kis utánmunkálást igényl sima, tiszta varratfelülete alapozza meg. Az ábrán látható a kézi ív- tömör huzalos fogyóelektródás- és a porbeles fogyóelektródás- hegesztéssel elérhet elméleti leolvadási teljesítmény. A porbeles huzallal elérhet nagy leolvadási teljesítmény magyarázata a kialakuló nagy árams ség (A/mm²). Az áramvezetés csak a porbeles huzal vékony cs szer részén történik, ez nagy leolvadási teljesítményt, vagyis nagy termelékenységet eredményez. A porbeles huzallal történ hegesztés a fedettív hegesztéssel párhuzamosan a legnagyobb leolvadást biztosító hegesztési eljárás. A porbeles huzal egyes esetekben, vastagfalú szerkezeteknél is gazdaságos alternatívát kínál. El nye, hogy a fedett ív hegesztéssel szemben nem szükséges a hegesztést vízszintes pozícióban végezni. Ez feleslegessé teszi a drága, nagy teherbírású forgató- billent manipulátorok beruházását. Forrás: H. Schabereiter, R. Dörfler, J. Ziegerhofer, F. Winkler: Megtakarítási lehet ségek er sen ötvözött porbeles huzallal való hegesztésnél. Hegesztéstechnika XII. évf. 2001/1. Forrás: H. Harald, F. Winkler, K.H. Gugimeier: Er sen ötvözött porbeles huzal megtakarítási lehet sége. Hegesztéstechnika XX. évf. 2009/1. 17
GAZDASÁGOSSÁG A PORBÉLÉS HUZALOKNÁL Porbeles huzal Tömör huzal Kézi ívhegesztés A leolvadási teljesítményt szemléltethetjük a különböz hegesztési eljárásokkal adott id egység alatt (1 perc) adott méret (a=3 mm) sarokvarratot hegesztve. Itt a termelékenységre jellemz a varrat hossza. A porbeles huzallal elérhet jelent sen nagyobb leolvadás eredményeként a kapott varrathossz 800 mm, szemben a tömör huzal 670 mm és a kézi ívhegesztés 280 mm hosszával. Forrás: H. Schabereiter, R. Dörfler, J. Ziegerhofer, F. Winkler: Megtakarítási lehet ségek er sen ötvözött porbeles huzallal való hegesztésnél. Hegesztéstechnika XII. évf. 2001/1. 18
GAZDASÁGOSSÁG A PORBÉLÉS HUZALOKNÁL porbeles huzallal tömör huzallal Az eltér varrat oxidáció a különböz eljárások között Korrózióálló acélok hegesztésénél a salakképz porbeles huzal alkalmazása további el nyt jelent, éspedig a varrat és a varrat környezetének simasága, tisztasága. Tömör huzallal történ hegesztésnél alkalmazott aktív gázt tartalmazó gázkeverék hatására a hegesztett kötés környéke oxidált felület. Az optimális korrózióállóság elérése érdekében elengedhetetlen a fémesen tiszta felület el állítása. A hegesztett kötés utólagos megmunkálása így ugyanolyan, min séget meghatározó jelent séggel bír a korrózióálló szerkezet el állításánál. Ezeknél az utólagos felületkezelési megmunkálásoknál is jelent s megtakarítási lehet ségek adódnak porbeles huzal alkalmazásánál. Az utólagos megmunkálás kisebb munkaráfordításának okai: Szegélykiolvadás mentes, sima, lapos varrat (minimális köszörülési igény), - gyakorlatilag fröcskölésmentes varratkörnyezet kisebb pácolási munka a salakmentes, szinte fémtiszta varratfelület miatt kisebb vetemedés a nagyobb hegesztési sebesség miatt kevesebb javítási munka (kevesebb porozitás, salakzárvány, kötéshiba). Forrás: H. Schabereiter, R. Dörfler, J. Ziegerhofer, F. Winkler: Megtakarítási lehet ségek er sen ötvözött porbeles huzallal való hegesztésnél. Hegesztéstechnika XII. évf. 2001/1. 19
VONATKOZÓ SZABVÁNYOK: MSZ EN ISO 1071:2004 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Bevont elektródák, huzalok, pálcák és töltött hegeszt huzalok vasöntvények ömleszt hegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 1071:2003) Megjelenés dátuma: 2004-01-01 MSZ EN ISO 12153 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Porbeles elektródák nikkel és nikkelötvözetek véd gázos és véd gáz nélküli ívhegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 12153:2011) Megjelenés dátuma: 2012-11-01 MSZ EN ISO 14171 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Tömör huzalelektródák, porbeles elektródák és elektróda/fed por kombinációk ötvözetlen és finomszemcsés acélok fedett ív hegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 14171:2010) Az MSZ EN 756:2004 helyett. Megjelenés dátuma: 2011-04-01 20
VONATKOZÓ SZABVÁNYOK: MSZ EN ISO 17632 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Töltött hegeszt huzalok ötvözetlen és finomszemcsés acélok fogyóelektródás, véd gázos és véd gáz nélküli ívhegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 17632:2004) Az MSZ EN 758:2000 helyett. Megjelenés dátuma: 2008-11-01 MSZ EN ISO 17633 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Porbeles elektródák és pálcák korrózióálló és h álló acélok véd gázos vagy véd gáz nélküli ívhegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 17633:2010) Az MSZ EN ISO 17633:2006 helyett. Megjelenés dátuma: 2011-04-01 MSZ EN ISO 17634 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Porbeles elektródák melegszilárd acélok véd gázos ívhegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 17634:2004) Az MSZ EN 12071:2000 helyett. Megjelenés dátuma: 2006-09-01 21
VONATKOZÓ SZABVÁNYOK: MSZ EN ISO 18276 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Porbeles elektródák nagy szilárdságú acélok véd gázos és véd gáz nélküli ívhegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 18276:2005) Az MSZ EN 12535:2000 helyett. Megjelenés dátuma: 2006-12-01 MSZ EN ISO 24598 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Tömör huzalelektródák, porbeles elektródák és elektródafed por kombinációk melegszilárd acélok fedett ív hegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 24598:2012) Az MSZ EN ISO 24598:2008 helyett. Megjelenés dátuma: 2012-11-01 MSZ EN ISO 26304 Angol nyelv! Hegeszt anyagok. Tömör huzalelektródák, porbeles elektródák és elektróda/fed por kombinációk nagy szilárdságú acélok fedett ív hegesztéséhez. Osztályba sorolás (ISO 26304:2011) Az MSZ EN ISO 26304:2010 helyett. Megjelenés dátuma: 2012-07-01 22