MEMBRÁNCELLÁS KLÓRÜZEMI TITÁN

CSÖVEK HEGESZTÉSE

Szabó Richárd CAK5XP

3521 Miskolc

Erkel Ferenc utca 116

2

3

EREDETISÉG NYILATKOZAT

Alulírott Szabó Richárd; Neptun-kód: CAK5XP a Miskolci Egyetem

Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős gépészmérnök szakos hallgatója

ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal

igazolom, hogy a

Membráncellás klórüzemi titán csövek hegesztése című

szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott

szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt.

Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat/diplomaterv esetén plágiumnak számít:

- szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül;

- tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül;

- más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése.

Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem,

hogy plágium esetén szakdolgozatom/diplomatervem visszautasításra kerül.

Miskolc, …………………………

……………………………………….

Hallgató

4

Tartalomjegyzék

1. Titán és titánötvözetek alkalmazása............................................................................. 7

1.1. Kereskedelmi tisztaságú titán ............................................................................... 8

1.2. A titán kristályszerkezete [7][25] ......................................................................... 9

1.3. Korrózió ellenállás és kémiai reakcióképesség [6] ............................................. 10

1.4. Ti-Pd ötvözetek alkalmazása .............................................................................. 15

1.5. A titán és ötvözeteinek hegeszthetősége ............................................................. 16

2. A titánötvözetek hegesztéstechnológiája ................................................................... 19

2.1. A titán és ötvözeteinek tömör huzalelektródás, semleges

védőgázos ívhegesztés ............................................................................................... 21

2.2. A titán és ötvözeteinek plazma hegesztésének a bemutatása.............................. 23

2.3. A titán és ötvözeteinek hegesztése pálcával végzett volfrámelektródos, semleges

védőgázos ívhegesztéses eljárással ............................................................................ 26

3. A hegesztéshez szükséges paraméterek meghatározása ............................................ 34

4. A minősítéshez szükséges vizsgálatok. A WPQR érvényességi tartományának

megadása .................................................................................................................... 48

4.1. A roncsolásmentes anyagvizsgálatok [28] .......................................................... 48

4.2. Roncsolásos vizsgálatokhoz szükséges próbatestek kimunkálásának helyei az

MSZ EN ISO 15614-5 alapján ................................................................................... 58

4.3. A WPQR érvényességi tartománya .................................................................... 71

4.4. A gyártóra, az alapanyagra, anyagvastagságra és csőátmérőre vonatkozó

érvényesség ................................................................................................................ 71

4.5. A hegesztő eljárásra, hegesztési pozícióra, kötés típusra, hozaganyagra,

hegesztőáramra és egyéb paraméterekre vonatkozó érvényesség ............................. 72

5. Összefoglalás ............................................................................................................. 73

Summary ............................................................................................................................. 74

Mellékletek .......................................................................................................................... 79

5

Bevezetés

A Membráncellás Klór Üzemben a klórtermelés 2006 évben kezdődött el. Az üzem

életkora 2017-ban elérte a 11. évet, ami egyben azt is jelenti, hogy a rendszer bizonyos

részei – így például a nedves klór vezetékrendszer- a folyamatos üzemmenet mellett

elhasználódott, ezért cseréje szükségessé vált. A rendszer megújítása érdekében 2016

február hónapban 2 db javítást végeztek a DN600-as gerinc vezetéken. A második

javításkor a szakasz cserét csak a membráncellás üzem leállításával lehetett elvégezni.

Ezzel az ideiglenes javítással csak az üzemzavaros vezetékszakasz cseréjére volt

lehetőség, amivel az éves nagyleállásig az üzemeltetést biztosítani lehetett.

A többi vezetékszakasz esetén is fennállt annak a veszélye annak, hogy lyukadás

következik be, ami ellehetetlenítette volna a további üzemeltetést. A korábban használt

CPVC+FRP csővezetékek üzemindulási beépítésekor a várható élettartam 6-10 év közé

volt tehető, amely természetesen nagyban függött az üzemeltetési körülményektől és a

gyártott csövek minőségétől. Ebben az esetben a vezetékszakasz elérte a 11. életévét így

várható volt a csövek nagymértékű elhasználódása. A csövek belső CPVC bélése

gyakorlatilag feloldódott a használat során. Az érintett vezetékszakaszok cseréje a 2016-

os nagyleállás során kezdődött el (I. ütem).

A 2016-os nagyleállás alkalmával megtörtént a fennmaradó vezetékszakaszok

szemrevételezéses vizsgálatai, amelyek során nagymértékű károsodásokat tárt fel a

Műszaki Diagnosztikai Osztály. Ezért egyértelművé vált a fennmaradó CPVC+FRP

csővezetékek cseréje.

Mivel a szakaszok folyamatos elszívás alatt állnak ezért a lyukadások is nehezen

észlelhetők. A beszívott levegő azonban csökkenti a klór minőségét, így jelentősen

romlik a közeg cseppfolyósíthatósága is. A beszívott levegő mértékét és hatását a cellák

visszaterhelésével, így a rendszer termelőkapacitás csökkentésével lehet kompenzálni.

A membrános cellatermen kívüli nedves klór vezetéket rövid időn belül ki kellett

cserélni, hogy megelőzhető legyen egy komolyabb vezeték meghibásodás, ami

áttételesen az üzem leállítását eredményezi.

A csöveket titán alapanyagúra cserélték és a vezetékszakaszok cseréje óta már

majdnem négy év telt el.

Egy vegyipari üzemben, ahol több 10 tonna/órás anyagforgalom van, egyetlen perc

üzemzavar okozta termeléskiesés is komoly veszteségeket okoz. A nagy értékű egyedi

gépek, csővezetékék, üzemzavara, esetleges meghibásodása üzemi gazdálkodást

tekintve, katasztrofális következményekkel járnak [1].

6

Tudni kell, hogyha a BorsodChem Zrt. nagyobb kapacitású üzemei közül csupán

egyetlen egy is kiesik, akkor másodpercenként megközelítőleg 3 – 3,5 EUR veszteség

keletkezik [1].

Ezen megfontolásokból a Központi Karbantartási és Fenntartási Főosztálynak fel kell

készülnie a titán csővezetékeket érintő meghibásodásokra és arra, hogy a hibát a lehető

leggyorsabban meg lehessen szüntetni. Az egyik legnagyobb kihívás tehát, hogy a

karbantartási szervezetnél legyenek olyan hegesztők, akik képesek a titán alapanyagú

csövek hegesztésére, biztosítva legyen a számukra ezen alapanyag hegesztéséhez

szükséges különleges követelmények és, hogy kidolgozásra kerüljenek olyan

WPQR-ek, amelyekből előállíthatók olyan WPS-ek, hogy bármilyen probléma

felmerülése esetén a javítás elvégezhető legyen.

Dolgozatomban az a célom, hogy olyan pWPS-t dolgozzak ki amely, ha megfelel az

MSZ EN ISO 15614-5 szabványban rögzített követelményeknek, akkor a kiállításra

kerülő WPQR alapján a membráncellás klór üzemben található csővezetékek jelentős

része lefedhető legyen.

Ehhez a feladatkiírásomban rögzített pontokon fogok végig menni olyan logikai

sorrendben, ahogyan az ott megfogalmazásra került.

7

1. TITÁN ÉS TITÁNÖTVÖZETEK ALKALMAZÁSA

A kereskedelmi tisztaságú titánt szélesebb körben használják korróziós

alkalmazásokhoz, mint ötvözeteit különösen akkor, ha felhasználási szempontból a

szilárdsági jellemzők fontossága elenyésző. Az esetek többségében gazdasági

szempontok döntenek a titán mellett az alkalmazás megfelelő alapanyagának

kiválasztásakor.

Vegyipari és petrolkémiai folyamatoknál rendszerint alkalmazzák a titánt, mint

berendezési, illetve csőszerelési alapanyagot. A fém kiemelkedő fontosságú szerepet

játszik bizonyos vegyi anyagok előállítási folyamata közben berendezés gyártási

alapanyagként a klór-alkáli termékek gyártása során [4].

Jellemző, titánból készült és a BorsodChem Zrt. területén is előforduló

alkalmazásként megemlíthetők a titánból készült szivattyúk, tartályok, hőcserélők,

szerelvények és egyéb csőelemek használata számos más felhasználási lehetőség

mellett.

Összehasonlításképpen az 1. táblázat tartalmazza a kereskedelmi tisztaságú titán,

vas és alumínium néhány fizikai tulajdonságát:

1. táblázat – A kereskedelmi tisztaságú vas, alumínium és titán néhány fizikai

tulajdonsága [23]

Kereskedelmi

tisztaságú vas

Kereskedelmi

tisztaságú

alumínium

Kereskedelmi

tisztaságú titán

Sűrűség [𝑔

𝑐𝑚3] 7,9 2,7 4,5

Olvadáspont [°𝐶] 1538 660,32 1668

Forráspont [°𝐶] 286 2519 3287

Young-modulus [𝐺𝑃𝑎] 211 70 116

Hővezetési tényező [𝑊∙𝐾

𝑚] 80 235 22

Hőtágulási együttható [10−6𝐾−1] 11,8 23,1 8,6

Fajhő [𝐽

𝑘𝑔∙𝐾] 449 904 520

8

1.1. Kereskedelmi tisztaságú titán

Az öntött tiszta titán termékek - amelyek titán tartalma minimum

98,6 és 99,5 tömegszázalék közé esik - jelentős részét korrózióálló alkalmazásokban

használják. Kiválóan alkalmas olyan helyzetekben is, ahol a megmunkáláshoz jó

alakíthatóság szükséges, de a végtermék szilárdsága nem elsődleges szempont [2].

Kereskedelmi szempontból az ASTM Gr.2 jelű titán (American Society for Testing

and Materials - ASTM B 861 szerinti jelölés) tekinthető a leggyakrabban alkalmazott,

ezáltal a legnagyobb gazdasági potenciált rejtő kategóriának. Tulajdonságaiban jól

ötvözi a kiváló korrózió- és erózióállóságot a jó hidegalakíthatósággal, emellett

társaihoz képest kiváló hegeszthetőségi tulajdonságokkal rendelkezik. A kereskedelmi

tisztaságú alapanyagokat a 2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat - Kereskedelmi tiszta titán alapanyagok összehasonlítása az

ASTM B861 szerint

Elnevezés Kémiai összetétel Szilárdsági jellemzők

Tömegszázalék maximum Szakító

szilárdság

Folyáshatár Nyúlás

C H O N Fe Egyéb MPa MPa %

ASTM Gr. 1 0,08 0,015 0,18 0,03 0,20 … ≥240 138-310 ≥24

ASTM Gr. 2 0,08 0,015 0,25 0,03 0,30 … ≥345 275-450 ≥20

ASTM Gr. 3 0,08 0,015 0,35 0,05 0,30 … ≥450 380-550 ≥18

ASTM Gr. 4 0,08 0,015 0,40 0,05 0,50 … ≥550 483-655 ≥15

ASTM Gr. 7 0,08 0,015 0,25 0,03 0,30 0,12-0,25

Pd

≥345 275-450 ≥20

Az ASTM Gr. 1 jelű titánhoz képest magasabb oxigéntartalommal és kedvezőbb

szilárdsági jellemzőkkel rendelkezik [2].

Az ASTM Gr. 3 jelű titán jobb szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik, mint az

ASTM Gr. 1 vagy az ASTM Gr. 2 számú anyagok, azonban alakíthatósági tulajdonságai

rosszabbak [24].

Az ASTM Gr. 4 jelű titán, a kereskedelmi tisztaságú titánok közül a legjobb

szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik, illetve a legrosszabb alakíthatósági

tulajdonságokkal is ezek közül. Ezzel a besorolással leggyakrabban orvosi

implantátumok formájában találkozhatunk [24].

9

1.2. A titán kristályszerkezete [7][25]

A tiszta titán szobahőmérsékleten α (tömör hexagonális) rácsszerkezettel

rendelkezik, amely 885°C fölött módosul β (térközepes köbös) rácsszerkezetűvé. Ezt

mutatja az 1. ábra.

1. ábra – A titán hexagonális α rácsszerkezete, és a titán térben középpontos

kockarácsú β rácsszerkezete [25]

A rácsátbillenési hőmérséklet növekedhet vagy csökkenhet az alapanyagban

fellelhető szennyező tartalom vagy ötvöző anyag mértékétől függően. Továbbá az

ötvöző elemek az egyértelműen határolt egyensúlyi hőmérsékletet szabályozott értékek

között bontja, az egyik határoló görbe az α egyensúlyi állapot, amely görbe alatt minden

ötvözet α rács módosulatban helyezkedik el a másik görbe pedig a β határoló, amely

alatt minden ötvözet β módosulatba rendeződik. A két görbe között a hőmérséklettől

függően megtalálható mind az α mind a β fázis is.

Az ötvözetlen titán szobahőmérsékleten közel teljesen α –kristály szerkezetű. A

szennyező tartalom növekedésével (főleg vas) csekély, de egy növekvő mennyiségben

megfigyelhető β –kristályok kialakulása is, amelyek főleg az α szemcsehatárokon

helyezkednek el.

10

A hevített ötvözetlen titán szabályos vagy tűszerű α mikrostruktúrával rendelkezik.

Ezt mutatja a 2. ábra.

2. ábra - Ötvözetlen titán mikro-szerkezeti felépítése szobahőmérsékleten [7]

A szabályos α szövetszerkezet egyensúlyi hűtés során alakul ki, a lemezek/tűk száma

a hűtési sebességgel arányosan változik. Tűs lemezes szerkezetet csak újra

kristályosítással érhetünk el, ebből következtetve mikro-szerkezeti képen tűs/lemezes

formációt látva egyértelműsíthetjük, hogy az alapanyagunk hőkezelésen esett át

β allotróp átalakulási hőmérséklet fölé történő hevítéssel. A β szövetszerkezet nem

tartható fenn stabil állapotban szobahőmérsékleten ötvözők jelenléte nélkül, így a tiszta

titánban megtalálható β szigetek számából megállapíthatjuk a szennyezettség mértékét.

1.3. Korrózió ellenállás és kémiai reakcióképesség [6]

Habár a titán rendkívül reaktív fém, rendkívüli affinitást mutat az oxigénhez így

oxidálódva a fém felületén stabil passzív védő filmréteget képez. A filmréteg spontán

és azonnal keletkezik, ha a friss fémfelületek levegővel és/vagy nedvességgel

érintkeznek ezzel biztosítva a titán kiváló korrózióálló tulajdonságait. Megemlítendő

azonban, hogy száraz, vízmentes közegben, ahol a felszíni réteg oxigénnel történő

érintkezése korlátolva van, a titán erőteljes korróziós hajlammal rendelkezik, hiszen a

védő filmréteg sérülése esetén az oxidréteg regenerációjára nincs lehetőség. Az említett

folyamat játszik szerepet a titán minőségre legjellemzőbb korróziós károsodási típus a

Crevice- vagy más néven réskorrózió kialakulásában is.

Anyagválasztás során az ötvözetlen titán alapanyagok esetében (99,2 tömegszázalékú

titán nyomokban oxigéntartalommal) általános korróziós sebesség táblázatok állnak

rendelkezésünkre, amelyek útmutatást nyújthatnak különböző közegek és üzemi

hőmérsékletek alapján a megfelelő alapanyag kiválasztásához.

11

1.3.1. A réskorrózió [5][8]

A zárt helyeken létrejövő korrózió a mérnöki szerkezetek egyik legnagyobb károkat

okozó károsodási típusa. veszélyes mert nem csak azonosíthatóságának, hanem terjedési

sebességének, lefolyásának és a kár mértékének meghatározása is problémába ütközik.

Ilyen zárt szerkezeti részletnek minősülnek az átlapolt kötések, karimakötések,

védőbevonat alatt elhelyezkedő felületek, megmunkálás hatására létrejövő természetes

mikro repedések.

A réskorrózió egymáshoz képest közvetlen közelségben lévő nedvesített fém

felületek között jelenik meg. A tipikus átlagtávolság a két felület között

0,1 μm és 100 μm közé esik. Néhány anyag-környezet párosítás esetén ez a geometriai

elhelyezkedés a fém felületek gyors kémiai elhasználódását eredményezi. Ha az

elektrolitot szigorúan kizárva tartjuk ezekből a régiókból, akkor a réskorrózió

megjelenésére nincs lehetőség, hiszen a korrózió egyik feltételét kizártuk. A legtöbb

esetben azonban az elektrolit távoltartására a felülettől nincs lehetőség, ezért a

réskorrózió felismerése fontossá válik.

1.3.2. Titán anyagok réskorróziója

A titán és ötvözeteik értékes műszaki alapanyagoknak számítanak kedvező

sűrűség-szilárdság arányuk és különböző környezeti kondíciókban stabil

üzemeltethetőség miatt. Hátránya, hogy egységára viszonylag magas az általánosan

használt acélokéhoz képest, ezért csak olyan alkalmazásokban használják, ahol a

technológiai előírások valóban megkövetelik speciális anyag feldolgozását. A titán

alapanyag főbb felhasználóit képviselik az űrtechnikai vállalatok valamint a

had- vegyipar, továbbá az egészségügyi intézmények. A piaci elérhetőséget jelentős

mértékben javította az orosz és kínai piac fogyasztói világpiachoz csatlakozása, amelyek

versenybe lépésével az alapanyagok általános egységára folyamatos csökkenő

átlagtendenciát mutat [9].

12

A titán és titán ötvözetek erős lokalizált expozíciónak vannak kitéve, ha a felületi

rétegben hajszálrepedések vannak jelen, mivel ilyen esetekben a 70°C feletti

hőmérséklettel rendelkező klorid, bromid, jodid, fluorid vagy szulfát-tartalmú oldatok a

hajszálrepedéseken keresztül a védő oxidréteg alá jutva roncsolják az alapanyag

szerkezetét [6][10]. Ezt mutatja a 3. ábra.

3. ábra - Gyártási repedésekből kiinduló réskorrózió terjedése [10]

A korrózió lehetőségét fenntartó rések jellemzően anyagtechnológiai vagy

megmunkálási eljárások hatására jönnek létre, például kötési eljárás során fellépő

pikkelyesedés, törmelékképződés, nem megfelelően tervezett kötéstechnológiai

paraméterek. Egyéb jellemző keletkezési hely a tömítés-fém peremek, illetve egyéb

csatlakozási pontok, ahol jellemzően a nem megfelelő kezelési paraméterek okozzák a

felületi elváltozásokat [6][10].

4. ábra - Réskorrózió kezdeti stádiumának sematikus ábrája [6]

13

A réskorrózió mechanizmusa (amelyet a 4. ábra szemléltet) kronológiailag három fő

fázisra bontható:

1. fázis: 0 időtartamnál a repedésben található víz oxigéntartalma megegyezik

az oldásba vihető oxigéntartalommal a teljes felületen.

2. fázis: a repedés bonyolult geometriája miatt a normál korrózió által

felhasználódott oxigéntől a közeg reakcióképes elemtartalma csökken a

repedésben. A korróziós reakciók így specializálódnak a repedés (anód) és a

nyílt felszín (katód) között.

3. fázis: a korrózió előrehaladtával több gyorsító faktor alakul ki. Az anódos

korróziós reakció hatására kialakuló fém ionok hidrolizálódnak és korróziós

mellékterméket képeznek. A pH a repedésben erősen savas értéket ér el,

gyakran tiszta savnak megfelelőeket. A környezet savasodása gyorsítja a

korróziós folyamatok lejátszódását. A korróziós melléktermékek tovább

tömítik a repedés környezetét. A repedés környezetében lévő pozitív töltés

tovább erősíti a környező negatív ionok vonzását, mint például a kloridok,

amelyek önállóan is erősen korrozív hatással rendelkeznek.

Tiszta titán alapanyagoknál általános szabály, hogy 70°C-os hőmérséklet alatt

réskorróziós veszély nem áll fenn. 70°C feletti hőmérsékleten megkezdődik a

réskorrózió kialakulása, amely a titán-oxid kristályosodásnak és a növelt mértékű

passzív oldódásnak tulajdonítható. Az anódosan kialakult titán-oxid 60°C alatt

amorf szerkezetű. Az amorf titán-oxid fázisátalakulása kristályos szerkezetűvé csak

anódpolarizációval lehetséges, habár 60°C felett az oxidban jelenlévő

nyomófeszültség hatására megindulhat a kristályképződés. A keletkező szerkezeti

felépítésben folytonossági hibák találhatóak, mint például a szemcsehatárok vagy

csavardiszlokáció keresztezések. A szemcsehatárok iondiffúziós útvonalként

szolgálnak, így lehetővé teszik az anion vándorlást az oxidban, továbbá az emelt

hőmérsékleten megnövekedett passzív oldódás fém hidrolízishez vezet, ami savas

közeget generál a tömött geometriában. Következetesen a kristályos oxidréteggel

rendelkező titán érzékeny a rés- és a pitting korrózióra. Mindazonáltal a 70°C

réskorróziós ellenállás nem zárja ki hogy az oldat lokális savasodási mechanizmusa

lejátszódjon és felgyorsuljon a passzív oldódás, mivel az aktív és passzív titán

anódos oldódási sebessége fordítottan arányos az oldat pH-jával [6].

14

Figyelembe kell vennünk, hogy a különböző ötvözők, mint a palládium,

cirkónium és molibdén, mértékétől függően növelik a korrózió megindulásához

szükséges kritikus hőmérsékletet [11][12]. Ezt szemlélteti az 5. ábra.

5. ábra - Réskorróziós hőmérséklet megközelítő határértékei, A: kereskedelmi tiszta

titán, B: β típusú titán ötvözetek, C: β/Pd palládiumos titán ötvözetek [5]

1.3.3. A titán és titán alapú ötvözetek repasszivácós viselkedése [12][13]

A csupasz fémfelületek és repasszivációs tulajdonságaik elektrokémiai viselkedése

fontos szerepet játszik a természetes repedéskeletkezés, kopás, erózió és korrózió

megértésében. Az arany kivételével minden fém reaktív oxidképzéssel reagál

nedvesített környezetre, és szinte minden kialakuló oxidréteg védi az alatta elhelyezkedő

alapanyagot a további korróziótól. Ezek a passzivációs reakciók tisztán megfigyelhetők

a szelepfémek, mint például a titán, nióbium, tantál és alumínium esetén, ahol a

korrózióvédelmet nem termodinamikai stabilitás útján, hanem puszta fizikai kinetikus

korlátokkal érhetjük el. Ezért a passziváló oxidréteg kialakulása kulcsfontosságú

szerepet játszik a szelepfémek technológiai hasznosíthatóságában. Azonban nem

hagyható figyelmen kívül, hogy az ilyen oxidrétegek károsodása erős abrazív koptató

hatást, anion interakciókat vagy kémiai oldódást okozhatnak, ezzel esetlegesen a teljes

technológiai rendszert veszélyeztetve.

15

A passzív oxid filmréteg kialakulása az alábbi lépésekből áll:

1. adszorbeált rétegképződés

2. oxidszigetek képződése és növekedése a felület eltakarásával

3. oxidréteg vastagságának növekedése

4. az oxidréteg rendellenességeinek csökkenése

1.4. Ti-Pd ötvözetek alkalmazása

Jól ismert, hogy a titán és ötvözeteinek egyik legfontosabb jellemzője a pitting és

stresszkorróziós repedés kialakulással szembeni immunitása klóros-kloridos közegben,

amely környezet erős korróziót vagy oldódást vált ki különböző fémek és műanyagok

esetén. Ebből következően a titánt széles körben alkalmazzák nyomástartó edények,

hőcserélők, szivattyúk és csővezetékek alapanyagaként. Érdemes megemlíteni, hogy a

legköltséghatékonyabb titán alapanyag (ASTM Gr. 2) 70°C feletti hőmérsékleten erős

veszélynek van kitéve a réskorrózió kialakulásával szemben, mivel a titánt rendszeresen

használjuk, ilyen hatásnak kitett alkalmazásoknál ezért ezt a károsodási típust nem

hagyhatjuk figyelmen kívül [13].

Az évek során több módszert is kifejlesztettek a réskorrózióval szembeni ellenállás

növelésére, illetve a károsodás kialakulásának megelőzésére [13].

A legnépszerűbb megoldás a probléma kiküszöbölésére az alapanyag ötvözése

körülbelül 0,15 tömegszázalék palládiummal (pl. ASTM szerinti Gr. 7). Kísérletekkel

bizonyított, hogy palládiumos ötvözés hatására a réskorrózió megindulásának

hőmérséklete erősen pozitív irányba tolható. 48 órán át tartó, forrásban lévő

42 tömegszázalékos magnézium klorid oldatban végzett mérés során jól megállapítható,

hogy hasonló körülmények között a titán palládium ötvözet jellemzően jobban teljesít,

érzéketlenségét a korrózióval szemben még, olyan esetben is megtartja, ahol az

átlagosnak mondható anyagminőség már elveszítette ellenálló képességét [13].

6. ábra - Különböző titán anyagminőségek (ASTM Gr. 2 látható a baloldalon, míg

ASTM Gr. 7 minőségű titán a jobboldalon) viselkedése forró klóros közegben. [13]

16

Ennek nagy jelentősége például karima csatlakozásoknál van. Ilyenkor a

palládiummal gyengén ötvözött, például ASTM Gr. 7 anyagot érdemes alkalmazni,

ugyanis a mechanikai és alakváltozási tulajdonságai megfeleltethetők az ASTM Gr. 2

anyagminőségnek (megtekinthető az 2. táblázatban) viszont a kémiai összetételi

különbség a (0,12-0,25 tömegszázalékú palládium ötvözése) miatt, az alapanyag

korróziós viselkedése kedvezőbb lesz a forró klóros közegben.

Ezt mutatja a 6. ábra.

Mivel a palládiumos ötvözet előállítása drágább, mint a tiszta titáné, ezért csak olyan

esetekben kerül alkalmazásra, ahol tulajdonságai tényleg megköveteltek. Jellemzően az

ASTM Gr. 7 anyagminőséget kiegészítéseként alkalmazzák, olyan helyeken, ahol a

réskorrózió kialakulására fokozott veszély áll fenn (karima csatlakozások,

csavarkötések) , amelyek számunkra lényeges veszélyforrásokat jelenthetnek [13].

A kritikus helyeken szükséges a palládiumos ötvözet alkalmazása, hiszen egyéb

helyeken az ASTM Gr. 2 is megfelelő biztonsággal üzemeltethető a korrózióveszély

fennállása nélkül. A kombinált anyaghasználat hatására olyan feltételeket lehet

teremteni, amely egy vállalat szempontjából kielégíti mind a gazdasági, mind pedig a

műszaki igényeket.

A Központi Karbantartási és Fenntartási Főosztálynak fel kell készülnie azonban arra

is, hogy a szigorú feltételek mellett végzett kivitelezés ellenére a fentebb ismertetett

réskorrózió, vagy egyéb okokból a csőszerelvények javításra szorulnak. Ezért rendkívül

fontos megérteni a titán hegesztésének a sajátosságait, nehézségeit és feltételeit. A

dolgozatom következő részében ezekkel fogok foglalkozni.

1.5. A titán és ötvözeteinek hegeszthetősége

A titán alapanyagokon hegesztett kötések megvalósítására alkalmas eljárásoknak

igazodniuk kell a titán különleges tulajdonságaihoz, mindenekelőtt ahhoz, hogy a

környező levegőből gázt vesz fel és emiatt rideggé válik. A lehetséges hegesztések ezért

olyan eljárásokra korlátozódnak, amelyek vagy teljesen kiküszöbölik a környezet

gázainak a varratba, illetve hőhatásövezetébe jutását, vagy olyan rövid hevítési idővel

dolgoznak, hogy érdemleges gázelnyelés, illetve diffúzió nem következhet be [16].

1.5.1. Gázelnyelő képesség [16]

A titán és ötvözetei 200°C fölé hevült és megömlött állapotukban oxigént, nitrogént,

és hidrogént vesznek fel. A növekvő mennyiségben felvett gázok a szakítószilárdságot

növelik, de a szívósságot csökkentik. Már viszonylag kismértékű gázfelvétel teljes

elridegedést okoz.

17

Azonos elnyelt gázmennyiség esetén a szívósságot legerőteljesebben a nitrogén,

legkevésbé az oxigén rontja. A különböző gázok megítélésénél figyelembe kell venni

az egyes gázok diffúziós sebességét is. Mivel a diffúziós sebességek aránya:

𝑁2: 𝑂2: 𝐻2 = 1: 5: 1000

A legkevésbé kívánatos tehát a hidrogén, utána az oxigén, majd a nitrogén.

Továbbá a megfelelő minőségű varrat biztosítására a levegőhuzat a titán

hegesztésekor nem engedhető meg. Ezért a titánt nem célszerű szabadban hegeszteni,

műhelyben pedig a helyiség ajtaja, ablaka hegesztés közben nem lehet nyitva.

Nagyméretű, vastag munkadarabok hegesztésekor a felhevült munkadarab is idézhet elő

káros légáramlást. Titán hegesztésekor a két réteg lerakása közötti munkadarab-

hőmérséklet nem emelkedhet 100 °C fölé.

1.5.2. Intermetallikus vegyületképzési hajlam [16]

A titán a legtöbb fémmel tű vagy lap alakú szövetelemként jelentkező és szívósságot

jelentősen csökkentő intermetallikus vegyületet képez. A vasban gazdag helyi

intermetallikus vegyület helyi dúsulása pl. repedések kiindulási pontja lehet. Ilyen helyi

dúsulás képződhet pl. akkor, ha a hegesztendő élre kisméretű, esetleg szemmel nem is

észlelhető vasszemcse tapad és az a hegesztéskor beolvad.

E két előbbi anyagi tulajdonság káros következményei csökkenthetők a megfelelő

gázvédelemmel, az alap- és hozaganyagok kellő tisztításával és a kellő tisztaságú

hegesztőműhely kialakításával.

1.5.3. Közbenső fázisok kialakulása [16]

Különösen a titánöt vözetek hajlamosak arra, hogy bennük a hegesztés hő ciklusa

alatt olyan közbenső fázisok alakuljanak ki, amelyek a kötés szívósságát nagymértékben

csökkentik.

18

1.5.4. Szemcsedurvulás [16]

A titán 𝛽-mezőben való hosszabb idejű tartózkodás esetén hajlamos a

szemcsedurvulásra. Ennek mértéke a fajlagos energia-bevitel csökkentésével, pl.

impulzushegesztés alkalmazásával csökkenthető. Az tömör huzalelektródás, semleges

védőgázos ívhegesztéses eljárás szemcsedurvító hatása kisebb, mint a pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztés eljárásé.

Az 𝛼 + 𝛽 szövetszerkezetű ötvözetekben 30…300 ppm ittrium adagolásával a

szemcsedurvulás csökkenthető.

A közbenső fázis kialakulását és a szemcsedurvulást elősegítő kiválások és

kicsapódások a tömör huzalelektródás, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárás esetén

kiküszöbölhetők a tengelyirányú mágneses erővel előidézett elektromágneses

keveréssel.

1.5.5. Pórusképződés [16]

Amennyiben a titán, hegesztéskor argont nyel el, a gyors dermedés következtében az

argon nem tud eltávozni és lunkerek formájában a varratba bezárva marad. Az elnyelt

argon vegyületet nem képez, tehát ily módon nem ridegíti el a varratot. Az ilyen jellegű

lunkerképződés előidézője elsősorban a túlzott mértékben adagolt védőgáz.

19

2. A TITÁNÖTVÖZETEK

HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJA

A titán és titán ötvözetek hegesztésére alkalmas eljárásokat az 3. táblázat foglalja

össze.

A titán alapanyagú nyomástartó edények, vegyipari berendezések, és egyéb

készülékek gyártásában leggyakoribb ömlesztő hegesztés az pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárás (AWI - 141-es eljárás), de

használatos még az tömör huzalelektródás, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárás is

(VFI - 131-es eljárás). Az elektronsugaras hegesztést kisméretű munkadarabok kötésére

használjuk elsősorban a repülőgépiparban. A plazmahegesztés csak az utóbbi időben

kezd elterjedni. Az oxigénmentes sók kifejlesztése révén lehetővé vált a titán fedettívű

és salakhegesztése is [16].

A membráncellás klór üzemi titán csövek kötéstechnológiájára tehát a semleges

gázvédelmű volfrámelektródos ívhegesztésre fogok pWPS-t kidolgozni a további

pontokban ismertetett szakirodalmi ajánlások alapján. A megfelelő gázvédelem a

131-es, 141-es és 151-es eljárással biztosíthatók a Membráncellás Klór üzemi csövek

hegesztésére, ezért a továbbiakban ezeket fogom bővebben kifejteni.

1-es jelölés: Hegeszthető; 2-es jelölés: Feltételesen hegeszthető (csak vékony

lemezekhez, meghatározott hegesztőanyagokkal); 3-as jelölés: Nem hegeszthető. Az

üres cellák esetén nincs információ az adott anyag és hegesztési eljárás viszonyáról.

20

3. táblázat – A titán és titánötvözetek hegesztésére alkalmas eljárások [16]

Az alapanyag Hegesztőeljárás

Jellege Jele AWI- AFI- Plazma Elek-

tron-

sugár

Ellen-

állás

(pont,

vonal)

Sajtoló-

tompa

Dif-

fúziós

Dörzs- Ultra-

hang

Rob-

bantás-

os

Műszaki tisztaságú titán,

különböző szilárdságú

fokozatok, részben palládium

ötvözéssel

ASTM Gr. 1

ASTM Gr. 2

ASTM Gr. 3

ASTM Gr. 7

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

𝛼 titánötvözetek

Ti Al 5 Sn 2

Ti Al 5 Zr 5 Mo 0,5 Si

Ti Al 8 Mo 1 V 1

Ti Cu 2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

𝛼 + 𝛽 titánötvözetek

Ti Al 4 Mo 4 Sn 2 Si

Ti Al 6 V 4

Ti Al 6 Sn 1 Zr 4 Mo 2

Ti Al 6 V 6 Sn 1 Cu 1 Fe 1

Ti Al 7 Mo 4

2

1

2

2

3

3

3

1

3

3

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

𝛽 titánötvözetek Ti V 13 Cr 11 Al 3 2 3 3 1 1 1

21

2.1. A titán és ötvözeteinek tömör huzalelektródás, semleges

védőgázos ívhegesztés

A tömör huzalelektródás, semleges védőgázos ívhegesztés, amely az ívtér és a

hegfűrdő védelmét külső gázforrásból származó, állandó összetételű és ismert

védőgázzal oldja meg [34].

Mivel a védőatmoszféra aktív gáz és nemesgáz (inert gáz) is lehet, különösen Európában

elterjedt a MAG/MIG jelölés is, ami a Metal Active Gas/ Metal Inert Gas rövidítése

[34].

A tömör huzalelektróda kiválóan tekercselhető, ezzel a művelettel jól végteleníthető.

A Joule hő korlátozása érdekében az árambevezetést a huzal végéhez közel vitték [34].

A tömör huzalelektródás, semleges védőgázos (131) eljárás elvi vázlatát a 7. ábra

szemlélteti.

7. ábra - A tömör huzalelektródás, semleges védőgázos (131) eljárás elvi vázlata [34]

Ezt a fajta eljárást nem alkalmazzák olyan széles körben a titánra és ötvözeteire, mint

a vas- és más nemvasfémek hegesztésére. A számos történelmi indok, amikor a titánt

nem részesítették előnyben a tömör huzalelektródás, semleges védőgázos módon történő

hegesztésre, már nem érvényesek [35].

Régen a stabil fémátmenet biztosítására a nagy áramerősség és a rossz

felületminőségű titán huzal az áramfúvóka gyors tönkremenetelét okozta [35].

22

Azonban a közelmúltban alkalmazásra kerülő modern inverteres erőforrások,

amelyek segítségével impulzusáramok létrehozása vált lehetővé. Ennek és a

titánhuzalok jobb felületi előkészítettsége segítségével biztosítható a stabilabb

fémátmenet, és az áramfúvóka gyors kopása, elhasználódása [35].

A védőgázas, fogyóelektródás ívhegesztés azt a hőt hasznosítja, amit a folyamatosan

előtolt huzalelektróda és az alapanyag közötti villamos ív szolgáltat. Az ív célszerűen

megválasztott gáz ionizációjával hozható létre, ugyanakkor a gázt úgy kell

megválasztani, hogy az ívtér és az olvadt alapanyag védelmét is elláthassa. A titán

alapanyagok hegesztésekor erre különösen nagy hangsúlyt kell fektetni [35].

A 7. ábra a huzalelektróda általánosnak tekinthető, fordított polaritású (DCEP) általános

kapcsolása látható [34].

A titán, tömör huzalelektródás, semleges védőgázos hegesztésére egyik jellemző

átmenet a rövidzárlatmentes finomcseppes anyagátmenet, amelyhez egyenáram

szükséges pozitív elektródával. Ez a módszer nagy áramerősséget és ennek

következtében gyors hegesztést igényel. Emiatt azonban hosszú kiegészítő

gázvédelemre van szükség, amely a tömör huzalelektródás, semleges védőgázos

hegesztés automatizálhatóságát nagymértékben csökkenti [35].

A titán tömör huzalelektródás, semleges védőgázos hegesztésére jellemző másik

átmenet a rövidzárlatos durvacseppes anyagátmenet, amely nagyobb termelékenységet

jelent, mint a pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztés

(141), különösen a vastagabb szakaszok kitöltésekor. Ezt a fajta folyamatot a

közelmúltban előszeretettel olyan illesztéseknél alkalmazták, ahol a kivételes hegesztési

minőség nem követelmény [35].

A fejlesztési folyamatoknak köszönhetően azonban ez a fajta eljárás is képes lehet a

kivételesen magas hegesztés minőségi követelményeket kielégíteni [35].

A titán tömör huzalelektródás, semleges védőgázos eljárással történő hegesztésének az

előnyei közé tartozik az, hogy minden hegesztési pozícióban alkalmazható, részlegesen

automatizálható és nagyobb termelékenységű, mint a pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztés eljárás. Ugyanakkor a tömör

huzalelektródás, semleges védőgázos eljárással történő titán hegesztésének egyik

legnagyobb hátránya egyértelműen a fröcskölés. A fröcskölés csökkenthető az argon és

hélium gázkeverékek alkalmazásával: a több hélium növeli az ív stabilitását [35].

23

2.2. A titán és ötvözeteinek plazma hegesztésének a bemutatása

A volfrámelektródos ívhegesztések családjának legfiatalabb tagja, a plazmaívhegesztés

1958 óta ismert. A plazmaívhegesztés arra a fizikai felismerésre épül, hogy a villamos

ív keresztmetszetének szűkítésével a gáz ionizációs mértéke növelhető. A gázok ionizált

állapotban magas (10 000...40 000 °C) hőmérsékletűek, és a korlátozott keresztmetszet

miatt a plazmaív nagy hőáramsűrűséggel bíró hőforrásként hegesztéshez kiválóan

alkalmazható. A plazmaívhegesztés angol elnevezése: Plasma Arc Welding, elfogadott

rövidítése: PAW. Az eljárás számkódja 15 [36].

A berendezés bonyolultsága és különösen a pisztoly élettartamproblémái miatt a

plazmaívhegesztés elterjedtsége messze elmarad az volfrámelektródos, semleges

védőgázos ívhegesztési eljárásokétól, a plazmaív vágási célokra jóval szélesebb körben

nyer alkalmazást [36].

2.2.1. A plazmaívhegesztés hőforrása és varratképzése

A plazmaívhegesztés olyan hegesztő eljárás, amelyben az egyesítendő fémeket egy

nemolvadó volfrám elektród és az alapanyagok között létesített és egy gyűrű alakú

fúvókával szűkített plazmaívvel hevítjük. A hegesztéshez pálca vagy huzal

hozaganyagot használnak, de a hegesztés hozaganyag nélkül is végezhető (autogén

hegesztés) [36].

A közvetlen íves eljárás működésének egyszerűsített vázlatát a 8. ábra szemlélteti. A

volfrám elektród és egy segédelektród között nagyfrekvenciás árammal a belső fúvókán

áramoltatott plazmagázt ionizálják. A részlegesen ionizált gáztérben a volfrámelektród

és az alapanyag között az ív meggyullad, áthalad a szűkítő fúvókán, és koncentráltsága,

ionizációs mértéke és hőáramsűrűsége megnövekszik. A plazmaív kis keresztmetszetű,

a volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztés ívétől eltérően nem széttartó, jól

irányítható hőforrás. A plazmaívet a külső fúvókán áramoltatott, nem aktív védőgázzal

védik a levegőtől [36].

8. ábra - A közvetlen és közvetett íves plazmahegesztés elvi vázlata [36]

24

A közvetett íves változatnál az ívet a volfrámelektród és a szűkítő fúvóka között a

pisztolyon belül hozzák létre és hőforrásként a pisztolyból kilépő ionizált gázsugár

szerepel [36].

Hegesztési célra a közvetlen íves változat alkalmasabb, mivel a munkadarab áramkörbe

iktatásának fém alkatrészek hegesztésekor nincs akadálya. A közvetett íves változatot

termikus szórásra vagy nemfémek hevítésére használják [36].

A közvetlen íves plazmaívhegesztés varratképzésére a nem átmenő és az átmenő íves

változat a jellemző. A nem átmenő íves (melt-in) varratképzés megegyezik az

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztés eljárásokéval [36].

Ekkor a munkadarab megolvadása csészealakban a plazmaív alatt következik be, a be

olvadási mélység kisebb, mint a lemezvastagság (9. ábra). A nem áthatoló ívet vékony

lemezek (s≤3 mm), gyökvarratok és sarokvarratok hegesztéséhez lehet alkalmazni. A

szokásos áramerősség felső határa 100 A [36].

9. ábra - A plazmaíves hegesztés átmenő íves varratképzése (kulcslyuktechnika)

[36]

Az átmenő íves (keyhole) varratképzésnél a plazmaív áthatol a hegesztendő

darabokon, mintegy átszúrja azokat. A plazmasugár áthatolási helye a kulcslyuk, amely

a hőforrás elhaladtával a folyadék felületi feszültsége miatt megszűnik és normális

varrat alakul ki. Az átmenő ívet vastagabb darabok hegesztéséhez alkalmazzák. Feltétel,

hogy a plazmasugár szabadon áthatolhasson a munkadarabokon, azaz a varrathely alatt

nem lehet semmilyen szilárd test. A plazmaív áramerőssége ilyen esetekben mindig

meghaladja a 100 A-t [36].

25

2.2.2. A plazmaívhegesztés előnyei és hátrányai [36]

A plazmaívhegesztés előnyeit és hátrányait a volfrámelektródos, semleges

védőgázos ívhegesztési eljáráshoz hasonlítva érthetjük meg leginkább. Az

összehasonlításhoz vegyük alapul az átvitt- és áthatoló íves alapváltozatot. Az eljárás fő

előnyei a következők:

a munkadarab - pisztoly távolság a nagy hosszúságon is párhuzamos plazmaív

miatt tág határok között mozoghat, ami a hegfürdő jobb megfigyelhetőségét és

jobb hozzáférést tesz lehetővé.

a W elektród forró csúcsa a felfröccsenő szennyeződésektől és a véletlen

érintkezésektől védetten, a pisztoly belsejében helyezkedik el.

a nagy hőáramsűrűség lehetővé teszi az átmenő íves varratképzést, ami vastagabb

lemezek vagy csövek gyökhibamentes egyrétegű hegesztését teszi lehetővé és

csökkenti a lemez leélezési és hozaganyag költségeket.

a nagy hőáramú, koncentrált hőforrás lehetővé teszi a hegesztési sebesség

növelését, ami a termelékenység növelése mellett keskenyebb hőhatásövezetet

eredményez.

a beolvadási alak kedvezőbb, mint az volfrámelektródos, semleges védőgázos

ívhegesztésnél, mivel a beolvadás mélyebb és keskenyebb, a hozaganyagigény

kisebb.

Az eljárás kis népszerűsége arra enged következtetni, hogy a plazmaívhegesztést a

felsorolt előnyökkel szemben komoly hátrányok jellemzik. Ezek közül a

legfontosabbak:

a plazmaívhegesztés berendezése drágább, mint az volfrámelektródos, semleges

védőgázos ívhegesztés berendezése.

bonyolult, drága, sérülékeny pisztolykonstrukció.

szigorú koncentrikussági követelmények az elektród és a fúvókák beállításánál.

a hegesztendő darabokra vonatkozó szigorú felületminőségi és illesztési tűrések.

26

2.2.3. Az eljárás alkalmazási területei

A lehetséges falvastagságok az anyagminőség függvényében a

századmillimétertől az egy lépésben meghegesztett 12 mm-es I varratig terjednek.

Vastagabb lemezek többrétegű hegesztéssel, leélezéssel korlátlanul hegeszthetők [36].

A munkadarab-geometria tekintetében a szalagból hajlított csövek hosszvarrat

hegesztését lehet kiemelni, de az eljárás tartályok kör- és hosszvarrataihoz és egyéb

gyártmányok esetében is jól alkalmazható. Az eljárás megbízhatóságát jellemzik, hogy

az amerikai űrrepülőgépek nagyméretű hengeres, külső üzemanyagtartályait is

plazmaívhegesztéssel hegesztették [36].

A plazmaívhegesztés minden hegesztési helyzetben jól alkalmazható. A

plazmaívhegesztés jellegzetes alkalmazási területei: repülőgépgyártás, sugárhajtó-

művek, űreszközök, csövek, precíziós alkatrészek.

Titáncsövek hegesztésénél a porozitási hibák jelentenek kihívásokat a

plazmaívhegesztés esetén [36].

A továbbiakban a BorsodChem Zrt.-nél megvalósítható, a helyszíni hegesztésre is

alkalmas hegesztő eljárást, az argon védőgázas, volfrám elektródos hegesztési eljárást

fogom ismertetni.

2.3. A titán és ötvözeteinek hegesztése pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárással

2.3.1. Tisztítás, előkészítés [16]

A lemeznél kialakítható, bármilyen forgácsoló eljárással. A csiszolókoronggal

készített éleket reszelővel kell utómunkálni mindaddig, amíg a titánfelületbe tapadt

csiszolóanyag-szemcséket eltávolítjuk. A sorját feltétlenül el kell távolítani. A felület

érdessége 𝑅𝑎 = 10 𝜇𝑚 legyen. A méretre készített hegesztési éleket befejező

műveletként célszerű edzett acél késsel átgyalulni.

A titánok varratalakjait az 4. táblázat tartalmazza. A hegesztési élekről és felületekről,

valamint a hozaganyagról a ridegedést és pórusképződést előidéző szennyezők csak az

alapos tisztítással távolíthatók el. A tisztítás első művelete az alkalikus zsírtalanítás,

amelyet oxideltávolítás követ. Az oxid eltávolítható vegyi úton:

2…5% 𝐻𝐹 + 20…30% 𝐻𝑁𝑂3 ionmentes vízben tartva 30 másodpercig

Ez a megoldás bár nagyon jó eredményt ad, de egészségügyi és környezetvédelmi

okokból nem előnyös. Sokkal célszerűbb a mechanikai oxideltávolítás korrózióálló acél

drótkoronggal és közvetlenül a hegesztés előtt áthúzás edzett acélgyaluval.

27

A munkadarabok hegesztési élét mindkét oldalon 50 mm szélességben oxid mentesíteni

kell.

Többrétegű hegesztés esetén a hegesztés megszakításakor keletkezett oxidokat is el kell

távolítani. Oxideltávolítás után alkohollal és/vagy acetonnal zsírtalanítjuk a

hegesztendő felületeket és azok környékét. A zsírtalanítást meg kell ismételni

közvetlenül a hegesztés előtt is. Klór tartalmú oldószerek használata feszültségkorrózió

veszélye és egészségügyi okok miatt tilos. A megtisztított, zsírtalanított felületeket,

szabad kézzel érinteni tilos, ugyanis az ujjak vékony zsírrétege újból beszennyezné a

felületeket.

28

4. táblázat – Varratalakok és hegesztési jellemzők titánanyagok pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárásához [16]

Varratalak Anyag-

vastagság

t [mm]

Illesztési

hézag

b [mm]

Élszalag

c [mm]

A

leélezés

szöge

𝛼 [°]

Réteg-

szám

Hegesztő-

pálca

átmérője

d [mm]

0,2…2

1…3

1…3

0

0

0,1

-

-

-

-

-

-

1

2*

1

1,6

1,6

3,2

2…3

3…6

3…12

0…0,1

0,1

0,1

0,1…0,25

0,1…0,25

0,1…0,25

30…60

30…60

30…90

1

2

2

1,6…2,4

1,6…2,4

2,4…3,2

6…12

6…20

0,1

0,1

0,1…0,25

0,1…0,25

30…90

30…90

2…4

2…6

2,4

3,2

6…20 0,1 0,1…0,25 15…30 2…10 2,4…3,2

20…30 0,1 0,1…0,25 15…30 8…20 3,2

1…3

3…12

0,1

0,1

0,1…0,25

0,1…0,25

0…45

30…45

1

2…3

1,6

2,4

* két oldalról hegesztve

29

2.3.2. A varrat kialakítás, megfelelő gázvédelem [16]

A pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztéses eljárással

az ötvözetlen és ötvözött titánanyagokat egyenárammal, a negatív pólusról hegesztjük.

A jó kötés létesítésének az alapfeltétele a megfelelő gázvédelem. Hegesztés közben

a környezeti levegő hatása ellen semleges gázzal kell védeni nemcsak az ívet és a

varratot, hanem minden olyan titánrész felületét is amely, 200°C fölé hevülhet, és a

védelmet fenn kell tartani mindaddig, amíg az anyag 200°C fölött van. A védelem

legegyszerűbb, de költséges módja a térvédelem, amikor védőgázzal feltöltött kamrában

hegesztünk. A védőkamrás hegesztés kifogástalan minőséget ad és nagy darabszámok

esetén gazdaságos is. A kamrát nagyvákuumra kell leszívatni, majd nagy tisztaságú

argonnal kell feltölteni. Ezt a folyamatot legalább kétszer kell megismételni, ezután a

kamrában lévő munkadarabok hegeszthetők.

Amennyiben a hegesztendő titángyártmány adott szakaszát helyezzük argon védőgáz

alá, részleges térvédelemről beszélünk. Ilyen pl. a csőköteges hőcserélő csöveinek a

behegesztése a vízszintesen fekvő csőkötegfalba úgy, hogy a csőkötegfal felett

céleszköz segítségével viszonylag jól záró mozgókamrát képezünk ki, amelyet argonnal

töltünk fel és a hegesztést ebben a kamrában végezzük.

Részleges térvédelem az is, amikor térben bonyolult alakú hegesztendő szakaszt a

titánanyaghoz ragasztószalaggal rögzített alumíniumfóliával körbevonva létesítünk zárt

teret, amelyet argonnal töltünk fel. A hegesztőfej számára természetesen megfelelő

nyílásról kell gondoskodni. A védett tér lezárásának kialakításakor figyelembe kell

venni, hogy az argon nehezebb a levegőnél és így szabad alsó nyíláson a védőgáz

elszökhet.

A gyakorlatban általában helyi védelemmel dolgozunk. Ekkor a korona és

gyökoldalra az adott feladathoz készített védőernyők helyezünk el, amelyeket hegesztés

közben a hegesztőfejjel együtt mozgatunk.

A védőernyő takarja jól a felületet, legyen könnyen mozgatható és a hegesztőt ne

zavarja a varrat kialakításában. A védő belsejében csak a legkisebb holt terek

alakulhatnak ki. A védőgáznak a felületre laminárisan kell áramolnia.

A gyakran használt védőeszközöket korrózióálló acélból, az egyedi eszközöket

rézből, vagy rézötvözetből célszerű gyártani. A hegesztés megkezdése előtt célszerű

ellenőrizni a munkahely megfelelő tisztaságát, a huzatmentességet, a gázhozzávezetés

biztonságát. Hosszabb idejű, pl. hétvégi leállás után gondoskodni kell a gázvezetékek

teljes átöblítéséről, de még kedvezőbb, ha a jó minőségű műanyag tömlőkbe közvetlenül

a védőernyő rácsatlakoztatása előtt záró csapokat iktatunk és a vezetékeket üzemszünet

alatt is állandó argonnyomás alatt tartjuk.

30

Be kell állítani a gázmennyiségeket a munkadarab, a védőeszközök kialakítása, a

védelem hatékonysága és a hegesztés helyzete szerint.

Vízszintes, sík hegesztéshez a gázfelhasználás irányértéke:

Hegesztőfejben 6…9 l/min. (A pontos mennyiséget minden esetben kísérlettel kell

megállapítani).

Túl kevés gáz következménye: nem kielégítő gázvédelem, a varrat

felkeményedik, a volfrám elektród oxidálódik.

Túl sok gáz következménye: az ömledék nyugtalanul mozog, erős örvénylése

levegőt ragad magával. A megömlött fém sok gázt nyel el, ez nem tud

eltávozni, a varrat pórusos lesz.

Utánvédőben 8…20 l/min.

Túl kevés gáz következménye: a varrat két oldalán elszíneződés széles

sávban

Túl sok gáz következménye: örvénylés, vagy az injektorhatás következtében

a gáz levegővel szennyeződik, ettől a varrat elridegedhet.

Gyökvédőben 2…4 l/min

Túl kevés gáz következménye: elszíneződés széles övezetben a gyök két

oldalán

Túl sok gáz következménye: homorú varrat

A túlzott gázadagolás természetesen mindig többletköltséget is jelent. Amennyiben a

gyökoldal zárt térbe vagy hozzá nem férhető helyre kerül, akkor ezt a teljes zárt teret

argonnal át kell öblíteni. Ha fennáll annak a veszélye, hogy a keskeny résbe nedvesség

csapódhatott le a kapilláris hatás következtében, akkor a hegesztendő részeket

PB-gázlánggal 100…120 °C-ra kell melegíteni a kipárologtatás végett.

31

A titán és ötvözeteinek az pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos

hegesztéséhez javasolt paraméterek a 5. táblázatban és a 6. táblázatban láthatók.

5. táblázat – Titán és ötvözetei pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos

hegesztéséhez javasolt paraméterek [17]

Lemezvas-

tagság

s [mm]

Elektród

átmérő

𝑑𝑤 [mm]

Hegesztő

pálca

átmérő

𝑑𝑝 [mm]

Áramerősség

I [A]

Feszültség

U [V]

Fúvóka

mérete

𝑑𝑓

[mm]

Védőgáz a

pisztolyban

l/min

Kiegészítő

gázvédelem

(koronaoldalon és

gyökoldalon)

[l/min]

0,5…1 1,5…2 1…1,6 25…60 8…10 14…16 8…10 2…4

1,5 1,5…2 1,6…2 60…80 10…12 14…16 10…12 2…4

2,0 2,0…2,5 1,6…2 80…100 10…12 14…16 10…12 2…4

3,0 2,5…3 2…3 120…160 10…14 16…18 10…12 2…4

4,0 2,5…3 2…3 120…160 10…16 18…20 12…14 2…4

6…10 3,0…4 2…3 140…180 10…16 18…20 12…16 3…4

6. táblázat – Titáncsövek kézi pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos

hegesztésére javasolható paraméterek [17]

Cső

falvastagsága,

s [mm]

Volfrám

átmérő

𝑑𝑤

[mm]

Hegesztő

pálca

átmérő

𝑑𝑝 [mm]

Elektród

kinyúlás

a

fúvókából

𝑙𝑘𝑖 [mm]

Áramerősség I [A] Argon fogyasztás [l/min]

Gyökhöz Többi

sorhoz

Pisztolyban Kiegészítő

védelem

Csőben

2 2…4 1,4…2 5…8 70…90 110…120 6…8 6…8 4…6

3 2…4 1,2…1,6 5…8 90…100 110…120 6…8 6…8 4…6

4 2…4 2…3 6…10 110…120 130…140 6…8 6…8 4…6

5…6 2…4 2…3 6…10 110…120 130…140 6…8 6…8 6…8

7…9 2…4 2…3 6…10 170 210…240 6…8 6…8 6…8

10…12 2…4 3…4 6…12 190 220…250 8…10 8…10 6…8

13…16 4 4…5 6…12 190 220…250 8…10 8…10 6…8

32

A hegesztőfej, illetve a fej és a hegesztőanyag tartását a 10. ábra szemlélteti.

A hegesztőanyag felhevült végét soha nem szabad kihúzni a védőgázburok alól

mindaddig, amíg 200 °C alá nem hűl. Az esetleges gázzal szennyeződött huzalvéget a

varratba beolvasztani nem szabad, le kell vágni és el kell dobni.

Hegesztés után a volfrámelektródnak tökéletesen tisztának kell lennie. A jól terhelt és

védett elektród kihegyezett vége félgömb alakúra olvadt és higany szerűen fényes.

Amennyiben a félgömbön kis feltapadt volfrámszemcse észlelhető, az elektród terhelése

nem volt elegendő. Ilyenkor vagy vékonyabb elektródot kell használni, vagy nagyobb

áramerősséggel kell dolgozni. Ha az elektród vége teljesen megolvad, és nagyméretű

gömb keletkezik, az elektród túl volt terhelve.

1,5

<15°

a)

1,5

<30°

b)

1

1

2

2 Pálca

10. ábra - A hegesztőfej és a hozaganyag tartása titán hegesztésekor pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos eljárás esetén a) hozaganyaggal; b) hozaganyag

nélkül; 1 – hegesztőfej; 2 – után védő; a nyíl a hegesztés irányát jelzi [16]

>30°

33

Az áramerősség, és a hegesztés sebessége egymással összefügg. A kézi hegesztés

célszerű sebessége 70…150 mm/min. E sebességtartományon belül az áramerősséget a

11. ábra szemlélteti.

11. ábra – Titán hegesztésének áramerőssége a lemezvastagság függvényében

pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos eljárás esetén [16]

A hideg volfrámelektróddal réz lemezen kell ívet kelteni, és elő kell melegíteni. A

szilárdságilag igénybe vett varratokat mindig indítólemezen kezdjük, és kifutó lemezen

fejezzük be, amelyeket hegesztés után mechanikai megmunkálással el lehet távolítani.

A lehető legkevesebb fűzést kell alkalmazni. Fűzővarratok készítésekor

ugyanolyan védelem szükséges, mint a kötővarratoknál. A fűzővarratot a kötővarrat

készítésekor teljesen át kell olvasztani. Megrepedt varratvéget ki kell munkálni, és

átolvasztással újra hegeszteni.

Titánanyagok előmelegítése hegesztés előtt nem szükséges. Hegesztés utáni

hőkezelés a belső feszültségek leépítésére csak várható dinamikus igénybevétel esetén

ajánlatos (pl. nagyméretű ventilátor hegesztett járókereke.).

34

3. A HEGESZTÉSHEZ SZÜKSÉGES PARAMÉTEREK

MEGHATÁROZÁSA

A 2. fejezetben áttekintésre került a titán alapanyagú csövek hegesztésénél szoba

kerülhető hegesztési eljárások és azok sajátosságai, amely a membráncellás klórüzemi

csövek hegesztésére alkalmazható lehet. Ebben a fejezetben pedig meghatározásra

kerülnek az ASTM Gr. 2-es alapanyag hegesztéshez szükséges legfontosabb

paraméterek a pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos hegesztésre.

A hegesztéstechnológia kialakítása a dolgozatom e szakaszában a rendelkezésemre

álló anyagok függvényében történt, különös tekintettel arra, hogy a membráncellás klór

üzemben található titán csövek hegesztési varratainak minél nagyobb arányban

lefedhetők legyenek.

Előzetes számításaim alapján az üzemben található varratok 80%-a fedhető majd le

a WPQR-rel alapján kiállítható WPS-ekkel, amennyiben eredményes lesz a hegesztési

eljárás minősítése.

3.1.1. Hozaganyag

Az MSZ EN ISO 24034 szabvány alapján - amely a „Hegesztőanyagok. Tömör

huzalelektródák, hegesztőhuzalok és -pálcák titán és titánötvözetek ívhegesztéséhez.

Osztályba sorolás”-val foglalkozik – a választott hozaganyagom S Ti 0120 (Ti99,6)

amely a DIN WNr. 3.7036 –nek felel meg. Ez a hozaganyag az ASTM szerint

Gr. 1-4-ig alkalmazható. A hegesztés során alkalmazott hozaganyag a DRATEC

Drahttechnik GmbH cég által forgalmazott: DT-ErTi 2

Mivel csöveket kell összehegeszteni, ezért az 4. táblázat második sorában található

élelőkészítést választottam. Ehhez az élelőkészítéshez szakirodalom által javasolt

huzalátmérő Ø1,2…Ø1,6 mm. Azonban, mivel Ø2,4 mm-es pálcaátmérő állt a

rendelkezésemre ezért a hegesztés, ezzel az átmérőjű hozaganyaggal történt.

3.1.2. Áramnem polaritás

A polaritás jelentősen befolyásolja az elektródokat hevítő hőenergia nagyságát. A

két elektród közül az anód jóval gyorsabban hevül, mint a katód, és ez az eltérés az

áramerősség növelésével erősödik. Ez a jelenség arra ösztönözi a felhasználót, hogy

pálcával végzett volfrámelektródos, semleges védőgázos hegesztéskor a hegesztendő

tárgyat anódként kapcsolja az áramkörbe, ami egyúttal a volfrámelektród

hőterhelésének mérséklődéséből kifolyólag az áramterhelhetőség, illetőleg az élettartam

növekedéséhez vezet. Ezért DCEN polaritást választottam a hegesztésre [37].

35

3.1.3. Hegesztőáram és ívfeszültség meghatározása

Az paraméterek meghatározásakor a szakirodalom által javasolt értékeket

(6. táblázat) vettem figyelembe a 2,77 mm-es anyagvastagsághoz.

Azonban a rendelkezésre álló nagyobb pálca átmérő, és a DN40 csőméret indokolja

a kisebb hegesztő áram használatát.

Az ívfeszültség meghatározásához tartozó képlet a következő:

𝑼í𝒗 = 𝟏𝟎 + 𝟎, 𝟎𝟒 ⋅ 𝑰𝒉 (1. egyenlet)

Az 1. egyenlet és a 6. táblázat segítségével meghatároztam az ívfeszültség alsó és felső

értékeit a fűzővarratokra, és a gyökre vonatkozóan, amelyet a 7. táblázat tartalmazza.

7. táblázat – Hegesztőáram és ívfeszültség értékei

Varratrész Névleges

csőátmérő

Falvastagság

[mm]

Választott pálca 𝐼ℎ;𝑔𝑦ö𝑘

[A]

𝑈í𝑣;𝑔𝑦ö𝑘

[V]

Fűzés DN40 2,77 Ø2,4 x 1000 55-60 12,2-12,4

Gyök DN40 2,77 Ø2,4 x 1000 60-65 12,4-12,6

3.1.4. Hőáram meghatározása és a hőforrás sebessége [18]

Az egyfázisú váltakozó áramú hálózatról üzemelő hegesztő áramforrások által

időegység alatt szolgáltatott hőenergiát a hőáram fejezi ki.

Meghatározására alkalmas összefüggést a 2. egyenlet tartalmazza [18]:

𝚽 = 𝐜𝐨𝐬 (𝛗) ⋅ 𝛈𝐭 ⋅ 𝐔Í𝐯 ⋅ 𝐈𝐡 [W] (2. egyenlet)

ahol:

Φ [W] hőáram

ηt a hőforrás termikus hatásfoka AWI hegesztés esetén: ηt = 0.6

UÍv [V] ívfeszültség

Ih [A] hegesztő áramerősség

𝜑 - a hegesztőáram és az ívfeszültség közötti fázisszög (a mi esetünkben egyenáram

[DC] van, φ=0°, tehát cos0° =1)

A 2. egyenletbe be behelyettesítve a 7. táblázat értékeit az alábbi tartományt kapjuk:

36

Φ 𝑔𝑦ö𝑘 = 446,4 … 491,4 W (3. egyenlet)

A hőforrás sebessége (vh [mm/s]) az a relatív sebesség, amivel a hőforrás a

tárgyhoz képest a hegesztési irányban mozog. A hőforrás sebessége álló tárgy esetében

megegyezik a hegesztési sebességgel. Álló hőforrás (ív- és ellenállás-ponthegesztések)

esetében a hőforrás sebessége zérus. Az álló hőforrással végzett hegesztéseket

ponthegesztésnek (spot welding), a mozgó hőforrással végzetteket vonalhegesztésnek

(seam welding), vagy egyszerűen jelző nélkül, hegesztésnek nevezik.

A hőforrás sebességét a hegesztési gyakorlatban önkényesen 3 m/min (50 mm/s)

érték fölött gyorsnak, alatta normál értékűnek tekintik. Ennél precízebb az a

meghatározás, amikor a hőforrás sebességét a lineáris hővezetés sebességéhez

hasonlítják: eszerint egy hőforrás akkor tekinthető gyorsan mozgónak, amikor a hőforrás

gyorsabban mozog a hővezetéses terjedésénél, vagyis amikor a hőforrás előtt az anyag

nem melegszik. Ez a határsebesség anyag- és technológiafüggő, ezért konkrét, minden

esetre érvényes értéke nem létezik.

A gyakorló hegesztések alapján a hegesztési sebességét a fűzéskor, és a gyök

hegesztésekor, az alábbiak szerint becsülöm:

𝐯𝐡;𝐠𝐲ö𝐤 = 𝟑𝟎 𝐦𝐦

𝐦𝐢𝐧= 𝟎, 𝟓

𝐦𝐦

𝐬 (4. egyenlet)

3.1.5. A vonalenergia meghatározása [18]

A hőforrás hőáramából és mozgási sebességéből igen hasznos mérőszámot

képezhetünk, amelyet vonalmenti energiasűrűségnek, röviden vonalenergiának,

neveznek (alternatív elnevezése szakaszenergia és a fajlagos hőbevitel):

𝐸𝑣 =𝑑𝐸

𝑑𝑙=

Φ

𝑣ℎ (5. egyenlet)

Ezt úgy kaphatjuk meg, hogy a hőáramot elosztjuk a hegesztési sebességgel. Mi

esetünkben az 5. egyenletbe behelyettesítve a 3. egyenlet tartományának szélső értékeit

és elosztva a 4.egyenlet értékével, adódik a 6. egyenletben szereplő vonalenergia

tartomány a gyökre vonatkoztatva.

𝑬𝒗;𝒈𝒚ö𝒌 = 𝟖𝟗𝟑 … 𝟗𝟖𝟑 𝑱

𝒎𝒎 (6. egyenlet)

A vonalenergia alkalmas különböző hegesztési eljárások, és azonos eljáráson

belül különböző technológiai variánsok összehasonlítására, emellett igen jól

használható egyes hegeszthetőségi kérdések megítéléséhez is. Sokrétű

felhasználhatóságából következik egyöntetű elfogadottsága és népszerűsége. A

vonalenergia kézi hegesztéseknél általában 500 és 2000 J/mm közé esik, gépesített

hegesztéseknél az 5000 J/mm-t is elérheti. A vonalenergia növelése a hegesztés

37

teljesítménymutatóit javítja, de a hegesztett kötés minőségét rontja, ezért

megválasztásakor a legjobb kompromisszumra célszerű törekedni.

3.1.6. A volfrám elektród fajtája [22][26]

A hegesztéshez választott elektródátmérőt Ø3,2-re választottam a 6. táblázat és az

ajánlások alapján. A hegesztéshez használt elektród típusa tóriumos volt (WT20).

Az oxid növeli az elektronemissziót, javulnak a gyújtási tulajdonságok, az élettartam

és az áramterhelhetőség. Fő területe az egyenáramú hegesztés, rozsdamentes acélok.

Enyhe radioaktív sugárzó, csak nagyon jó elszívás mellett alkalmazható, mert a füsttel

a sugárzó alfa részecskéket belélegezve, ezek a tüdőben végérvényesen megkötődnek

és károsodást okoznak. Csak elszívás mellett köszörülhető, lehetőleg gépesítve.

Hegeszthető anyagok: Szénacél, rozsdamentes acél, nikkel ötvözet, titán, réz.

Gyártói színjelölése: piros, ahogyan azt a 12. ábra is szemlélteti.

12. ábra - WT20 elektród színjelölése [22]

3.1.7. Az élelőkészítés és illesztés

Az egyik legnagyobb kihívást a hegesztés során a megfelelő élelőkészítés és

illesztésjelentette, ugyanis e paraméterek nem megfelelő megválasztása esetén, a

roncsolásmentes vizsgálatokkal kimutatható súlyos hibák alakultak ki.

A szakirodalomi ajánlások alapján megadott élszalag tartomány legkisebb szélső

értékét célszerű választani. Az élszalagot majdnem teljesen ki kellett munkálni, ugyanis

ellenkező esetben a fűzővarratok megfelelő átolvasztása nem volt lehetséges. Ugyanis

az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány B átvételi szintet határoz meg az értékelési előírásra

38

(MSZ EN ISO 5817 B). Ezen értékelési előírás alapján pedig sem a hiányos

gyökátolvadás (4021), sem a gyökoldali szélkiolvadás (5013) nem megengedett.

A 0,1 mm-nél nagyobb élszalag esetén, a 13. ábra szerinti képen nem megfelelő gyök

látható (pirossal jelölve), míg a 14. ábra szerinti képen a 0,1 mm-el készült, megfelelő

minősítésű próbadarab gyökoldala látható.

14. ábra - Megfelelő minősítésű gyökoldal

13. ábra – Nem megfelelő minőségű gyökoldal

39

Akárcsak a szemrevételezéses vizsgálatnál, a radiográfiai vizsgálat esetén is látható

volt az, hogyha az élszalag 0,1 mm-nél nagyobb volt a fűzővarratoknál az

MSZ EN ISO 5817 B átvételi szint szerint hiányos gyökátolvadás (4021) volt

tapasztalható (a 15. ábra pirossal jelölt szakasza). A hegesztő az egyik fűzővarratot

ezután megpróbálta átolvasztani. Ekkor a hegfürdőbe gázpórusok (2011) alakultak ki,

és a hiányos gyökátolvadás is visszamaradt (a 15. ábra narancssárgával jelölt szakasza).

15. ábra - Hibák a 01PC és 02PC munkapróbák hegesztését megelőzően a

paraméterek ellenőrzése során

3.1.8. A megfelelő gázvédelem biztosítása

A titán hegesztésére ajánlott védőgázról ellentmondásos információ érhető el az

interneten. A Linde Gáz Magyarország az Argon 4.6 –ot is ajánlja a titán hegesztésére,

míg a Messer Hungarogáz Kft. az általa előállított Argon 5.0-át. A dolgozatomban

próbáltam a jobb minőségre törekedni a védőgáz terén, ezért a hegesztés során a

gázvédelemhez az Argon 5.0 védőgázt alkalmaztam az MSZ EN ISO 14175 I1

csoportjából. [21][27].

40

A titán anyagminőségű varratok hegesztett kötéseinél további szempontot kell

figyelembe venni. Ez pedig magának a varratnak az elszíneződése. Az elfogadható, és a

nem megfelelő hegesztési varratok színeit a 16. ábra szemlélteti. Az elszíneződést a

védőgáz mennyisége és a megfelelő kiegészítő gázvédelem nagymértékben

befolyásolja:

16. ábra – Az elfogadható, és a nem elfogadható varratszínek titán anyagminőség

esetén [30]

41

A színnek való megfelelés (amelyet az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány 7.6-os pontja

ír elő) biztosítása a megfelelő gázvédelem biztosításával lehetséges. A megfelelő

gázvédelem feltételeinek a meghatározása során az alábbiakban bemutatott képeket

készítettem:

A 17. ábra szerinti hegesztési varrat elkészítésekor nem volt kiegészítő gázvédelem.

17. ábra - Kiegészítő gázvédelem nélkül készített varrat

A 18. ábra szerinti hegesztési varrat esetén a kiegészítő gázvédelem és a pisztolyban

lévő védőgáz mennyisége sem volt elégséges.

18. ábra - Nem megfelelő kiegészítő gázvédelem és nem megfelelő gázvédelem a

pisztolyban

42

A 19. ábra szerinti hegesztési varrat esetében a kiegészítő gázvédelem nem volt

megfelelő, de a pisztolyban lévő védőgáz mennyisége a befejezés során elegendőnek

bizonyult.

19. ábra - Nem megfelelő kiegészítő gázvédelem, de megfelelő gázvédelem a

pisztolyban

A 20. ábra lévő hegesztési varrat esetén a kiegészítő gázvédelem és a pisztolyban lévő

védőgáz mennyisége is megfelelőnek bizonyult.

20. ábra - Megfelelő gázvédelem az "védőernyőben" és a pisztolyban

43

A védőgáz mennyiségét az előző pontban ismertetett illesztési hézag miatt a

szakirodalomban javasolt mennyiségéhez képest, megváltoztattam.

Ezek alapján elkészített előzetes hegesztéstechnológiai utasítást a 8. táblázat

tartalmazza:

44

8. táblázat - Előzetes hegesztéstechnológiai utasítás tömör pálcával végzett

volfrámelektródos, semleges védőgázos ívhegesztésre

A pWPS száma BC/CS01/2019

A hegesztés helye BorsodChem Zrt. II. telep műhely

A hegesztés kivitelezője BorsodChem Zrt.

Cím 3700 Kazincbarcika, Bolyai tér 1.

Anyagcsoport 51.2 (CR ISO/TR 15608 szerint)

Alapanyagok ASTM Gr. 2 – ASTM Gr. 2

Hegesztendő tárgy Cső – Cső

Mértékadó méretek Ø48,3 X 2,77 mm - Ø48,3 X 2,77 mm

Vágóeljárás Mechanikus vágási eljárás (pl. 𝐴𝑙2𝑂3

szerszámmal)

Kötéstípus Tompa

Varratfajta BW

Varratméret ~3,2 mm

Egyrétegű/Többrétegű Egyrétegű

Illesztés 21. ábra szerint

Hegesztési sorrend 22. ábra szerint

Élelőkészítés, illesztés és hegesztési sorrend

Élelőkészítés és illesztés Hegesztési sorrend

21. ábra

22. ábra

Hegesztési adatok

Varrat-

rész

Hozaganyag

kereskedelmi

jele

Hozag-

anyag

mérete

[mm]

Áram-

erősség

[A]

Ívfeszültség

[V]

Áram-

nem

polaritás

Hegesztési

sebesség

[mm/min]

Vonal-

energia

[J/mm]

Fűzés DT-ErTi 2 Ø2,4 55-60 12,2-12,4 DCEN 30 805-

893

Gyök DT-ErTi 2 Ø2,4 60-65 12,4-12,6 DCEN 30 893-

983

45

A 8. táblázat folytatása.

A volfrám elektród fajtája Ø3,2, WT20

Hegesztési helyzet PC

Védőgáz típusa Gyökoldalon Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Koronaoldalon Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Kiegészítő

gázvédelem

Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Védőgázmennyiség

[l/min]

Csőben 8…12

Pisztolyban 8…12

Kiegészítő

gázvédelem

10…15

Gyökalátét -

Gyökfaragás -

Előmelegítés -

Hőmérséklet két sor között -

Utóhőkezelés -

Ívelés Nem megengedett

A hegesztő elvárt minősítése MSZ EN ISO 9606-5 141 T BW wm t2.77

D33.4

H-L045 ss nb

Ellenőrzési előírás 100% szemrevételezés

100% penetrációs vizsgálat

100% radiográfiai vizsgálat

Javítási lehetőség Maximum kétszer

Élelőkészítés, tisztítás

Tilos lángvágást használni

Tilos vasionokkal szennyezett eszközöket használni

Tilos szénacélból készült szerszámokat használni

A munkadarabok hegesztési élét mindkét oldalon 50 mm szélességben

oxidmentesíteni kell

Oxideltávolítás után alkohollal vagy acetonnal zsírtalanítani kell

Hegesztés előtt meg kell ismételni a zsírtalanítást, amennyiben a hegesztést két órán

belül nem végzik el

A megtisztított, zsírtalanított felületeket szabadkézzel vagy szennyezett kesztyűben

érinteni tilos!

A hegesztést kizárólag tiszta helyiségben szabad végezni!

46

A 8. táblázat folytatása.

Egyéb előírások, javaslatok

Az alapanyagot elkülönített helyen kell tárolni

Az alapanyaggal csak tiszta munkaruházatban, kesztyűben szabad érintkezni

A hegesztendő felületeket pamut alapanyagú ronggyal tilos törölni

Célszerű méréseket végezni az olaj, a vasionok és a nedvesség jelenlétére

vonatkozóan

A hegesztő pálcát nem szabad levegőnek azonnal kitenni, miután az ív megszűnt

Az ív megszűnése után a gázvédelmet még körülbelül 30 másodpercig biztosítani

kell a hegfürdőre

A hegesztési varratnak szépnek és tisztának kell lennie, nem lehet benne repedés,

zárvány, volfrám vagy oxidációs színhiba

A kiegészítő gázvédelem megszűnésének a határán az elszíneződés megengedett

A titán csőhegesztések nem bélyegezhetők. Egyéb módon kell a jelölésüket

megoldani (pl. gravírozás)

Az elfogadható varrat színek az ezüst-fehér vagy az enyhén sárga

A hegesztőgéphez tartozó földelőhuzalt nem lehet közvetlenül a titáncsőre

csatlakoztatni

A hegesztést gyökvédő szalaggal kell elvégezni, amely a 23. ábra szerint

A kiegészítő gázvédelmet a 24. ábra szerinti módon kell felszerelni

23. ábra

24. ábra [38]

Miskolc, 2019.01.10 …………………………….

Kidolgozta

1- Gyökvédő

szalag

2- Szivacs

tömítés

3- Titáncső

4- Argon

gáztömlő

47

A 8. táblázatban bemutatott pWPS alapján elkészített hegesztési varratokat a

25. ábra és a 26. ábra szemlélteti.

Ezek alapján elmondható, hogy a próbadarabok varratai szín alapján megfelelnek a

Ezek alapján elmondható, hogy a varratok megfelelnek a színpróbának, fényes ezüst

színük miatt.

02PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

01PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

25. ábra - A 01PC jelű próbadarab

26. ábra – A 02PC jelű próbadarab

48

4. A MINŐSÍTÉSHEZ SZÜKSÉGES VIZSGÁLATOK. A

WPQR ÉRVÉNYESSÉGI TARTOMÁNYÁNAK

MEGADÁSA

A titán alapanyagú hegesztési technológiák minősítő vizsgálatát az

MSZ EN ISO 15614-5 szerint kell elvégezni. Amennyiben a hegesztési technológia ezen

szabvány minden követelményét kielégíti, akkor az jóváhagyható, és a minősítés

jegyzőkönyve a WPQR (Welding Procedure Qualification Record) kiállítható.

Az MSZ EN ISO 15614-5 szerint elvégzendő vizsgálatokat 9. táblázat tartalmazza.

9. táblázat - MSZ EN ISO 15614-5 szerint elvégzendő vizsgálatok

Próbadarab A vizsgálat típusa A vizsgálat terjedelme

Tompavarrat

Szemrevételezéses vizsgálat

Radiográfiai vizsgálat

Penetrációs vizsgálat

Keresztirányú szakítóvizsgálat

Keresztirányú hajlító vizsgálat

Makro/mikroszkópikus

vizsgálat

100%

100%

100%

2 próbatest

4 próbatest

1 próbatest

A dolgozat további részében bemutatom a roncsolásmentes anyagvizsgálatok és a

roncsolásos anyagvizsgálatok általános tulajdonságait, meg fogom határozni a

vizsgálatokhoz szükséges próbatestek paramétereit, majd ismertetni fogom a

vizsgálatok eredményeit. A vizsgálatokról kiállított jegyzőkönyveket pedig a

dolgozatom mellékletében fogom elhelyezni.

4.1. A roncsolásmentes anyagvizsgálatok [28]

A roncsolásmentes vizsgálat (angolból származó rövidítéssel: NDT, magyarul RMV)

alatt azon eljárások összességét értjük, amelyek olyan módon szolgáltatnak

információkat a vizsgált tárgyról, hogy azt sem a vizsgálat során, sem azt követően nem

károsítják. Ennek köszönhetően az RMV hatékonyan alkalmazható a termelési folyamat

bármely fázisában és a vizsgálandó alkatrész vagy munkadarab hasznos, üzemi

élettartamának teljes ideje alatt. A roncsolásos vizsgálattal ellentétben – amellyel csak

49

bizonyos minta vizsgálata lehetséges (mintavételes vizsgálat), roncsolásmentes

vizsgálat során a teljes anyagmennyiség ellenőrizhető, ami javítja a termékek

biztonságát, minőségét és megbízhatóságát.

A roncsolásmentes vizsgálati eljárásokat, módszereket üzemi vizsgálatok és

ellenőrzések során alkalmazzák. Használhatók különféle alkatrészek méretének (például

vastagságának) meghatározására, fizikai és mechanikai tulajdonságok (például

vezetőképesség, keménység vagy belső feszültség) mérésére, folytonossági hiányok

(például repedések, zárványok) kimutatására, akár automatizált termelési

folyamatokban, akár egyedi munkadarabok esetében. A vizsgált darab – például öntött,

hegesztett vagy kovácsolt termék, illetve szerkezeti elem – vizsgálat után is használható

mivel az eljárás során semmiféle károsodás nem éri. Az objektumok vizsgálhatók

gyártás közben, üzembe helyezés vagy összeszerelés előtt vagy akár működés közben

is.

Az RMV eljárások és módszerek különböző fizikai alapelveken nyugszanak,

felhasználva más tudományterületek (kémia, matematika, stb.) ismereteit is. Az egyes

fizikai alapelvek bizonyos fizikai jelenségeket írnak le, ideértve a jelenségekre

vonatkozó, matematikai képletek vagy egyenletek formájában megfogalmazott

törvényszerűségeket is. A vizsgálatokkal az anyagok valamilyen tulajdonságát vagy

annak megváltozását határozzuk meg. Tekintve, hogy ezek a tulajdonságok sok esetben

közvetlenül nem mérhetők vagy nem figyelhetők meg, közvetett mérési-vizsgálati

módszerekhez kell fordulni, amelyek ily módon lehetővé teszik az anyag jellemzését

vagy folytonossági hiányainak azonosítását.

A roncsolásmentes vizsgálati módszerekkel végzett mérések vagy vizsgálatok

közvetett jellege miatt a kapott jeleket – gyakori kifejezéssel: indikációkat – és azok

számszerűen meghatározott paramétereit értelmezni kell, azaz mérési vagy vizsgálati

eredményekké kell átalakítani azokat.

Ez az átalakítás az alábbi tényezők tekintetében minden módszer esetében egyedi:

az eljárás fizikai alapelvei és eszközei

a vizsgált anyag

a gyártási folyamat

Következtetésképpen, adott vizsgálati eljárás vagy módszer új problémára történő

alkalmazása előzetes próbákat igényel, melyek során az anyagvizsgáló szakembernek

egyértelműen meg kell állapítania a jelzések és a kiváltó okok között fennálló

összefüggéseket, valamint azok technológiai jelentését. Az előzetes próbákra annyi időt

kell hagyni, amennyi alatt - roncsolásos vizsgálat segítségével, a minta vizsgálat közbeni

50

viselkedése alapján – megállapítható az említett kapcsolat és esetenként elemezhető az

anyagban meglévő folytonossági hiány.

4.1.1. Szemrevételezéses vizsgálat

Szemrevételezéses vizsgálat alatt egy tárgy felületi, illetve külső minőségi

jellemzőinek (sérülések, hibák, alakbeli eltérések, stb.) emberi szemmel – optikai

segédeszközökkel, vagy azok használata nélkül – történő meghatározását és értékelését

értjük [28].

A szemrevételezéses vizsgálat olyan általánosan és többnyire egyszerűen

alkalmazható, önálló, roncsolásmentes vizsgálat, amelyet gyakran más típusú

roncsolásmentes vizsgálatokat megelőzően is el kell végezni. Ezért kívánatos, hogy az

egyéb roncsolásmentes vizsgálati eljárásokat alkalmazó anyagvizsgálók a

szemrevételezéses vizsgálatból is rendelkezzenek minősítéssel. A szemrevételezéses

vizsgálat további előnye, hogy a többi vizsgálathoz képest viszonyítva olcsó és, ha már

itt tapasztalunk az értékelési szabvány szerint valamilyen nem megengedhető eltérést,

akkor felesleges a próbadarabot tovább vizsgálni. [28]

A szemrevételezéses vizsgálat előnyeit és korlátait a 10. táblázat tartalmazza:

10. táblázat – A vizuális vizsgálat előnyei és korlátai [28]

Vizuális vizsgálat

Előnyök Korlátok

Könnyen hozzáférhető

Viszonylag egyszerű

Bármilyen anyag esetén alkalmazható

Lehetővé teszi a folytonossági

hiányok pontos lokalizálását

Csak a felületi folytonossági

hiányokat mutatja ki

Képzett vizsgáló személyzetet

igényel

A speciális szemrevételezéses vizsgálat olyan feladat, amelyet célirányosan, a

vizsgált tárgy meghatározott tulajdonságainak észlelése és értékelése érdekében hajtunk

végre. Ebbe a körbe a következő feladatok tartoznak:

geometriai eltérések vizsgálata

helyzeteltérések vizsgálata

hibakereső/folytonossági hiány kereső

károsodások, káresetek vizsgálat

51

Összességében elmondható, hogy a kihívások ellenére a 25. ábra és a 26. ábra szerinti

próbadarabok megfeleltek az MSZ EN ISO 5817 szabvány B átvételi szintjének,

amelyet az M.4. melléklet tanúsít.

4.1.2. Folyadékbehatolásos/penetrációs vizsgálat [28]

A folyadékbehatolásos – idegen szóval folyadékpenetrációs – vizsgálat (PT) olyan

folyadék alkalmazásán alapul, amely – fizikai tulajdonságainak köszönhetően – a

vizsgálati felületet nedvesíti, azon szétterül Ez lehetővé teszi, hogy érvényesüljön a

kapilláris hatás, azaz a folyadék behatoljon a felületre nyitott folytonossági hiányokba,

és azokban a felületen lévő fölösleges folyadék eltávolításakor is benne maradjon.

Csaknem minden esetben az előhívószer segítségével jelzi a felületen azokat a zónákat,

ahol folytonossági hiányok találhatók.

A vizsgálathoz behatoló folyadékra (úgynevezett jelzőfolyadékra), a felesleges

behatoló folyadék eltávolítására alkalmas lemosó szerre, valamint ultraibolya

fényforrásra (fluoreszcens módszer)/előhívószerre (színkontrasztos módszer) – amelyek

a felületre nyitott folytonossági hiányokról látható indikációkat szolgáltatnak – van

szükség.

A behatoló folyadékok alkalmazási köre a gyártóipar és karbantartás minden olyan

területére kiterjed, ahol fémes vagy nem fémes anyagok felületi repedéseit vagy pórusait

kell detektálni. A repedésvizsgálat egyetlen feltétele az, hogy a felület ne legyen

porózus.

A penetrációs vizsgálat előnyeit és korlátait a 11. táblázat tartalmazza:

11. táblázat - A folyadékbehatolásos vizsgálat előnyei és korlátai

A folyadékbehatolásos vizsgálat

Előnyök Korlátok

Gyors

Alkalmazása könnyű

Nagy érzékenységű

Hordozható

Sokféle anyag esetén alkalmazható, a

nagyon porózus anyagok kivételével

Csak a felületi folytonossági

hiányokat mutatja ki

Fennáll a szennyeződés kockázata

A felületre nyitott folytonossági

hiányok mélységének megállapítását

nem teszi lehetővé

52

A folyadékbehatolásos vizsgálathoz fluoreszkáló behatoló folyadékot írtam elő,

ugyanis az ilyen típusú behatoló folyadékok nagyobb érzékenységűek, mint a

színkontraszt hatású behatoló folyadékok. Segítségükkel, sokkal kisebb méretű

repedések is kimutathatók. A 27. ábra és a 28. ábra a próbadarabok penetrációs

vizsgálatát szemlélteti.

01PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

02PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

27. ábra - A 01PC próbadarab penetrációs vizsgálata

28. ábra - A 02PC próbadarab penetrációs vizsgálata

53

A 29. ábra és a 30. ábra a próbadarabokat mutatja az előhívás után, UV fényben láthatók:

01PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

29. ábra – A 01PC jelű próbadarab az előhívás után

30. ábra - A 02PC jelű próbadarab az előhívás után

02PC

3.7035

Ø48,3 x 2,77

54

Összességében elmondható, hogy a 27. ábra és a 28. ábra szerinti próbadarabok

megfeleltek az MSZ EN ISO 23277 szabvány 1-es átvételi szintjének, amelyet az

M.5. számú melléklet tanúsít.

4.1.3. Radiográfiai vizsgálat [28]

A tárgyon lévő külső és belső szabálytalanságok által létrehozott árnyékkép

fényérzékeny filmre rögzítése. Az árnyékkép létrehozásához három elem szükséges:

sugárforrás, tárgy és film, amelyek elrendezése nem lehet véletlenszerű: a tárgynak a

sugárforrás és a film között kell elhelyezkednie.

A radiográfiai eljárás bizonyos elektromágneses – ionizálónak vagy áthatolónak is

nevezett – sugárzások alábbi tulajdonságain alapul:

képesek áthatolni a látható fény számára átlátszatlan tárgyakon

képesek kémiai reakciókat kiváltani fényérzékeny anyagokban

egyenes vonalban terjednek

ionizálják a gázokat

károsítják az élő anyagot.

Az ipari röntgensugárzás forrásai a röntgen berendezések és radioaktív izotópok,

amelyek 10 nm-nél kisebb hullámhosszúságú elektromágneses hullámokat bocsátanak

ki.

A filmek átlátszó acetát fóliából és a rajta lévő fényérzékeny anyagemulzióból állnak.

Ezeken a sugárzás hatására lenyomat képződik, ami kidolgozást igényel (előhívás és

rögzítés), és ennek eredményeként a kép láthatóvá válik.

A titán alapanyagok radiográfiai vizsgálatára az MSZ EN ISO 17636-1 szabvány

röntgen berendezés használatát írja elő (𝑆𝑒75 izotóp csak

35 mm ≤ átvilágított falvastagság ≤ 120 mm mellett lett volna használható A

átvételi szint esetén).

A sugárforrás megválasztása mellett fontos a megfelelő film típusának a kiválasztása

is. A Műszaki Diagnosztikai Laboratóriumban Agfa típusú filmek álltak rendelkezésre.

55

Ezek közül az Agfa honlapján fellelhető specifikációk alapján az

MSZ EN ISO 17636-1 szabvány által előírt C3 filmosztály az Agfa Structurix D4 típusú

filmnek felel meg. A különböző szabványok szerinti összefoglaló táblázatot a

12. táblázat tartalmazza:

12. táblázat – Filmtípusok [29]

Agfa film típus CEN szerinti osztály ASTM E 1815-96 MSZ EN ISO 11699-1

D2 C1 Speciális C1

D3 C2 I C2

D4 C3 I C3

D5 C4 I C4

D7 C5 II C5

D8 C6 III C6

A vizsgálat során alkalmazott technika az MSZ EN ISO 17636-1 szabvány szerinti

7.1.6 elrendezés szerint valósult meg, ahogyan azt a 31. ábra mutatja.

31. ábra - Radiográfiai vizsgálati elrendezés

A próbadarabok radiográfiai vizsgálatához elengedhetetlen a megfelelő

képminőségjelző használata is. Az ellipszis technikával vizsgált próbadarabok esetén az

átvilágított falvastagság 5,54 mm. Az MSZ EN ISO 17636-1 szabvány alapján a

W16 –os huzalt kell látni a filmen, a vizsgálat során. Ennek megfelelően az

MSZ EN ISO 19232-1 W13 Ti jelzésű képminőségjelzővel történt a vizsgálat.

56

A mellékelt pWPS alapján elkészített munkapróbák röntgen felvételei (a gázpórusok

2011 pirossal jelölve):

A két próbadarab kielégíti az MSZ EN ISO 10675-1 szabvány 1-es átvételi szintjét.

A 32. ábra és a 33. ábra a 01PC jelű próbatest radiográfiai felvételeit szemlélteti A és B

pozíciókban:

32. ábra - A 01PC varrat felvétele A pozícióban

33. ábra - A 01PC varrat felvétele B pozícióban

57

A 34. ábra és a 35. ábra a 01PC jelű próbatest radiográfiai felvételei láthatók A és B

pozíciókban a gázpórusokkal (2011). A hibák az ábrákon pirossal jelölve.:

34. ábra – A 02PC jelű próbadarab A pozícióban

35. ábra – A 02PC jelű próbadarab B pozícióban

58

4.2. Roncsolásos vizsgálatokhoz szükséges próbatestek

kimunkálásának helyei az MSZ EN ISO 15614-5 alapján

A 13. táblázat tartalmazza a MSZ EN ISO 15614-5 szerinti meghatározott

kimunkálási helyeket, a próbatestek típusát a roncsolásos vizsgálatokhoz.

13. táblázat - Kimunkálási helyek és a próbatestek típusa az MSZ EN ISO 15614-5

alapján

Kimunkálási helyek Sorszám Próbatestek meghatározása

1

2

3

4

5

A fixált cső teteje

Az a terület, ahonnan az alábbi próbatestek

kerülnek kimunkálásra:

1 darab keresztirányú szakító próbatest

1 darab keresztirányú hajlító próbatest

Az a terület, ahonnan az alábbi próbatestek

kerülnek kimunkálásra:

2 darab keresztirányú hajlító próbatest

Az a terület, ahonnan az alábbi próbatestek

kerülnek kimunkálásra:

1 darab keresztirányú szakító próbatest

1 darab keresztirányú hajlító próbatest

Az a terület, ahonnan az alábbi próbatestek

kerülnek kimunkálásra:

1 darab próbatest makro/mikro

vizsgálathoz

A roncsolásos anyagvizsgálatok közös jellemzője, hogy a vizsgálathoz

rendszerint a vizsgálati eljárásra vonatkozó szabványban, illetve a termékszabványban

előírt próbatestet kell a vizsgálandó anyagból, alkatrészből, vagy szerkezetből

meghatározott helyről kimunkálni. A roncsolásos anyagvizsgálatok a mechanikai

5

1

2

3

4

59

anyagvizsgálatok között rendkívül fontos szerepet töltenek be, mind a különféle

anyagok minősítése, beazonosítása, az előírt tulajdonságok meghatározása, illetve a

minőségvizsgálat szempontjából, mind pedig a különféle káresetek elemzése során

szükségessé váló hibafeltáró, oknyomozó vizsgálatok szempontjából [33].

4.2.1. Keresztirányú szakítóvizsgálat

A szakítóvizsgálat az egyik legrégebbi és egyben legszélesebb körben alkalmazott

anyagvizsgálati eljárás. A szakítóvizsgálat alapvető célja az anyagok húzó

igénybevétellel szembeni ellenállásának meghatározása és számszerű jellemzése. A

szakítóvizsgálat segítségével meghatározhatjuk az anyag rugalmasságát, szilárdságát,

alakváltozó képességét és szívósságát jellemző anyagjellemzőket és anyagi

mérőszámokat. A vizsgálat lényege, hogy a vizsgálati próbatestet folyamatosan

növekvő, egytengelyű húzóterheléssel – általában szakadásig – terheljük [33].

A szakítóvizsgálathoz négyszög keresztmetszetű próbatestet használtam.

A szakítóvizsgálathoz szükséges próbatest méreteit az MSZ EN ISO 4136, és az

MSZ EN ISO 6892-1 alapján határoztam meg. Ezt szemlélteti a 36. ábra.

36. ábra - Szakítóvizsgálathoz szükséges próbatest

60

Tehát a Ø48,3 𝑥 2,77 𝑚𝑚 cső szakítópróbatesteihez kimunkált paramétereket a

14. táblázat tartalmazza.

14. táblázat – Szakító próbatest méretei

𝐿𝑐 75 mm

𝐿0 50 mm

𝐿𝑠 8 mm

𝐿𝑡 200 mm

𝑏 6 mm

𝑏1 18 mm

𝑡𝑠 2,77 mm

𝑟 25 mm

A próbatesteket a hegesztetett kötésből keresztirányban munkáltattam ki úgy, hogy a

hegesztési varrat éppen a próbatest közepére került. A próbadarabokból marással

kerültek kimunkálásra a próbatestek, hogy a próbatest jellemzőit plusz hő bevitelével ne

befolyásoljam. Minden próbatestet megjelöltem, hogy nyomon követhető legyen, hogy

honnan kerültek kimunkálásra.

A keresztirányú szakítóvizsgálathoz a szabvány két próbatest kimunkálását kéri,

azonban mivel két hegesztett cső próbadarabom volt, ezért három darab próbatestet

munkáltattam ki a két hegesztett próbatestből a szakítóvizsgálat elvégzése során

felmerülő esetleges gondok miatt. A 02.-es és 03.-as jelű szakító próbatestet a 01PC,

míg az 05.-ös jelű próbatest a 02PC-ből került kimunkálásra a szabvány által megadott

helyekről.

61

Az elszakított próbatesteket a 37. ábra, 38. ábra és a 39. ábra szemlélteti.

37. ábra - 01PC próbadarab, 02. számú próbatest

38. ábra - 01PC próbadarab, 03. számú próbatest

39. ábra - 02PC próbadarab, 05. számú próbatest

A terhelő erő (F) és az előidézett alakváltozás (∆L - nyúlás) diagramját a ZDM 2214

szakítógéphez kapcsolt számítógép szoftvere rögzítette.

A vizsgálat során a cél az volt, hogy attól függetlenül, hogy a szakadás hol következik

be, a próbadarab szakítószilárdsága értéke ne legyen kisebb az alapfém

szakítószilárdságánál. Ezt a feltételt az MSZ EN ISO 15614-5 írja elő.

01PC

01PC

02PC 05.

03.

02.

62

Az ASTM B861 és az ASTM B338 szabványokban megadott szakítószilárdság és a

szakítóvizsgálat során kapott értékeket a 15. táblázatban tüntettem fel.

15. táblázat – Az ASTM B861 szabványban előírt mechanikai tulajdonságok

összehasonlítása a szakítóvizsgálat eredményeivel

Mechanikai tulajdonság A szakító szilárdság értéke

𝑅𝑚 [𝑀𝑃𝑎]

Kielégítendő érték ≥ 345 𝑀𝑃𝑎

01PC 02. számú próbatest 368 𝑀𝑃𝑎

01PC 03. számú próbatest 376 𝑀𝑃𝑎

02PC 05. számú próbatest 373 𝑀𝑃𝑎

A vizsgálatok elvégzése után elmondható, hogy a hegesztett próbadarabokból kimunkált

próbatestek kielégítették az ASTM B861 és az ASTM B338 szabványban előírt szakító

szilárdság értékét. Továbbá a szakító próbatestekről elmondhatók, hogy nem varratban

és nem a hőhatásövezetben szakadtak.

4.2.2. Próbatest a keresztirányú hajlítóvizsgálathoz

A hajlítóvizsgálathoz szükséges próbatest méreteit az MSZ EN ISO 5173 alapján

határoztam meg.

Az MSZ EN ISO 15614-5 szerint két darab gyök- illetve két darab koronaoldali

hajlítópróbát kell elvégezni. Ezen vizsgálat során a próbatestek képlékeny

alakváltozásra való képességét vizsgáltam. A vizsgálatok során kétszer a hegesztett

kötés gyök-, kétszer pedig a hegesztett kötés koronaoldala volt húzóigénybevételnek

kitéve. A vizsgálat szoba hőmérsékleten történt. A próbatestek kimunkálása a

szakítóvizsgálathoz hasonló módon úgy kerültek kimunkálásra, hogy egyéb hőbevitellel

ne befolyásoljam a vizsgálat eredményét, illetve a próbatestek itt is jelölésre kerültek

annak függvényében, hogy honnan kerültek kimunkálásra.

Továbbá az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány azt is kimondja, hogy az 51-es

anyagcsoportnál az alakító vagy belső henger átmérőjének 4t-nek kell lennie. Mivel az

alapanyagra (ASTM Gr. 2) vonatkozó nyúlás értéke A≥20%, ezért 180°os hajlítást

kellett elvégezni.

63

A Ø48,3 𝑥 2,77 𝑚𝑚 csőből kimunkált hajlító próbatestek paramétereit a

16. táblázat tartalmazza.

16. táblázat - Hajlító próbatest méretei

𝐿𝑠 8 mm

𝐿𝑡 200 mm

𝑏 8 mm

𝑡𝑠 2,77 mm

A próbatest a szakítóvizsgálathoz hasonlóan itt is középre került a hegesztési varrat

(40. ábra).

A próbatestek varratai síkba lettek munkálva, hogy a hajlítóhenger ne csússzon meg a

hajlítás során (41. ábra). Továbbá a megkülönböztethetőség miatt, itt is megfelelően

eljelöltem a hajlító próbatesteket.

41. ábra - Hajlító próbatestek

40. ábra - Hajlító próbatest paraméterei

02PC 04. TFBB

02PC 03. TFBB

01PC 02. TRBB

01PC 01. TRBB

64

Az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány szerint akkor elfogadhatók a próbatestek

hajlítóvizsgálat szempontjából, ha a próbatestek egyetlen irányban sem mutatnak

3 mm-nél nagyobb hibaindikációt. A próbatestek sarkaiban a vizsgálat során kialakuló

hibákat a kiértékelés során figyelmen kívül kell hagyni.

A próbatestek hajlítása, a szakításra is használt ZDM 2214 típusú gépben történt, amely

42. ábra szerint látható.

42. ábra - ZDM 2214 gép segítségével végzett hajlítás

65

A 43. ábra és a 44. ábra szemlélteti a két darab gyök oldali kereszthajlító próbatestet a

180°-os hajlítás után.

43. ábra - Gyök oldali hajlító próbatestek a hajlítás után I

44. ábra - Gyök oldali hajlító próbatestek a hajlítás után II

01PC

01. TRBB

01PC

02. TRBB

01PC

01. TRBB

01PC

02. TRBB

66

A 45. ábra és a 46. ábra a két darab korona oldali kereszthajlító próbatestet szemlélteti

a 180°-os hajlítás után.

45. ábra - Korona oldali hajlító próbatestek a hajlítás után I

0

46. ábra - Korona oldali hajlító próbatestek a hajlítás után II

A négy próbatest egyikén sem jelentkezett hiba. Emiatt elmondható, hogy a

hegesztett kötések hajlító próbatestjei megfelelnek az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány

követelményeinek.

02PC

03. TFBB

02PC

04. TFBB

02PC

03. TFBB

02PC

04. TFBB

67

4.2.3. Makro/mikroszkópikus vizsgálat

Mivel a csiszolatokat a Műszaki Diagnosztikai Osztály laboratóriumában a TegraPol21

típusú eszköz meghibásodása miatt nem tudtam elvégezni, ezért a Miskolci Egyetem

Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézetében kaptam ehhez segítséget.

A megcsiszolt és megpolírozott felület maratását az Anyagszerkezettani és

Anyagtechnológiai Intézetben 3:1 arányú sósav és salétromsav keverékével,

királyvízzel végezték el. A maratási idő körülbelül harminc másodperc volt.

A 47. ábra a hegesztett kötést ötszörös nagyításban mutatja.

47. ábra - A hegesztett kötés makroszkopikus felvétele ötszörös nagyításban

68

Valamint a 48. ábra a hegesztett kötést tízszeres nagyításban mutatja.

48. ábra - A hegesztett kötés makroszkopikus felvétele tízszeres nagyításban

A továbbiakban az Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézetben elvégzett

mikroszkopikus felvételek lesznek láthatók.

69

A 49. ábra az alapanyagot mutatja kétszázszoros nagyításban.

49. ábra - Az alapanyag szövetszerkezete kétszázszoros nagyításban

A 50. ábra az alapanyag és a hőhatásövezet átmenetét ábrázolja kétszázszoros

nagyításban.

50. ábra - Az alapanyag és a hőhatásövezet átmenete kétszázszoros nagyításban

70

Illetve a varrat szövetszerkezete kétszázszoros nagyításban (51. ábra)

51. ábra - A varrat szövetszerkezete kétszázszoros nagyításban

A megfelelőség kritériuma az volt az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány alapján, hogy a

próbatest kialakítása az MSZ EN ISO 17639 szabvány alapján történjen, és a próbatest

foglalja magában az alapfémet, a hőhatásövezetet és a varratot is. Továbbá

dokumentálásra kerüljön legalább egy makro felvétel a vizsgálat során és a vizsgálat

során tapasztalt eltérések feleljenek meg az MSZ EN ISO 5817 B átvételi szintjének.

Elmondható, hogy a próbatest megfelelt az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány

követelményeinek.

Mivel a két hegesztett próbadarab, mind a próbadarabokból kimunkált próbatestek

megfeleltek az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány követelményeinek ezért a WPQR

jegyzőkönyv kiállítható. Ezért a következő lépésben a WPQR érvényességi tartományát

fogom megadni.

71

4.3. A WPQR érvényességi tartománya

Mivel nincs kifogásolható jellemző, illetve nem megfelelő vizsgálati eredmény, ezért

a WPQR minősítettnek tekinthető. A technológia tanúsítványaként a roncsolásmentes-

és roncsolásos anyagvizsgálati jegyzőkönyvek a mellékletben megtalálható. Ezért a

WPQR kiállítható. Ennek érvényességi tartományát a következő két pontban fogom

ismertetni.

4.4. A gyártóra, az alapanyagra, anyagvastagságra és csőátmérőre

vonatkozó érvényesség

A WPQR csak olyan helyszíni vagy műhelyben végzett kötéskialakításokra érvényes,

ahol a minősítésben résztvevő gyártó ugyanezt a technológiát, ugyanilyen minőségben

tudja biztosítani.

Mivel mindkét alapanyag (ASTM Gr. 2) az MSZ CR ISO 15608 szerinti 51.2-es

anyagcsoportba tartozik ezért az alapanyag érvényességi tartománya az 51-51 lesz.

Eltérő alapanyaghoz vagy alapanyagkombinációhoz külön hegesztési eljárás minősítés

szükséges. Fontos még az is, hogy a más nemzeti szabványokból származó, hasonló

osztályok közötti kis összetételbeli különbség esetén nem szükséges a hegesztési eljárás

újraminősítése.

Az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány 18. oldalán található 4. táblázat alapján,

amennyiben a próbadarab vastagsága 𝑡 ≤ 3 𝑚𝑚, és egy soros hegesztést végzünk, akkor

az eljárásvizsgálattal a 0,7𝑡 … 1,5𝑡 közötti tartományt fedhetjük le.

Ezzel a falvastagságú csővel tehát az 𝑡 = 1,939 … 4,155 𝑚𝑚 közötti

falvastagságtartomány fedhető le.

Az MSZ EN ISO 15614-5 szabvány 19. oldalán található 5. táblázat alapján pedig, ha a

csőátmérő 𝐷 > 25 𝑚𝑚, akkor az elfogadási tartomány ≥ 0,5𝐷 (25 𝑚𝑚 minimum).

A rendelkezésemre álló információk alapján ezzel a próbadarabbal a

Membráncellás Klór Üzem területén található titán csővezetékek hegesztési varratainak

több, mint a 80%-a lefedhető.

72

4.5. A hegesztő eljárásra, hegesztési pozícióra, kötés típusra,

hozaganyagra, hegesztőáramra és egyéb paraméterekre

vonatkozó érvényesség

A hegesztő eljárás minősítése csak kézi hegesztésre érvényes. Minden magasabb

automatizáltsági szint esetén a minősítést újra el kell végezni. Mivel a hegesztés a

semleges védőgázas volfrámelektródos ívhegesztéssel történt ezért csak ezen eljárásra

lesz érvényes a minősítés.

A hegesztés PC pozícióban történt, ezért az eljárás minden hegesztési pozícióra

érvényes lesz, kivéve a PG és J-L045 helyzetekre. Ezen estekben külön minősítés

szükséges.

A hegesztési illesztés érvényességi tartománya megegyezik a hegesztési eljárás során

alkalmazott illesztés típusával, tehát Y varrat kialakítása lehetséges, a 8.1. pontban

meghatározott anyagvastagság és átmérő korlátozások figyelembevételével. Nem

megengedett egysoros hegesztést többsoros hegesztésre.

A hegesztés egyenárammal történt úgy, hogy az elektród volt negatív (DCEN). Az

érvényességi tartomány tehát csak erre az esetre vonatkozik.

Hegesztés utáni hőkezelés beiktatása nem engedélyezett.

Mivel a hegesztés védőgázzal történt ezért védőgáz nélküli hegesztés nem lehetséges

ezen eljárás minősítésével. A hegesztés során alkalmazott kiegészítő gázvédelmet

(úgynevezett védőernyőt) alkalmazni kell a hegesztés során a gyökvédelem és a

pisztolyban lévő gázvédelem mellett.

A kamrán kívül végzett, és minősített hegesztő eljárás érvényes hegesztő kamrán

belüli hegesztésre is.

A védőgáz minősítése arra az MSZ EN ISO 14175 szerinti összetételre vonatkozik,

amelyet a technológiavizsgálat minősítésére használtak.

A kiállított WPQR az M.10. számú mellékletben található meg.

73

5. ÖSSZEFOGLALÁS

A Membráncellás Klór üzem régi csővezetékeinek a titán csövekre való cseréje

óta már több, mint négy év telt el. Egy olyan vegyipari vállalatnál, ahol egy-egy nagyobb

kapacitású üzem visszaterhelésének a következtében másodpercenként jelentős anyagi

kár következik, ott a karbantartó szervezeteknek is fel kell készülni a különböző

meghibásodásoknak az elhárítására.

A BorsodChem Zrt.-nél még nem volt a klór üzemben lévő titáncsövek

hegesztésére semmilyen eljárás kidolgozva, ezért ennek a dolgozatnak a célja az volt,

hogy a Membráncellás Klór üzemi titáncsövek lehető legnagyobb százalékban történő

javítására hegesztéstechnológiát dolgozzak ki.

Emiatt először irodalomkutatást végeztem a titán ötvözetekről, majd ismertettem

azok hegeszthetőségét. Bemutattam a titán ötvözetek hegesztésekor szóba jöhető

hegesztő eljárások, ahol a hangsúlyt az argon védőgázos volfrámelektródos eljárásra

helyeztem, amellyel a Membráncellás Klór üzemben lévő titáncsövek hegesztését nagy

arányban meg lehet oldani.

Ezért először pWPS-t készítettem a különböző szakirodalmi ajánlások és a

gyakorlati megvalósíthatóság szempontjából. Ez alapján elkészült a két darab hegesztett

kötés.

Az MSZ EN ISO 15614-5:2004 szabvány a Műszaki Diagnosztikai Osztályon

elvégezték a szükséges roncsolásmentes és roncsolásos anyagvizsgálatokat. A

csiszolatok elkészítésében az Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézetben

kaptam segítséget.

Összességében elmondható, hogy a titán ötvözetek megfelelő hegesztése

nagymértékben függ az élelőkészítéstől és az illesztéstől, a megfelelő gázvédelemtől

illetve a tisztasági körülményektől.

A roncsolásmentes és roncsolásos anyagvizsgálatokon a próbadarabok és azok

próbatestjei megfeleltek. A makroszkopikus felvételen a szemcsék nagymértékű

eldurvulása látható, ezért a hegesztéstechnológiát lehetne még a továbbiakban javítani,

de ez a WPQR kiállítását nem befolyásolja.

74

SUMMARY

It has been more than four years since the old pipelines of the Membrane Cell

Chlorine Plant were replaced with titanium pipes. At a chemical company, where the

chargeback of a larger capacity plant results in significant material damage every

second, maintenance organizations need to be prepared to deal with a variety of failures

as well.

BorsodChem Zrt. has not developed any process for welding chlorine in-service

titanium tubes yet, so the purpose of this thesis was to develop welding technology for

the highest possible percentage of the Membrane Cell Chlorine Plant titanium tubes.

For this reason, I first conducted a literature search on titanium alloys and then

described their weldability. I have presented the welding methods that can be used when

welding pipes from titanium alloys, and I focused on the gas tungsten arc welding using

inert gas and solid filler material (wire/rod), which can seem the optimal welding

process to repair the high degree of titanium tubes in Membrane Cell Chlorine Plant.

Therefore, I first made pWPS in terms of various literature recommendations and

practical feasibility. Based on this the two welded joints were made.

The required non-destructive and destructive material tests were performed by the

Technical Diagnostic Department of the BorsodChem Zrt. according to the

MSZ EN ISO 15614-5:2004 standard. The Institute of Materials Structure and Materials

Technology was assisted in the preparation of the polishing of the test specimens.

All in all, proper welding of titanium alloys is highly depend on the appropriate

groove preparation and fitting, adequate gas protection and purity conditions.

In the non-destructive and destructive material tests, the test specimens of the test

pieces are passed. The macroscopic image shows a high degree of coarseness of the

particle size, so the welding technology could be further improved, but this does not

affect the WPQR exhibit.

75

Irodalomjegyzék

[1] Gyarmati István: Meghibásodások kivizsgálásának szerepe a műszaki biztonság

szolgálatában.

[2] W.J. Kroll, How Commercial Titanium and Zirconium Were Born, J. Franklin

Inst., Vol 260, Sept 1955, p 169-192

[3] Titanium: The Industry, Its Future, Its Equities, F.S. Smithers and Company,

1957, p 7, 33-67

[4] H.B. Bomberger, F.H. Froes, and P.H. Morton, Titanium--A Historical

Perspective, in Titanium Technology: Present Status and Future Trends, F.H.

Froes, D. Eylon, and H.B. Bomberger, Ed., Titanium, Development Association,

1985, p 3-17

[5] ASM International, ASM Metals Handbook Volume 13 – Corrosion

fundamentals, Testing an Protection, 2003 Forms of Corrosion (pg.: 606-624)

[6] ASM International, ASM Metals Handbook Volume 2 - Properties and Selection:

Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, 1998 (pg.: 1770-1947)

[7] Łukasz Jopek,Laurent Babout, Marcin Janaszewski, A New Method to Segment

X-RayMicrotomography Images of Lamellar TitaniumAlloy Based on

Directional Filter Banksand Gray Level Gradient, Institute of Applied Computer

Science, Lodz University of Technology, Poland, 2014 sept. 22

[8] B.A. Kehler, G.O. Ilevbare, and J.R. Scully, Corrosion, Vol 57, 2001, p 1042

[9] M.J. Donachie, Jr., Titanium: A Technical Guide, 2nd ed., ASM International,

2000

[10] A. McQuillan, Titanium Science and Technology, Plenum Press, 1973, p 915–

922

[11] M. Levy and G. Sklover, Anodic Polarization of Titanium and Titanium Alloys

in Hydrochloric Acid, J., Electrochem. Soc., Vol 116 (No. 3), 1969, p 323–328

[12] T.R. Beck, Electrochemistry of Freshly- Generated Titanium Surfaces, Part I:

Scraped Rotating Disk, Experiment, Electrochim. Acta, Vol 18, 1973, p 807

76

[13] T.R. Beck, Reactions and Kinetics of Newly Generated Titanium Surfaces and

Relevance to Stress, Corrosion Cracking, Corrosion, Vol 30 (No. 11), 1974, p

408–414

[14] H. Satoh, K. Shimogori and F. Kamikubo, The Crevice Corrosion Resistance of

Some Titanium Materials; A REVIEW OF THE BENEFICIAL EFFECTS OF

PALLADIUM, Materials Research Laboratories, Kobe Steel Ltd., Chuo-ku,

Kobe, Japan, 1987

[15] ASM HANDBOOK – Weldin, brazing and soldering - Volume 6

[16] Dr. Baránszky – Jób Imre – Hegesztési kézikönyv

[17] Dr. Szunyogh László – Hegesztés és rokon technológiák

[18] Mechanikai technológiák c. könyv, szerzők: Dr. Balogh András, Dr. Schäffer

József, Dr. Tisza Miklós

[19] http://www.hegesztestechnikabolt.hu/hegesztes/awi-hegesztes/wolfram-

elektrodak/5146-a-wolfram-elektrodak-szinjelolesei?vmcchk=1 (2019.04.20.)

[20] https://stabbing.ru/hu/materials/which-electrodes-are-used-in-the-argon-

medium-marking-of-tungsten-electrodes/ (2019.04.20.)

[21] https://www.lindegas.hu/shop/hu/hu-ig/argon-vipr#product1 (2019.09.11.)

[22] http://hegesztes-technika.hu/wolframelektrodak/item/170-wt20-2-toriumos-

wolfram-piros (2019.09.10.)

[23] https://www.wolframalpha.com/input/?i=Fe+aluminium+titanium (2019.09.11)

[24] https://titaniumprocessingcenter.com/titanium-technical-data/titanium-history-

developments-and-applications/ (2019.09.11)

[25] Christoph Leyens, Manfred Peters: Titanium and Titanium Alloys;Köln 2003

p 4

[26] https://www.weldshop.hu/wolfram-elektroda-wt20-24x175mm-piros

(2019.09.12)

[27] https://www.messer.hu/documents/20598/855919/argon_5.0_6.0_Spectro.pdf

(2019.09.12)

[28] MAROVISZ – Roncsolásmentes Anyagvizsgálók Képzése – Szemrevételezéses

vizsgálat Tanfolyami kézikönyv 1-es és 2-es szint p 3; p 11; p 14; p 24; p 29

77

[29] https://kontrollmetod.se/content/files/products/pdf/pdf-ndt/agfa_structurix.pdf

(2019.09.23)

[30] http://weldinganswers.com/how-to-weld-titanium/ (2019.09.23)

[31] MAROVISZ – Roncsolásmentes Anyagvizsgálatok Képzése – Termékismeret és

tipikus folytonossági hiányok p 61

[32] http://www.tag-pipe.com/Products/Pipe-Purging-Equipment/Trailing-Shields

(2019.10.04)

[33] Tisza Miklós – Anyagvizsgálat – Miskolci Egyetemi Kiadó 2010 p 81; p 130

[34] Balogh András – Védőgázas, fogyóelektródás ívhegesztés órai jegyzet

[35] The Titanium Information Group - Welding titanium a designers and users

handbook 1999. p 6-7

[36] Balogh András – Plazmaívhegesztés óra jegyzet

[37] Balogh András – A hegesztés energiaforrásai órai jegyzet

[38] http://www.junctiontools.com.au/Pta%20Images/JA_Pics/JA%20Ts04.jpg

(2019.11.19)

78

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Köszönettel tartozok a kazincbarcikai BorsodChem Zrt. Műszaki Diagnosztikai

Osztály vezetője, Samu Tamás felé és az osztály többi alkalmazottja felé, akik a

roncsolásmentes anyagvizsgálatok elvégzésében segítették a munkámat.

Köszönettel tartozom a Központi Karbantartó Üzem felé, ahol a szabvány szerint

kimunkálták a próbatesteket a roncsolásos vizsgálatokhoz.

Továbbá köszönöm témavezetőm Dr. Gáspár Marcell tanár úrnak és

konzulensemnek, Dr. Török Imre tanár úrnak a segítségüket a diplomamunkában

nyújtott konzultációkért, segítségekért.

Külön köszönet Csurilláné Balogh Ágnesnek, az Anyagszerkezettani és

Anyagtechnológiai Intézet alkalmazottjának, akinek a segítsége nélkül a csiszolat, és a

makro/mikro felvételek nem készülhettek volna el.

Végül, de nem utolsó sorban szeretném köszönetemet és hálámat kifejezni

szüleimnek, testvéremnek, valamint páromnak, Kárpáti Bettinának, akik az elmúlt két

évben a nehézségek ellenére támogattak a mesterfokozat megszerzésében.

79

MELLÉKLETEK Mellékletek tartalomjegyzéke

M.1. számú melléklet – Az alapanyag műbizonylata

M.2. számú melléklet – A hozaganyag műbizonylata

M.3. számú melléklet – Hegesztő minősítése

M.4. számú melléklet – A szemrevételezéses vizsgálat jegyzőkönyve

M.5. számú melléklet – A folyadékbehatolásos vizsgálat jegyzőkönyve

M.6. számú melléklet – A radiográfiai vizsgálat jegyzőkönyve

M.7. számú melléklet – A hajlító vizsgálat jegyzőkönyve

M.8. számú melléklet – A szakítóvizsgálat jegyzőkönyve

M.9. számú melléklet – A makroszkopikus vizsgálat jegyzőkönyve

M.10. számú melléklet – A hegesztéstechnológia minősítés jegyzőkönyve (WPQR)

80

M.1. számú melléklet

A hozaganyag műbizonylata

81

82

M.2. számú melléklet

Az alapanyag műbizonylata

83

84

M.3. számú melléklet

A hegesztő minősítése

85

86

M.4. számú melléklet

A szemrevételezéses vizsgálat jegyzőkönyve

87

88

M.5. számú melléklet

A folyadékbehatolásos vizsgálat jegyzőkönyve

89

90

M.6. számú melléklet

A radiográfiai vizsgálat jegyzőkönyve

91

92

M.7. számú melléklet

A hajlító vizsgálat jegyzőkönyve

93

94

M.8. számú melléklet

A szakítóvizsgálat jegyzőkönyve

95

96

M.9. számú melléklet

A makroszkopikus vizsgálat jegyzőkönyve

97

98

99

M.10. számú melléklet

A hegesztéstechnológia minősítés jegyzőkönyve (WPQR)

100

A hegesztéstechnológia minősítése. Vizsgálati tanúsítvány

A gyártó WPQR száma WPQR/2019/0602

Gyártó BorsodChem Zrt.

Cím 3700 Kazincbarcika, Bolyai tér 1

Szabályzat/vizsgálati szabvány MSZ EN ISO 15614-5:2004

A hegesztés időpontja 2019.01.10.

Minősítő személy Szabó Richárd

Érvényességi tartomány

Hegesztési eljárás(ok): 141

Kötés és varrattípus Tompavarrat (BW)

Alapanyagcsoport(ok) és alcsoport(ok) 51.2-51.2

Az alapanyagok vastagsága (mm) 1,939 … 4,155

Egyrétegű/Többrétegű Egyrétegű

A cső külső átmérője (mm) 𝐷 ≥ 25

A hozaganyag megnevezése MSZ EN ISO 24034: ~Ti 0120

A hozaganyag gyártmánya DT-ER Ti 2 és az ezzel egyenértékű hozaganyagok

A védőgáz megnevezése Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

A gyökvédőgáz megnevezése Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

A kiegészítő védőgáz megnevezése Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Áramnem és polaritás DCEN

Hőbevitel [J/mm] 805 − 983

Hegesztési helyzetek PA, PB, PC, PD, PE, PF, PH, PJ

Előmelegítési hőmérséklet -

Közbenső hőmérséklet -

Utómelegítés -

Hegesztés utáni hőkezelés -

Egyéb adatok -

Igazoljuk, hogy a próbatestek előkészítése, hegesztése és vizsgálata a hivatkozott szabályzat/vizsgálati szabvány

előírásainak megfelel.

Kazincbarcika, 2019.11.19. ……………………………

Minősítő személy

101

Technológiavizsgálati jegyzőkönyv

A vizsgálat helye Kazincbarcika Minősítő személy Szabó Richárd

Gyártói pWPS-szám BC/CS01/2019 Az élelőkészítés és

tisztítás módja

Az egyéb előírásokban

részletezve

Gyártói WPQR-szám WPQR/2019/0602 Az alapanyag

megnevezése

ASTM Gr. 2

Gyártó BorsodChem Zrt. Anyagvastagság (mm) 2,77

A hegesztő neve Chang Lei A cső külső átmérője

(mm)

Ø48,3

Kötés- és varrattípus BW Hegesztési helyzet PC

Az élelőkészítés részletei (vázlat):

A kötés kialakítása Varratfelépítés

Az élelőkészítés részletei (vázlat):

Varrat-réteg Hegeszté-si

eljárás

A hozag-

anyag

mérete

Áram-

erősség

[A]

Feszült-ség

[V]

Áramnem/

polaritás

Hegeszt-ési

sebesség

[mm/min]

Hőbevitel

[J/mm]

Fűzés 141 Ø2,4 55-60 12,2-12,4 DCEN 30 805-893

Gyök 141 Ø2,4 60-65 12,4-12,6 DCEN 30 893-983

A hozaganyag megnevezése, gyártmánya MSZ EN ISO 24034: ~Ti 0120, DT-ER Ti 2

Védőgáz Pisztolyban Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Gyökvédelem Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Kiegészítő gázvédelem Argon 5.0 (MSZ EN ISO 14175 I1 szerint)

Védőgázmennyiség Pisztolyban (l/min) 8…12

Gyökvédelem (l/min) 8…12

Kiegészítő gázvédelem (l/min) 10…15

A volframelektród típusa, mérete WT20, Ø3,2

Gyökfaragás/megtámasztás részletei -

Előmelegítési hőmérséklet -

Közbenső hőmérséklet -

Utómelegítés -

Hegesztés utáni hőkezelés -

Kazincbarcika, 2019.11.25 …………………………..

Minősítő személy

102

A hegesztéshez szükséges egyéb előírások:

Élelőkészítés, tisztítás

Tilos lángvágást használni

Tilos vasionokkal szennyezett eszközöket használni

Tilos szénacélból készült szerszámokat használni

A munkadarabok hegesztési élét mindkét oldalon 50 mm szélességben oxidmentesíteni kell

Oxideltávolítás után alkohollal vagy acetonnal zsírtalanítani kell

Hegesztés előtt meg kell ismételni a zsírtalanítást, amennyiben a hegesztést két órán belül nem

végzik el

A megtisztított, zsírtalanított felületeket szabadkézzel vagy szennyezett kesztyűben érinteni tilos!

A hegesztést kizárólag tiszta helyiségben szabad végezni!

Egyéb előírások, javaslatok

Az alapanyagot elkülönített helyen kell tárolni

Az alapanyaggal csak tiszta munkaruházatban, kesztyűben szabad érintkezni

A hegesztendő felületeket pamut alapanyagú ronggyal tilos törölni

Célszerű méréseket végezni az olaj, a vasionok és a nedvesség jelenlétére vonatkozóan

A hegesztő pálcát nem szabad levegőnek azonnal kitenni, miután az ív megszűnt

Az ív megszűnése után a gázvédelmet még körülbelül 30 másodpercig biztosítani kell a hegfürdőre

A hegesztési varratnak szépnek és tisztának kell lennie, nem lehet benne repedés, zárvány, volfrám

vagy oxidációs színhiba

A kiegészítő gázvédelem megszűnésének a határán az elszíneződés megengedett

A titán csőhegesztések nem bélyegezhetők. Egyéb módon kell a jelölésüket megoldani (pl.

gravírozás)

Az elfogadható varrat színek az ezüst-fehér vagy az enyhén sárga

A hegesztőgéphez tartozó földelőhuzalt nem lehet közvetlenül a titáncsőre csatlakoztatni

A hegesztést gyökvédő szalaggal kell elvégezni, amely az 52. ábra szerint

A kiegészítő gázvédelmet az 53. ábra szerinti módon kell felszerelni

52. ábra

53. ábra [38]

Kazincbarcika, 2019.11.25 . .............................

Minősítő személy

5- Gyökvédő szalag

6- Szivacs tömítés

7- Titáncső

8- Argon gáztömlő

103

Vizsgálati eredmények:

Gyártói WPQR-szám WPQR/2019/0602 Folyadékbehatolásos vizsgálat Az M.5. számú melléklet szerint

Minősítő személy Szabó Richárd Radiográfiai vizsgálat Az M.6 számú melléklet szerint

Szemrevételezéses vizsgálat Az M.4. számú melléklet szerint

Szakítóvizsgálat:

Mechanikai tulajdonság A szakító szilárdság értéke 𝑅𝑚 [𝑀𝑃𝑎]

Kielégítendő érték ≥ 345 𝑀𝑃𝑎

01PC 02. számú próbatest 368 𝑀𝑃𝑎

01PC 03. számú próbatest 376 𝑀𝑃𝑎

02PC 05. számú próbatest 373 𝑀𝑃𝑎

Hajlítóvizsgálat:

Próbatestek: 01. 02. 03. 04.

Próbatest vastagsága: 2,77 2,77 2,77 2,77

Próbatest szélessége : 8 8 8 8

Nyomótest -je: 12 12 12 12

Alátámasztó görgők távolsága: 20 20 20 20

Vizsgálat típusa: TRBB TRBB TFBB TFBB

Hajlítás szöge [°]: 180 180 180 180

Vizsgálat eredménye: Megfelel Megfelel Megfelel Megfelel

Kazincbarcika, 2019.11.25 ..............................

Minősítő személy

104

Makro/mikroszkópikus vizsgálat fényképei

105

Az alapanyagot kétszázszoros nagyításban:

Az alapanyag és a hőhatásövezet átmenetét ábrázolja kétszázszoros nagyításban:

A varrat szövetszerkezete kétszázszoros nagyításban: