6. előadás Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák Semleges védőgázas, wolfram elektródos ívhegesztés

1. Gyártástechnológia I. Műszaki Alapozó és Gépgyártástechnológiai Tanszék 6. előadás Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák Semleges védőgázas, wolfram elektródos ívhegesztés előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

2. Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák I. Külső hibák: • Tompavarratok gyökhibái: veszélyesek, mert hiányzik a varrat egy része; • Elégtelen átolvadás: keskeny illesztési hézag, ellenszere: hézag növelése, I növelése (nagyobb leélezés); • Hidegkötés a gyökoldalon: helytelen elektróda tartás, helytelen ívelés • 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.

3. Tompavarratok gyökhibái

4. 2. Sarokvarratok gyökhibái: • Elégtelen összeolvadás: helytelen elektróda tartás: az ív tengelye és a hő nem a vízszintes, hanem a függőleges lemezre irányul, azt idő előtt megolvasztja; • Hiányos gyökbeolvadás: I kicsi, túl nagy elektróda átmérő, nem fér be a gyökhöz.

5. 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.

6. 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.

7. II. Belső hibák • Salakzárvány • Hidegráfolyás(hidegkötés) • Gázzárvány, lyukacsosság , porozitás • Hideg, meleg repedés • Beedződés • Szemcsedurvulás

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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 deformáció- növekedés meghaladja a varrat deformáció képességét, akkor repedés jön létre. - A melegrepedési hajlam függ: a varratfém összetételétől, a hűlési sebességtől. - Bázikus elektródával elkerülhető!

12. 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.

13. 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.

14. 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)

15. 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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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).

20. 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.

21. 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).

22. 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.

23. Váltóáram: • Polaritás 100/sec, fordított polaritás: oxidbontás, egyenes: mély beolvadás • Jó ívstabilitás, W-elektróda fogyás és áramterhelhetőség is elfogadható

24. SWI hegesztő berendezések Az ívkarakterisztika vízszintes szakaszán dolgozó eljárás, amelyhez követelmény: a hegesztő gép eső karakterisztikájú, az „I” kis áram-tartományban 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).

25. 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.

26. 2. Védőgáz (Ar) ellátó és szabályozó egység • Részei: Ar palack (150 bar), nyomás csökkentő (O2 –szerel-vényekkel 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.

27. 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

28. 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.

30. 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)

31. 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

33. A hegesztés technika elemei: előkészítés, hegesztés, utólagos hőkezelés • Előkészítés • Felülettisztítás: zsírok, olajok, szennyezők, oxidhártya eltávolítása, mechanikai vagy kémiai úton; • 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. • 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.

34. Az AWI hegesztés technikáját az alapanyag minősége és vastagsága, a kötés formája és térbeli helyzete határozza meg. • 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.

35. 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.

37. Hegesztési paraméterek: • 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: • Pisztolyvezetés gépesítése, kézi töltőanyag adagolással; • Töltőanyag adagolás géppel, kézi vagy gépi pisztolyvezetés; 3. Teljes automatizálás.

38. 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.

41. 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).

42. 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: • Ötvözetlen és finomszemcsés acélokhoz: MSZ EN 1668-W • Nagyszilárdságú acélokhoz (Reh>500N/mm2): MSZ EN 12534-W • Melegszilárd acélokhoz: MSZ EN 12070-W • Korrózió (hőálló) acélokhoz: MSZ EN 12072-W • Al és ötvözeteihez: MSZ4264

43. 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.

44. Impulzusos SWI hegesztés