DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA ANYAGTUDOMÁNYI ÉS GÉPÉSZETI INTÉZET Gyártástechnológia Hegesztési eljárások 1. Ömlesztő hegesztési eljárások Dr. Palotás Béla palotasb@mail.duf.hu 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 Hegesztési eljárások 1. 2 1
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 Hegesztési eljárások 1. 3 Alkalmazott lángtípusok Semleges láng (acélok hegesztéséhez, Cu hegesztésére) Redukáló láng (öntöttvas hegesztéséhez, Al és ötvözetei hegesztésére) Oxidáló láng (sárgaréz hegesztésére) Semleges Oxidáló Redukáló Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 4 2
A lánghegesztés alkalmazása Hegesztési paraméterek: d h = 1...10 mm (hozaganyag átmérője ) p C2H2 = 0,1...0,6 bar p O2 = 2...5 bar v heg = 10...100 mm/min V C2H2 = 1...50 l/min V O2 = 1...55 l/min. 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 Hegesztési eljárások 1. 5 Folyamat: Előmelegítés gyulladási hőmérsékletre Oxigénben elégetés Égéstermékek kifúvatása a résből. Lángvágás Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 6 3
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 Hegesztési eljárások 1. 7 Bevontelektródás kézi ívhegesztés Salaktakaró Bevonat Védőgáz képződés Maghuzal Beolvadási mélység Védőgáz atmoszféra Ív Cseppátmenet Fémfűrdő Hőhatás övezet Leolvadó bevonatos fémelektróda és a munkadarab között keltett ívvel, a bevonatból képződő gázok védelme alatt végzett ívhegesztés. Alkalmas kötő-, felrakó- és javítóhegesztésre egyaránt. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 8 4
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, MnO-ból stb.) Lehűlési sebesség csökkentése, metallurgiai folyamatok Leolvadási sebesség növelése (kihozatali hatásfok, akár 220 % is lehet). Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 9 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 Hegesztési eljárások 1. 10 5
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 Hegesztési eljárások 1. 11 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 Hegesztési eljárások 1. 12 6
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 Hegesztési eljárások 1. 13 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. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 14 7
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 Hegesztési eljárások 1. 15 A polaritás szerepe AWIhegesztésnél Al és ötvözetei hegesztésére váltakozó áramot kell alkalmazni. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 16 8
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 nem biztosítható megfelelő gázvédelem. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 17 PLAZMA HEGESZTÉS, VÁGÁS 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. Plazma állapot elérése: Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 18 9
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 Hegesztési eljárások 1. 19 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 Hegesztési eljárások 1. 20 10
Plazma vágás Minden anyag vágható az eljárással. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 21 Vízalatti plazmavágás A plazmavágásnál képződő káros gázok elnyelődnek a víz alatt. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 22 11
Levegős plazmavágás Az üzemi levegő hálózat biztosítja a plazmaképző gázt ( N, O). Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 23 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 24 12
Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztések Az anyagokat folyamatosan adagolt leolvadó huzalelektróda és a munkadarab között képzett ívvel ömlesztik össze, gáz vagy gázkeverék védelme alatt. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 25 Fogyóelektródás ívhegesztés változatai 1. Huzalelektróda Védőgáz Alkalmazás Elnevezés Ötvözetlen acél, + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Ötvözetlen acél, + dezoxidens (Si, Al, Ti ötvözéssel) Széndioxid (CO 2 ) Keverék védőgáz: Ar + ( 2...30%) CO 2 Ar + ( 1...12%) O 2 Ar +( 2...15%) CO 2 + ( 1...5%) O2 Acélszerkezeti tömeggyártás, TTKV = O C-ig Acélszerkezet tömeggyártás, TTKV = -2O C -ig Széndioxid védőgázas ívhegesztés ( CO 2 - hegesztés) Keverék védőgázas ívhegesztés MAG-M Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 26 13
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 Hegesztési eljárások 1. 27 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 Hegesztési eljárások 1. 28 14
Leolvadási teljesítmény, kg/h Az ívhegesztési eljárások leolvadási teljesítményének összehasonlítása 14 Salakhegesztés 4 13 3 12 11 Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés 2,5 5 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 1 d e 2,5 3,25 4 Bevontelektródás kézi ívhegesztés 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Áramerõsség, A Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 29 Cseppátmenet fő típusai Rövidzárlatos anyagátmenet Cseppes anyagátmenet Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 30 15
Az anyagátmenet további módjai Forgóíves anyagátmenet: T.I.M.E. = Transferred Ionized Molten Energy Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 31 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 Hegesztési eljárások 1. 32 16
Fedett ívű hegesztés Leolvadó huzalelektróda(k) és a munkadarab között fedőporból képződő anyagok alatt égő elektromos ívvel végzett ömlesztő hegesztés. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 33 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 Hegesztési eljárások 1. 34 17
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 Hegesztési eljárások 1. 35 Salakhegesztésnél huzalelektróda(k) és olvadt salakon keresztül záródó áramkör, ellenállás hevítéssel biztosítja a hegesztéshez szükséges hőmennyiséget. (Nem ívhegesztési eljárás.) Salakhegesztés Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 36 18
A salakhegesztés változatai Huzalelektródás salakhegesztés Merevelektródás salakhegesztés Leolvadó huzalvezetős salakhegesztés Bevont leolvadó huzalvezetős salakhegesztés. Bevont leolvadó huzalvezető: OK Guidetube 21.32 Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 37 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 Hegesztési eljárások 1. 38 19
Elektronsugaras hegesztés A katódból kilépő elektronokat vákuumban nagyfeszültségű térrel felgyorsítjuk. Az anóddal azonos potenciálra kapcsolt munkadarab felületébe ütköző elektronok lefékeződve adják át az energiájukat. A nagy energia sűrűségnek (10 8 W/cm 2 ) köszönhetően a fém megolvad és elgőzölög, így tud mélyülni a varrat. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 39 Az elektronsugaras berendezés felépítése Az elektron az elektromos térrel nagy energia szintre gyorsítható fel. Az elektron sebessége: 2 e v m = U 2 gy e v e» 600 U km / s 0 - + U gy + Katód Elektromos tér I Anód Vákuum Elektronsugár Mágneses tér Munkadarab Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 40 20
A varrat alakja a fókusztávolsággal változtatható AWI-hegesztés Elektronsugaras hegesztés Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 41 Tipikus kötések Mély beolvadású varratok készíthetők, különleges esetekben és más eljárással nem hozzáférhető helyeken is alkalmazható. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 42 21
Az elektronsugaras hegesztés alkalmazása Minden anyag hegeszthető. Vákuum alkalmazásával a fémek tisztulnak, nagyon jó minőségű kötések készíthetők. A varrat alak igen kedvező. Elméletileg az ipar minden területén alkalmazható. Különleges esetben is megoldás lehet. Bennszülött darabok is hegeszthetők. Kerámiák és fémek is köthetők. Kész darabok elhúzódás nélkül hegeszthetők. A vákuum kamra mérete alkalmazási korlátot jelent. Levegőre kiléptetett elektronsugár teljesítménye csak korlátozott alkalmazási lehetőséget jelent. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 43 Lézer hegesztés és vágás A koherens és monokromatikus fénysugarat igen nagy energia szintre tudjuk fókuszálni, 10 9 W/cm 2 energia is elérhető. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 44 22
Mély beolvadású hegesztés Mélyvarratos kötéseknél a kulcslyuk kialakulása biztosítja a gyökhiba mentes kötés kialakulását. 20 mm beolvadási mélység is elérhető. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 45 Vágásnál az anyagot megolvasztjuk és elgőzölögtetjük. A vágásnál gázzal fúvatják ki az elpárologtatott anyagokat. Lézer vágás Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 46 23
A lézer vágással nagy pontosság érhető el Inert gáz Általában inert gázzal fúvatják ki az elpárolgott anyagokat. Bonyolult alakzatok is kivághatók. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 47 Alkalmazás Az ipar minden területén alkalmazzák. Minden anyag vágható. Acélok vágásánál a 20 mm vastagságot érték el. Nagy pontosság érhető el. Hazánkban is széles körben alkalmazzák, több mint 300 darab vágólézerről van tudomásunk. Hegesztés Hegesztési eljárások 1. 48 24