bevezetes dz 070911
TRANSCRIPT
HEGESZTÉSBEVEZETÉS
Dr. DudDr. Dudáás Zolts Zoltáánn
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Anyagtudomány és Technológia Tanszék
Történeti áttekintés 1.1724: Desaguliers az Angol Királyi Társaságnak bemutatja két
ólomrúd egyesítését nyomás és csavarás egyidejűalkalmazásával.
1802: Vaszilij Petrov tanulmányozza a villamos ívet és annak tulajdonságait.
1820: Dawy két szénrúd között keltett ívet vizsgál.1849: Staite Angliában eljárást szabadalmaztat fémek
villamos ívvel történő hegesztésére.1877: Elihu Thomson felfedezi az ellenállás tompahegesztés
elvét.1855: Benardosz grafitelektródával létrehozott ívvel fémet
hegeszt.1866: Thomson szabadalmaztatja az ellenállás
tompahegesztéssel kapcsolatos tanulmányát.
2
Történelmi áttekintés 2.1887: Benardosz két grafitelektróda segítségével ellenállás
ponthegesztést végez.1888: Szlavjanov szabadalmaztatja a fémelektródás
ívhegesztést.1889: Zerener kifejleszti a két grafitelektródás ívhegesztést.1892: Karbidból acetilént állítanak elő.1895: Goldschmidt kifejleszti a termithegesztést.1898: Az ellenállás ponthegesztést alkalmazzák edények
hegesztésére.1890: Szabadalmat adnak a dörzshegesztésre. Az acetilén
elégetéséhez égőt fejlesztenek ki. Elkezdik a gázhegesztés ipari alkalmazását.
1903: Kidolgozzák a leolvasztó tompahegesztést.
3
Történeti áttekintés 3.1906: Fouche elkészíti a ma is használatos lánghegesztő
pisztolyt. A lánghegesztés elterjed az iparban.1908: Mártó eljárással bevont elektródákat alkalmaznak kézi
ívhegesztésre. A svéd Ottó Kjellberg szabadalmat kap bevonatos elektródákra.
1909: Schönherr elvégzi az első szűkített-ív kísérleteket.1915: Az ellenállás ponthegesztést alkalmazzák
autókarosszériák gyártásánál.1918: Elkészítik az első leolvasztó tompahegesztő gépet.1919: Roberts és von Nuys védőgázas hegesztési kísérleteket
végez.1920-1930: Dulcsevszkij, Thomson, Lincoln vizsgálják a CO2 gáz
védőgázként való alkalmazhatóságát
4
Történeti áttekintés 4.1922: Gerdien és Lotz nagyhőmérsékletű (50000 K) plazmát
állít elő.1923: Alexander Dulcsevszkij kísérleteket végez poralatti
ívhegesztéssel.1926: Langimur kidolgozza az arcatom hegesztést ( 1934-ben
ezért fizikai Nobel-díjat kapott).1928: Sajtolással bevont elektródákat gyártanak.1929: Alexander Dulcsevszkij szabadalmaztatja a poralatti
ívhegesztést.1930: Fobinoff, Faine és Quillen szabadalmat kap a poralatti
ívhegesztésre.Az ellenálláshegesztést széles körben alkalmazzák aziparban.A bevontelektródás gépesített ívhegesztést bevezetik azIparba (Kjelberg).
5
Történeti áttekintés 5.
1931: Csepelen megkezdik a bevonatos elektródák gyártását. Hegesztett hidat építenek Európában.
1935: Fedettívű hegesztéssel kapcsolatos kísérleteket végeznek (Union Carbid).
1936: Kifejlesztik a W-elektródás, argon-védőgázas ívhegesztést.A Paton Intézetben kidolgozzák az automatikusporalatti ívhegesztést.A bevontelektródás sinalatti ívhegesztést alkalmazzákaz iparban.
1943: Kifejlesztik a félig gépesített poralatti ívhegesztést.1946: Kidolgozzák a hidegsajtoló hegesztést.
6
Történeti áttekintés 6.1948: Az argon-védőgázas, fogyóelektródás ívhegesztést
alkalmazzák.1949: A Paton Intézetben kidolgozzák a salakhegesztést.1950-1952: Lyubovszkij és Novozsilov kidolgozzák a CO2 –
védőgázas ívhegesztést.1952: Megjelenik a plazmavágás és plazmahegesztés.1953: A CO2 –védőgázas ívhegesztést bevezetik az
iparba.1954: Megalkotják az ipari robot fogalmát. Az iparban
alkalmazzák védőgázas porbeles elektródahuzalt.1955: Bevezetik az iparba a hidegsajtoló hegesztést.1956: Csudikov elkezdi a dörzshegesztés gyakorlati
alkalmazását.
7
Történeti áttekintés 7.1957: Kifejlesztik az elektronsugaras hegesztést.1958: A dörzshegesztés széles körben elterjed.1959: A CO2 –védőgázas ívhegesztést bevezetik
Magyarországon.1960: Bemutatják az első fényerősítőt, egy rubinlézert.1961: A plazmahegesztést bevezetik az iparba.1962: Megjelennek az első ipari robotok.
Kifejlesztik az önvédő porbeles elektródahuzalokat.
8
Történeti áttekintés 7.
1963: Ipari robotokat állítanak üzembe.1964: A párizsi bienálén (Biennale de le Machine
Qutil) bemutatják a mikroplazma hegesztőberendezést.
1967: Az ipari robotok széles körben elterjednek.1969: Kísérleti hegesztéseket végeznek az űrben.1982: Az első hegesztőrobotot üzembeállítják
Magyarországon.1995: Kifejlesztik a Friction Stir hegesztést.
9
Kötési eljárások csoportosítása
KÖTÉSEK
ALAKKAL ZÁRÓ SÚRLÓDÁSSAL ZÁRÓ ANYAGGAL ZÁRÓ
Ék-, csap-, szegecskötés
Tengelyagy-kötések
Elemek a helyzetbiztosításhoz
Pattintó-, feszítő- és szorítókötések
Karimás- és csavaros kötések
Sajtolt tengelyagy-kötések Rugalmas közbenső elemekkel Rugalmas közbenső elemek nélkül
HEGESZTETT KÖTÉSEK
FORRASZTOTT KÖTÉSEK
RAGASZTOTT KÖTÉSEK
10
Miért kell a hegesztést, a kötési technológiákat külön is tanulni? (MIT)
Mert a hegesztés integráló tárgyFontos technológia a hegesztésMindenütt jelen vanSok törés történik a hegesztéseknélGyakran úgy kezelik, mint külön tudománytKomplex eljárásKevés a témakörben jól képzett mérnök
11
INTEGRÁLÓ
Lehetővé teszi fizikusok, kémikusok és más tudományok művelőinek együttes munkáját
12
Fontos technológiaLehetővé teszi nagy méretű szerkezetek elkészítésétCsökkenti a szerkezet árát
Csöveket kézzel készítették az 1930-as évekig amikor az első hegesztett csövet legyártották
Növeli a minőséget és a megbízhatóságot A szerkezet minősége közvetlen kapcsolatban van a kötések minőségévelAz 1980-s évek közepén az MIT Professzora 6 törést vizsgált két autónál, mindegyik törés a kötéseknél következett beA Challenger űrhajó katasztrófája egy O- gyűrűs kötésnél kialakult törés miatt jött létre
13
Mindenhol alkalmazzák
Mi az a legnagyobb szerkezet amelyet kötés nélkül el tudnak készíteni?
Valószínűleg egy nagy öntött serpenyő, vagy egy nagy üllőA legnagyobb kötés nélküli szerkezet egy 700
tonna tömegű kovácsolt generátor forgórész (ebből többet is készítettek)
14
Sok törési eset
Semmi nem akar eltörni, hacsak az nem hegesztett, vagy nem öntöttA varratok / kötések általában a legnagyobb feszültséggel terhelt helyeken találhatók, így a szerkezet igyekszik itt eltörniNéha maga a varrat gyengébb mint az alapanyag, pl. nemesíthető alumínium szerkezetek esetében
15
Gyakran úgy kezelik mint külön tudományt
Gyakran az újonnan kifejlesztett hőforrásokat alkalmazzák hegesztésreA plazma ívet mint egy vezetőt, elektródák között fedezték felA lézert a GE alkalmazta az 1950-es években először vákuum csövek javítására, így tudták törés nélkül megjavítaniA részecske sugárzó fegyvereket – amelyeket a haditengerészet fejlesztett ki – először darabok összehegesztésére használták
16
Komplex eljárások
A plazma spektroszkópia kutatása a Haditengerészet által volt finanszírozva, bár kis érdeklődés kísériKésőbb tanuljuk, hogy a plazma ív csak részben ionizált plazma állapot, így a fizikusok érdeklődése középpontjába került az alig és teljesen ionizált plazma.
17
Kevés a jól képzett szakember
Az USA – ban évente 20 -30 hegesztőmérnök végezOroszországban illetve Európában százak / és ezrek végeznek éventeAzok a mérnökök akik hegesztést tanulnak, nem tanulják meg jól a hegesztést
18
A hegesztett fémszerkezetek előállításának főbb tényezői
19Hegesztés és rokon technológiák, 31. oldal
A hegesztés komplex kezelése
20
A hegesztés komplex kezelése
21
A hegesztés komplex kezelése
22
A hegesztés komplex kezelése
23
A hegesztés komplex kezelése
24
A kötéshez használt energia alapjánA hozaganyag fajtája alapjánA kötés védelme alapjánA gépesítési szint alapjánA technológiai adatok alapján
(Leggyakrabban az energia szerinti csoportosítást használják)
Hegesztési eljárások csoportosítása
25
Lehetséges csoportosításHŐMÉRSÉKLET
ERŐ
SAJTOLÓ HEGESZTÉSEK
ÖMLESZTŐ HEGESZTÉSEK
Meleg-sajtoló hegesztések Hideg-sajtoló hegesztések
Olvadási hőmérséklet
26Fémek és kerámiák technológiája, 4-79. oldal
HEGESZTETT KÖTÉS KÉSZÍTÉSEENERGIAANYAG
FÁZIS SZERINT
FOLYADÉK SZILÁRD
NYOMÁS SZERINT
NYOMÁS NÉLKÜL
NYOMÁSSAL
ENERGIA SZERINT
THERMIKUS
MECHANIKUS
EGYÉB
THERMOMECHANIKUS
CSOPORTOSÍTÁS CSOPORTOSÍTÁS
27
Kötés kialakulása ömlesztőhegesztésnél
Dendrites kristályosodás!!!
28Fémek és kerámiák technológiája, 4-81. oldal
Kötés kialakulása ömlesztőhegesztésnél
29Hegesztés és rokon technológiák, 35. oldal
Kötés kialakulás ömlesztőhegesztésnél
30Hegesztés és rokon technológiák, 37. oldal
Kötés kialakulás sajtoló hegesztésnélOrientáció különbség
a
l
a
A sajtoló hegesztés feltétele:
l a Orientáció különbség 0°
F F
Erős kötés „a” - ra
31
Kötés kialakulás sajtoló hegesztésnél
Diffúziósan hegesztett
kötésPonthegesztett
kötés
A – varratlencse
B – képlékeny záróövezet
C – Fázisátalakulás feletti zóna
D – Fázisátalakulás alatti zóna
E - Alapanyag
32Hegesztés és rokon technológiák, 37. oldal
Hevítés szerepe sajtolóhegesztésnél
( ) ( ) ( )231
232
2212
1 σσσσσσσ −+−+−=egy
fegy k=σ
= T
dtdk f ,, ϕϕ
Rp0,2
kf
ϕ
(dϕ/dt)1
kf
T
(dϕ/dt)2
Hevítés: kf csökken ⇒ Hegesztési erőszükséglet csökken
FF
33
Nyomás szerepe ellenálláshegesztésnél
Erőhatás alatti kristályosodás hozza létre a kötést
Nagyobb szilárdságú kötés
34
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
35Fémek és kerámiák technológiája, 4-83. oldal
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
36Fémek és kerámiák technológiája, 4-83. oldal
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
Átalakulás nélküli fémek
(Ni, Al, Cu)
A hőhatásövezet fokozatosan finomodó
szemcsenagyságúfázisokból áll
Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal
37
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
Alakítással keményített
fémek
(hidegalakítás)
A hőhatásövezetben
újrakristályosodás
szívósságcsökkenés
szemcsedurvulásGáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal
38
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
Nemesítéssel keményített
fémek
(pl. Al-Cu-Mg)
A hőhatásövezetben
a kiválások eloszlása
szívósságcsökkenés
korrózióállóság csökkenés
Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal
39
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
Igen reaktív fémek
(pl. Ti, Ta, Zr)
A hőhatásövezetben
Az oxigén iránti affinitás nő
(Vákuum, gázvédelem)
Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal
40
Ömlesztőhegesztéssel készült varratok hőhatászónái
Ötvözetlen vagy gyengén ötvözött
acél
C > 0,3% előmelegítés
C < 0,3% hegeszthető
Gáti: Hegesztési zsebkönyv, 9. oldal
41
Martenzitképződés veszély!!!
(és összehúzódó alakváltozás)
Hegesztési eljárások
csoportosítása
42Fémek és kerámiák technológiája, 4-95. oldal
Hegesztési eljárások
csoportosítása
Ívhegesztések
Szilárd állapotúhegesztések
Gázhegesztések
Ellenálláshegesztések
Egyéb hegesztések
43
Hegesztési eljárások
csoportosítása
ívhegesztések
Bevontelektródás kézi ívhegesztés
Volframelektródásvédőgázas ívhegesztés
(impulzus ív)Fogyóelektródás védőgázas ívhegesztés(rövidzárlatos, impulzus íves, szóróíves)
Plazmahegesztés
Csap ívhegesztés
Fedettívű hegesztés
Szénelektródás hegesztés
Többelektródás hegesztés
Porbeles huzalos ívhegesztés44
Hegesztési eljárások
csoportosítása
szilárd állapotúhegesztések
Sajtolóhegesztés
Hideghegesztés
Diffúziós hegesztés
Robbantásos hegesztés
Kovácshegesztés
Dörzshegesztés
Melegsajtoló hegesztés
Ultrahang hegesztés
45
Hegesztési eljárások
csoportosítása
gázláng hegesztések
Acetilén-levegő hegesztés
Acetilén-oxigén hegesztés
Hidrogén–oxigén hegesztés
Sajtoló gázhegesztés
46
Hegesztési eljárások
csoportosítása
ellenállás hegesztések
Ponthegesztés
Vonalhegesztés(nagyfrekvenciás, indukciós)
Dudorhegesztés(természetes dudor, mesterséges dudor)
Csaphegesztés
Tompahegesztés(nagyfrekvenciás, indukciós)
47
Hegesztési eljárások
csoportosítása
egyéb hegesztések
Elektronsugaras hegesztés
Elektrosalak hegesztés
Indukciós hegesztés
Lézersugaras hegesztés
Ütközéses hegesztés
Termit hegesztés48
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
Ragasztás
Forrasztás
Termikus szórás
Termikus vágás
Egyéb vágások
49
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
kemény-forrasztás
Ívforrasztás
Diffúziós forrasztás
Mártó forrasztás
Folyatásos forrasztás
Indukciós forrasztás
Infravörös forrasztás
Ellenállás forrasztás
Gázláng forrasztás
50
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
lágy-forrasztás
Mártó forrasztás
Kemencés forrasztás
Infravörös forrasztás
Ellenállás forrasztás
Gázláng forrasztás
Hullám forrasztás
Pákával végzett forrasztás
51
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
termikus szórás
Elektromos ívszórás
Gázláng szórás
Plazma szórás
52
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
oxigén-vágás
Kémiai poros vágás
Fémporos vágás
Égőgáz-oxigén vágásoxigén - acetilén
oxigén - hidrogén
oxigén – propán gáz
oxigén - biogáz
Oxigén ívvágás
Oxigénlándzsás vágás
53
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
ív-vágás
Szénelektródás ívvágás
Fémelektródás aktívgázközegű ívvágás
Fémelektródás védőgázközegű ívvágás
Plazma ívvágás
54
Kapcsolódó(rokon)
eljárások csoportosítása
egyéb vágások
Elektronsugaras vágás
Lézersugaras vágás
levegős
elgőzölgő
inertgázos
oxigénes
Vízsugaras vágás
55