Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások 1 című tantárgy előadása 2012. november 07. Hegesztés, forrasztás, vágás Dr. Markovits Tamás (Kiss, Pálfi, Tóth: Szerkezeti anyagok és megmunkálások II. jegyzet alapján) BME -javítás tanszék
Tartalomjegyzék Hegesztés Hegesztés alapfogalmak Hegesztési eljárások Hegeszthetőség Hegesztett kötés vizsgálata Forrasztás Alapfogalmak Eljárások Vágás Alapfogalmak Eljárások 2
Hegesztés alapfogalmak Fémek hegesztése: egyesítő eljárás, amelynél az egyesítendő elemek közötti tartós kapcsolatot a fématomokat összetartó belső, kohéziós erők adják fématomok között fémes kötés jön létre, ha a távolság az adott fémekre jellemző rácsparaméterrel közel egyező Cél: a hegesztett kötés létrehozásához a szerkezeti elemek atomjait a hegesztés síkjában rácsparamétereinek megfelelő távolságra kell egymáshoz közelíteni. Megvalósítás: megömlesztéssel, koncentrált hőhatással (ömlesztő hegesztés), és/vagy képlékeny alakítással, erőhatással (sajtoló hegesztés). 3
Hegesztés alapfogalmak Ömlesztő hegesztésnél: A hőmérséklet eloszlás a mdb-ban: a hőforrás fajlagos energiatermelésétől, tárgy hőfizikai jellemzőitől (pl.: fajhő, hővezetési tényező) a hőforrás által a tárgyba bevezetett hőmennyiség hővezetés útján teljes egészében elnyelődik (kvázistacioner állapot) A hőmérséklet eloszlás változik: előmelegítéssel, a hőforrás intenzitásának növelésével, hegesztés sebességének csökkentésével és jobb hővezető alapanyag alkalmazásával 4 4
Hegesztés alapfogalmak Hegfürdő jellemzői hegfürdő: a megolvadt és a hegesztés irányában folyamatosan haladó folyékony anyagmennyiség, (hozaganyaggal vagy nélkül) alakja: leginkább ellipszis alapterületű fordított csonka kúphoz hasonló, méretei: (pl.: kézi ívhegesztésnél: a=20-30 mm, b=8-12 mm, h=2-3 mm, önműködő fedettívű hegesztésnél (nagyobb áramerősség): a=80-120 mm, b=20-30 mm, h=15-20 mm), hegesztés sebessége: a fürdő előrehaladása, v (m/s) fürdő létideje: az az idő, amely alatt a fürdő saját hosszának megfelelő utat tesz meg, kézi ívhegesztésnél 8-30 mp, önműködő fedettívű hegesztésnél 5-12 mp közötti 5 5
Hegesztés alapfogalmak Cseppátmenet: A fürdő a leolvadó elektród vagy huzal és az alapanyag keveréke. Pl. kézi ívhegesztésnél az elektródfém 60-70 % alapanyag 40-30 %. Az ív hőmérséklete az áramerősséggel arányosan emelkedik: kb. 5800-6100 K közötti. az elektród fém jelentős része cseppek alakjában megy át az alapanyagba az áramerősség növekedésével a cseppek mérete csökken. cseppek mérete: néhány századmilliméter és 6 mm közötti cseppek nagysága kihat az összetételt befolyásoló reakciókra: oxidációra, kéntelenítésre, nitrogén felvételre stb. nagyságukat elsősorban az áramerősség a huzal és a bevonat összetétele szabja meg. 6 6
Gázok abszorpciója: Hegesztés alapfogalmak A gázok bediffundálása a hegfürdőbe: a hegesztőív hőmérsékleten, két atomos gáz-molekulák (O 2, N 2, H 2 stb.) fémcsepp felületén atomokra bomlanak, reakcióba lépnek a fémmel a megkötött, oldott nitrid, oxid, hidrid a csepp belsejébe diffundál állandó a gáz koncentráció diffúzió az egész cseppben az egyenletes eloszlást elősegíti a cseppen belül a nagy hőmérséklet és az elektrosztatikus mező okozta folyadék mozgás Megállapítható: hogy a cseppben jelentős gázfelvétel cseppek nagyságától jelentősen függ 7 7
Hegesztés alapfogalmak Oxidáció: Az oxidáció oka a levegő oxigénje, hegesztés közben a salakból, a gázokból felszabaduló oxigén Az oxidáció helye: leggyorsabban magában az ívben játszódik le. bizonyos oxidálódás a fürdőben, vagy lehűlés közben is bekövetkezhet; ebben különös szerepe a salakban jelenlevő olyan oxidoknak van, amelyek a levegő oxigénjével magasabb értékű oxidokat képeznek, ezáltal oxigént adnak át a heganyagnak. 8 8
Hegesztés alapfogalmak Dezoxiálás: A hegfürdő dezoxidálása: Mn, Si, Ti, Al Mn: Si: Ti: Al: viszonylag nagy mennyiségre van szükség a mangánoxid a vasoxidot jól oldja (fizikai oldódás) a hőmérséklet növekedésével a mangán dezoxidáló hatása csökken erős dezoxidens, kémiailag köti meg a vasoxidot különösen erős dezoxidáló. a visszamaradt vasoxid koncentrációk 1-2 nagyságrenddel kisebbek, mint mangánnal végzett dezoxidálás után. nitrideket képezve a nitrogént is megköti az egyik legintenzívebb dezoxidáló és denitráló elem. hátránya, hogy oxidja nagyon magas olvadáspontú és nehezen távozik a fürdőből a salakba. 9 9
Kéntelenítés, foszfortalanítás: Hegesztés alapfogalmak Kéntelenítés Mn dezoxidáló hatásán túl főleg kéntelenítés céljából használjuk csak nagyobb mangántartalom esetén lehetséges. a hőmérséklet növekedésével a Mn-nal való kéntelenítés lehetősége csökken kéntelenités lehetséges mangánoxid dús salakok alkalmazásával [Fe S] + (MnO) = (MnS) + (FeO) Foszfortalanítás nagy kalciumoxid tartalmú salak képződésével lehetséges. 10 10
Hegesztés alapfogalmak Hegesztési salak: A hegesztési salak alkotói: fémes és nemfémes elemek oxidjaiból sókból (fluoridokból), és mechanikusan hozzákeveredett fémrészekből állnak Feladata: különböző szennyezők a fémből a salakba diffundálnak, (gázszennyezés csökkentése) mechanikusan védi a hegfürdőt beborítja az íven átvándorló, majd az ív alatt összegyűlő anyagot a varrat lehűlésekor jó hőszigetelő tulajdonsága következtében lassítja a hűlést. stabilizálja az ívet 11 11
Hegesztés alapfogalmak Hegesztési salak: A hegesztés céljára általában szilikátokból álló salakot alkalmaznak. lehűléskor részben kristályosodnak, részben pedig túlhűtött folyadék - üveg keletkezik Minél nagyobb a salak SiO tartalma annál több üveg keletkezik, növekszik a dermedés kezdete és befejeződése közötti hőköz is. a jól kristályosodó és kis hőközzel dermedő salakok un. "rövid" salakok; üvegesen és nagy hőközben dermedő salakok viszont nyúlósak, "hosszú" salakok 12 12
Hegesztés alapfogalmak Hegesztett kötés szerkezete: A hegesztett kötés szövetszerkezete: Az erősen koncentrált hőforrás az alapanyag egyenlőtlen felhevülés és lehűlése a hegesztett kötés szövetszerkezete megváltozik 13 13
A hegesztett kötés szövetszerkezete Hegesztés alapfogalmak likvidusznál nagyobb hőmérsékletre hevült része a hegvarrat széle gyorsan lehűl oszlopos krisztallitok (gyors hűlés, egyirányú hőelvezetés a hegvarrat közepén hűlési sebessége kisebb poligonális szövetszerkezet (hőmérséklet kiegyenlítődés) a likvidusz és a szolidusz hőmérséklete közé hevült rész, szövetszerkezete durva lesz. a GOS vonal fölé hevítve ausztenites szövetszerkezetűvé válnak. az ausztenit szemcseméretét maximális hőmérséklet és a hőntartás ideje határozza meg. szemcse méret az ausztenites tartományban a hőmérséklettel exponenciálisan nő másodperces tartományban szemcsedurvulás 1050-1100 C-tól 14 14
A hegesztett kötés szövetszerkezete Hegesztés alapfogalmak túlhevítésí övezet szövetszerkezete a ferrit-tűs, widmanstatten struktúra, kisebb szívósság és képlékenység hőkezelési (normalizálási) övezet nagyobb szén és ötvöző tartalom, gyors hőelvonás kritikus lehűlés (edződés, ridegedés) általánosan: 0,2 % C tartalom alatt általában jól hegeszthetők az acélok nem teljesen átkristályosodott övezet Az A c1 -A c3 hőmérséklet tartomány előbb a perlit teljesen, a ferrit csupán részben alakul át ausztenitté 15 15
A hegesztett kötés szövetszerkezete Hegesztés alapfogalmak 500 C-tól az A c1, újrakristályosodási övezet szövetszerkezeti és mechanikai tulajdonság változás nem tapasztalható az övezet durva, ha hegesztés előtt 6-10%-os hidegalakítás 200-500 C hőmérsékletű un. kéktörékenység övezet szubmikroszkopikus méretű, szemcsehatármenti kiválások, ill. azok ridegítő hatása (törésfelülete kék futtatási színű) 0-200 C hőközbe hevült övezetben sem szövetszerkezeti, sem egyéb tulajdonság változás nem következik be. 16 16
Feszültségek és alakváltozások egyenlőtlen hevítés és hűlés, a varratfém zsugorodás és a hőhatásövezet szövetszerkezeti változásai Hegesztés alapfogalmak maradó, saját feszültségeket ébresztenek (méret és alakváltozást, és repedések) Az alakváltozások és feszültségek is 3 irányúak: vastagságirányú zsugorodás (ill. feszültség) keresztirányú zsugorodás (keresztirányú feszültség) Szögzsugorodás hosszirányú zsugorodást, ill. feszültséget, Hosszirányú feszültség Keresztirányú feszültség 17 17
Feszültségek és alakváltozások Hegesztés alapfogalmak Vastagságirányú zsugorodás, ill. feszültség: 25 mm-nél vékonyabb anyagvastagság feszültségek elhanyagolhatók. 30 mm-nél nagyobb anyagvastagság előmelegítést kell alkalmazni, A varrat hűlése közben a méretét csökkenteni igyekszik, de a hidegebb lemezanyag ellenáll. A varrat a lemezt vastagságirányában összenyomni akarja, a varratot húzó igénybevétel terheli Keresztirányú zsugorodás, ill. keresztirányú feszültség: mértéke függ a lemez vastagságától, a hegesztési eljárástól, az elektród típusától, stb szögzsugorodás a keresztirányú zsugorodások egyik formája A szögzsugorodás csökkentése: ellentétes hajlásszög mindkét oldalról hegesztés minél kevesebb rétegben (egy rétegben) hegesztés után végzett feszültségcsökkentő hőkezelés merev befogással (a zsugorodás maradó alakváltozást és nagy feszültségeket okoz) 18 18
Feszültségek és alakváltozások Hosszirányú zsugorodás, ill. feszültségek Hosszirányú feszültség csökkentésének egyetlen módszere a feszültségcsökkentő hőkezelés Keresztirányú feszültség Csökkentésének módjai: Hegesztés alapfogalmak minél kevesebb hőt bevinni a hegesztendőanyagba nagy hegesztési sebességre és hő koncentrációra kell törekedni (a gyors hegesztés alig hoz létre elhúzódást) a varratokat a lehető legkevesebb rétegben kell elkészíteni a lemez közepén mindkét feszültségből húzó igénybevétel! 19 19
Hegesztés alapfogalmak tompa (a), átlapolt (b) és hevederes (c) külső (a, c), belső (b) és küső-belső (d) 20 20
Hegesztési eljárások csoportosítása: Hegesztési eljárások 21 21
Hegesztési eljárások Gázláng hegesztés: Hőforrás: éghető gáz (acetilén (C 2 H 2 ), hidrogén, földgáz) és oxigén exoterm reakciója palackok nyomása reduktorokkal csökkenthető, beállítható keveredés a hegesztőpisztolyban (keverőszár, égő) láng hőmérséklete 1000-3200 C oxidáló (sárgarezek) semleges (normál acélok) acetilén dús (nagy C tart. kiégett C pótlására) láng erőssége időegység alatt elégetett acetilén mennyiségével arányos beolvadás mértékét befolyásolja kevésbé koncentrált hőforrás, mint a villamos ív nagyobb hőhatás övezet nagyobb vetemedés lassabb lehűlés kétkezes eljárás (hegesztő anyaggal) 22 22
Hegesztési eljárások Gázláng hegesztés: 23 23
Ívhegesztés folyamatai: Hőforrás: villamos ív Ívkeltés: rövidzár (elektróda és tárgy között) érintkezési felületen nagy ellenállás átfolyó áram hőt fejleszt Q=f(R, I 2 ) elektródot eltávolítása néhány mm-re hőionizáció (kilépnek a felületből) feszültség hatására felgyorsulnak Hegesztési eljárások ütközési ionizáció (közte lévő gázt ionizálják) ionizált gáz vezeti az áramot feszültségesés 3 részre bontható, katód (Uk), ívoszlop (Uo), anód (Ua) a katódból kilépő elektronok felgyorsulva az anódba (mdb) ütköznek, az ionok a katód felé haladva becsapódnak mozgási energia hőenergiává alakul az ívet hőionizáció hozza létre és ütközési ionizáció tartja fenn 24 24
Hegesztési eljárások Ívhegesztés folyamatai: katód (elektróda) elektron emisszióját az ionok ütközési energiája tartja fenn az anódot pedig a kisebb tömegű, de gyorsabb elektronok ütközési energiája hevíti fel a munkadarabban mélyebb megömlesztés (egyenes polaritás) fordított polaritásnál stabilabb az ív az ív hőeloszlása: 15 % elektródahuzal, 15 % bevonat, 10 % alapanyag megömlesztés, 20 % környezet, 40 % tárgy ívstabilitás (statikus, dinamikus jelleggörbe) I: nem stabil az ív (javul az ív vezetőképessége) II: stabil ív: (A/m 2 állandó) III: nagyobb áramerősségnél (katódfolt nem tud növekedni) 25 25
Ívhegesztés folyamatai: Anyagátmenet elektródról az alapanyag felé irányul cseppek formájában Hatások: nehézségi erő (segíti vagy ellene hat) Hegesztési eljárások felületi feszültség (legkisebb felületi energia, gömb alakú cseppek, varratdudor kialakulása) Pinch effekus (mágneses erőhatás, amely csökkenteni igyekszik a huzal keresztmetszetét) gáznyomás: (forrás, térfogat növekedés, cseppek leválása) ívelhajlás (az ív áram a mdb-ban mágneses teret hoz létre, amely nem koncentrikus) 26 26
Ívhegesztés folyamatai: Váltóáramú hegesztés Hegesztési eljárások katódfolt a polaritás váltás miatt megszűnik és újra létrejön (100-szor mp-ként) az ív stabilitása lecsökken az ív fokozott ionizációjáról gondoskodni kell (célszerű bevonat alkotók) Áramforrások: nagy üresjárati feszültség, könnyű újragyújtás hegesztéskor kis feszültség rövidzárlati áram kis mértékben legyen nagyobb a munkaáramnál ívhossz változással a hegesztő áram kismértékben változzon egyen- és váltóáram (álló, forgó) 27 27
Hegesztési eljárások Bevont elektródás ívhegesztés (BKI): Elektródák fém huzal és bevonat (350 mm) bevonat feladatai: ívstabilitás növelése védőatmoszféra létesítése (alkotók elbomlása) hegvarrat dezoxidálása, denitridálása, kén és foszfor csökkentése, ötvözés hűlési sebesség csökkentése (salak képződés) Elektródák bevonatai: bázikus rutilos cellulóz savas vegyes Elektródák különböző fémekhez: acélokhoz (ötvözetlen, gyengén-, erősen ötvözött) öntöttvasakhoz alumíniumhoz 28 28
Bevont elektródás ívhegesztés (BKI): Előnyei (lánghegesztéshez képest) Hegesztési eljárások az ív nagyobb hőkoncentrációja, lokális hevítés, kisebb zsugorodás, vetemedés kötés jobb mechanikai tulajdonságai egyszerűbb használat Hátrányai (lánghegesztéshez képest) vastagabb anyagok hegeszthetők szakképzettség szükséges teljesítménye korlátozott (bevonat lepattogzása) szakaszos folyamat (elektródacsere), újrakezdések hibaforrást jelenetnek 29 29
Hegesztési eljárások Argon védőgázas wolfram elektródás ívhegesztés (AWI): ív a mdb és a wolfram elektród között Argon hatása: semleges gáz, nincs reakció könnyen gyújtható ív stabil ív kisebb az ívoszlop hővesztesége (kis hővezetés) koncentráltabb hőhatás oxigén elleni védelem nem kell bevonat jó varrat szilárdsági jellemzők minden pozícióban használható utókezelésre nincs szükség legtöbb fémnél használható Berendezés: áramforrás védőgázas egység hegesztő pisztoly AWI alkalmazása: Al, Mg, Ni, Cu, Ti és egyéb színesfémeknél korrózióálló acélok ritkán szénacélok és gyengén ötvözött acéloknál (drága) 30 30
Argon védőgázas wolfram elektródás ívhegesztés (AWI): Hőeloszlás az ívben Hegesztési eljárások hő 70 %-a az elektronok becsapódási helyén (kis tömeg, nagy sebesség) mély beolvadás hő 30 %-a az ionok becsapódásánál (nagy tömeg, kis sebesség) oxidfeltörő képesség Áramviszonyok egyenáram egyenes polaritás (mdb +) fordított polaritás (mdb -) váltóáram (oxidfeltörés, de ívgyújtás nehezebb) 31 31
Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): ív a mdb és a fogyó elektróda huzal között bevonat nélküli, tekercselt elektród huzal (hegesztőanyag is) gázvédelemről gondoskodni kell (Argon) áramsűrűség növelhető a közeli bevezetés miatt (5-10x bevont elektródás) nagyobb beolvadás és termelékenység más áramforrások szükségesek nagyobb teljesítmény folyamatos üzem vízszintes vagy emelkedő jelleggörbe Hegesztési eljárások 32 32
Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): Hegesztő berendezés: áramforrás huzalelőtoló egység hegesztő pisztoly gázellátás vezérlő szerv hűtőrendszer Szabályozási lehetőségek: leolvadás és előtolás összehangolása belső szabályozással (kis ívtávolság változás nagy áramerősség változást okoz) külső szabályozással (az ívtávolság változás okozta feszültség változással szabályozzák az előtolást) 33 Áramforrás: egyenáramú közel vízszintes jelleggörbe (100 A- ként 1-5 V változás) Huzalelőtoló: huzal folyamatos, egyenletes előtolása beállítható mérethez és sebességhez Részei: huzalelőtoló motor hajtómű előtoló és szorító görgők huzaldob (huzallal) 33
Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): Belső szabályozás Külső szabályozás 34 34
Hegesztési eljárások Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): Cseppátmenet formája: (áramsűrűségtől függően) (impulzus hegesztés) zárlatos zárlatos-permetes permetes AFI alkalmazása: a legtöbb fém és ötvözet hegesztésére alkalmas Argon miatt drága eljárás nehezen hegeszthető könnyű és színesfémek, erősen ötvözött ferrites, ausztenites acélok Argon helyet: CO 2 védőgáz Kevert védőgáz (Ar+He, Ar+O 2 ) 35 35
Argon védőgázas fogyóelektródás ívhegesztés (AFI): Cseppátmenet formája: (áramsűrűségtől függően) zárlatos zárlatos-permetes permetes Hegesztési eljárások 36 36
Hegesztési eljárások Védőgázas fogyóelektródás ívhegesztések: CO 2 védőgáz (disszociál) (CO+O) ötvöző kiégés oxidáció jó ívstabiltás 2-szeres beolvadási mélység (AFI-hoz képest) fém fröcskölés (ötvözetlen vagy gyengén ötvözött acélok) porbeles huzalok Keverék védőgázok: Ar + 25 % CO 2 (ötvözetlen acélok) Ar + 0,2 % N 2 (Mangánmentes Al) Ar + 6 % H 2 (Nikkel és ötvözetei) Ar + O 2 oxigén könnyen ionizálható permetszerű cseppátmenet Háromkomponensű keverék Ar+15 % CO 2 + 5 % O 2 37 37
Hegesztési eljárások Fedettívű hegesztés: ív a leolvadó huzal és a mdb között nincs védőgáz varratvédelem: fedőpor adagolással automatizált ömlesztő hegesztés vízszintesen alkalmazható, egyenes vonalon egyen- vagy váltóárammal végezhető termelékenysége 10-20-szorosa a bevont elektródás elj.-nak nagyobb áramerősség jobb hőkihasználás hosszú, vastag lemezek hegeszthetők vele leélezés nélkül szép varrat felület (lassabb hűlés) hegesztés folyamata nem megfigyelhető 38 38
Villamos ellenállás hegesztés: áramkörbe iktatott mdb-ok érintkezési felületeken villamos ellenállás hőképződés (Joule-hő) nyomóerő nincs hozaganyag Hegesztési eljárások Eljárások: ponthegesztés dudorhegesztés vonalhegesztés szalaghegesztés tompa hegesztés Tr Transzformátor F Nyomóerő Ra-átmeneti ellenállás Re-érintkezési ellenállás 39 39
Hegesztési eljárások Ponthegesztés: mdb-ok átlapolt kötésben nyomóerő lokális szorítás rövid áramlökés villamos ellenállás a lemezek között nagyobb lemezek érintkezése között megolvadt lencse alakú anyagrész Joule hő Q=0,24 I 2 R t megszilárdulás után közös varrat Munkarendek: kemény munkarend rövid idő alatt nagy hőmennyiség jó hővezetésű fémeknél lágy munkarend áram kis értékű hegesztési idő hosszabb felhevült térfogat nagyobb edződésre hajlamos daraboknál Elektródák: nyomóerő biztosítása áramkoncentráció 40 40
Hegesztési eljárások Ponthegesztés: 41 41
Hegesztési eljárások Dudorhegesztés: ponthegesztéshez hasonló a nyomóerőt az elektróda biztosítja az áramkoncentrációt a mdb kialakítása (dudor) hőfejlődés a legnagyobb ellenállásnál alkalmazása (dudor és mdb között) csavarok, csavaranyák lemezre hegesztése huzalok keresztirányú kötése 42 42
Hegesztési eljárások Vonalhegesztés: ponthegesztés egyik változata pontok összefüggő vonalat alkotnak az elektródok: görgők, tárcsák, hengerek általában impulzus üzemben hegesztenek előzőleg lerakott varrat sönt hatása görgők anyaga az elektródákkal azonos Alkalmazása: vékony lemezek: radiátor, üzemanyag tartály 43 43
Szalag (fólia) hegesztés: tompa illesztésnél (nem átlapolt) mdb lemez vastagság 1-4 mm fólia méretei: 0,2 mm x 4 mm görgőkön átvezetett áram megolvasztja a lemezvégeket a kötés az alapanyaggal egyező vastagság szilárdság érdesség kifáradása kisebb Hegesztési eljárások Alkalmazása: vasúti kocsi oldalfalainak hegesztésénél 44 44
Hegesztési eljárások Tompahegesztés: zömítő (sajtoló) leolvasztó (ömlesztve sajtoló) Zömítő: hozaganyag nélkül nyomás alatt a mdb-on átfolyó áram Joule hője hevíti fel érintkeztetés, hevítés, sajtolás keresztmetszet megnő Leolvasztó: kis erejű szorítás, árammal hevítés (olvadáspont fölé), nagy erejű szorítás, lehűlés lehet folyamatos, szakaszos 45 45
Különleges eljárások: Hegesztési eljárások Termit hegesztés Ultrahangos hegesztés Termit hegesztés (vas oxid + Al reakciója) Hideg sajtoló hegesztés Frikciós (dörzs) hegesztés Ultrahangos Indukcós Salakhegesztés Plazamasugaras Elektronsugaras Lézersugaras Plazmasugaras hegesztés 46 Elektronsugaras hegesztés 46
Hegesztési eljárások Salakhegesztés: leolvadáshoz szükséges hő: árammal hevített folyékony salak Joule hője adja Q=0,24 U I t (J) illesztési rés 15-30 mm mdb-ok közé elektróda lóg be 20-25 mm magas folyékony salakréteg oldalirányú kifolyástól vízzel hűtött, réz csúszó pofák védik a folyadék fázisokat ötvözés az elektródahuzalon keresztül (kis mennyiségű por miatt) lassú dermedés miatt porozitás, zárvány mentes varrat (1-2 nagyságrenddel lassabb, mint ívhegesztésnél) hegesztőpor: villamosan vezető olvadt állapotban magas forráspont, minimális gázképződés függőleges irányú alkalmazhatóság hajóépítésben, tartályoknál 47 47
Lézersugaras hegesztés: Hegesztési eljárások 48 48
Hegeszthetőség Alapfogalmak: adott anyag hegeszthetősége: bizonyos fokú alkalmassága adott alkalmazásra, hegesztő eljárással, hegesztő anyagokkal, hegesztési munkarenddel követelmények kielégítésére Követelmények: hegesztett kötés tulajdonságai anyag szerkezete repedésmentesség zárványmentesség szilárdság alakíthatóság szívósság egész szerkezetre való hatása Adott anyag alkalmassága a hegesztésre: gyártási eljárás és módszertől vegyi összetételtől hő és mechanikai kezeléstől függ. rideg töréssel szembeni biztonság korrózióállóság 49 49
Különböző anyagoknál: Hegeszthetőség Acél: Vegyi összetétel a döntő (0,2 % C felett edződés) Ötvözetlen acélnál C< 0,2 % (S235JR) jól hegeszthetők 20 mm vastagság felett elridegednek, 100-300 C-os előmelegítés, 650-680 C-os feszültségmenetesítés Gyengén ötvözött finomszemcsés acélok (S355N) C< 0,2 %, nitrid- és karbidképző ötvözők, mikroötvözés szén egyenérték, CE (IIW): CE > 0,45 % előmelegítés szükséges (100 350 C) 50 50
Különböző anyagoknál: Acél: Hegeszthetőség Hidegszívós acélok (alacsony hőmérséklet, ridegtörési szívósság, 15NiMn6) Ni ötvözés hozaganyag: Ni tartalmú, Ni bázisú előmelegítés: 100 C Melegszilárd acélok (kúszásállóság, 13CrMo4-5) Mo, Cr ötvözés hozaganyag: alapanyaggal azonos összetétel előmelegítés (200 350 C) utólagos hőkezelés (650 750 C, 1..5 óra) Szövetszerkezettől függően (F+P, B+F, M, A) Erősen ötvözött acélok (korrózióálló és hőálló acélok, X5CrNi18-10): Cr, CrNi, CrNiMo ötvözés hozaganyag: kialakuló szövetszerkezet alapján (króm- és nikkel egyenérték) előmelegítés (150 300 C) utólagos hőkezelés (700 900 C, 0,5..2 óra) melegrepedés érzékenység 51 Szövetszerkezettől függően (F, M, A, F+A) 51
Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Öntöttvas rideg, csekély nyúlás (cementit tovább rontja) szürkevasak hegeszthetők megfelelően gyors megolvadás könnyebb szétfolyás gyökmegtámasztás, vízszintes helyzet előmelegítés a cementit elkerülése érdekében eljárások: meleg hegesztés (580-650 C), szürkevas hozaganyag (plusz C és Si), lassú lehűtés félmeleg hegesztés (200-350 C), szürkevas hozaganyag, kevésbé homogén a szerkezete hideg hegesztés (nincs előmelegítés) ledeburit és martenzit is kialakul, nikkel elektróda szükséges 52 52
Hegeszthetőség Különböző anyagoknál: Alumínium nincs elszíneződés, kis olvadási hőmérséklet tartomány, dermedéskor 5-7 % térfogatváltozás, nagy hőkapacitás és hővezetés nagy affinitás az oxigénhez (2050 C-on olvadó oxidréteg) Al 2 O 3 fajsúlya nagyobb mint a tiszta fémé (zárványok) porózus oxidréteg (gáz és nedvesség elnyelés zárványok) nemesített Al ötvözetek hegesztéskor kilágyulnak kis melegszilárdság, nagy zsugorodás melegrepedés Hegeszthetőségi sorrend: színalumínium AlMn AlMgMn AlMg AlMgSi AlCuMg AlCuNi Eljárások: AWI, AFI (oxideltávolítás a legkedvezőbb) gázláng és bevont elektródás kézi ívhegesztés 53 53
Hegesztett kötések vizsgálata Vizsgálatok: Mechanikai szakítóvizsgálat hajlítóvizsgálat ütőmunka vizsgálat keménység vizsgálat fárasztóvizsgálat törésmechnaikai vizsgálat Metallográfiai Roncsolásmentes 54 54
Hegesztett kötések vizsgálata Vizsgálatok: Metallográfiai makroszkópos (varrat méret, alak) mikroszkópos (szövetszerkezet, hibák) Roncsolásmentes szemrevételezés folyadékpenetrációs vizsgálat mágneses repedésvizsgálat röntgen vizsgálat izotópos vizsgálat ultrahang vizsgálat 55 55
Forrasztás 56 56
Forrasztás: termikus eljárás, alkatrészek összekötésére és rétegzésére Forrasztás a forraszanyag megolvasztásával vagy a határfelületnél bekövetkező diffúzióval egy folyékony fázis jön létre. a forrasztási hőmérséklet az alapanyag szolidusz hőmérsékletét nem éri el kohéziós kötés! Forraszanyag: olvadáspontja (T F ) kisebb min az alapanyagoké (T A, T B ) Folyasztószer: a felületi feszültség csökkentésével javítja az ömledék terülését (nedvesítés) oxidfeltörés 57 57
Forrasztás Típusai (hőmérséklet alapján): lágy forrasztás (450 C alatt) kemény forrasztás (450 C felett) technológiák: láng kemencés indukciós ellenállás bemártó borító lézersugaras 58 58
Forrasztás Lézersugaras forrasztás: Lézeres acél hegesztés: hegesztés: 3 időegység utómunkálás: 8 időegység Lézeres acél forrasztás Lézeres forrasztás az AUDI TTnél (AUDI) 59 59
Vágás 60 60
Vágás Eljárások: lángvágás plazavágás vízsugaras vágás lézersugaras vágás Plazmavágás plazmaívvel (külső ívű) vagy plazmasugárral (belső ívű) végzett darabolás nincs exoterm folyamat fémet a plazma megolvasztja és a gáz kifújja a megolvadt fémet Lángvágás gázláng segítségével felhevítjük darabot (felületen, fizikai folyamat) oxigén segítségével elégetjük (kémiai folyamat) a keletkezett égésterméket az oxigénsugárral a vágási hézagból kifúvatjuk (fizikai folyamat; 2,5-3 bar) vágófejen plusz vágógáz hozzávezetés van 61 61
Vágás Vízsugaras vágás nagynyomású vízsugár (4000 bar) mechanikus erőhatása csak víz vagy abrazív porral segítve Lézersugaras vágás lézersugár elnyelődve az alapanyagban felhevíti, megolvasztja, elgőzölögteti azt vágógázzal kifújják a felesleges anyagot a vágási résből vágási eljárások inert gázos (N 2 ), oxidációs (O 2 ), szublimációs. 62 62
Vágás Eljárások összehasonlítása: 20 Vízsugaras vágás Anyagvastagság [mm] 15 10 5 Huzalos szikraforgácsolás CO lézeres vágás 2 Vágás sajtolással Finom plazma vágás Lángvágás Levegős plazma vágás 0,1 0,5 Pontosság [mm] 1,0 63 63