Transcript 6 ea SWI

Műszaki Alapozó és
Gépgyártástechnológiai Tanszék
Gyártástechnológia I.
6. előadás
Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák
Semleges védőgázas, wolfram elektródos ívhegesztés
előadó: Dr. Szigeti Ferenc
főiskolai tanár
Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák
I. Külső hibák:
1. Tompavarratok gyökhibái: veszélyesek, mert hiányzik a varrat egy
része;
a) Elégtelen átolvadás: keskeny illesztési hézag, ellenszere: hézag
növelése, I növelése (nagyobb leélezés);
b) Hidegkötés a gyökoldalon: helytelen elektróda tartás, helytelen ívelés
c) Illesztési hiba,
hosszabb kitartás az egyik oldalon ;
(nagy éleltolódás);
d) Homorú gyök: fejfeletti helyzet: a hézag túl széles, I erős, túl
hígfolyós varrat, rossz elektróda tartás, az ömledék behorpad, az élek
szintje alá süllyed;
e) Zárványos lelógó gyök: túl széles hézag, I erős, varratátfolyás, a kiálló
dudor gáz- és salakvédelme tökéletlen, gázbuborék, nedves elektróda.
Tompavarratok gyökhibái
2. Sarokvarratok gyökhibái:
a) Elégtelen összeolvadás: helytelen elektróda tartás: az ív
tengelye és a hő nem a vízszintes, hanem a függőleges lemezre
irányul, azt idő előtt megolvasztja;
b) Hiányos gyökbeolvadás: I kicsi, túl nagy elektróda átmérő,
nem fér be a gyökhöz.
3.Varrat kezdési és befejezési hibák: kezdő és kifutó lemez!
- Hidegkötés (ráfolyás): az alapanyag nem olvad meg;
- A végkrátert a csatlakozó varratsor nem hegeszti át.
4. Sarokvarratok helyzeteltolódása:
Szilárdságrontó, csökken a varrat keresztmetszete. Oka: helytelen elektróda tartás.
5. Szegélybeolvadás: varrattal párhuzamos éles bemetszésű árok: az anyag megolvadva
túlhevül, az ömledék áramlása, az ív fúvóereje, nehézségi erő az olvadt részt elviszi;
Oka: I erős, helytelen elektróda tartás;
Elkerülése:
- Ívelés a széleken, I csökkentése, helyes elektróda tartás, íveléskor ki kell tartani
szélen az elektródát, hogy megfelelő anyagátvitel jöjjön létre;
- Ráhegesztés: költséges, vetemedést növel, csúnya;
- Kiköszörülés: csak akkor ha, ha túl nagy.
II. Belső hibák
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Salakzárvány
Hidegráfolyás(hidegkötés)
Gázzárvány, lyukacsosság , porozitás
Hideg, meleg repedés
Beedződés
Szemcsedurvulás
1, Salakzárványok: veszélyesek, éles, sarkos alakjuk miatt belső
repedések kiindulási pontjai;
Oka:
-helytelen elektróda tartás és vezetés,
-kis I miatt a varrat gyorsan dermed, a salaknak nincs ideje a felszínre
jutni,
-ívmegszakítás helyén, újrakezdés előtt nem távolítottuk el jól a salakot,
-helytelen varratsor lerakás: túl domború az előző varrat, az új varratsor
leolvadásakor nehéz a már ott lévő salak eltávolítása.
2. Hidegkötés okai:
- „I” kicsi, lív túl nagy,
- szennyezett felület,
- az elektróda dőlésszöge nagy,
- nem megfelelő elektróda tartás és vezetés,
- mélyedések, nehezen megömleszthető pontok.
Veszélyessége: a terhelhetőség csökken, a heganyag nem olvad
össze az alapanyaggal.
Előfordulás: varratkezdés és befejezésnél, sarokvarratok (tompa
is) gyökénél.
3. Gázzárványok:
Keletkezésük okai:
- Az ömledék gyors dermedése, a gázzárványok befagynak,
nincs idejük a felszínre jutni (különösen nedves, rozsdás
felület hegesztésénél);
- Nedves elektróda (bázikus!) használata;
- Hosszú ívtartáskor: a levegő gáz és nedvességtartalmából
bekerülve;
 Kevésbé veszélyes a salakzárványoknál.
4. Melegrepedések: (kristályosodási repedés)
- Dermedés közben keletkezik;
- A repedés helyén futtatási színek fedezhetők fel;
- Rosszul hegeszthető, gyorsan hűlő varratoknál (hűlési
sebesség) jelentkezik;
- Keletkezése: A varratfémre kristályosodáskor a gátolt
zsugorodás miatt jelentős húzófeszültségek hatnak, emiatt
rugalmas-plasztikus deformáció jön létre. Ha a varratnak kicsi
a képlékenysége és a húzófeszültségek okozta deformációnövekedés meghaladja a varrat deformáció képességét, akkor
repedés jön létre.
- A melegrepedési hajlam függ: a varratfém összetételétől, a
hűlési sebességtől.
- Bázikus elektródával elkerülhető!
4. Hidegrepedések:
 Keletkezése: a varrat lehülése után;
 Oka:
 A rideg, martenzites szövetszerkezet,
 A hidrogén varratba kerülése.
 Elkerülése:
- A beedződő vagy az edződésre hajlamos acélokat előmelegítve
kell hegeszteni;
- Hidrogénfelvétel elkerülése: elda kiszárítása, bázikus elektróda
használata, leszorított, rövid ív, tisztítás, levegő nedvesség
elkerülése)
- Megfelelő hegesztési technika: kis hőbevitel, lassú lehűlés, sok
réteggel hegesztünk, kalapálás: zsugorodási feszültségtől
mentesítjük, nyújtjuk a varratot.
5. Edződés: akkor is hiba, ha nem okoz repedést (később repedhet),
- ellenőrzés: 250-300 HB keménységű varrat reszelhető, vagy
Poldi-kalapáccsal,
- Beedződés esetén: hőkezelés, feszültségmentesítés, előmelegítés.
6. Szemcsedurvulás:
Oka: túlárammal való hegesztés, kevés rétegsor ;
Következménye: durva töret, varratszívósság csökken;
Feltárása:
hajlító vizsgálatnál a próbatest nem bírja az előírt
hajlítási szöget;
Kiküszöbölése: szemcsefinomító hőkezeléssel.
Hibafeltárás
Szemrevételezéssel: külső hibák
Roncsolásos vizsgálattal (belső hibák)
keresztcsiszolat, makrocsiszolat
töretvizsgálat: eltöréskor a belső hibák kimutathatók: a varrat
a hibahelynél törik, a leggyengébb keresztmetszetben (hajlító,
ütővizsgálat)
3. Roncsolásmentes vizsgálatok: röntgen és ultrahangvizsgálat,
mágneses repedésvizsgálat (belső hibák)
1.
2.
-
SWI: nem leolvadó elektródos ívhegesztés
(semleges védőgázas wolfram elektródos
ívhegesztés)
W-elektródos ívhegesztés típusai: HWI, HeWI, ArWI(AWI),
(Ar+He)WI, PI (plazma ívhegesztés, redukáló hatású védő gáz)
Elnevezések:
- TIG: Tungsten Inert Gas;
- WIG: Wolfram Inert Gas;
 Világviszonylatban 3…5% részarány (kézi, gépesíthető változat)
Az eljárás ISO kódja: 141
Az SWI elve:
- Vékony lemezek peremvarrataihoz és I varrathoz hozaganyagot nem
használnak, vastagabb lemezek leélezett varrataihoz pálca, vagy huzal
töltőanyag szükséges;
- Nemesgázban fenntartott W-ív jól szabályozható, alig van fröcskölés,
füstképződés.
Az SWI előnyei:
 A legideálisabb körülmények között létesített, igen rugalmas, stabil,
szabályozható ív hőforrással működik, igen jó minőségű varrat! Kiváló
minőségi és folyamatjellemzők;
 A W ideális, a ma ismert legjobb elektród anyag, kiváló elektronemissziós
képesség, csekély fogyás, jelentős áramterhelhetőség jellemzi;
 Nemesgázok (főleg Ar) ideális védőgázok, az ív könnyen gyújtható,
újragyújtható, stabilan ég, levegőnél nehezebb (He-t kivéve) hegfürdő felé
áramlik;
 A W-ív rugalmas, széles teljesítménytartományban szabályozható, impulzus
ívű áramforrással, valamint AC/DC-vel is táplálható, nincs ötvöző kiégés;
 Nincs salakképződés, fröcskölés alig, hegesztés utáni tisztítás nem szükséges;
 Nincs füstképződés, a hegesztő az ívet és hegfürdőt jól látja, nincs
egészségkárosodás;
 A varrat minősége kiváló, esztétikus, geometriai és mechanikai jellemzői
kivállóak;
 Minden ipari fémhez és ötvözethez alkalmazható, minden térbeli pozícióban.
Az SWI korlátai:
 Nagyobb fajlagos költségek, kisebb teljesítmény;
 Kis I, Uív alacsony (He mentes védőgáz) h1 (beolvadási
mélység) kicsi, vheg alacsony;
 Kis leolvasztott hozaganyagtömeg (időegység alatt);
 Kétkezes hegesztési technika, képzett hegesztő;
 Berendezés, elektródanyag, védőgáz drága, hosszegységre
vonatkoztatott fajlagos költség ( Ft/m) nagy;
 Kiépített védőgáz-struktúra szükséges.
Az SWI alkalmazási területe:
 Szűk területen gazdaságos, a hegesztési eljárások királya, indokolt
esetben célszerű alkalmazni;
 Értékes, FI-el nehezen hegeszthető anyagoknál;
 Erősen ötvözött acél, korrózió és hőálló acélok hegesztésére;
 Al, Ti, Ni, nemvasfémek és ötvözők hegesztése, főként ha aktív védőgázzal
nem lehet hegeszteni (pl.Al, Ti);
 Szabályozott hőbevitel, kistömegű hegfürdő, gyors fürdődermedés (térbeli
hegesztés, vékony lemezek hegesztése, gyökhegesztés);
 A hőbevitel és a tőle független hozaganyag adagolás előnyei: helyszíni
csőhegesztés gyöksora, vékony lemezek peremvarratai (hozaganyag
nélkül);
 Az alapanyagból levágott lemezcsík hozaganyagként alkalmazható (nehéz
hegeszthetőségi esetekben);
 Igényes felületi bevonatok: magas olvadáspontú, öntött, keramikus, vagy
kompozit pálcák, porok ráolvasztása fém alaptestekre (kopás- ill. hőállóság
növelése).
Az argon védőgáz jellemzői:
- A nemesgázok (argon, hélium, neon, kripton, xenon, radon)
csoportjába tartozik;
- Egyatomos, zárt elektronhéjú, más elemekkel kémiai
reakcióba nem lépő, fémekben nem oldódó gáz;
- Az égéssel szemben közömbös, levegőnél 1,5-szer nehezebb;
- Rossz hővezető képességű, nagy fajhőjű és viszkozitású,
ideális védőgáz;
- Az ívben fellépő hőveszteségek kisebbek;
- Az Ar-burokban az ütközéses ionizáció intenzívebb, az
elektronok kevesebb energiát veszítenek, mint a levegőben;
- Az Ar gyújtási potenciálja a levegőnél kisebb, könnyebb az
ívgyújtás, nehezebben szakad meg az ív (stabil ív);
- Ar közegben a feszültségesés minimális, Uív is kisebb lehet.
Az Ar-ívjellemzők polaritásfüggők, alapvetően megváltoznak:
Egyenes polaritás:
- A katódfolt a W-elektródon erőteljes, koncentrált elektronemissziót létesít;
- A tárgyba ütköző elektronok keskeny, mély beolvadást okoznak;
- Az ívfeszültség a levegőben égő ívhez képest kisebb, az ívstabilitás nagyobb;
- A W-elektród az áramterhelést jól bírja, nem hevül túl, fogyása minimális
(W-elektród kihegyezhető).
Fordított polaritás:
- A munkadarabról emittált elektronok a W-elektródba ütköznek, azt
túlhevítik, fogyását megnövelik (fokozott hűtés szükséges);
- Jmeg, ívstabilitás, beolvadási mélység csökken, ívfeszültség nő;
- Jelentősége: Al, Mg és ötvözetei hegesztésénél: a nagyméretű Ar ionok a
tárgy felületén oxidhártyába ütköznek, kinetikai és potenciális energiájuk
hőfejlődése révén az oxidhártyát elgőzölögtetik (katódporlás, oxidbontás) –
a növelt elektronemisszió szerepet játszik az oxidhártya felszakításában.
Váltóáram:
- Polaritás 100/sec, fordított polaritás: oxidbontás, egyenes: mély beolvadás
- Jó ívstabilitás, W-elektróda fogyás és áramterhelhetőség is elfogadható
SWI hegesztő berendezések
Az
ívkarakterisztika vízszintes szakaszán dolgozó eljárás, amelyhez
követelmény: a hegesztő gép eső karakterisztikájú, az „I” kis áramtartományban finoman szabályozható legyen.
A gépi berendezés fő részei:
1.Áramforrás
2.Védőgáz (Ar) ellátó és szabályozó egység;
3.Hűtővíz rendszer;
4.Hegesztő pisztoly + kábel és tömlőköteg (3m);
5.Vezérlő berendezés, szabályozó, programozó
és kijelző rendszer;
6.Huzalelőtoló és előmelegítő egység (opcionális).
1. SWI áramforrása: egyenirányító, vagy inverter típusú
-
-
-
DC/AC üzemre egyaránt alkalmas (a csak egyenáramú (DC)
áramforrással Al és ötvözetei nem hegeszthetők);
Eső karakterisztikájú, úgynevezett áramtartó áramforrás
(minél meredekebb, annál stabilabb hegesztési ív tartható
fenn – kis ívhosszváltozásnál az áramerősség változás is
kicsi);
Kézi SWI: BI<50%, gépi SWI: BI=100%;
Áramtartományok: I<150 A, 150<I<350A, I>350 A;
Uív: 10…30 V (Ar), (x1,5 He);
Uív=13+0,012Ih (Balogh A), Uív=10+0,04Ih (Gáti J)
Kiegészítő egységek: I csökkentésére és növelésére alkalmas
távolsági áramszabályzó, kisfrekvenciás impulzus egység és
programozó berendezés.
2. Védőgáz (Ar) ellátó és szabályozó egység
 Részei: Ar palack (150 bar), nyomás csökkentő (O2 –szerelvényekkel egyező csatlakozó mérettel), átfolyás mérő,
automatikus működtetésű mágneses gázszelep;
Védőgáz mennyiség: Ar: 4…15 l/p, He: 20…40 l/p
(fúvóka, elektród méret, varratalak, munkadarab anyag
függvényében)– túlzott gáz növelés turbulenciához vezethet;
- Szűrőegység: 99,95%-os tisztaság, mert zárványok
keletkezhetnek.
3. Hűtő rendszer
- Hűtővíz-szükséglet: 1-2 l/p,
- Zárt rendszerű: lágy, tiszta hűtővizet biztosít;
- Vezetéki: vízkőlerakódás veszélye, de túlmelegedés nincs;
- Érzékelő (vízőr): hűtővíz kimaradásnál kikapcsol.
4. Pisztoly:
-
Kis áramerősségű (150A): elegendő az áramló Ar hűtése;
Közepes (300A), vízhűtésű;
Nagy (600A), vízhűtésű;
Elektród-kinyúlás gázlencse nélkül:2…4mm,
gázlencsével: 15..20mm
5. Vezérlő, programozó és programtároló egység
(WPS-szerinti program választás)
- A pisztoly vezérlőgombja működtetésére kapcsol:
Iheg , ívstabilizátor, Ar-szelep, hűtővíz kapcsolás, indítás,
kikapcsolás: 10…20 sec késleltetéssel;
- Sorrend: hűtővíz, Ar, NF áram, Iheg
- Gáz és vízellátás ellenőrzése, zavar esetén leállítás.
- Kiegészítő egységek:
 Nagyfrekvenciás ívgyújtó és ívstabilizátor: nagyfrekvenciás
árama elektromos szikra formájában ionizálja az ívközt, a
hegesztő áramra szuperponálva javítja az ívstabilitást is.
 Végkráter kitöltő ellenállás: fokozatos áramcsökkenést
biztosít.
6.Huzalelőtoló és előmelegítő egység:
- Gépesített hegesztés: 1m-es pálca helyett: huzalelőtolóval a
hegesztő ívbe hideg huzalt adagolnak,ezzel Ple többszörözhető
(előmelegítéssel Ple tovább növelhető);
- Csúszóérintkezők segítségével áramot vezetnek át a huzalon,
(Joule-hő bevezetés - külön áramforrásról )– meleghuzalos
SWI: Ple 2x hideghuzalosnak, 6…8x a pálcásnak
(Ple =25…30 kg/h)
Az AWI hegesztés technológiája
W-elektróda kiválasztása:
- A wolfram Tolv közel 3400 C0 , de levegőben 800-1000 C0 –on
oxidálódik, villamos vezetőképessége a hőmérséklettel nő,
hővezető képessége alig csökken, ideális elektróda anyag;
- Fogyása Ar-ban jelentéktelen (0,1mm/perc);
- Előállítása porkohászati úton;
- Tiszta állapotban (99,4%-os) szilárdsága kicsi, könnyen
leolvad (W-zárványt okoz);
- Az elektron kibocsátás fokozására ötvözik: 1-2% ThO2 vagy
ZrO2 (0,5-1%), LaO2 , CeO2 : nagyobb lehet az áramterhelés;
- Az elektród átmérő megválasztása függ: I, áramfajta, polaritás,
(szakirodalom);
- Az elektródot koncentrált ívhez hegyesre köszörüljük ( 600);
W-elektróda jelölése: pl. WC20
CeO2
2%CeO2
A hegesztés technika elemei: előkészítés, hegesztés, utólagos hőkezelés
1. Előkészítés
a) Felülettisztítás: zsírok, olajok, szennyezők, oxidhártya eltávolítása,
mechanikai vagy kémiai úton;
b) Leélezés: MSZ EN ISO 9262 szerint;
- s<2:peremezve, vagy tompán,
- s<4: tompán hézag nélkül,
- s>4: V,X,U, teljesen leélezve, ajakmagasság nélkül.
c) Fűzés:
- s<2 :100-150 mm-ként 25 mm hosszon,
- s>2 :300 mm-ként 100 mm hosszon.
- a fűzési helyeket hegesztésnél újra meg kell olvasztani vagy ki kell
köszörülni.
Az AWI hegesztés technikáját az alapanyag minősége és
vastagsága, a kötés formája és térbeli helyzete határozza meg.
1. Töltőanyag nélkül:
- s<4, szorosan illesztett lemezeknél ( két oldalról hegeszthető),
- vékony lemezek peremvarratainál.
2. Töltőanyaggal a térben tetszőleges elhelyezésű varratok,
vastagság és anyagminőség korlátozása nélkül.
 S=6mm-ig egysoros, s>6mm-nél többrétegű hegesztéssel.
- Ívgyújtás: külön rézlapon, W elektróda felizzásáig ott tartani. Izzó
elektródát a munkadarabhoz közelítve a nagyfrekvenciás áram
rövidzár nélkül is lehetővé teszi az újragyújtást.
- W-elektróda kinyúlása a fúvókából 2-5 mm, az ívhossz körülbelül a
W elektród átmérője.
- A pisztoly és a hegesztő huzal tartása:lásd az ábrán, a jó oxidbontás
érdekében (Al,Mg és ötvözetei hegesztése) a hegesztő huzal a tárggyal
érintkezzék és a felhevített része az Ar burokban legyen!
- Általában jobbról balra: nem kell a hegesztőnek a pálcát a kész
varrat felett húzni, jobb az alapanyag megömlesztése;
- Balról jobbra hegesztés: a varrat hűlési sebességének csökkentésére,
a lehűlés közbeni jobb varratvédelem érdekében (vastag anyagoknál);
- Ívhúzás után a pisztoly kis köröző mozgatásával az alapanyagot
megömlesztjük, csak a jól megömlesztett heganyagba adagolható a
hozaganyag.
- Függőleges hegesztés: alulról felfelé, mert fentről lefelé a lefolyó
ömledék hidegkötést eredményez.
Hegesztési paraméterek:
a) Táblázatból,lemezvastagság függvényében választjuk az W-elektród átmérőt, pálca
átmérőt, I-t, Ar mennyiséget és fúvóka átmérőt,
- pl. acél,egyenáram, egyenes polaritás: I=sx30[A] PA helyzetben;
-Al, váltakozó árammal:
I=sx35[A] PA helyzetben,
- PE és PF helyzetben ezek az értékek 10-20%-al csökkennek.
b) Ar-mennyiség : a fúvóka nyílása, távolsága a tárgytól, hegesztés sebessége, kötés
alakja növelik az Ar fogyasztást, rossz gázvédelem esetén: oxidáció, elszíneződés;
c) Hozaganyag: „saját anyag” használható, vagy VFI hozaganyag (gépjavítás: nem kell
összetételt meghatározni)
Automatizálás:
1. Pisztolyvezetés gépesítése, kézi töltőanyag adagolással;
2. Töltőanyag adagolás géppel,
kézi vagy gépi pisztolyvezetés;
3. Teljes automatizálás.
Hozaganyagok:
-
s<3mm-ig hozaganyag nélküli heg.
Hozaganyaggal: a pálca vegyi összetétele az alapanyaghoz közeli (csak elgőzölés,
ötvöző kiégés nincs);
Beolvadó gyökbetét típusok: előre felhegesztett hozaganyagként.
Utókezelés:
-szép varrat, nem szükséges salakolás,
-hőkezelés: beedződésre hajlamos ötvözött acéloknál.
Az SWI technológiai jellegzetességei:
 J=5…50 A/mm2 , az eljárás vízszinteshez közeli ívkarakterisztikán
üzemel;
 Egyparaméteres eljárás: az áramforráson potenciométerrel
statikus karakterisztikát választunk, majd a munkapont két
koordinátája (U,I) beáll egy adott értékre, mely függ:
- a védőgáztól elsődlegesen,
- az lív-től
- a W-elektróda átmérőjétől másodlagosan.
- áramnem és polaritástól
 vheg =2-4 mm/s;
 Ple=1…2 kg/h ; 1kg pálca-1kg ömledék;
 Kétkezes hegesztés (jobbról balra hegesztés,fejpajzs szükséges).
Hegesztő pálcák:
 MSZ EN 759 szerint:
- átmérők: 1; 1,2; 1,6; 2; 2,4; 3; 3,2; 4; 5; 6 mm,
- pálcahossz: l=1000 mm.
Típusok:
1. Ötvözetlen és finomszemcsés acélokhoz: MSZ EN 1668-W
2. Nagyszilárdságú acélokhoz (Reh>500N/mm2): MSZ EN 12534-W
3. Melegszilárd acélokhoz: MSZ EN 12070-W
4. Korrózió (hőálló) acélokhoz: MSZ EN 12072-W
5. Al és ötvözeteihez: MSZ4264
Impulzusos SWI hegesztés
 Cél: a hegfürdő szabályozása;
 Jellemző paraméterei: tc , ta , tcs , Ia , Ics , f=0,2…2Hz, f=1/tc;
 Ha „f” csökken: a varrat egyre inkább elkülönülő pontok
sorozatából jön létre, ha Ics nő, h1 nő, ha tcs nő akkor a pont
térfogata is nő és b is nő;
 Impulzusos (lüktetőívű) SWI hegesztés előnyei:
- A hegfürdő jobban kezelhető kényszerhelyzetben;
- W-elektród jobban terhelhető, impulzusok közötti szünetben hűl;
- Mélyebb beolvadás érhető el, kedvezőbb lesz a szövetszerkezet;
- Kevésbé érzékeny az illesztési hézag változására;
- A hegfürdő mérete tág határok között változtatható;
- Kisebb HHÖ.
Impulzusos SWI hegesztés