MISKOLCI EGYETEM MECHANIKAI TECHNOLÓGIAI TANSZÉK Nemesített nagyszilárdságú acélok ívhegesztése Ifjú Hegesztők Konferenciája, Óbudai Egyetem Cikk Kidolgozta: Dobosy Ádám PhD hallgató Készült: a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 a Járműipari anyagfejlesztések projekt keretében A projekt szakmai vezetője: Dr. Tisza Miklós egyetemi tanár, tanszékvezető Miskolc 2013
FELHÍVÁS az Ifjú hegesztők konferenciája 2013 rendezvényre A GTE Hegesztési Szakosztály támogatásával A Gépipari Tudományos Egyesület a célja, hogy lehetőséget biztosítson a hegesztés szaktudomány iránt érdeklődő mérnökhallgatók és a pályakezdő mérnökök részére szakmai felkészültségük bemutatására. Az első alkalommal megrendezésre kerülő konferencia lehetőséget kínál számukra kutatási eredményeik bemutatására leendő kollegáik és az ipari képviselői részére olyan formában, hogy eközben a saját ismereteiket is tovább bővíthetik. Jelen felhívás minden olyan fiatal felsőoktatásbeli hallgatónak, nemzetközi hegesztőmérnöki és technológusi, szakmérnöki oklevelet szerzett hegesztő szakembernek és doktorandusznak, fiatal kutatónak és tudását mélyíteni vágyó mérnöknek szól, akik kutatási eredményeiket szívesen megosztják a szakmai rendezvényen, továbbá azoknak is, akik megismerve a legújabb kutatási eredményeket új ismeretekre szeretnének szert tenni. A szervezők szándéka szerint a tanácskozás hozzájárul a szakmai-baráti kapcsolatok kialakulásához, ápolásához, illetve új kapcsolatok létrejöttéhez. A rendező Ifjúsági Fórum minden hegesztéssel és rokon technológiáival kapcsolatos előadást vár a konferenciára. A konferencia helyszíne: 1081 Budapest, Népszínház utca 8. A konferencia ideje: 2013. március 8., péntek, 9 óra A konferenciára az előadásokat röviden bemutató legfeljebb 4 oldal terjedelmű cikkek leadási határideje: 2013. február 22. A leadott cikkeket szakmai bizottság bírálja el. A cikkeket a mellékelt formátum szerint kérjük elektronikusan elküldeni a gteheginfo@gmail.com címre. A előadások anyaga egy ISBN számmal ellátott konferencia kiadványban fog megjelenni. A konferencia részvételi díjai február 22-i jelentkezési határidővel 7000 Ft záró bankett nélkül 9000 Ft záró bankettel A jelentkezéseket február 22-e után 2000 Ft-al emelt jelentkezési díjjal tudjuk elfogadni. Helyszínen jelentkezni 4000 Ft-al emelt díjjal lehet. A konferenciára a regisztrációs díjat a helyszínen lehet befizetni. A konferenciára való jelentkezéseket e-mail-ben várjuk a gteheginfo@gmail.com címre. A regisztrációs levélben kérjük feltüntetni a következőket: jelentkező neve, elérhetősége (e-mail, telefonszám) tagintézmény neve (BME/DUF/ME/ÓE/egyéb) kíván-e részt venni a banketten igényel-e szállást. milyen névre, címre igényli a regisztrációs díjról szóló számlát Vidéki vendégeinknek igény esetén a Professzorok Vendégházában segítünk szállást foglalni.
Ifjú hegesztők konferenciája 2013 Óbudai Egyetem 2013. március 8. 9:00-9:30 Regisztráció 9:35-10:35 Plenáris ülés (Bakos Levente) Dr. Horváth Sándor dékán A házigazda köszöntője ÓE Dr. Gáti József kancellár A GTE Hegesztési Szakosztály és a Magyar Hegesztési Szövettség elnökének köszöntője ÓE/GTE Csizmadia Barnabás Cloos robotok Cloos I. 10:40-12:10 (Bakos Levente) 1 10:40-10:55 Drabik Gergő Az ellenállás-mikrodudorhegesztési technológia fejlesztése és optimalizálása rézvezetékekcsatlakozók hegesztésére BME 2 10:55-11:10 Varga Róbert, Veress Attila A kritikus lehűlési idő és a keménység összefüggése növelt folyáshatárú acéloknál DUF 3 11:10-11:25 Németh Levente, Kristóf Dániel Fedett ívű hegesztő-berendezésben használt áramátadók élettartamának összehasonlítása BME 4 11:25-11:40 Halász-Zborai Anita Hárosi Duna híd kivitelezése KÉSZ Kft 5 11:40-11:55 Pósalaky Dóra Szénhidrogén-szállító csővezetékek gépesített hegesztése ME 6 11:55-12:10 Kozma Bálint, Simon Gergely Nagy széntartalmú acél szalagfűrészlapok volfrámelektródás védőgázos hegesztése BME 12:10-13:00 Ebédszünet II. 13:00-14:15 (Kuti János) 1 13:00-13:15 Bakos Levente Milyen veszélyt hordoz a volfrám elektródák tórium tartalma? GTE 2 13:15-13:30 Dobosy Ádám Nemesített nagyszilárdságú acélok ívhegesztése ME 3 13:30-13:45 Szilágyi Gábor, Kovács-Coskun Vályú helyzetű sarokvarrat tulajdonságainak vizsgálata fogyó elektródás védőgázas ívhegesztés esetén ÓE Tünde, Pinke Péter 4 13:45-14:00 Völgyi Bálint, Kovács-Coskun Robbantásos plattírozás ÓE Tünde, Sikari-Nágl István 5 14:00-14:15 Pogonyi Tibor Hegesztési jelenségek és folyamatok véges-elemes modellezése DUF 14:15-14:35 Kávészünet III. 14:35-15:50 (Pogonyi Tibor) 1 14:35-14:50 Bodó Tibor Csaphegesztett kötés vizsgálata, minőségbiztosítással ME 2 14:50-15:05 Vincze Tibor Védőgázösszetétel hatása a hegesztett varrat minőségére ÓE 3 15:05-15:20 Vékony Sándor Hegesztett T-kötések összehasonlító vizsgálata ME 4 15:20-15:35 Tamási Szilveszter, Orbán Ede Cloos robottal történő mag-hegesztés eljárásváltozatai állapotfelügyelet tervezésének előkészítése ÓE Gyula 5 15:35-15:50 Vincze Dávid Lézersugaras hegesztések optimalizálása BME 15:50-16:10 Kávészünet IV. 16:10-17:25 (Dobosy Ádám) 1 16:10-16:25 Balázs János Aktiváló poros volfrámelektródás védőgázos ívhegesztés Siemens 2 16:25-16:40 Mészáros Levente, Dunavölgyi Alkalmazható minimális hegeszthető lemezvastagság meghatározása kísérleti úton ötvözetlen szerkezeti acéloknál, MIG/MAG eljárással ÓE Dávid 3 16:40-16:55 Balogh Dániel, Szteránku Milán Hegesztési szakirányú ismeretek bővítésének lehetősége a Linde Gáz Mo. Zrt-nél Linde 4 16:55-17:10 Végh Benjámin Ákos B-Max MM253 Synerg fogyóelektródás hegesztőberendezés szinergikus beállításainak vizsgálata BME 5 17:10-17:25 Steinbach Ágoston Hegesztett alumíniumkötések vizsgálata BME 17:35-18:30 Laborbemutató a Cloos hegesztőlaborban 21:00-24:00 Bankett a Király utcai Trófeában
Az előadók által képviselt szervezetek BME Cloos DUF GTE KÉSZ Kft Linde ME ÓE Siemens Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Hegesztési Szakosztály Crown International Kft. Dunaújvárosi Főiskola Műszaki Szakkollégium Gépipari Tudományos Egyesület Hegesztési Szakosztály KÉSZ Holding Zrt Linde Gáz Magyarország Zrt Miskolci Egyetem Hegesztési Szakosztály Óbudai Egyetem Hegesztési Szakműhely Siemens Transzformátorgyár Kft.
NEMESÍTETT NAGYSZILÁRDSÁGÚ ACÉLOK ÍVHEGESZTÉSE Szerző: Dobosy Ádám Abstract Nowadays the different structures, structural components and materials are exposed to increased stress. In addition, the economic imperatives are forcing engineers to further increase the load capacity of the materials while reducing the weight. This is a complex condition which meets in the high strength steels. In these steels, the alloying elements and the advanced manufacturing technologies result together the high strength. Due to the non-equilibrium microstructure we must take account of the technological parameters during the welding of these metals, so that the base metal with high strength and toughness should be change as little as possible. This requires a very strict deal of attention and caution. Therefore the present paper examines the effect of the linear energy on the total welding time and the mechanical properties of welded joints, made from heavy plates (s = 60 mm). In order to ensure the stability of welding parameters we used robotic welding for the two welding experiments. Key word: High strength steels, quenched and tempered, heavy plate thickness, linear energy, mechanical properties Összefoglalás Mai világunkban a különböző szerkezetek, szerkezeti elemek és így a bennük alkalmazott anyagok egyre nagyobb igénybevételnek vannak kitéve. Emellett a gazdasági követelmények arra kényszerítik a mérnököket, hogy az anyagok terhelhetőségét még tovább növeljék a sajáttömeg egyidejű csökkentése mellett. Ennek az összetett feltételnek igyekeznek megfelelni a nagyszilárdságú acélok. A gyártás során kialakult nemegyensúlyi szövetszerkezetből következik azonban, hogy ezen anyagok hegesztése során rendkívül nagy figyelemmel kell lenni az alkalmazott technológiai paraméterekre, annak érdekében, hogy az alapanyag nagy szilárdságát és szívósságát adó szövetszerkezetet a lehető legkisebb mértékben változtassuk meg. Ez rendkívül nagy figyelmet és körültekintést követel meg. A jelen cikk ezért azt vizsgálja, hogy vastaglemezek esetén (s = 60 mm) milyen hatással van a vonalenergia növelése a kötés elkészítésének idejére és ez hogyan befolyásolja a kötés mechanikai tulajdonságait. Kulcsszavak: Nagyszilárdságú acélok, nemesített, vastaglemezek, vonalenergia, mechanikai tulajdonságok 1. Bevezetés A hőbevitel hatása a legtöbb esetben kedvezőtlenül hat a hegesztett kötés tulajdonságaira, mivel a beedződésre utaló keménységcsúcsok, illetve a kilágyulást jelentő keménység minimumok jelentkezhetnek a hőhatásövezetben. A sikeres kötéshez olyan eljárás illetve munkarend szükséges, Oldal 1
amely a lehető legkisebb mértékben módosítja a szövetszerkezetet, ennek kulcsa pedig a szabályozott, kis értékű vonalenergia pontos meghatározása és betartása. Ezen acélok egyik igen jellegzetes felhasználási területe a mobildaruk gyártása. Ezen a területen a jellemző lemezvastagság akár 100 mm-ig is terjedhet. Ebben a vastagságtartományban még inkább előtérbe kerülnek a gazdaságossági szempontok, vagyis az egyes kötések elkészítésének időigénye. 2. Technológiai paraméterek A kísérleteimnek helyet adó RUUKKI Tisza Zrt.-nél is a nagyszilárdságú acélok közül a nemesített, nagyszilárdságú acélok felhasználása a legnagyobb. A kísérleteim során vizsgált S690QL acélcsoport a nemesített, nagyszilárdságú acélok felső kategóriájába tartozik, minimális folyáshatáruk 690 MPa. A hegesztés hatására a hőhatásövezet könnyen felkeményedhet, továbbá túl nagy vonalenergia esetén a hőhatásövezet egyes részei az alapanyaghoz képest jobban kilágyulhatnak, ami szilárdság-, illetve keménységcsökkenéssel jár. Előforduló nem kívánatos jelenség lehet továbbá hidegrepedések megjelenése. Ennek elkerülése érdekében a munkadarabot hegesztés előtt elő kell melegíteni, és a vonalenergiát is korlátozni kell [2]. Hegesztés során a vonalenergia pontos ismerete és szabályozása elengedhetetlen a megfelelő kötés létrehozásához. Túl nagy vonalenergia alkalmazásával nagy kiterjedésű szemcsedurvult övezet keletkezik. Ez növeli a veszélyét a ridegtörési hajlam, a szilárdsági tulajdonságok romlásának, azonban gazdasági szempontból előnyösebb. Túlzottan kis értéken tartása azonban gyors hűlési sebességet okozhat, ami az edződési repedés kialakulása szempontjából veszélyes lehet [3]. Meghatározó jelzőszám a kritikus hűlési idő (t 8,5/5 ). Értéke nagymértékben függ a vonalenergiától és az előmelegítési hőmérséklettől, ezen kívül hatással vannak rá a hegesztett kötés hővezető tulajdonságai is. Ez a paraméter szorosan összefügg a keletkezett szövetszerkezettel és így a hőhatásövezetben jelentkező keménység nagyságával is, így nagymértékben meghatározza a kötés tulajdonságait. 3. Hegesztési kísérletek A kísérletek során két különböző hegesztett kötést készítettünk el. A paraméterek állandósága és reprodukálhatósága miatt, illetve a termelékenység vizsgálata érdekében mindkét kötést a cégnél alkalmazott hegesztőrobotok egyikén készítettük el. A két kísérlet közötti eltérést csupán a vonalenergia és az előmelegítési hőmérséklet változtatása jelentette. A kísérletekhez aktív védőgázas fogyóelektródás ívhegesztést választottunk, még védőgázként az egyik legelterjedtebb keveréket, a 18% CO 2 -t és 82% Ar-t tartalmazó CORGON 18-at. Hozaganyagként Thyssen Union X85-öt választottunk. A hegesztési paraméterek meghatározásához Oldal 2
az SSAB Oxelösund cég által készített WeldCalc nevű programot használtam. A program a bevitt adatok függvényében képes grafikusan megjeleníteni a hegesztési munkaterületet, aminek segítségével könnyen meghatározhatóak az optimális hegesztési paraméterek (feszültség, áramerősség, hegesztési sebesség) [1]. A hegesztési munkatartomány az 1. ábrán látható. A vízszintes tengelyen az előmelegítési és rétegközi hőmérséklet szerepel, még a függőleges tengelyen a vonalenergia. A folytonos vonalak által közrezárt terület a munkatartomány, ahol a hegesztést kell végezni. Ez egy viszonylag szűk tartomány nagyszilárdságú acélok esetén. Ennek felhasználásával rendelkezésre áll a minimális előmelegítési hőmérséklet és a maximális rétegközi hőmérséklet is, ami esetemben, figyelembe véve a gyártói előírásokat 150 220 o C között lehet, a megengedhető hűlési idő tartomány pedig 6 15 s között [4]. Ezen paraméterek ismeretében, az első kísérlettől eltérően, a második kísérlet során szándékoltan nagyobb paramétereket választottam, a vonalenergia és így a termelékenység növelése érdekében [1]. 1. ábra. S690QL jelű acél hegesztési tartománya [1] Szakítószilárdság, MPa 850 830 810 790 770 750 1. próbatest 2. próbatest 832 831 810 804 1. 2. Kísérlet jelölése Ütőmunka, J 80 60 40 20 0 68 Varrat HHÖ 64 52 58 1. Kísérlet jelölése 2. 2. ábra. Szakítóvizsgálatok eredményei [1] 3. ábra. Ütővizsgálatok eredményei [1] A kötések szilárdsági és szívóssági jellemzőinek összehasonlításából jól látható hogy a vonalenergia növelése kedvezőtlen hatással volt ezen jellemzők nagyságára, azonban a szabvány (MSZ EN ISO Oldal 3
15614-1) által minimálisan előírt értékeket messze túlmenően kielégítik az eredmények. Ezen vizsgálatok eredményei a 2. és 3. ábrákon láthatóak. 7. Következtetések A nagyszilárdságú acélok esetében különleges figyelmet kell fordítani a szabályozott vonalenergia nagyságára. Ugyanakkor szabályozásával a termelékenység is jelentősen befolyásolható. Ekkora vastagságú (60 mm) lemezek esetében jelentős hegesztési idő takarítható meg, vagy mehet kárba a nem megfelelő paraméterek beállítása miatt. A vonalenergia nagyságának növelésével a hegesztési sorok száma jelentősen csökkenthető. Ez azt jelenti, hogy a hegesztésre fordított idő is arányosan kevesebb lehet. Kísérleteink során a két próba között körülbelül 1,5-2 órás különbséget figyeltünk meg, a második kísérlet során mérve rövidebb időt. Ez nagyobb méretű, teljes szerkezeteknél jelentős időmegtakarítást jelenthet. Ugyanakkor a 2. és 3. ábra alapján jól látható, hogy a növelt vonalenergia miatt csökkent szilárdsági és szívóssági jellemzők még így is teljesíteni tudták a szabványok előírásait. Vagyis a nagyobb vonalenergia nem okozta a tulajdonságok jelentős leromlását. Természetesen fontos megjegyezni, hogy az itt közölt adatok S690QL acélminőségre érvényesek, más, nagyobb szilárdságú anyagok a tapasztalatok szerint érzékenyebbek a vonalenergia változtatására. Irodalom [1] Dobosy, A.: Nagyszilárdságú acélok ívhegesztése, MSc diplomamunka, témavezető: Balogh András PhD, 2013 [2] Szunyogh, L.: Hegesztés és rokon technológiák kézikönyv, Gépipari Tudományos Egyesület, Budapest, 2007 [3] Balogh, A.; Gáspár,M.: Nagyszilárdságú acélok hegesztésének standardtól eltérő koncepciója, Hegesztéstechnika, 2012/3. [4] Ruukki Tisza Zrt, Terex Demag gyártási és szállítási feltételek A kutatómunka a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. Dobosy Ádám, PhD hallgató Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Kar, Mechanikai Technológiai Tanszék Cím: 3600, Magyarország, Ózd, Bartók Béla út 30. Oldal 4
Mobil: +3670/3966529 E-mail: dobosya@gmail.com Oldal 5