3.3.5. Hegesztett kötések hegesztett kötéseket azonos anyagcsoportba tartozó anyagok összekötésére használjuk. z azonos anyagcsoport azt jelenti, hogy acélt acélhoz, alumíniumot alumíniumhoz, műanyagot műanyaghoz stb. hegeszthetünk. Előnyei: nagy szilárdságú kötés készíthető, amely az alkatrészek szilárdságával összemérhető. nyagmegtakarítás érhető el az átlapolt kötésekhez képest tompa illesztés esetén. Szerszám és formaköltségek nem vetődnek fel, ezért egyedi gyártáshoz nélkülözhetetlen. Repedt, kopott alkatrészek javítására is szinte egyedüli megoldás. Termelékeny, könnyen automatizálható robotokkal. Szilárdságtanilag, merevségi szempontból kedvező alakú alkatrészek tervezhetők. Hátrányai: Csak bizonyos anyagok, és azok is csak azonos anyagcsoporton belül hegeszthetők. Nagy helyi hő bevitel miatt vetemedés keletkezik, az alkatrészek illeszkedő felületeit után kell munkálni. Nem rendelkezik rezgéscsillapító hatással. Minőségi varratok esetén járulékos költség a roncsolás mentes anyagvizsgálat, a röntgen vagy izotópos átvilágítás. hegesztett kötést nagy helyi hő bevitelével valósítjuk meg, amelynek hatására a kötési felület környezetében lévő anyag mindkét alkatrészben megolvad, és további anyag adagolásával, vagy anélkül a keletkezett ömledék lehűl és megszilárdul. z alkatrészek között kohézió jön létre, amely sokkal nagyobb kötési szilárdságot jelent a ragasztott és forrasztott kötéseknél működő adhéziós hatásnál. hő bevitelétől és a felhasznált adalékanyagoktól függően számos hegesztési technológia alakult ki a hegesztett kötések megvalósítására. Leszűkítve a kört a fémek hegesztésére a legelterjedtebb hegesztési technológiák: - Ömlesztő hegesztés gázzal varrat és adalékanyag gázégővel megolvasztva. Különösen vékony lemezek tompa ill. sarokvarrataira és csövek hegesztésére való, acél, réz és alumínium anyagokra. dalékanyag nélküli lemezvastagságok: acél 0,5...4 mm, alumínium 0,5.. 1 mm. dalékanyaggal acél 4.. 15 mm, alumínium 1.. 15 mm. - Kézi ívhegesztés z alapanyag és elektróda a közöttük húzott elektromos ív hőhatásával megolvasztva. Mindenféle varrat készítésére jó, minden vas- és nemvasfém anyagra a nekik megfelelő elektródával. Lemezvastagság 1.. 100 mm, gyökméret 3..10 mm. Zavaró az elektróda elfogyásakor állandóan szükséges elektróda csere. - Por alatti hegesztés z alapanyag és elektróda között ív olvasztja meg a hegesztőpálcát és alapanyagot. Hegesztéskor a varrat nem látható. Vízszintes varratra lehetséges csak. Lemezek 2.. 10 mm. Hosszú varratokra és vastag lemezre használják. Nyomástartó edények, hajógyártás, járműgyártás, gépészet. - Védőgáz alatti hegesztés hőhatást elektromos ív adja a folyamatosan kitolódó elektróda és az alapanyag között. (Különleges hegesztéseknél plazma ív, illetve wolfram elektróda) Ötvözött acélok, alumínium, réz és ezek ötvözetei hegesztésére való. Lemezvastagság nagyobb mint 0,7 mm. Készülék, vegyipari tartály, Járműgyártás, hajó, repülőgép. - Ellenállás hegesztés Két szénelektróda közé fogott alapanyag áramerősség hatására megolvad. őleg kis lemezvastagságokra leginkább nem vasfémekre. - Sajtolásos ellenállás hegesztés z elektródák összesajtolják a két darabot, amelyek közötti átmeneti ellenállás nagyobb, mint az elektródák és az alapanyag között. Ezért a nagy feszültségesés a két darab összesajtolt határfelülete között lép fel, és ennek hatására azok összeolvadnak egy lokalizált területen. Pont hegesztésnél ez a terület kör alakú, hengerlő elektródák esetén egy folytonos sáv a hengerlés hosszának megfelelően. Dudor hegesztésnél ovális, körgyűrű is lehet. Lemezvastagság acélnál 2 (6..30) mm, 39
Könnyűfémeknél 2 (3..8) mm. Három lemez is összeköthető. inom ponthegesztésnél 0,005.. 0,5 mm lemezvastagság is lehet. Hengerléssel történő ellenállás hegesztésnél szokásos lemezvastagság acél 2..2 mm., könnyűfém 2 mm. Zink, réz, austenites rozsdamentes acél, alumínium 1,5.. 2 mm. - Dörzshegesztés felhevítést nagy relatív sebességkülönbséggel mozgó alkatrészek összeszorításakor keletkező súrlódási hő szolgáltatja. őleg körszimmetrikus csövekre 900 mm átmérő és 6 mm falvastagságig. - Indukciós hegesztés hőt a munkadarabokban indukált feszültségre megjelenő örvényáramok szolgáltatják. Kör vagy egyéb zárt profilú csövek átlapolt, vagy tompa kötésére való, 0,5.. 15 mm falvastagság és 10.. 1000 csőátmérő tartományban. 3.3.5.1. nyagzónák hegesztett kötéseknél Három zónát különböztetünk meg: - alapanyag - hegesztés által befolyásolt alapanyag - varrat ebben a sorrendben csökken a szilárdság. 3.3.5.1.1. lapanyag hegesztett kötés meghatározza a terhelés átadási keresztmetszeteket, ezért az alapanyagban a kötés miatt járulékos feszültségek léphetnek fel. 3.3.57. ábrán egy átlapolt kötést látunk, amelyben az erővezetés iránytörése miatt járulékos hajlítófeszültségek keletkeznek. járulékos feszültség megszüntethető, ha a 3.3.58. ábra szerinti tompavarratot, vagy kettős hevedert alkalmazzuk. jobb megoldás a tompavarrat, amely nem növeli a szerkezeti méreteket. Hegesztés hatására az anyag zsugorodik, és a lehűlés után belső feszültségek ébrednek. Ez megszüntethető feszültségmentesítő hőkezeléssel, lényegesen csökkenthető helyes konstrukcióval és megfelelő hegesztési sorrenddel. hegesztési varratokat az alkatrészek között úgy kell elhelyezni, hogy a terhelés közvetlenül, lehetőleg kis irányeltéréssel haladjon a hegesztési varraton keresztül. Erre példa a 3.3.59. ábra kétfajta sarokkialakítása, ahol az erős iránytörést, és a jó megoldásnál a közvetlen terhelés-átvezetést szemléltetjük. közvetlen terhelésátvezetésnél a varrat az eredeti alak kontúrjai közé beépült. 3.3.57. ábra Hegesztett átlapolt kötés tompavarrat hevederlemez 3.3.58. ábra Tompavarrat és kettős hevederkötés 40
3.3.5.1.2. Hegesztés által befolyásolt alapanyag őleg két tényezőre kell tekintettel lenni: - szerkezeti anyag kémiai összetételének változása (Védőgáz alkalmazása.), - eedződés (Utólagos hőkezelés vagy az anyag helyes megválasztása. Hegeszthető legyen: C%<0,25%). z erősen ötvözött és az ötvözetlen alkatrészek összehegesztésénél áthi-daló alkatrészt helyezünk el a 3.3.60. ábra szerinti elrendezésben. Erõs iránytörés Jó megoldás 3.3.59. ábra Sarokkötés jó és rossz megoldása Erõsen ötvözött Közepesen ötvözött Ötvözetlen 3.3.5.1.3. Hegesztési varrat Legfontosabb varratfajták: - tompa varratok - sarokvarratok - különleges varratok 3.3.60. ábra Erősen eltérő összetételű anyagok összehegesztése Tompa varratok lak Jelölés Megnevezés lak Jelölés Megnevezés peremvarrat I varrrat V varrat kettõs V varrat fél V varrat fél Y varrat U varrat kettõs U varrat Y varrat kettõs Y varrat J varrat kettõs J varrat 3.3.61. ábra Tompavarratok alakja és jelölése 41
Sarokvarratok lak Jelölés Megnevezés sarokvarrat domború sarokvarrat homorú sarokvarrat kettõs sarokvarrat Különleges varratok 3.3.62. ábra Sarokvarratok. kettős sarokvarrat is készülhet domború vagy homorú kivitelben is. lak Jelölés Megnevezés ponthegesztés vonalvarrat 3.3.63. ábra Ponthegesztett és hengerelt varratok 42
4 1 2 1 Kerek dudor Hosszú dudor Gyűrű dudor 3.3.64. ábra Dudor sajtoló ellenállás hegesztés lemezgeometriája 3.3.5.3. Hegesztett kötések tervezési irányelvei hegesztett kötéseknél számos kiemelhető tervezési szabály van, amelyek a műszaki fejlődés következtében bővülnek, és esetenként át is értékelődnek. konstrukciós szabályok betartásával általában a szerkezeti megbízhatóság növelése, gazdaságosabb anyag és élőmunka felhasználás, piacképesebb termék elérése a cél. továbbiakban konkrét példákon keresztül bemutatjuk a hegesztett kötések kialakításának legfontosabb szabályait azzal, hogy ezeket hegesztett szerkezetek tervezésénél messzemenően ajánlott követni. 1) Ne alkalmazzunk drága, nagy szilárdságú acélokat hegesztett konstrukcióhoz, mert a hegesztés miatti gyengítő hatás sokkal jobban rontja ezeknél szilárdsági jellemzőket, mint a közepes szilárdságú szerkezeti acélokét. szerkezeti szilárdság ezért nem lesz érzékelhetően nagyobb. σ r [N/mm 2 ] 300 200 100 0 I kv.o* I kv.o * 3.3.65. ábra Nagyszilárdságú és közepes szilárdságú acél ( és ) kifáradási lüktető szilárdsága különböző típusú hegesztett kötésnél. * kiviteli osztályokat később ismertetjük 43
2) Csillapítatlan acélból hengerelt idomacélok sarkainál, és hidegalakított alkatrész zónák környezetében ne legyen hegesztési varrat. (Öregedés, rideg törés) Hibás! hidegen hajlított szakaszon nem lehet hegesztési varrat. Jó. hidegen hajlított szakasztól mért távolság legalább 5 t. 3.3.66. ábra Rideg törés veszélye 3) Takarékoskodjunk a hegesztési varrattal, lehetőleg kevés és kis gyökméretű varratot alkalmazzunk. árasztó igénybevétel esetén azonban a legrövidebb varrat: l min 10a legyen. (3.3.89) Rossz Megfelelő Jó 3.3.67. ábra Varratok számának csökkentése 4) Szakaszos varratot csak főleg statikus igénybevételre kitett hegesztett kötéseknél használjunk, mert a varrat végénél jelentkező végkráter feszültséggyűjtő hatást jelent. végkráter hatása kiküszöbölhető ha a 3.3.68. ábra szerinti kifutólemezeket alkalmazzuk, amelyekben a varratot folytatjuk, majd hegesztés után a kifutó lemezeket a bennük lévő végkráterekkel együtt lemunkáljuk. 3.3.68. ábra Kifutólemezek alkalmazása 5) lkatrészekként részesítsük előnyben a hengerelt idomacélokat, lemezből hajlított profilokat, lemezeket. bonyolultabb részeket akár kovácsolt, sajtolt, öntött kivitelben készítsük el, majd ezeket hegesszük a helyükre. 44
6) z összehegesztett alkatrészek tájolására megmunkált felületeket csak kis darabszám esetén készítsünk, egyébként a pozicionálást célszerszámokkal valósítsuk meg. Ütköző felülettel Hegesztő készülékkel 3.3.69. ábra Hegesztett fogaskerék alkatrészeinek pozicionálása hegesztéshez 7) Csökkentsük a zsugorodási feszültségeket és feszültséggyűjtő hatásokat, hagyjuk a hegesztett alkatrészeket szabadon alakváltozni, a hegesztési varratokat vigyük el csúcsfeszültségi helyek környezetéből. Helyes varratelhelyezés varrat a feszültséggyüjtő hatást okozó saroktól távol helyezkedik el. Hibás varratelhelyezés varrat a csúcsfeszültségi helyen van. 3.3.70. ábra Préskeret összehegesztése táblalemezekből 8) Dinamikus igénybevételre legjobb a tompa varrat. 3.3.71. ábra z erőfolyam útja tompa varratnál nem törik meg Átlapolt Hevederes Tompa kötés kötés varrat 9) Zavartalan erőfolyamra kell törekedni, az alkatrészek keresztmetszeteinek hirtelen merevség változásait el kell kerülni az erőfolyam mentén. 45
1:4 1:4 1:4 3.3.72. ábra Eltérő vastagságú lemezek kötése 10) hegesztés után megmunkált illesztési felületeken ne legyen hegesztési varrat. 3.3.73. ábra Illesztési felület lemunkálása 11) varrathalmozódást kerülni kell. 3.3.74. ábra bal oldalán a hosszvarratok valamennyi szegmensnél találkoznak egymással, ami varrathalmozódást okoz. Helytelen elrendezés Helyes elrendezés 3.3.74. ábra Nyomástartó berendezés hossz és keresztvarratai. 3.3.75 ábra bal oldalán a hibákat nyilak mutatják. merevítő borda nem végződhet csúcsban, mert hegesztéskor leolvad. sarokban három varrat találkozik. Hibás Megfelelő 3.3.75. ábra Merevítő borda bekötése 46
12) Ponthegesztésnél a lemezeket eltávolító terhelést kerülni kell. Ponthegesztést főleg nyíró igénybevételre használjunk! 3.3.76. ábra Ponthegesztett kötés kiszakadása 13) Ne legyen a varrat gyökoldala húzott zónában. 3.3.77. ábra szerinti varratigénybevé-telt kerülni kell, ugyanis a varraton belüli feszültségelőjel váltás kedvezőtlen a varratra. példa arra az esetre szól, ha mégis kénytelenek vagyunk a varratot hajlításra terhelni. Erők Helytelen Helyes megoldás 3.3.77. ábra Varrat hajlítása 14) Sarokvarrat lehetőleg kettős varrat kivitelbe készüljön, dinamikus igénybevételnél homorú legyen. 3.3.78. ábrán balról jobbra haladva: rossz elfogadható jó varrat. 3.3.78. ábra Sarokvarratok 15) Csavaró igénybevételű alkatrészek lehetőleg zárt szelvényből készüljenek, és a varrat is egy zárt területet határoljon. Nyitott szelvények nem alkalmasak csavaró igénybevétel-re. Kifejezetten kedvezőek erre a cső és a nyitott szelvényekből képezett zárt szelvényű tartók. 3.3.79. ábra U tartókból hosszvarrattal készített Zárt szelvényű tartót mutat csavaró igénybevétel felvételére. T T T T Nyitott szelvény Cső Zárt szelvény 3.3.79. ábra 47
Csavarónyomaték felvétele 16) szimmetrikus hajlított szelvények terhelése lehetőleg a nyírási középpontban történjen. x M S M S x M T=. x M T=0 3.3.80. ábra szimmetrikus szelvényű tartó terhelése a súlypontban és az M nyírási középpontban. T a csavarónyomaték. 17) Hengerlési síkra merőleges húzófeszültséget kerülni kell a teraszos repedés veszélye miatt. 3.3.81. ábra Teraszos repedés a hengerelt lemez merőleges irányú húzásakor 18) hegesztési varratok hozzáférhetőek legyenek a kiválasztott hegesztési technológiához és az előírt roncsolás mentes vizsgálatokhoz. 3.3.82. ábrán az I tartók miatt a sarokvarratok nem férhetők jól hozzá. U gerendák alkalmazása esetén a varratok jól hozzáférhetők. Hibás Jó 3.3.82. ábra Példa a rossz és a jó varrathozzáférésre 48
49
3.3.5.4. Hegesztett kötések méretezése statikus igénybevételre Mint általában, itt is az erőfolyam útját követjük. méretezés alapkérdése, hogy a veszélyes keresztmetszetben ébredő feszültség a megengedhető feszültség alatt van-e. Hegesztett kötéseknél két jellegzetes mérettel számítjuk a keresztmetszet jellemzőit: 1) gyökméret a 2) varrat hossza l 1) Gyökméret rögzítése különféle varratok gyökméretét a 3.3.83. ábra szerint vesszük fel a számításokhoz. z ábrán felrajzolt különböző vastagságú lemezek tompa illesztését kerülni kell. Ebben az esetben a vastagabbik lemezt le kell munkálni a vékonyabbik lemez vastagságára a varrat közelében. v a=v a v 1 v 2 a=v 1 Kerülni kell! a=v v 3.3.83. ábra Gyökméret értelmezése 2) Varrat hossza Általában l = l t, ahol (3.3.90) l t a varrat teljes hossza. Nem zárt varratnál: l = lt 2 a (3.3.91) a varrat elején és végén fellépő kráterképződés miatt. hegesztési varratban ébredő feszültségek varratban ébredő feszültségeket általában elemi módon számítjuk: σ= a l τ= V a l (3.3.92) feszültségeket a 3.3.84. és 3.3.85. ábra szerinti összetevőkre bontjuk. varratok hossztengelyében értelmezünk egy síkot, amelyre a σ, τ II, τ feszültségkomponenseket vonatkoztatjuk. 50
varrat tengelyére merőleges másik síkban értelmezzük a σ II feszültséget. τ τ ΙΙ σ σ ΙΙ Sarokvarratnál: 3.3.84. ábra Tompavarrat feszültségkomponenseinek értelmezése τ ΙΙ τ σ ΙΙ σ 3.3.85. ábra eszültségkomponensek sarokvarratnál szilárdsági ellenőrzéshez az un. összehasonlító feszültséget kell kiszámítani: ( ) 2 2 2 2 ö II II II σ = σ + σ σ σ + 3 τ + τ (3.3.93) varrat megfelel, ha σ ö σ H, ahol a határfeszültség σ H függ a gyengébbik anyag folyáshatárától: R eh, hegesztés jósági fokától: ϕ, valamint a kockázatot is tartalmazó biztonsági tényezőtől: z : R σh = eh ϕ (3.3.94) z 51