Transcript Gyártástechnológia I-4

Műszaki Alapozó és
Gépgyártástechnológia Tanszék
Gépészmérnöki szak
Gyártástechnológia I.
(hegesztés)
4.előadás:
Bevontelektródás kézi ívhegesztés (BKI)
Kézi ívhegesztő elektródák
előadó: Dr. Szigeti Ferenc
főiskolai tanár
Bevontelektródás kézi ívhegesztés (BKI)
 BKI története: csupasz elektródás: 1891, Slavianov (orosz)
bevont elektródás: 1904, Kjellberg (svéd)
 BKI elnevezése:
Shielded Metal Arc Welding (SMAW) –nemzetközi
Manual Metal Arc Welding (MMAW) – európai
 BKI ISO kódszáma: 111 (1: ívhegesztés főcsoport; 11: nyílt
ívű hegesztés alcsoport)
Bevontelektródás kézi ívhegesztés elve
 Rövidzárlat → termikus emisszió, elektron kilépés, ütközés a gáztér
atomjaival → ionizáció, ha elegendő a töltéshordozó, az ív
meggyullad, önmagát fenntartó folyamat révén állandósul.
 Leolvadás: közepes vagy nagyméretű cseppek, a cseppek rövidzárlatot
is okozhatnak;
 A nemfémes bevonat hevítése közvetett, olvadása lassúbb → a kúpos
bevonatvég javítja az ív védelmét, csökkenti a fröcskölést!
Védelem a levegő ellen
 A hegesztési atmoszférát alkotják:
a, a bevonatból képződő gázok: CO, CO2, H2, O2, SiF4
b, elgőzölgő fémek: Fe, Mn, Cr, Ni, Mo, V, Ti, Ca, Mg, Na, K
→ az ívatmoszféra mindig oxidáló ( az elektróda bevonat
összetételének meghatározásánál figyelembe kell venni!)
 Salaktakaró (bevonatból képződik) szerepe:
- mechanikai elszigetelés (fürdő+ hülő varrat)
- kémiai aktivitás, védelmi funkció (dezoxidálás)
Bevontelektródás kézi ívhegesztés
 BKI előnyei:
- hegesztés berendezése: olcsó, egyszerű, hordozható,
- a hegesztés technikája könnyen megtanulható,
- minden hegesztési pozícióban használható,
- minden falvastagsághoz használható,
- minden anyagféleséghez széles elektróda választék,
- elfogadható Ple és vheg (speciális elektródával megduplázható)
 BKI hátrányai:
- elektródacsere, megszakított hegesztés,
- sok mellékidő (elektródacsere, salakolás, fröcskölés eltávolítás),
- ártalmas gőzök, gázok → elszívási kényszer!
- elektróda szárítás szükséges (bázikus elda),
- alacsony J, kis beolvadási mélység,
- nehezen gépesíthető (gépesített változat elterjedtsége: 0).
BKI alkalmazási területe:
- acélok: ötvözetlen és ötvözött szerkezeti acélok, melegszilárd
és hidegálló acélok, erősen ötvözött acélok, öntöttvasak;
- nemvasfémek, Ni és Cu-ötvözetek (Al és ötvözetei ma már
nem);
- felrakó- és javító hegesztések élenjáró eljárása;
- csővezetékek helyszíni varratai, nagy tömegben;
- hegesztési pozíció és falvastagság: nincsenek technikai
korlátok: azonban
a, s<1mm (gépjármű karosszéria)
nem
b, nagy falvastagságú szerkezetek → alkalmazzák
gazdaságtalan
BKI gépi berendezése
- Áramforrás
- Elektróda fogó
- Hegesztőkábelek, csatlakozó elemekkel
- Kiegészítő és biztonsági felszerelések
Áramforrás:
 feladata: megfelelő Iheg (50…350A) és Uív (15…40V) biztosítása,
stabil ív fenntartása;
 BKI sajátosságai: X<50…60% (10 perc alapidő alatt megengedett
ívidő részarány!)
 az áramforrás lehet:
• generátor (egykor népszerű): nagy üresjárási veszteség, fenntartási
költségei magasak ( ma már elvétve alkalmazzák, belsőégésű
motorokkal hajtott változat, helyszíni hegesztésnél)
• félvezetős egyenirányító vagy inverter
• transzformátor
BKI hegesztő berendezések jellemzői
 A hegesztés végezhető: egyen- vagy váltó-árammal, egyenes (DCEN),
fordított (DCEP) polaritással (a korszerű elektródák a fordított
polaritást igénylik);
 BKI: J= 10…30 A/mm2 → eső karakterisztikával lehet stabil
munkaponttal hegeszteni. I beállítása: statikus ívkarakterisztika
előválasztásával, de a beállított I csak adott lív-nél valósul meg: lív↑ I↓;
lív↓ I↑
 U-I tájékoztató összefüggését a BKI munkafeszültség-egyenesének
egyenlete adja meg:
Uív  20  0,04 Ih ; de Uív  44V
 Az áramerősség (A) és az elektródaátmérő (mm) közötti kapcsolatot
legjobban a következő regressziós összefüggések fejezik ki:
I köz  60 d e  70
I köz  20  d
1,5
e
BKI technológiai jellegzetességei
- Kis áramsűrűségű (10…30 A/mm2), az ívkarakterisztika
vízszintes szakaszán dolgozó eljárás;
- Egyparaméteres eljárás: a hegesztő az áramforráson egy
potenciométerrel kiválaszt egy statikus ívkarakterisztikát, és a
munkapont koordinátái elsődlegesen lív-nek, másodlagosan:
bevonat, elektródaátmérő, áramnem, polaritásnak megfelelően
beállnak egy adott értékre;
- vheg≈ 4 mm/s; tleolv= 1…2 perc/elektróda; Ple= 1…5 kg/óra;
1kg elektróda → 0,6kg ömledék.
Kézi ívhegesztő elektródák
Az elektródák jellemzői:
 Maghuzalból és bevonatból állnak;
 A maghuzal anyaga az alapanyag összetételéhez közelálló
ötvözet, de ha a varrat ötvözésére van szükség, akkor ezt
elsősorban a bevonatban lévő fémek és metalloidok
biztosítják.
 A bevonat feladata:
- könnyű ívgyújtás és ívstabilizálás,
- a varrat ötvözése,
- salakképzés (varrat tisztaság, hűlés csökkentése),
- varratvédelem (hegfürdő védelme).
Elektródák bevonata
 Az elektródák bevonat-ötvözésűek, néhány maghuzaltípus
felhasználásával sokféle bevonat összetételt fejlesztettek ki → A
bevonatot a maghuzalra vízüveg kötőanyag felhasználásával,
sajtolással vagy extrudálással viszik fel (15…30 féle alkotóelemből, titkos recept alapján).
 Bevonatalkotók:
- tisztított ásványok (karbonátok, oxidok, fluoridok, szilikátok),
- tisztán adagolt komponensek: Al, Cu, grafit,
- ferroötvözetek: FeMn, FeSi, FeCr, FeMo, FeV
- többfunkciós komponensek: K2O SiO2 (káli-vízüveg) kötőanyag,
de K: ívstabilizáló, Si dezoxidáló, szilikát salakképző.
Bevonatalkotók feladatuk szerinti csoportosítása
- gázképzők: pl. grafit; faszén; cellulóz; földfémek és
alkálifémek karbonátjai, ( CO2) szerves anyagok;
- salakképzők: pl. Fe, Mn ércek; kvarc; rutil; mészpát; dolomit;
- ívstabilizálók (ionizálók):pl. földfémek és alkálifémek
ásványai, pl.dolomit, magnezit;
- dezoxidálók: pl. C, Si, Mn;
- nitrogénmegkötők:
folypát, Mn, Ca, ritkaföldfémek ill.
oxidjaik
- S, P és H csökkentők
- ötvözők: FeMn, FeSi, FeCr, FeMo, FeV…
- Ple-t növelő fémporok
- kötőanyagok: vízüveg (Na-szilikát), kaolin, cellulóz.
Elektróda méretek
MSZ 6586
MSZ EN 20544
Átmérő, mm
1,6
50-200-225-250
2,0
225-250-300-350
2,5
250-300-350
3,2
Legalább 4,0
(1)
Hossz, mm
300-350-400-450
450-(500-550-600-700-900)(1)
450mm-nél nagyobb hosszt főként gravitációs hegesztéshez alkalmaznak
Az elektróda jellemzői
Db
a, Bevonattényező: F 
→ vékony: Db< 1,2 de
d e → közepes: D = 1,2…1,55 d
b
e
→ vastag: Db ≥ 1,6 de
b, Kihozatali tényező: K  m ö 100%
mh
 A bevonat típusától függően az elektróda tömegének
60…80%-a válik varratanyaggá (gáz, salak, fröcskölés) :
-savas, rutilos 63-66%,
-bázikus: 75-90%.
 Nagy hozamú elektródák esetén: K>100% is lehet!
Elektróda jelölések
a, A csomagolódobozon található jelölések: → gyártóművi
típusjel, pl. OK, FOX, valamint MSZ EN 499 szerinti jelölés;
 a Iheg nemét, polaritását, ajánlott I-t;
 a hegesztett ömledék tulajdonságait;
 a hegesztési pozíciót:   

 az elektródahuzal átmérőt;
 az elektróda felhasználási területét.
b, külön az elektródán (a bevonatpaláston) feltüntetik az
elektróda típusjelét.
Kézi ívhegesztő elektródák csoportosítása
I.
Feladatuk szerint:
a, kötő,
b, felrakó,
c, vágó és hornyoló (faragó) elektródák.
II. Heganyaguk összetétele szerint (segíti a felhasználót az adott
alapanyaghoz a megfelelő elektróda kiválasztásában):
a, ötvözetlen és gyengén ötvözött, finomszemcsés acélok: MSZ EN 499;
b, gyengén ötvözött, nagyszilárdságú, melegalakított vagy hőkezelt acélok;
c, melegszilárd (kúszásálló) acélok;
d, Ni-ötvözésű, alacsony hőmérsékletre szánt acélok;
e, erősen ötvözött korrózióálló acélok;
f, erősen ötvözött hőálló acélok (lassan revésedő);
g, minőségi öntöttvasak.
 Az elektródák ömledékösszetétele és a velük készített varrat mechanikai
jellemzői az alapanyaggal egyezőek vagy ahhoz közel állnak.
Kézi ívhegesztő elektródák csoportosítása
III. Bevonattípusok szerint (a jelölés a bevonat megolvadásával
képződő salak típusára utal):
- A savas (acid)
- B bázikus (basic)
- C cellulóz (cellulose)
- R rutilos (rutile)
- RR vastag rutilos (thick rutile)
- RC rutil-cellulóz (rutile-cellulose)
- RA rutil-savas (rutile-acid)
- RB rutil-bázikus (rutile-basic)
 Az elektródák 2/3-a bázikus bevonattal készül (legjobb
mechanikai jellemzők);
 Elektródagyár: Mór (ESAB) 25.000 t/év.
A bevonattípusok jellemzői:(A) jelű savas elektródák
- áramnem és pozíció: egyenáram +, -; ~, →;
- a bevonat Fe, Mn, Ti, és Si oxidokat tartalmaz, mint salakképzőket;
- ,,forró” típusú: bevonata megolvadáskor hőt fejleszt, ami
hígfolyósabbá teszi az ömledéket;
- finomcseppes leolvadás;
- salakja sokáig nyúlós, szívós, 200 oC-ra hűlve könnyen eltávolítható;
- gázzárványokra nem, de hűlés közben melegrepedésre érzékeny;
- jó varratszilárdság, szívós varrat, nyúlása ~25%;
- varratfelület egyenletes, sima, jól terülő;
- tompa- és sarok-varratok hegesztésére, vízszintes helyzetben.
A bevonattípusok jellemzői: rutilos (R) elektródák
-
-
-
-

áramnem: egyenáram - ; ~, pozíció:  
salakképző anyaga: TiO2 (főként), szilikátok, karbonátok, ferro-Mn; salakja
önleváló;
a rutil (TiO2) miatt Ugy<50V, az ív stabil nyugodt;
ívhosszváltozásra nem érzékeny, legkedveltebb, jó ívgyújtás és újragyújtás
(a salak melegen jól vezeti az áramot), stabil, fröcskölésmentes ív, pozíció
hegesztéshez, csövek kényszerhelyzetű gyökhegesztéséhez (ívmegszakításos
techn.);
jó technológiai tulajdonságok: könnyű ívtartás, tetszetős varratalak, térbeli
varratoknál is, sokoldalú alkalmazás, minden helyzetben (fejfeletti is!)
hegeszthető, csak ↓ nem;
a varratfelület egyenletes, sima, szerény leolvadási teljesítmény;
növelt folyáshatárú acélokhoz nem ajánlott (ReH>360 N/mm2) a varrat magas
hidrogéntartalma (H2>15ml/100g) miatt (elektróda szárításával sem
csökkenthető);
nem alkalmazható: fáradásnak kitett, erősen terhelt, alacsony hőmérsékletű
(-40oC) szerkezetek hegesztésére;
vékony lemezek hegesztésére, nagyobb hézagok áthidalására, legjobb
gyökhegesztő elda.
A bevonattípusok jellemzői: rutilos (R) elektródák
A bevonattípusok jellemzői: cellulóz (C) elektródák
-
-

áramnem és pozíció: =, + sarokból, rövid ívvel (h ≤ 3mm),   
a bevonat10-30%-ban tartalmaz szerves anyagokat (cellulóz, faliszt,
keményítő) szilikátokat és ferroötvözeteket;
a sok szerves anyag jól védi a hegfürdőt, kevés salakot képez;
alkalmazása: ahol a kedvező mechanikai tulajdonság és a radiográfiai
tisztaság fontos;
a szerves anyagok bomlásakor keletkező kellemetlen szagú gáz és csökkent
ívstabilitás miatt a hegesztők nem kedvelik;
,,forró” típusú, közepes cseppes, mély beolvadású, ömledéke sűrűn folyik,
gyorsan dermed, hézag és gyökhegesztésre kiváló;
kiváló pozícióhegesztésre, minden helyzetben, ↓ is; (távvezetéki
csőhegesztő elektródák)
az ömledék sok H2-t szív magába,ami dermedéskor nem távozik, repedést
okozhat;
szilárdsága jó, nyúlása ~ 30%;
ötvözetlen acélok előmelegítés nélkül, ötvözött acélok előmelegítéssel.
A bevonattípusok jellemzői: cellulóz (C) elektródák
Bázikus (B) elektródák
-
-
-
-


áramnem és pozíció: =, +, ~, 
a bevonat alkotói: bázikus salakképzők, alkáli földfémek karbonátjai
(mészkő, folypát, mészpát, dolomit), FeMn(5%), SiO2(10%), CaCO3
(40%), CaF2 (45%);
a folypát a salakot hígfolyóssá, a dolomit szilárd salakot törékennyé
teszi,az ívatmoszféra semleges, redukáló hatású, ötvöző kiégés
minimális ↓, a salak jó dezoxidáló ;
a bevonatból képződő folyékony salakból az ömledék Si és Mn-t nyel el;
elektródából keletkező varrat anyaga a leolvadás során Si-al
csillapítódik;
ebben a bevonatban a legkevesebb a H2, ha a bevonatot szárazon tartjuk,
és az ív leszorításával megakadályozzuk a levegő bekeveredését, akkor
nem kerül az ömledékbe H2→ hidegrepedés veszélye minimális!
a varrat Mn tartalma a S-t megköti MnS formájában, így kizárt a
melegrepedések keletkezése (legkevésbé érzékeny meleg- és hidegrepedésre);
Bázikus (B) elektródák
-
-
gázzárványok elkerülésére: az elektródát ki kell szárítani (300oC, 3 h),
felületet gondosan meg kell tisztítani;
rövid ívet kell tartani, egyébként megnő a porozitásveszély (lmax=d/2);
hideg elektróda: bevonata megolvadásakor hőt von el az ívtől, hűti azt;
nyugtalan ív, nehéz vele hegeszteni, nehéz ívet gyújtani(Ugy=60-70V);
dinamikus hatásnak kitett teherhordó szerkezetek hegesztésére, az
alapanyag nagyobb C és S tartalmára sem érzékenyek, igen kedvező
negatív hőmérsékleten!
leolvadás: közepes cseppek formájában;
nagyszilárdságú, ötvözött acélokhoz, növelt folyáshatárú acélokhoz;
legjobb minőségű varrat készíthető vele;
vasporos, nagyhozamú elektróda: K=150…200%,
(diffúzióképes H2 tartalom ≤ 5 ml/ 100g fém).