Gyártástechnológia I. (hegesztés) 11.előadás: Acélok és öntöttvasak hegeszthetősége

1. 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

2. Acélok hegeszthetősége • Ötvözetlen és gyengén ötvözött acélok minden technológiával jól hegeszthetők; C < 0,22%; Ce ≤ 0,45% - MSZ EN 10025: S185, S235 … S355: ált. rendeltetésű ötvözetlenszerkezeti 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 10084betétben 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

3. Acélok hegeszthetősége • 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.

6. 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 EN10155): 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.

7. 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.

8. 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.

9. 3. Erősen ötvözött acélok hegeszthetősége 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!

10. Ausztenites acélok IHÁ diagramja

11. 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.

12. 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).

13. Al és ötvözetei hegeszthetősége Lánghegesztés: • 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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

17. 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)

18. 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.

19. Öntöttvas küllőskerék hegesztési viszonyai Öntöttvas övgyűrű félmeleg hegesztési viszonyai

20. 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.

21. Szélrepedés hegesztési sorrendje A hideghegesztés lépései • A repedés lezárása furattal A számok a hegesztési sorrendet jelzik

22. 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 hőhatásövezetbenelősegíti a grafitképződést – lágyabb rétegű átmenetet ad.

25. 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.