39

3.3.5. Hegesztett kötések A hegesztett kötéseket azonos anyagcsoportba tartozó anyagok összekötésére használjuk. Az azonos anyagcsoport azt jelenti, hogy acélt acélhoz, alumíniumot alumíniumhoz, műanyagot műanyaghoz stb. hegeszthetünk.

Előnyei: nagy szilárdságú kötés készíthető, amely az alkatrészek szilárdságával összemérhető. Anyagmegtakarítás 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.

A 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. Az alkatrészek között kohézió jön létre, amely sokkal nagyobb kötési szilárdságot jelent a ragasztott és forrasztott kötéseknél működő adhéziós hatásnál.

A 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 A varrat és adalékanyag gázégővel megolvasztva. Különösen vékony lemezek tompa ill. sarokvarrataira és csövek hegesztésére való, acél, réz és alumínium anyagokra. Adalékanyag nélküli lemezvastagságok: acél 0,5 ...4 mm, alumínium 0,5 .. 1 mm. Adalékanyaggal acél 4.. 15 mm, alumínium 1 .. 15 mm.

- Kézi ívhegesztés Az 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 Az 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 A 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. Főleg kis lemezvastagságokra leginkább nem vasfémekre.

- Sajtolásos ellenállás hegesztés Az 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,

40

Könnyűfémeknél 2 (3..8) mm. Három lemez is összeköthető. Finom 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 A felhevítést nagy relatív sebességkülönbséggel mozgó alkatrészek összeszorításakor keletkező súrlódási hő szolgáltatja. Főleg körszimmetrikus csövekre 900 mm átmérő és 6 mm falvastagságig.

- Indukciós hegesztés A 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. Anyagzónák hegesztett kötéseknél

Három zónát különböztetünk meg:

- alapanyag - hegesztés által befolyásolt alapanyag - varrat

ebben a sorrendben csökken a szilárdság.

3.3.5.1.1. Alapanyag A hegesztett kötés meghatározza a terhelés átadási keresztmetszeteket, ezért az alapanyagban a kötés miatt járulékos feszültségek léphetnek fel.

A 3.3.57. ábrán egy átlapolt kötést látunk, amelyben az erővezetés iránytörése miatt járulékos hajlítófeszültségek keletkeznek.

A járulékos feszültség megszüntethető, ha a 3.3.58. ábra szerinti tompavarratot, vagy kettős hevedert alkalmazzuk. A jobb megoldás a tompavarrat, amely nem növeli a szerkezeti méreteket.

Hegesztés hatására az anyag zsugorodik, és a lehűlés után belső feszültségek ébrednek. Ez megszüntethető feszültség-mentesítő hőkezeléssel, lényegesen csökkenthető helyes konstrukcióval és megfelelő hegesztési sorrenddel.

A 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. A közvetlen terhelésátvezetésnél a varrat az eredeti alak kontúrjai közé beépült.

F

3.3.57. ábra Hegesztett átlapolt kötés

FF

F

tompavarrat

hevederlemez

3.3.58. ábra Tompavarrat és kettős hevederkötés

41

3.3.5.1.2. Hegesztés által befolyásolt alapanyag

Főleg két tényezőre kell tekintettel lenni:

- A szerkezeti anyag kémiai összetételének változása (Védőgáz alkalmazása.),

- Beedződés (Utólagos hőkezelés vagy az anyag helyes megválasztása. Hegeszthető legyen: C%<0,25%).

Az erősen ötvözött és az ötvözetlen alkatrészek összehegesztésénél áthi-daló alkatrészt helyezünk el a 3.3.60. ábra szerinti elrendezésben.

3.3.5.1.3. Hegesztési varrat

Legfontosabb varratfajták: - tompa varratok - sarokvarratok - különleges varratok

Tompa varratok

peremvarrat

I varrrat

V varrat

kettõs V varrat

Y varrat

kettõs Y varrat

fél V varrat

fél Y varrat

U varrat

kettõs U varrat

J varrat

kettõs J varrat

Alak Jelölés Megnevezés Alak Jelölés Megnevezés

Jó megoldásErõs iránytörés

3.3.59. ábra Sarokkötés jó és rossz megoldása

Erõsenötvözött

Közepesenötvözött Ötvözetlen

3.3.60. ábra Erősen eltérő összetételű anyagok

összehegesztése

3.3.61. ábra Tompavarratok alakja és jelölése

42

Sarokvarratok

sarokvarrat

kettõs sarokvarrat

Alak Jelölés Megnevezés

domború sarokvarrat

homorú sarokvarrat

3.3.62. ábra

Sarokvarratok. A kettős sarokvarrat is készülhet domború vagy homorú kivitelben is.

Különleges varratok

vonalvarrat

ponthegesztés

Alak Jelölés Megnevezés

3.3.63. ábra Ponthegesztett és hengerelt varratok

43

1

1

2

4

Kerek dudor Hosszú dudor

Gyűrű dudor

3.3.64. ábra

Dudor sajtoló ellenállás hegesztés lemezgeometriája

3.3.5.3. Hegesztett kötések tervezési irányelvei

A hegesztett kötéseknél számos kiemelhető tervezési szabály van, amelyek a műszaki fejlődés következtében bővülnek, és esetenként át is értékelődnek. A konstrukciós szabályok betartásával általában a szerkezeti megbízhatóság növelése, gazdaságosabb anyag és élőmunka felhasználás, piacképesebb termék elérése a cél. A 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. A szerkezeti szilárdság ezért nem lesz érzékelhetően nagyobb.

*

* A kiviteli osztályokat később ismertetjük

3.3.65. ábra Nagyszilárdságú és közepes szilárdságú acél (A és B) kifára- dási lüktető szilárd-sága különböző típusú hegesztett kötésnél.

σ [N/mm ]r

0

100

200

300 A

A

A

AAB

AB

AB

BB

BB

I A kv.o* I B kv.o

2

44

2) Csillapítatlan acélból hengerelt idomacélok sarkainál, és hidegalakított alkatrész zónák környezetében ne legyen hegesztési varrat. (Öregedés, rideg törés)

3) Takarékoskodjunk a hegesztési varrattal, lehetőleg kevés és kis gyökméretű varratot alkalmazzunk. Fárasztó igénybevétel esetén azonban a legrövidebb varrat:

a10lmin≥ legyen. (3.3.89)

4) Szakaszos varratot csak főleg statikus igénybevételre kitett hegesztett kötéseknél használjunk, mert a varrat végénél jelentkező végkráter feszültséggyűjtő hatást jelent. A 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.

5) Alkatrészekként részesítsük előnyben a hengerelt idomacélokat, lemezből hajlított profilokat, lemezeket. A bonyolultabb részeket akár kovácsolt, sajtolt, öntött kivitelben készítsük el, majd ezeket hegesszük a helyükre.

Rossz Megfelelő Jó

3.3.67. ábra Varratok számának csökkentése

3.3.68. ábra Kifutólemezek alkalmazása

Hibás!A hidegen hajlítottszakaszon nem lehethegesztési varrat.

Jó.A hidegen hajlítottszakasztól mérttávolság legalább 5 t.

3.3.66. ábra Rideg törés veszélye

45

6) Az összehegesztett alkatrészek tájolására megmunkált felületeket csak kis darabszám esetén készítsünk, egyébként a pozicionálást célszerszámokkal valósítsuk meg.

7) Csökkentsük a zsugorodási feszültségeket és feszültséggyűjtő hatásokat, hagyjuk a hegesztett alkatrészeket szabadon alakváltozni, a hegesztési varratokat vigyük el csúcsfeszültségi helyek környezetéből.

8) Dinamikus igénybevételre legjobb a tompa varrat.

9) Zavartalan erőfolyamra kell törekedni, az alkatrészek

keresztmetszeteinek hirtelen merevség változásait el kell kerülni az erőfolyam mentén.

Ütköző felülettel Hegesztő készülékkel

3.3.69. ábra Hegesztett fogaskerék alkatrészeinek pozicionálása hegesztéshez

Helyes varratelhelyezés

Hibás varratelhelyezés

A varrat a feszültséggyüjtőhatást okozó saroktól távolhelyezkedik el.

A varrat a csúcsfeszültségihelyen van.

3.3.70. ábra Préskeret összehegesztése táblalemezekből

Átlapolt Hevederes Tompakötés kötés varrat

3.3.71. ábra Az erőfolyam útja tompa varratnál nem törik meg

46

1:4

1:4

1:4

10) A hegesztés után megmunkált illesztési felületeken ne legyen hegesztési varrat.

11) A varrathalmozódást kerülni kell.

A 3.3.74. ábra bal oldalán a hosszvarratok valamennyi szegmensnél találkoznak egymással, ami varrathalmozódást okoz.

Helytelen elrendezés Helyes elrendezés

A 3.3.75 ábra bal oldalán a hibákat nyilak mutatják. A merevítő borda nem végződhet csúcsban, mert hegesztéskor leolvad. A sarokban három varrat találkozik.

Hibás Megfelelő

3.3.72. ábra Eltérő vastagságú lemezekkötése

3.3.73. ábra Illesztési felület lemunkálása

3.3.74. ábra Nyomástartó berendezés hossz és keresztvarratai.

3.3.75. ábra Merevítő borda bekötése

47

12) Ponthegesztésnél a lemezeket eltávolító terhelést kerülni kell. Ponthegesztést főleg nyíró igénybevételre használjunk!

F F

13) Ne legyen a varrat gyökoldala húzott zónában. A 3.3.77. ábra szerinti

varratigénybevé-telt kerülni kell, ugyanis a varraton belüli feszültségelőjel váltás kedvezőtlen a varratra. A példa arra az esetre szól, ha mégis kénytelenek vagyunk a varratot hajlításra terhelni.

Helytelen Helyes megoldásErők

14) Sarokvarrat lehetőleg kettős varrat kivitelbe készüljön, dinamikus igénybevételnél

homorú legyen. A 3.3.78. ábrán balról jobbra haladva: rossz – elfogadható – jó varrat.

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. A 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

3.3.76. ábra Ponthegesztett kötés kiszakadása

3.3.77. ábra Varrat hajlítása

3.3.78. ábra Sarokvarratok

48

Csavarónyomaték felvétele

16) Aszimmetrikus hajlított szelvények terhelése lehetőleg a nyírási középpontban történjen.

S M

F

T=F x. M

xM

Mx F

T=0

S

3.3.80. ábra

Aszimmetrikus 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.

F F F F

18) A hegesztési varratok hozzáférhetőek legyenek a kiválasztott hegesztési technoló-

giához és az előírt roncsolás mentes vizsgálatokhoz. A 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

3.3.81. ábra Teraszos repedés a hengerelt lemez merőleges irányú húzásakor

49

50

3.3.5.4. Hegesztett kötések méretezése statikus igénybevételre

Mint általában, itt is az erőfolyam útját követjük. A 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

A különféle varratok gyökméretét a 3.3.83. ábra szerint vesszük fel a számításokhoz. Az 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

vv1 v2

a=v

a=v1

Kerülni kell!

a=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 l at= − 2 (3.3.91)

a varrat elején és végén fellépő kráterképződés miatt.

A hegesztési varratban ébredő feszültségek

A varratban ébredő feszültségeket általában elemi módon számítjuk:

σ =⋅

Fa l

τ =⋅

Va l

(3.3.92)

A feszültségeket a 3.3.84. és 3.3.85. ábra szerinti összetevőkre bontjuk.

A varratok hossztengelyében értelmezünk egy síkot, amelyre a ⊥⊥ ττσ ,, II feszültség-komponenseket vonatkoztatjuk.

51

A varrat tengelyére merőleges másik síkban értelmezzük a σ II feszültséget.

τ⊥

σ⊥

τΙΙ

σΙΙ

3.3.84. ábra

Tompavarrat feszültségkomponenseinek értelmezése

Sarokvarratnál:

σΙΙ

τΙΙτ⊥

σ⊥

3.3.85. ábra

Feszültségkomponensek sarokvarratnál

A szilárdsági ellenőrzéshez az un. összehasonlító feszültséget kell kiszámítani:

( )σ σ σ σ σ τ τö II II II= + − + +⊥ ⊥ ⊥2 2 2 23 (3.3.93)

A varrat megfelel, ha

σ σö H≤ , ahol a határfeszültség σH függ a gyengébbik anyag folyáshatárától: R eH , hegesztés jósági fokától: ϕ , valamint a kockázatot is tartalmazó biztonsági tényezőtől: z :

σ ϕHeHRz

= (3.3.94)