Pin
Send
Share
Send


Hegesztés egy olyan gyártási folyamat, amely összekapcsolódik az anyagokkal, általában fémekkel vagy hőre lágyuló műanyagokkal. Ezt gyakran úgy végezzük, hogy a munkadarabokat megolvasztjuk és egy töltőanyagot adunk hozzá, hogy olvadt anyagból álló medencét képezzenek (a hegesztési pocsolya), amely lehűl, hogy erős ízület legyen. Időnként a hegesztést nyomás alkalmazásával állítják elő, hővel vagy anélkül. Ezzel szemben a forrasztás és keményforrasztás magában foglalja az alacsonyabb olvadáspontú anyag megolvasztását a munkadarabok között, hogy kötés jöjjön létre közöttük, anélkül, hogy a munkadarabok megolvadnának.

Különböző energiaforrások használhatók hegesztéshez, ideértve a gázlángot, egy elektromos ívot, egy lézert, egy elektronnyalábot, a súrlódást és az ultrahangot. Noha ez gyakran ipari folyamat, a hegesztés számos különféle környezetben elvégezhető, ideértve a szabadtéri, a víz alatti és az űrben is. A hegesztés a helyétől függetlenül veszélyes marad, és óvintézkedéseket kell tenni az égési sérülések, az áramütés, a mérgező füst és az ultraibolya sugárzásnak való kitettség elkerülése érdekében.

A tizenkilencedik század végéig az egyetlen hegesztési eljárás a kovácsolt hegesztés volt, amelyet a kovácsok évszázadok óta használnak fémek összekapcsolására hevítés és dobás közben. Az ívhegesztés és az oxigénüzem hegesztés volt az elsők között, amelyeket a század végén fejlesztettek ki, és az ellenálláshegesztés nem sokkal később következett be. A hegesztési technológia gyorsan fejlődött a huszadik század elején, amikor az első és a második világháború vezette a megbízható és olcsó csatlakozási módszerek iránti igényt. A háborúkat követően számos modern hegesztési technikát fejlesztettek ki, beleértve a kézi módszereket, mint például az árnyékolt fém ívhegesztés, amely ma az egyik legnépszerűbb hegesztési módszer, valamint a félautomata és automatikus folyamatokat, például a gázfém ívhegesztést, a merülő ívhegesztést és fluxusmagos ívhegesztés. A fejlesztések folytatódtak a lézersugár hegesztés és az elektron sugaras hegesztés feltalálásával a század második felében. Ma a tudomány tovább halad. A robothegesztés az ipari környezetben egyre gyakoribb, és a kutatók továbbra is új hegesztési módszereket fejlesztenek, és jobban megismerik a hegesztés minőségét és tulajdonságait.

A jövőben a hegesztés alapvető szerepet játszik az ember új felfedezésének és építésének fejlesztésében. Valószínűnek tűnik, hogy a hegesztés nem váltható fel, egyszerűen a folyamat hatékonysága és tartóssága miatt.

Történelem

A vas oszlop Delhiben.

A fémek összekapcsolásának története több évezredre nyúlik vissza, a hegesztés legkorábbi példáival Európában és a Közel-Keleten a bronzkor és a vaskorszak kezdődött. A hegesztést az indiai delhibi vaspillér építésében használták, körülbelül 310-re állítottak fel és súlya 5,4 tonna.1 A középkor előrelépést hozott a kovácsolt hegesztés területén, amelyben a kovácsok hevített fémrétegeket többször dobtak fel, amíg a kötés meg nem történt. 1540-ben Vannoccio Biringuccio jelent meg De la pirotechnia, amely tartalmazza a kovácsolási művelet leírását. A reneszánsz kézművesek képzettek voltak a folyamatban, és az ipar az elkövetkező évszázadokban tovább fejlődött.2 A hegesztés azonban a tizenkilencedik században átalakult. 1800-ban Sir Humphry Davy felfedezte az elektromos ívot, és az ívhegesztés terén folytatódott az orosz, Nikolai Slavyanov és az amerikai CL Coffin által az 1800-as évek végén feltárt fémelektródák fejlesztése, még szén-ívhegesztésként is. széndielektróda, népszerűvé vált. 1900 körül A. P. Strohmenger kiadott egy bevont fém elektródát Nagy-Britanniában, amely stabilabb ívet adott, és 1919-ben C. J. Holslag fedezte fel váltakozó áramú hegesztést, ám ez még egy évtized óta nem vált népszerűvé.3

Az ellenállás-hegesztést a tizenkilencedik század utolsó évtizedeiben is kifejlesztették, az első szabadalmakkal 1885-ben Elihu Thompson jutott el, aki további haladást eredményezett a következő 15 évben. A termithegesztést 1893-ban találták ki, és ekkor egy másik eljárás, az oxigén-üzemanyag hegesztése jól megalapozott lett. Az acetilént 1836-ban fedezte fel Edmund Davy, ám hegesztésében kb. 1900-ig volt gyakorlati alkalmazása, amikor egy megfelelő fúvókát fejlesztettek ki.4 Eleinte az oxigénüzem hegesztése volt a legnépszerűbb hegesztési módszerek, hordozhatóságának és viszonylag alacsony költségének köszönhetően. A huszadik század előrehaladtával azonban az ipari alkalmazások kedvezőtlennek bizonyultak. Ez nagyrészt helyett ívhegesztéssel váltotta fel, mivel az elektród fém burkolatait (fluxusnak nevezik), amelyek stabilizálják az ívot és megvédik az alapanyagot a szennyeződésektől.5

Az I. világháború jelentős hevítést okozott a hegesztési folyamatok alkalmazásában, mivel a különféle katonai hatalmak megpróbálták meghatározni, hogy a több új hegesztési eljárás közül melyik lenne a legjobb. A britek elsősorban ívhegesztést alkalmaztak, még hajó építésére is Fulagar, teljesen hegesztett testtel. Az amerikaiak inkább tétováztak, de kezdték felismerni az ívhegesztés előnyeit, amikor a folyamat lehetővé tette hajóik gyors javítását a háború elején a New York-i kikötőben lévő német támadások után. Az ívhegesztést először a repülőgépekre is alkalmazták a háború alatt, mivel néhány német repülőgép-törzset a folyamat felhasználásával építettek.6

Az 1920-as években jelentős előrelépések történtek a hegesztési technológiában, ideértve az automatikus hegesztés bevezetését 1920-ban, amelyben az elektródavezetéket folyamatosan táplálták. A védőgáz sok figyelmet kapott tárgyaként, mivel a tudósok megpróbálták megvédeni a hegesztéseket az atmoszférában levő oxigén és nitrogén hatásaitól. A porozitás és a törékenység voltak az elsődleges problémák, és a kidolgozott megoldások között szerepelt a hidrogén, az argon és a hélium hegesztési légkörként történő felhasználása.7 A következő évtized folyamán további előrelépések tették lehetővé a reaktív fémek, például az alumínium és a magnézium hegesztését. Ez az automatikus hegesztés, a váltakozó áram és a fluxus fejleményeivel együtt az ívhegesztés jelentős növekedését táplálta az 1930-as években, majd a második világháború idején.8

A század közepén számos új hegesztési módszert fedeztek fel. 1930-ban kiadták a csaphegesztést, amely hamarosan népszerűvé vált a hajógyártásban. A merülő ívhegesztést ugyanabban az évben találták ki, és továbbra is népszerű. A gáz volfrám ívhegesztését évtizedes fejlesztés után 1941-ben végül tökéletesítették, a gázfém ívhegesztést pedig 1948-ban követték, lehetővé téve a színesfémek gyors hegesztését, de költséges árnyékológázok megkövetelésével. Az árnyékolt fém ívhegesztést az 1950-es években fejlesztették ki, felhasználva fogyóelektródát és széndioxid-atmoszférát védőgázként, és gyorsan vált a legnépszerűbb fém-ívhegesztési eljárássá. 1957-ben debütált a fluxusmagos ívhegesztési folyamat, amelyben az önvédett huzal-elektróda automatikus berendezésekkel használható volt, ami jelentősen megnövekedett hegesztési sebességet eredményezett, és ugyanabban az évben a plazma ívhegesztést is feltalálták. Az elektroszlag hegesztést 1958-ban vezették be, majd az unokatestvére, az elektromos gázhegesztés 1961-ben következett.9

A hegesztés legújabb fejleményei között szerepel az elektronnyaláb hegesztésének 1958-as áttörése, amely lehetővé teszi a mély és keskeny hegesztést a koncentrált hőforráson keresztül. A lézer 1960-ban történő feltalálását követően a lézersugár hegesztés évtizedekkel később debütált, és különösen hasznosnak bizonyult a nagysebességű, automatizált hegesztésnél. Mindkét eljárás továbbra is meglehetősen drága, a szükséges berendezések magas költsége miatt, és ez korlátozza alkalmazásukat.10

Hegesztési folyamatok

Ívhegesztő

Ezek a folyamatok hegesztő tápegységet használnak, hogy elektromos ívot hozzanak létre és tartsanak fenn az elektróda és az alapanyag között, hogy a hegesztési ponton fémek olvadjanak. Használhatnak egyenáramú (DC) vagy váltakozó (AC) áramot, valamint fogyó vagy nem fogyó elektródákat. A hegesztési régiót néha valamilyen inert vagy félig inert gáz védi, amelyet árnyékológáznak neveznek, és töltőanyagot is használnak.

Áramforrás

Az ívhegesztési folyamatokhoz szükséges villamos energia ellátásához számos különféle tápegység használható. A leggyakoribb osztályozás az állandó áramellátás és az állandó feszültségű tápegységek. Az ívhegesztésnél a feszültség közvetlenül kapcsolódik az ív hosszához, és az áram az alkalmazott hőmennyiséghez kapcsolódik. Az állandóáramú tápegységeket gyakran használják kézi hegesztési folyamatokhoz, például gázvolfram ívhegesztéshez és árnyékolt fém ívhegesztéshez, mivel ezek viszonylag állandó áramot tartanak fenn, még akkor is, ha a feszültség változik. Ez azért fontos, mert a kézi hegesztés során nehéz lehet az elektród tökéletes stabilitása, és ennek eredményeként az ívhossz és ezáltal a feszültség ingadozik. Az állandó feszültségű tápegységek állandóan tartják a feszültséget és változtatják az áramot, ennek eredményeként leggyakrabban automatizált hegesztési folyamatokhoz használják, például gázfém ívhegesztéshez, fluxusmaga-ívhegesztéshez és merülő ívhegesztéshez. Ezekben a folyamatokban az ívhosszot állandó értéken tartják, mivel a huzal és az alapanyag közötti távolság bármilyen ingadozása az áram nagy változásával gyorsan kiküszöbölhető. Például, ha a huzal és az alapanyag túl közel kerülnek egymáshoz, akkor az áram gyorsan növekszik, ami viszont növeli a hőt, és a huzal csúcsa megolvad, és visszatér az eredeti elválasztási távolságra.11

Az ívhegesztéshez használt áram típusa szintén fontos szerepet játszik a hegesztésben. A fogyó elektróda folyamatok, például árnyékolt fém ívhegesztés és gázfém ív hegesztés általában egyenáramot használnak, de az elektróda pozitív vagy negatív töltéssel is járhat. Hegesztésnél a pozitív töltésű anód nagyobb hőkoncentrációval rendelkezik, és ennek eredményeként az elektróda polaritásának megváltoztatása befolyásolja a hegesztés tulajdonságait. Ha az elektróda pozitív töltésű, akkor gyorsabban megolvad, növelve a hegesztési penetrációt és a hegesztési sebességet. Alternatív megoldásként egy negatívan töltött elektróda sekélyebb varratokat eredményez.12 A nem fogyó elektróda-folyamatok, például a gáz volfrám ívhegesztés, felhasználhatják mind az egyenáramot, mind a váltakozó áramot. Ugyanakkor egyenárammal, mivel az elektróda csak az ívot hozza létre, és nem nyújt töltőanyagot, a pozitívan töltött elektróda sekély varratokat okoz, míg a negatívan töltött elektróda mélyebb hegesztéseket eredményez.13 A váltakozó áram gyorsan mozog e kettő között, közepes áthatolású hegesztéseket eredményezve. Az AC egyik hátránya, hogy az ívet minden nulla átlépés után újra meg kell gyújtani, azzal foglalkozik, hogy olyan speciális erőegységeket találtak, amelyek négyzethullámú mintázatot generálnak a normál szinuszhullám helyett, lehetővé téve a gyors nulla átlépéseket és minimalizálva a probléma következményei.14

Eljárások

Árnyékolt fém ívhegesztés

Az ívhegesztés egyik leggyakoribb típusa az árnyékolt fém ívhegesztés (SMAW), amelyet kézi fém ívhegesztésnek (MMA) vagy pálcahegesztésnek is neveznek. Az elektromos áram az ív megütésére szolgál az alapanyag és az acélból készült, fogyasztható elektróda rúd között, és olyan fluxussal borítja, amely megvédi a hegesztési területet az oxidációtól és a szennyeződéstől azáltal, hogy CO2 gáz a hegesztés során. Maga az elektródamag töltőanyagként működik, így egy külön töltőanyag szükségtelenné válik.

A folyamat nagyon sokoldalú, viszonylag olcsó berendezésekkel elvégezhető, sokoldalúságának köszönhetően kiválóan alkalmas a bolt és a helyszíni munka elvégzésére.15 Az üzemeltető szerényen képzett képzettséggel ésszerűen jártas lehet, és tapasztalatokkal elsajátíthatja a mesterképzést. A hegesztési idő meglehetősen lassú, mivel a fogyóelektródákat gyakran cserélni kell, és mivel a salakot, a fluxusból származó maradékot hegesztés után el kell aprítani.16 Ezen túlmenően az eljárás általában vasfémek hegesztésére korlátozódik, bár a speciális elektródák lehetővé tették öntöttvas, nikkel, alumínium, réz és más fémek hegesztését. A tapasztalatlan üzemeltetők számára nehéz lehet jó pozíción kívüli hegesztések készítése ezzel a folyamattal.

A gázfém ívhegesztés (GMAW), más néven fém inert gáz hegesztés (MIG) is, félautomata vagy automatikus eljárás, amelynek során folyamatos huzalelektródát használnak elektródként, és egy inert vagy félig inert gázkeveréket használnak, hogy megvédjék a hegesztést a szennyeződés. Az SMAW-hez hasonlóan, szerény képzéssel is elérhető az ésszerű üzemeltetői jártasság. Mivel az elektróda folyamatos, a hegesztési sebesség nagyobb a GMAW-nál, mint az SMAW-nál. Ezenkívül az árnyékolt fém ívhegesztési eljáráshoz képest kisebb ívméret megkönnyíti a pozíción kívüli hegesztések készítését (például a felső csatlakozásokat, mintha egy szerkezet alatt hegesztnék).

A GMAW folyamat elvégzéséhez szükséges berendezés összetettebb és drágább, mint az SMAW esetében, és összetettebb beállítási eljárást igényel. Ezért a GMAW kevésbé hordozható és sokoldalú, és különálló árnyékológáz használata miatt nem különösen alkalmas kültéri munkákra. Mivel azonban a hegesztési varratkészítés magasabb átlagértéke van, a GMAW jól alkalmazható gyártási hegesztéshez. Az eljárás fémek széles skálájára alkalmazható, mind vas-, mind színesfémfémekre.17

Egy ehhez kapcsolódó eljárás, a fluxusmagos ívhegesztés (FCAW) hasonló berendezéseket használ, de huzalt használ, amely acél elektródból áll, amely körülveszi a por töltőanyagot. Ez a fonalas huzal drágább, mint a szokásos szilárd huzal, füstöt és / vagy salakot hozhat létre, de még nagyobb hegesztési sebességet és nagyobb fémbehatolást tesz lehetővé.18

Gáz volfrám ívhegesztés

A gáz volfrám ívhegesztés (GTAW) vagy a volfrám inert gáz (TIG) hegesztés (amelyet néha tévesen helliarc-hegesztésnek is neveznek) egy kézi hegesztési eljárás, amely nem fogyóképes volfrám elektródát, inert vagy félig inert gázkeveréket és egy külön töltőanyag. Különösen vékony anyagok hegesztésére használható, ezt a módszert stabil ív és jó minőségű hegesztések jellemzik, de jelentős kezelői ismereteket igényel, és csak viszonylag alacsony sebességgel valósítható meg.

A GTAW szinte minden hegeszthető fémen használható, bár leggyakrabban rozsdamentes acélra és könnyűfémekre alkalmazzák. Gyakran használják, amikor a minőségi hegesztések rendkívül fontosak, például kerékpár-, repülőgép- és haditengerészetben.19 A kapcsolódó folyamat, a plazma ívhegesztés szintén volfrám elektródát használ, de plazmagázt használ az ív előállításához. Az ív koncentráltabb, mint a GTAW ív, így a keresztirányú vezérlés kritikusabbá válik, és így általában korlátozza a technikát a gépesített folyamatra. Stabil áramának köszönhetően a módszer szélesebb anyagvastagságon alkalmazható, mint a GTAW eljárás, sőt, sokkal gyorsabb. A magnézium kivételével alkalmazható mind a GTAW anyagokra, mind a rozsdamentes acél automatikus hegesztése a folyamat egyik fontos alkalmazása. A folyamat variációja a plazmavágás, egy hatékony acélvágási folyamat.20

Az alámerített ívhegesztés (SAW) egy nagy hatékonyságú hegesztési módszer, amelynek során az ívot egy fedő fluxusréteg alá ütközik. Ez növeli az ívminőséget, mivel a légköri szennyeződéseket a fluxus blokkolja. A hegesztésen képződő salak általában önmagában válik ki, és folyamatos huzalvezetéssel együtt a hegesztési lerakódási sebesség magas. A munkakörülmények sokkal javultak, mint más ívhegesztési folyamatok, mivel a fluxus elrejti az ívot és szinte semmi füst nem képződik. Az eljárást általában az iparban használják, különösen nagy termékeknél és hegesztett nyomástartó edények gyártásakor.21 Egyéb ívhegesztési eljárások magukban foglalják az atomos hidrogénhegesztést, a szén-ívhegesztést, az elektroszlag hegesztést, az elektrógázhegesztést és a csapíves hegesztést.

Acél armatúra gázhegesztése az oxi-acetilén eljárás alkalmazásával

Gázhegesztés

A leggyakoribb gázhegesztési eljárás az oxi-üzemanyag hegesztés, más néven oxiacetilén hegesztés. Ez az egyik legrégebbi és sokoldalúbb hegesztési eljárás, ám az utóbbi években kevésbé vált népszerűvé az ipari alkalmazásokban. Még mindig széles körben használják csövek hegesztésére, valamint javítási munkákra. A berendezés viszonylag olcsó és egyszerű, általában acetilén oxigénnel történő elégetésével hegesztő láng hőmérséklete körülbelül 3100 ° C. A láng, mivel kevésbé koncentrált, mint egy elektromos ív, lassabb hegesztést okoz, ami nagyobb maradék feszültségeket és hegesztési torzulásokat eredményezhet, bár megkönnyíti a magas ötvözött acélok hegesztését. A fémek vágására hasonló, általában oxigén üzemanyag-darabolásra nevezett eljárást alkalmaznak.22 Más gázhegesztési módszerek, például a levegő-acetilén hegesztés, az oxigén-hidrogén hegesztés és a nyomás alatt álló gázhegesztés nagyon hasonlóak, általában csak az alkalmazott gázok típusától különböznek. Időnként vízlámpát használnak precíziós hegesztéshez, például ékszerekhez. A gázhegesztést a műanyag hegesztésben is használják, bár a hevített anyag levegő, és a hőmérsékletek sokkal alacsonyabbak.

Ellenállás-hegesztés

Az ellenálláshegesztés magában foglalja a hőtermelést azáltal, hogy áramot vezet át az ellenálláson, amelyet két vagy több fémfelület érintkezése okoz. Az olvadt fém kis medencéi képződnek a hegesztési területen, amikor a nagy áram (1000-100 000 A) áthalad a fémön. Általában véve az ellenállás-hegesztési módszerek hatékonyak és kevés szennyezést okoznak, de alkalmazásuk kissé korlátozott, és a felszerelés költségei magasak lehetnek.

Ponthegesztő

A ponthegesztés egy népszerű ellenállás-hegesztési módszer, amelyet legfeljebb 3 mm vastag fémlemezek összekapcsolására használnak. Két elektródát használnak egyszerre a fémlemezek egymáshoz rögzítéséhez és az áram áthaladásához a lemezekön. A módszer előnyei között szerepel a hatékony energiafelhasználás, a munkadarab korlátozott deformációja, a magas gyártási sebesség, az egyszerű automatizálás és a szükséges töltőanyagok nélkül. A hegesztési szilárdság szignifikánsan alacsonyabb, mint más hegesztési módszereknél, így a folyamat csak bizonyos alkalmazásokhoz alkalmas. Széles körben használják az autóiparban - a közönséges autók több ezer ponthegesztéssel rendelkeznek ipari robotok által. A rozsdamentes acél pontszerű hegesztésére speciális eljárás, úgynevezett préshegesztés használható.

A ponthegesztéshez hasonlóan a varrathegesztés két elektródra támaszkodik, hogy nyomást és áramot biztosítsanak a fémlemezek összekapcsolásához. A hegyes elektródok helyett azonban kerék alakú elektródok gördülnek és gyakran táplálják a munkadarabot, lehetővé téve hosszú, folyamatos hegesztéseket. A múltban ezt a folyamatot italcsészék gyártásánál használták, de manapság korlátozottabban használják. Egyéb ellenállás-hegesztési módszerek közé tartozik a gyorshegesztés, az előrevetített hegesztés és az ideges hegesztés.23

Energianyaláb hegesztés

Az energianyaláb-hegesztési módszerek, nevezetesen a lézersugár-hegesztés és az elektronnyaláb-hegesztés viszonylag új folyamatok, amelyek meglehetősen népszerűek a magas termelésű alkalmazásokban. A két folyamat meglehetõsen hasonlít egymással, leginkább az energiaforrásukban különbözik egymástól. A lézersugár hegesztés során erősen fókuszált lézersugarat alkalmaznak, míg az elektronnyaláb hegesztését vákuumban és egy elektron sugarat használnak. Mindkettő nagyon magas energia sűrűséggel rendelkezik, lehetővé téve a hegesztés mély behatolását és minimalizálva a hegesztési terület méretét. Mindkét folyamat rendkívül gyors és könnyen automatizálható, így rendkívül eredményes. Az elsődleges hátrányok a nagyon magas felszerelési költségek (bár ezek csökkennek) és a hőkrakkolásra való hajlamuk. A terület fejlesztései között szerepel a lézer-hibrid hegesztés, amely a lézernyaláb-hegesztés és az ívhegesztés alapelveit alkalmazza a még jobb hegesztési tulajdonságok elérése érdekében.24

Szilárdtest hegesztés

Az első hegesztési eljáráshoz hasonlóan, a kovácsolt hegesztéshez, néhány modern hegesztési módszer nem foglalja magában az összeilleszthető anyagok olvadását. Az egyik legnépszerűbb ultrahangos hegesztés fém vagy hőre lágyuló műanyag vékony lemezek vagy huzalok összekapcsolására szolgál, nagy frekvencián és nagy nyomáson rezegtetve. Az alkalmazott berendezések és módszerek hasonlóak az ellenálláshegesztéshez, ám az elektromos áram helyett a rezgés energiát szolgáltat. A fémek hegesztése ezzel a módszerrel nem jár az anyagok megolvasztásával; ehelyett a hegesztést úgy hozzák létre, hogy mechanikus rezgéseket vezet be vízszintesen nyomás alatt. A műanyagok hegesztésekor az anyagok olvadáspontjának hasonlónak kell lennie, és a rezgéseket függőlegesen kell bevezetni. Az ultrahangos hegesztést általában alumíniumból vagy rézből történő elektromos csatlakozások készítésére használják, és ez szintén nagyon gyakori polimer hegesztési eljárás.

Egy másik általános eljárás, a robbanáshegesztés, magában foglalja az anyagok összekapcsolását rendkívül magas nyomás alatt egymáshoz nyomással. Az ütésből származó energia lágyítja az anyagokat, és hegesztést hoz létre, bár csak korlátozott mennyiségű hő képződik. Az eljárást általában különböző anyagok hegesztésére használják, például alumínium hegesztésére acéllal a hajótestekben vagy az összetett lemezekben. Egyéb szilárdtest hegesztési eljárások magukban foglalják a koekstrudálásos hegesztést, a hideghegesztést, a diffúziós hegesztést, a súrlódásos hegesztést (beleértve a súrlódásos hegesztést), a magas frekvenciájú hegesztést, a melegnyomású hegesztést, az indukciós hegesztést és a hengerhegesztést.25

Geometria

Általános hegesztési típusok: (1) négyszögletes fenékcsatlakozás, (2) egyszeres V-előkészítő csukló, (3) horonycsukló, (4) T-csukló

A hegesztések geometriailag elkészíthetők sokféleképpen. A hegesztés öt alapvető típusa a fenékcsukló, a sarokcsukló, sarokcsukló, élcsukló és a T-csukló. Egyéb variációk is léteznek, például a kettős V előkészítésű hézagokat az jellemzi, hogy a két anyagdarab magasságának felében egy középpontba kúpos. Az egy- és a kettős-U előkészítő hézagok szintén meglehetősen gyakoriak - ahelyett, hogy egyenes és kettős-V előkészítő hézagokkal rendelkeznek, hajlítottak, U alakúak. Ugyanakkor a hüvelyek általában több, mint kettő. darab vastag darabok - az alkalmazott eljárástól és az anyag vastagságától függően sok darab összehegeszthető kétlemezű geometriával.26

Gyakran bizonyos hegesztési terveket kizárólag vagy csaknem kizárólag bizonyos hegesztési eljárások használnak. Például az ellenállás-ponthegesztést, a lézersugár-hegesztést és az elektronnyaláb-hegesztést leggyakrabban az övcsuklókban végzik. Egyes hegesztési módszerek, például az árnyékolt fém ívhegesztés rendkívül sokoldalúak és gyakorlatilag bármilyen típusú illesztést hegeszthetnek. Ezenkívül bizonyos eljárások felhasználhatók többirányú hegesztések előállítására, amelyek során az egyik hegesztést hagyjuk lehűlni, majd egy másik hegesztést végeznek rajta. Ez lehetővé teszi például az egy V-os előkészítő hézagban elrendezett vastag profilok hegesztését.27

Egy hegesztett fenékhüvely keresztmetszete, ahol a hegesztett szürke a hegesztési vagy fúziós zónát képviseli, a közepes szürke a hő hatására zónát, és a legvilágosabb szürke az alapanyagot.

Hegesztés után számos különböző régió azonosítható a hegesztési területen. Maga a hegesztést nevezetesen fúziós zónának nevezzük, pontosabban abban az esetben, ha a hegesztési folyamat során a töltőanyagot lerakották. A fúziós zóna tulajdonságai elsősorban az alkalmazott töltőfémetől és annak alapanyagokkal való kompatibilitásától függenek. A hőhatású zóna veszi körül, ahol a hegesztés megváltoztatta annak mikroszerkezetét és tulajdonságait. Ezek a tulajdonságok az alapanyag viselkedésétől függenek, ha hőnek vannak kitéve. A fém ezen a területen gyakran gyengébb, mint mind az alapanyag, mind a fúziós zóna, és ott is vannak maradványfeszültségek.28

Minőség

A hegesztés minőségének megítélésénél főként a szilárdságot és az azt körülvevő anyag szilárdságát használják. Számos különféle tényező befolyásolja ezt, ideértve a hegesztési módszert, a hőbevitel mennyiségét és koncentrációját, az alapanyagot, a töltőanyagot, a fluxus anyagot, a hézag kialakítását és az említett tényezők közötti kölcsönhatásokat. A hegesztés minőségének tesztelésére általában roncsolásos vagy roncsolásmentes tesztelési módszereket alkalmaznak annak ellenőrzésére, hogy a hegesztések hibátlanok-e, elfogadható-ea maradék feszültségek és torzulások, valamint hogy elfogadható-ea hőhatású zóna (HAZ) tulajdonságai. Hegesztési előírások és előírások léteznek, amelyek a hegesztők megfelelő hegesztési technikájához és a hegesztések minőségének megítéléséhez vezetnek.

Hő által érintett zóna

A csőhegesztés HAZ-je, ahol a kék terület a fém által a hő által leginkább érintett

A hegesztésnek a hegesztést körülvevő anyagra gyakorolt ​​hatása káros lehet - az alkalmazott anyagoktól és a hegesztési eljárás hőfelhasználásától függően a HAZ változó méretű és szilárdságú lehet. Az alapanyag hődiffúzivitása nagy szerepet játszik - ha a diffúzivitás magas, akkor az anyag lehűtési sebessége magas, és a HAZ viszonylag kicsi. Ezzel szemben az alacsony diffúziós képesség lassabb hűtést és nagyobb HAZ-t eredményez. A hegesztési folyamat által beinjektált hőmennyiség szintén fontos szerepet játszik, mivel az olyan folyamatok, mint az oxiacetilénhegesztés nem koncentrálódnak a hőmennyiséggel, és növelik a HAZ méretét. Az olyan folyamatok, mint a lézersugár hegesztés, erősen koncentrált, korlátozott mennyiségű hőt szolgáltatnak, kicsi HAZ-t eredményezve. Az íves hegesztés e két szélsőség között esik, az egyes folyamatok hőátadása kissé változhat.2930 Az ívhegesztési eljárások hőfelhasználásának kiszámításához a következő képletet lehet használni:

hol Q = hőfelhasználás (kJ / mm), V = feszültség (V), én = áram (A), és S = hegesztési sebesség (mm / perc). A hatékonyság az alkalmazott hegesztési eljárástól függ, 0,75 értékű árnyékolt fém ívhegesztéssel, gázfém ívhegesztéssel és merülő ívhegesztéssel, 0,9 és gázvolfram ívhegesztéssel, 0,8.31

Torzítás és repedés

Azok a hegesztési módszerek, amelyek során a fém megolvad a hézag helyén, szükségszerűen hajlamosak zsugorodásra, amikor a hevített fém lehűl. A zsugorodás viszont fennmaradó feszültségeket, valamint hosszanti és forgási torzulásokat idézhet elő. A torzítás komoly problémát jelenthet, mivel a végtermék nem a kívánt alak. A forgási torzítás enyhítése érdekében a munkadarabok eltolhatók, így a hegesztés megfelelő alakú darabot eredményez.32 A torzítás korlátozásának más módszerei, például a munkadarabok rögzítése a helyén, az alapanyag hőhatásnak kitett zónájában fennmaradó feszültség keletkezik. Ezek a feszültségek csökkenthetik az alapanyag szilárdságát, és katasztrófikus meghibásodásokhoz vezethetnek hidegrepedés következtében, mint sok Liberty hajó esetében. A hidegkrakkolás az acélokra korlátozódik, és összekapcsolódik a martenzit képződésével, amikor a varrat lehűl. A repedés az alapanyag hőhatású zónájában fordul elő. A torzulás és a maradék feszültségek csökkentése érdekében a bemenő hőmennyiséget korlátozni kell, és a hegesztési sorrendnek nem az egyik végétől a másikig kell lennie, hanem szegmensekben. A másik típusú krakkolás, forró krakkolás vagy megszilárdulási krakkolás minden fémen előfordulhat, és a hegesztés hegesztési zónájában fordul elő. Az ilyen típusú repedések valószínűségének csökkentése érdekében kerülni kell az anyag felesleges visszatartását, és megfelelő töltőanyagot kell használni.33

Hegeszthetőség

A hegesztés minősége az alapanyag és a töltőanyag kombinációjától is függ. Nem minden fém alkalmas hegesztésre, és nem minden töltőfém működik jól az elfogadható alapanyagokkal.

Acél

Az acélok hegeszthetősége fordítottan arányos egy olyan tulajdonsággal, amelyet az acél edzhetőségének hívnak, amely a martenzit hőkezelés során történő képződésének egyszerűségét méri. Az acél keményedhetősége a kémiai összetételétől függ, nagyobb mennyiségű szén és más ötvöző elemekkel nagyobb edzhetőséget és így alacsonyabb hegeszthetőséget eredményezve. Annak érdekében, hogy meg lehessen ítélni számos különféle anyagból készült ötvözeteket, az ekvivalens széntartalom néven ismert mértéket alkalmazzuk a különböző ötvözetek relatív hegeszthetőségének összehasonlítására, összehasonlítva azok tulajdonságait a sima szénacélhoz. Az olyan elemek, mint a króm és a vanádium hegeszthetőségére gyakorolt ​​hatás, bár nem olyan nagy, mint a szén, jelentősebb, mint például a réz és a nikkelé. Az ekvivalens széntartalom növekedésével az ötvözet hegeszthetősége csökken.34 Az egyszerű széntartalmú és alacsony ötvözetű acélok használatának hátránya az alacsonyabb szilárdságuk - kompromisszum van az anyag szilárdsága és az hegeszthetőség között. A nagy szilárdságú, kevés ötvözött acélokat fejlesztettek ki különösen a hegesztéshez az 1970-es években, és ezek általában könnyen hegeszthető anyagok jó szilárdságúak, így sok hegesztési alkalmazáshoz ideálisak.35

A rozsdamentes acélok magas krómtartalma miatt hegeszthetőségük szempontjából másképp viselkednek, mint más acélok. Az austenit rozsdamentes acélok általában a leg hegeszthetőbbek, de különösen érzékenyek a torzításra magas hőtágulási együtthatójuk miatt. Néhány ilyen típusú ötvözet hajlamos a repedezésre és a korrózióállóság csökkentésére is. Forró krakkolás akkor lehetséges, ha a hegesztésben a ferritmennyiséget nem kontrollálják - a probléma enyhítésére elektródot használnak, amely egy kis mennyiségű ferritt tartalmazó hegesztett fém lerakására szolgál. Más típusú rozsdamentes acélok, például a ferrites és a martenzites rozsdamentes acélok nem olyan könnyen hegeszthetők, ezért ezeket előmelegíteni és speciális elektródákkal hegeszteni kell.36

Alumínium

Az alumíniumötvözetek hegeszthetősége jelentősen változik, az alkalmazott ötvözet kémiai összetételétől függően. Az alumíniumötvözetek hajlamosak a melegrepedésre, és a probléma leküzdése érdekében a hegesztők megnövelik a hegesztési sebességet, hogy csökkentsék a hőteljesítményt. Az előmelegítés csökkenti a hegesztési zóna közötti hőmérsékleti gradienst, és ezáltal hozzájárul a forró krakkolás csökkentéséhez, de csökkentheti az alapanyag mechanikai tulajdonságait, ezért nem szabad használni, ha az alapanyag korlátozott. A hézag kialakítása is megváltoztatható, és egy kompatibilis töltőötvözet választható a forró repedés valószínűségének csökkentése érdekében. Az alumíniumötvözeteket a hegesztés előtt is meg kell tisztítani azzal a céllal, hogy az összes oxid, olaj és laza részecske eltávolításra kerüljön a hegeszthető felületről. Ez különösen fontos, mivel az alumínium varratok hajlamosak a hidrogén és az oxigén porossága szempontjából.37

Szokatlan feltételek

Víz alatti hegesztés

Míg sok hegesztési eljárást ellenőrzött környezetben, például gyárakban és javítóműhelyekben végeznek, egyes hegesztési eljárásokat általában nagyon sokféle körülmények között alkalmazzák, például szabadtéri, víz alatti és porszívók (például űr)

Pin
Send
Share
Send