Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szakGépgyártástechnológiai Tanszék

Gyártástechnológia I.

(hegesztés)

11.előadás:

Acélok és öntöttvasak hegeszthetősége

Alumínium és ötvözetei hegeszthetősége

Réz és ötvözetei hegeszthetősége

előadó: Dr. Szigeti Ferenc

főiskolai tanár

Acélok hegeszthetősége1. Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok minden technológiával jól

hegeszthetők; C < 0,22%; Ce ≤ 0,45%

- MSZ EN 10025: S185, S235 … S355: ált. rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acél: MSZ 500: Fe235 B,C,D; Fe275 B,C,D; Fe355 B,C,D

- MSZ EN 10113: 275M … 460NL: melegen hengerelt, finomszemcsés, normalizált, hegeszthető szerkezeti acélok: MSZ 6280: 37 B, C, D … 460E

- MSZ 339 betonacélok: B38.24, B38.24 B

- MSZ 29/2 szavatolt minőségű acélcsövek: A35, A45

- MSZ 29/3 fokozott minőségű acélcsövek: A35K, A45K, A52K

- MSZ EN 10084 betétben edzhető acélok: C10, C15 (MSZ 31)

- Ötvözetlen varrat nélküli acélcsövek (éghető közegek szállítására, 300°C)

MSZ EN 10208-1: L210 – L360

MSZ EN 10208-2: L245 – L415

Acélok hegeszthetősége

1. Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok: minden technológiával jól hegeszthetők; C < 0,22%; Ce ≤ 0,45%

Általában nem kell előmelegíteni, de ha s > 40 mm; Telőmel.=100-300°C; Tfesz.cs.=650°C;

Hegesztéséhez általában rutilos elektróda, de bázikus, ha: fárasztó igénybevétel, fokozott igénybevétel lép fel és alacsony negatív hőmérsékleten üzemelő szerkezeteknél.

2.Közepesen ötvözött acélok:(Mn ≈ 1,5%;Ni ≈ 3%;Cr ≈ 1%;Mo ≈ 0,5%)

- MSZ EN 10025: E 295 N – E 360 N; gépacélok, C > 0,2, magasabb széntartalom miatt edzési repedés előfordulhat, előmelegítés mellett hegeszthetők ( széntartalomra nincs előírás);

- melegen hengerelt, finomszemcsés, hegeszthető szerkezeti acélok: MSZ EN 10113: S 420 M – S 460 NL;

- nagy folyáshatárú, nemesített szerkezeti acélok ( MSZ EN 10137-2): S 460 Q – S 960 QL, vízedzésűek, C < 0,2; Mn 0,3 – 1,8%; Ni < 2%;

Mo < 0,7%; edződést elősegítő ötvözők, előmelegítés, korlátozott hőbevitel szükséges;

- légköri korróziónak ellenálló szerkezeti acélok (MSZ EN 10155):

S 235 JOW – S 355 K2G2W ( szilárdan tapadó, tömör, oxidos fedőréteg véd a korróziótól, hozaganyag is növelt: P, Cu, Cr, Ni tartalmú, előmelegítés!

-varrat nélküli acélcsövek MSZ 4747

- MSZ EN 10083(C22-C60): nemesíthető acélok:Ce = 0,45…1,00%;

pl. C25 – C60; Cr 1, 2; Mn 1, 2; CMo 1 – 4, CrV, stb.

2. Közepesen ötvözött acélok

Beedződésre hajlamosak, hirtelen és egyenetlen zsugorodást nem viselik el → repedés;

Vegyi összetétel és ,,s” függvényében előmelegítés:

Ce =0,45%: 100°C ; Ce=1% : 450°C

Hegeszthető bármilyen technológiával. BKI: bázikus bevonatú elektróda, alapanyaghoz hasonló összetételű, s ↑ , Te ↑

Utóhőkezelés: 600-700°C-on feszültségcsökkentés; Felrakóhegesztés: - lágyacél alapanyagra előmelegítés nélkül –

kemény kopásálló felület ( ekevas, markoló körmök);

- edzhető, nemesíthető acél alapanyagra (sínek, hengerek, ütőszerszámok): 300-450°C-os előmelegítéssel.

3. Erősen ötvözött acélok hegeszthetősége

Erősen ötvözött acélok hegesztéséhez C-görbe ismerete szükséges!

Alkalmazási terület szerinti csoportosítás:

- hőálló, korrózióálló, hidegszívós acélok, nem mágnesezhető acélok;

AWI vagy AFI-val, esetleg BKI-vel; Hozaganyag: Schäffler-diagram alapján; Szövetszerkezet szerint: a, ausztenites ( Cr vagy Mn

ötv.),

b, ferrites,

c, martenzites,

d, ausztenites + ferrites.

a, ausztenites: Cr – Ni ötvözet:

1.korrózióálló: MSZ EN 10088-1; Cmax= 0,1%; Cr = 17 – 26%; Ni = 8 - 27%, nagy szívósságukat -200°C-ig megtartják (vegyipari gépgyártás, élelmiszeripar, járműgyártás, háztartási eszközök);

2.hőálló: MSZ EN 10095: Cmax= 0,2%; Cr = 17 – 26%; Ni = 9 – 37%;

C-görbéjük orrpontja erősen balra tolt, Mk vonalukat a Cr, Ni, Mn ötvözők lefelé tolták → szobahőmérsékleten is ausztenites, nincs edződési veszély, nincs szemcsedurvulás;

Az izzó varratot gyorsan kell hűteni vízzel, szobahőmérsékletre, perlites átalakulás elkerülésére. Tilos előmelegíteni! (perlit ← lassú hűlés), Kis hőbevitel!: rövid ív, kis J, kis Ø-jű elda, fordított polaritás, (Cu alátét, hűtés!)

Cr- ötvözésű: gyors hűtés szinte a fehérizzás állapotából, lassú hűtésnél ugyanis 600-700°C-on Cr- karbid kiválások – ridegítenek, korróziót segítik;

Mn- ötvözésű: hővezető képessége kicsi, hőtágulása nagy → gyors hűtésnél nagy zsugorodási feszültségek → kalapálással oldódnak;

Ha C-acéllal kell összehegeszteni, C-acélra Cr-Ni párnaréteget hegesszünk!

3. Erősen ötvözött acélok hegeszthetősége

Ausztenites acélok IHÁ diagramja

3. Erősen ötvözött acélok hegeszthetősége

b, ferrites: korrózió-, sav- és hőálló acélok; kis széntartalom (C<0,12); 15 -30 % Cr;

korrózió álló acélok: MSZ EN 10088-1, hőálló acélok: MSZ EN 10095 Nem edződnek be, de a varrat és a hőhatásövezet repedhet, mert:

- - nyúlása kicsi, szobahőmérsékleten rideg,

- hegesztés hőmérsékletén szemcsedurvulás (Cr-ferrit) lép fel,

- nagy zsugorodási feszültségek ébrednek. 300-400°C-ra előmelegítés; ezt a hegesztés során megőrizni (rövid varratok,

letakarás azbeszt lappal); Lágyabb, ausztenites szövetszerkezetű elektródát vagy huzalt alkalmazzunk

Schäffer-diagramból (ne repedjen!); Minimális hőbevitel: kis J, vékony varrat, nagy vheg.

c, martenzites (perlites):

- kemények, könnyen beedződnek (önedzők ); C = 1,2%; Cr = 12-18%; Ni = 1,5-2,5%

- hegesztett szerkezetekhez nem alkalmas, javítás esetén is ritkán hegeszthető, edződik, törik.

Al és ötvözetei hegeszthetősége

Nehézség: Al2O3 (Tolv=2050°C) jelenléte; hegesztéskor az alapfém (Tolv=650-700°C Al és ötvözeteinél) már megömlik, amikor a felületi oxidhártya még szilárd, összetartja az ömledéket → további melegítéskor az oxidhártya felszakad, alatta a megolvadt fém szétfolyik, átlyukad a lemez.

Megömlesztett cseppek rögtön oxidálódnak, nem olvadnak össze, nem képeznek hegfürdőt.

Csak olyan eljárás alkalmazható, ahol az oxidbontás folyamatosan megvalósul: AWI, AFI, BKI fordított polaritással vagy váltóárammal,( lánghegesztés folyósító szerrel).

Al és ötvözetei hegeszthetőségeLánghegesztés: Acetiléndús lánggal, oxidhártya eltávolítása PA1 jelű kloridos

folyósítószerrel (vegyi úton oldja Al2O3-at, sóvá alakítja, ami feljön a hegfürdő tetejére)

AWI, AFI megjelenése kiszorította (oxid-eltávolítás nem teljes mértékű, folyosítószerből is keletkezhetnek zárványok)

BKI: Rosszabb a lánghegesztésnél, nehéz megfelelő bevonatot gyártani, (nehéz

salakba vinni Al2O3-at, gyakoriak az oxid és salakzárványok)

Fordított polaritás vagy váltóáram; Mérsékelt köv.esetén, javító műhelyekben, ha nincs AWI vagy AFI.

AWI és AFI: Korszerű, szinte kizárólag ezt alkalmazzák. Folyamatos oxidbontás

megvalósul; hegesztési paraméterek és huzalok katalógusban.

Réz és ötvözetei hegeszthetősége

Tolv=1083°C, igen jó hővezető, gyorsan kell a hőt bevinni (hidegkötés) → előmelegítés 600-700°C-ra (nagy ,,J” miatt védőgázas eljárásnál 300-500°C is elég)

Vörösréz: (Sn + Zn ötvözet) gázhegesztés nem alkalmas: semleges láng: gyorsan oxidálódik,

gázdús: sok hidrogént visz a varratba → ridegedést okoz; BKI: bázikus elektróda, =/+ fordított polaritás, alapanyaggal

egyező elektróda; védőgázas: AWI és VFI-vel: =/− egyenes polaritás,

előmelegítéssel, speciális, magas dezoxidáló ötvöző-tartalommal (Si, Mn) rendelkező huzal.

Réz és ötvözetei hegeszthetősége

Sárgaréz: (10-40% Zn) hegeszthetősége kedvezőbb, mint a vörösrézé, hővezető képessége

kisebb (Te = 200-400°C)

probléma: Zn 500°C-on forr, 906°C-on elpárolog, Zn gőz mérgező párolgás csökkentésére:

- oxigéndús láng, hegfürdő felületén ZnO-film képződik, akadályozza a további párolgást,

- hozaganyag ötvözés, mely a hegfürdő felületén összefüggő oxidréteget hoz létre.

gázhegesztés: oxigéndús láng, alapanyaggal azonos összetételű pálca, BKI, AWI, VFI (MIG): növelt Zn-tartalmú elektróda és huzal az

elpárolgott Zn pótlására pl.CuZn40 (40% Zn) összetételű elektróda.

Öntöttvasak javítóhegesztése Az öntöttvasból készült alkatrészek törése miatt gyakori feladat →

általában BKI-vel, jobb a varratszilárdság, mint gázhegesztésnél; Az öntöttvasak csoportosítása: lemez vagy gömbgrafitos szerkezetűek;

perlitesek, fehér temperöntvények (kis szén tartalom); Az öntöttvasak csak szigorúan kötött technológiával hegeszthetők, az

alábbi tulajdonságok miatt:

a, ridegek, minimális alakváltozásra képesek (A = néhány %) - általában 400°C felett, zsugorodásból származó belső feszültségek repedést okozhatnak;

b, igen rossz hővezetők; egyenlőtlen falvastagságú öntöttvasak egyenlőtlenül tágulnak → igen nagy feszültségek a hegesztési varratban – előmelegítés lassan, 30-100°C/h;

c, az öntöttvas megömlése egyetlen hőmérsékleten (kis hőmérsékleti tartományban) történik, nehéz az ömlesztést irányítani.

alkalmazott eljárások: meleg; félmeleg; hideghegesztés: leggyakrabban alkalmazott, legolcsóbb és egyszerűbb

Meleghegesztés lemez és gömbgrafitos öntöttvasaknál, előkészítés:

- öntési kéreget, oxidréteget leköszörülni (magas Tolv),

- repedt öntöttvasnál: repedés végét furattal zárjuk le (terjedés akadályozására),

- előmelegítés kis sebességgel, összetétel és falvastagság függvényében, munkadarabot teljes térfogatban (lemezgrafitos öntöttvasat 600-700°C-ra;

gömbgrafitos öntöttvasat 300-350°C-ra- Mg kiégési veszélye miatt) felmelegítjük hegesztés előtt,

a hozaganyag az alapanyaggal egyező, öntöttvas jellegű,(3-4 % C; 2,5-3,5% Si) hegesztés:

- s < 20mm,, semleges lánggal, folyósítószerrel, egy menetben megszakítás nélkül, minimális hőbevitellel,

- s > 20, BKI: rövid ív, egy menetben megszakítás nélkül, minimális hőbevitellel,

- hegesztés után újra felmelegíteni, Te hőfokra → lassú hűtés (kemencében vagy homokban, napokig is, nagyméretű, különböző falvastagságú öntvénynél feszültségmentesítés, repedésveszély elkerülésére)

Félmeleg hegesztés

Te = 200-250°C, de helyi előmelegítést is alkalmaznak, 600-700°C-ra (az energiaigény összességében kisebb!);

nagy tömegű, szimmetrikus alkatrészeknél, ha a törés a szimmetriasík közelében van;

öntöttvas övgyűrű – melegítés túloldalon is – egyenletes hőtágulás érdekében;

öntöttvas küllőskerék; előmelegítés lánggal, hegesztés is! kézi ívhegesztéshez Ni vagy NiCu elektróda; hegesztés után lassú lehűlés biztosítása.

Öntöttvas küllőskerék hegesztési viszonyai

Öntöttvas övgyűrű félmeleg hegesztési viszonyai

Öntöttvasak hideghegesztése Előnye: előmelegítés, utóhőkezelés nem szükséges, bármilyen öntöttvas

típus BKI-vel hegeszthető; Elektróda: Ni vagy CuNi alapu, bázikus bevonatú, Cu és Mn tartalma a

varrat szilárdsági tulajdonságait javítja:

- Fe – Ni: 51 Ni - 49 Fe; 36 Ni – 64 Fe (invar-ötvözet);

- tiszta Ni;

- Monell: 70 Ni + 30 Cu; A varrat lágy, jól megmunkálható (Ni tartalom miatt); Előkészítés: repedés kimunkálás véséssel vagy kifúvató elektródával; Ha nincs fárasztó igénybevétel, nem kell teljes keresztmetszetben hegeszteni,

a varrat nagyobb szilárdságú az öntöttvasnál; Technológia:

- kis hőbevitel, erős hőkoncentráció → kis J, rövid ív, fordított polaritás, 30-50mm hosszon, szakaszolva hegesztés, mdb. maximum kézmeleg legyen,

- első réteget (párna) tiszta Ni elektródával, egyszerre l=10d hosszon,

- melegen kalapáljuk, nyújtjuk a zsugorodási feszültségek csökkentése miatt,

- ábra szerinti varratsorrend, szakaszonként.

Szélrepedés hegesztési sorrendje

A hideghegesztés lépései

1. A repedés lezárása furattal

A számok a hegesztési sorrendet jelzik

Öntöttvasak hideghegesztése A repedés végeket Ni-elektródával készített varrathernyóval

határoljuk; A szélrepedés hegesztési sorrendje; Több réteg esetén az acél CuNi vagy két Ni párnaréteg közé

kerüljön, felső záróréteg is tiszta Ni legyen! Acél, öntöttvas betét behegesztés – még beillesztés előtt- Ni-

párnaréteg felhegesztése, a betét az öntöttvas falvastagságának 2/3-a;

A tiszta Ni képlékeny, nagy nyúlású, szívós varratot ad, amely a zsugorodási feszültség hatására megnyúlik – ezt segíti elő a kalapálás;

A Ni a hőhatásövezetben elősegíti a grafitképződést – lágyabb rétegű átmenetet ad.

Helyes technológia:

- Olyan, amely a lehető legkisebb anyagtömeg felmelegedésével jár;

- J ↓, gyakori megszakítás, 40 – 60 mm varratszakasz, közötte 1-2 perc várakozási idő;

- Varrat lehegesztése után rögtön enyhe kalapálás – nyújtás, a szívós varrat jól nyújtható;

- Ni vagy FeNi elektródák alkalmazása;

- Repedésvégek lezárása általában furattal történik (repedés terjedés megakadályozása), csak: vékonyfalú öntöttvas, statikus igénybevétel esetén: repedés lezárása keresztvarrattal – nem szerencsés, a varrat alatt a repedés tovább terjedhet;

- A kötés szilárdítása szegcsavarokkal növelhető:

- Monel ( 70Ni + 30Cu) elektródával (kisebb szilárdságú),

- s > 20…25 mm falvastagságnál,

- M6…M20-as csavarok.