Műszaki Alapozó és Gépgyártástechnológiai Tanszék

6. előadás

Kézi ívhegesztésnél előforduló hibák

Semleges védőgázas, wolfram elektródos ívhegesztés

előadó: Dr. Szigeti Ferenc

főiskolai tanár

Gyártástechnológia I.

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) Salakzárvány

2) Hidegráfolyás(hidegkötés)

3) Gázzárvány, lyukacsosság , porozitás

4) Hideg, meleg repedés

5) Beedződés

6) 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 deformáció- növekedés 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

1. Szemrevételezéssel: külső hibák

2. 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)

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

- 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 elve:

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 berendezésekAz 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).

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 –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.

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 technológiájaW-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