HEGESZTÉSBEVEZETÉS

Dr. DudDr. Dudáás Zolts Zoltáánn

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Anyagtudomány és Technológia Tanszék

Történeti áttekintés 1.1724: Desaguliers az Angol Királyi Társaságnak bemutatja két

ólomrúd egyesítését nyomás és csavarás egyidejűalkalmazásával.

1802: Vaszilij Petrov tanulmányozza a villamos ívet és annak tulajdonságait.

1820: Dawy két szénrúd között keltett ívet vizsgál.1849: Staite Angliában eljárást szabadalmaztat fémek

villamos ívvel történő hegesztésére.1877: Elihu Thomson felfedezi az ellenállás tompahegesztés

elvét.1855: Benardosz grafitelektródával létrehozott ívvel fémet

hegeszt.1866: Thomson szabadalmaztatja az ellenállás

tompahegesztéssel kapcsolatos tanulmányát.

2

Történelmi áttekintés 2.1887: Benardosz két grafitelektróda segítségével ellenállás

ponthegesztést végez.1888: Szlavjanov szabadalmaztatja a fémelektródás

ívhegesztést.1889: Zerener kifejleszti a két grafitelektródás ívhegesztést.1892: Karbidból acetilént állítanak elő.1895: Goldschmidt kifejleszti a termithegesztést.1898: Az ellenállás ponthegesztést alkalmazzák edények

hegesztésére.1890: Szabadalmat adnak a dörzshegesztésre. Az acetilén

elégetéséhez égőt fejlesztenek ki. Elkezdik a gázhegesztés ipari alkalmazását.

1903: Kidolgozzák a leolvasztó tompahegesztést.

3

Történeti áttekintés 3.1906: Fouche elkészíti a ma is használatos lánghegesztő

pisztolyt. A lánghegesztés elterjed az iparban.1908: Mártó eljárással bevont elektródákat alkalmaznak kézi

ívhegesztésre. A svéd Ottó Kjellberg szabadalmat kap bevonatos elektródákra.

1909: Schönherr elvégzi az első szűkített-ív kísérleteket.1915: Az ellenállás ponthegesztést alkalmazzák

autókarosszériák gyártásánál.1918: Elkészítik az első leolvasztó tompahegesztő gépet.1919: Roberts és von Nuys védőgázas hegesztési kísérleteket

végez.1920-1930: Dulcsevszkij, Thomson, Lincoln vizsgálják a CO2 gáz

védőgázként való alkalmazhatóságát

4

Történeti áttekintés 4.1922: Gerdien és Lotz nagyhőmérsékletű (50000 K) plazmát

állít elő.1923: Alexander Dulcsevszkij kísérleteket végez poralatti

ívhegesztéssel.1926: Langimur kidolgozza az arcatom hegesztést ( 1934-ben

ezért fizikai Nobel-díjat kapott).1928: Sajtolással bevont elektródákat gyártanak.1929: Alexander Dulcsevszkij szabadalmaztatja a poralatti

ívhegesztést.1930: Fobinoff, Faine és Quillen szabadalmat kap a poralatti

ívhegesztésre.Az ellenálláshegesztést széles körben alkalmazzák aziparban.A bevontelektródás gépesített ívhegesztést bevezetik azIparba (Kjelberg).

5

Történeti áttekintés 5.

1931: Csepelen megkezdik a bevonatos elektródák gyártását. Hegesztett hidat építenek Európában.

1935: Fedettívű hegesztéssel kapcsolatos kísérleteket végeznek (Union Carbid).

1936: Kifejlesztik a W-elektródás, argon-védőgázas ívhegesztést.A Paton Intézetben kidolgozzák az automatikusporalatti ívhegesztést.A bevontelektródás sinalatti ívhegesztést alkalmazzákaz iparban.

1943: Kifejlesztik a félig gépesített poralatti ívhegesztést.1946: Kidolgozzák a hidegsajtoló hegesztést.

6

Történeti áttekintés 6.1948: Az argon-védőgázas, fogyóelektródás ívhegesztést

alkalmazzák.1949: A Paton Intézetben kidolgozzák a salakhegesztést.1950-1952: Lyubovszkij és Novozsilov kidolgozzák a CO2 –

védőgázas ívhegesztést.1952: Megjelenik a plazmavágás és plazmahegesztés.1953: A CO2 –védőgázas ívhegesztést bevezetik az

iparba.1954: Megalkotják az ipari robot fogalmát. Az iparban

alkalmazzák védőgázas porbeles elektródahuzalt.1955: Bevezetik az iparba a hidegsajtoló hegesztést.1956: Csudikov elkezdi a dörzshegesztés gyakorlati

alkalmazását.

7

Történeti áttekintés 7.1957: Kifejlesztik az elektronsugaras hegesztést.1958: A dörzshegesztés széles körben elterjed.1959: A CO2 –védőgázas ívhegesztést bevezetik

Magyarországon.1960: Bemutatják az első fényerősítőt, egy rubinlézert.1961: A plazmahegesztést bevezetik az iparba.1962: Megjelennek az első ipari robotok.

Kifejlesztik az önvédő porbeles elektródahuzalokat.

8

Történeti áttekintés 7.

1963: Ipari robotokat állítanak üzembe.1964: A párizsi bienálén (Biennale de le Machine

Qutil) bemutatják a mikroplazma hegesztőberendezést.

1967: Az ipari robotok széles körben elterjednek.1969: Kísérleti hegesztéseket végeznek az űrben.1982: Az első hegesztőrobotot üzembeállítják

Magyarországon.1995: Kifejlesztik a Friction Stir hegesztést.

9

Kötési eljárások csoportosítása

KÖTÉSEK

ALAKKAL ZÁRÓ SÚRLÓDÁSSAL ZÁRÓ ANYAGGAL ZÁRÓ

Ék-, csap-, szegecskötés

Tengelyagy-kötések

Elemek a helyzetbiztosításhoz

Pattintó-, feszítő- és szorítókötések

Karimás- és csavaros kötések

Sajtolt tengelyagy-kötések Rugalmas közbenső elemekkel Rugalmas közbenső elemek nélkül

HEGESZTETT KÖTÉSEK

FORRASZTOTT KÖTÉSEK

RAGASZTOTT KÖTÉSEK

10

Miért kell a hegesztést, a kötési technológiákat külön is tanulni? (MIT)

Mert a hegesztés integráló tárgyFontos technológia a hegesztésMindenütt jelen vanSok törés történik a hegesztéseknélGyakran úgy kezelik, mint külön tudománytKomplex eljárásKevés a témakörben jól képzett mérnök

11

INTEGRÁLÓ

Lehetővé teszi fizikusok, kémikusok és más tudományok művelőinek együttes munkáját

12

Fontos technológiaLehetővé teszi nagy méretű szerkezetek elkészítésétCsökkenti a szerkezet árát

Csöveket kézzel készítették az 1930-as évekig amikor az első hegesztett csövet legyártották

Növeli a minőséget és a megbízhatóságot A szerkezet minősége közvetlen kapcsolatban van a kötések minőségévelAz 1980-s évek közepén az MIT Professzora 6 törést vizsgált két autónál, mindegyik törés a kötéseknél következett beA Challenger űrhajó katasztrófája egy O- gyűrűs kötésnél kialakult törés miatt jött létre

13

Mindenhol alkalmazzák

Mi az a legnagyobb szerkezet amelyet kötés nélkül el tudnak készíteni?

Valószínűleg egy nagy öntött serpenyő, vagy egy nagy üllőA legnagyobb kötés nélküli szerkezet egy 700

tonna tömegű kovácsolt generátor forgórész (ebből többet is készítettek)

14

Sok törési eset

Semmi nem akar eltörni, hacsak az nem hegesztett, vagy nem öntöttA varratok / kötések általában a legnagyobb feszültséggel terhelt helyeken találhatók, így a szerkezet igyekszik itt eltörniNéha maga a varrat gyengébb mint az alapanyag, pl. nemesíthető alumínium szerkezetek esetében

15

Gyakran úgy kezelik mint külön tudományt

Gyakran az újonnan kifejlesztett hőforrásokat alkalmazzák hegesztésreA plazma ívet mint egy vezetőt, elektródák között fedezték felA lézert a GE alkalmazta az 1950-es években először vákuum csövek javítására, így tudták törés nélkül megjavítaniA részecske sugárzó fegyvereket – amelyeket a haditengerészet fejlesztett ki – először darabok összehegesztésére használták

16

Komplex eljárások

A plazma spektroszkópia kutatása a Haditengerészet által volt finanszírozva, bár kis érdeklődés kísériKésőbb tanuljuk, hogy a plazma ív csak részben ionizált plazma állapot, így a fizikusok érdeklődése középpontjába került az alig és teljesen ionizált plazma.

17

Kevés a jól képzett szakember

Az USA – ban évente 20 -30 hegesztőmérnök végezOroszországban illetve Európában százak / és ezrek végeznek éventeAzok a mérnökök akik hegesztést tanulnak, nem tanulják meg jól a hegesztést

18

A hegesztett fémszerkezetek előállításának főbb tényezői

19Hegesztés és rokon technológiák, 31. oldal

A hegesztés komplex kezelése

20

A hegesztés komplex kezelése

21

A hegesztés komplex kezelése

22

A hegesztés komplex kezelése

23

A hegesztés komplex kezelése

24

A kötéshez használt energia alapjánA hozaganyag fajtája alapjánA kötés védelme alapjánA gépesítési szint alapjánA technológiai adatok alapján

(Leggyakrabban az energia szerinti csoportosítást használják)

Hegesztési eljárások csoportosítása

25

Lehetséges csoportosításHŐMÉRSÉKLET

ERŐ

SAJTOLÓ HEGESZTÉSEK

ÖMLESZTŐ HEGESZTÉSEK

Meleg-sajtoló hegesztések Hideg-sajtoló hegesztések

Olvadási hőmérséklet

26Fémek és kerámiák technológiája, 4-79. oldal

HEGESZTETT KÖTÉS KÉSZÍTÉSEENERGIAANYAG

FÁZIS SZERINT

FOLYADÉK SZILÁRD

NYOMÁS SZERINT

NYOMÁS NÉLKÜL

NYOMÁSSAL

ENERGIA SZERINT

THERMIKUS

MECHANIKUS

EGYÉB

THERMOMECHANIKUS

CSOPORTOSÍTÁS CSOPORTOSÍTÁS

27

Kötés kialakulása ömlesztőhegesztésnél

Dendrites kristályosodás!!!

28Fémek és kerámiák technológiája, 4-81. oldal

Kötés kialakulása ömlesztőhegesztésnél

29Hegesztés és rokon technológiák, 35. oldal

Kötés kialakulás ömlesztőhegesztésnél

30Hegesztés és rokon technológiák, 37. oldal

Kötés kialakulás sajtoló hegesztésnélOrientáció különbség

a

l

a

A sajtoló hegesztés feltétele:

l a Orientáció különbség 0°

F F

Erős kötés „a” - ra

31

Kötés kialakulás sajtoló hegesztésnél

Diffúziósan hegesztett

kötésPonthegesztett

kötés

A – varratlencse

B – képlékeny záróövezet

C – Fázisátalakulás feletti zóna

D – Fázisátalakulás alatti zóna

E - Alapanyag

32Hegesztés és rokon technológiák, 37. oldal

Hevítés szerepe sajtolóhegesztésnél

( ) ( ) ( )231

232

2212

1 σσσσσσσ −+−+−=egy

fegy k=σ

= T

dtdk f ,, ϕϕ

Rp0,2

kf

ϕ

(dϕ/dt)1

kf

T

(dϕ/dt)2

Hevítés: kf csökken ⇒ Hegesztési erőszükséglet csökken

FF

33

Nyomás szerepe ellenálláshegesztésnél

Erőhatás alatti kristályosodás hozza létre a kötést

Nagyobb szilárdságú kötés

34

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

35Fémek és kerámiák technológiája, 4-83. oldal

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

36Fémek és kerámiák technológiája, 4-83. oldal

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

Átalakulás nélküli fémek

(Ni, Al, Cu)

A hőhatásövezet fokozatosan finomodó

szemcsenagyságúfázisokból áll

Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal

37

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

Alakítással keményített

fémek

(hidegalakítás)

A hőhatásövezetben

újrakristályosodás

szívósságcsökkenés

szemcsedurvulásGáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal

38

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

Nemesítéssel keményített

fémek

(pl. Al-Cu-Mg)

A hőhatásövezetben

a kiválások eloszlása

szívósságcsökkenés

korrózióállóság csökkenés

Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal

39

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

Igen reaktív fémek

(pl. Ti, Ta, Zr)

A hőhatásövezetben

Az oxigén iránti affinitás nő

(Vákuum, gázvédelem)

Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal

40

Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái

Ötvözetlen vagy gyengén ötvözött

acél

C > 0,3% előmelegítés

C < 0,3% hegeszthető

Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal

41

Martenzitképződés veszély!!!

(és összehúzódó alakváltozás)

Hegesztési eljárások

csoportosítása

42Fémek és kerámiák technológiája, 4-95. oldal

Hegesztési eljárások

csoportosítása

Ívhegesztések

Szilárd állapotúhegesztések

Gázhegesztések

Ellenálláshegesztések

Egyéb hegesztések

43

Hegesztési eljárások

csoportosítása

ívhegesztések

Bevontelektródás kézi ívhegesztés

Volframelektródásvédőgázas ívhegesztés

(impulzus ív)Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés(rövidzárlatos, impulzus íves, szóróíves)

Plazmahegesztés

Csap ívhegesztés

Fedettívű hegesztés

Szénelektródás hegesztés

Többelektródás hegesztés

Porbeles huzalos ívhegesztés44

Hegesztési eljárások

csoportosítása

szilárd állapotúhegesztések

Sajtolóhegesztés

Hideghegesztés

Diffúziós hegesztés

Robbantásos hegesztés

Kovácshegesztés

Dörzshegesztés

Melegsajtoló hegesztés

Ultrahang hegesztés

45

Hegesztési eljárások

csoportosítása

gázláng hegesztések

Acetilén-levegő hegesztés

Acetilén-oxigén hegesztés

Hidrogén–oxigén hegesztés

Sajtoló gázhegesztés

46

Hegesztési eljárások

csoportosítása

ellenállás hegesztések

Ponthegesztés

Vonalhegesztés(nagyfrekvenciás, indukciós)

Dudorhegesztés(természetes dudor, mesterséges dudor)

Csaphegesztés

Tompahegesztés(nagyfrekvenciás, indukciós)

47

Hegesztési eljárások

csoportosítása

egyéb hegesztések

Elektronsugaras hegesztés

Elektrosalak hegesztés

Indukciós hegesztés

Lézersugaras hegesztés

Ütközéses hegesztés

Termit hegesztés48

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

Ragasztás

Forrasztás

Termikus szórás

Termikus vágás

Egyéb vágások

49

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

kemény-forrasztás

Ívforrasztás

Diffúziós forrasztás

Mártó forrasztás

Folyatásos forrasztás

Indukciós forrasztás

Infravörös forrasztás

Ellenállás forrasztás

Gázláng forrasztás

50

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

lágy-forrasztás

Mártó forrasztás

Kemencés forrasztás

Infravörös forrasztás

Ellenállás forrasztás

Gázláng forrasztás

Hullám forrasztás

Pákával végzett forrasztás

51

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

termikus szórás

Elektromos ívszórás

Gázláng szórás

Plazma szórás

52

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

oxigén-vágás

Kémiai poros vágás

Fémporos vágás

Égőgáz-oxigén vágásoxigén - acetilén

oxigén - hidrogén

oxigén – propán gáz

oxigén - biogáz

Oxigén ívvágás

Oxigénlándzsás vágás

53

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

ív-vágás

Szénelektródás ívvágás

Fémelektródás aktívgázközegű ívvágás

Fémelektródás védőgázközegű ívvágás

Plazma ívvágás

54

Kapcsolódó(rokon)

eljárások csoportosítása

egyéb vágások

Elektronsugaras vágás

Lézersugaras vágás

levegős

elgőzölgő

inertgázos

oxigénes

Vízsugaras vágás

55