Gépészeti k ö t é s e k

-"minden ami oldható és nem oldható"-

Weboldal bejelentése

Szabálysértő honlap?
Kérünk, jelentsd be!

Ügyfélszolgálat

Ömlesztő hegesztések

Minden ömlesztő hegesztési eljárásban koncentrált hőhatással kell dolgozni, hogy a hegesztendő felületek rövid idő alatt, vékony rétegben olvadjanak meg. Ilyen koncentrált hőhatást lehet elérni, ha valamilyen éghető gázt oxigénnel keverve égetnek el erre alkalmas berendezéssel. Az égő gáz lehet hidrogén, acetilén, propán bután, világítógáz stb. Az égető berendezés a hegesztőpisztoly. Éghető gázként általában acetilént alkalmaznak. A hegesztést végezhetjük fejlesztőből nyert, vagy palackban tárolt acetilénnel.

2.27. ábra1 gázfejlesztő, 2 nedves tisztító, 3 száraz tisztító, 4 gázgyűjtő, 5 vízzár, 6 oxigénpalack, 7 reduktor, 8 hegesztőpisztoly.

A gázfejlesztőből kapott acetilénnel való hegesztés vázlatát szemlélteti a 2.27. ábra. Eszerint a gázfejlesztőből az acetilén a nedves tisztítóba jut, ahol a vízen átbuborékolva lehűl, és a vízben oldódó szennyezőktől megtisztul. Innen a gáz a száraz tisztítóba áramlik, ahol a vízben nem oldódó szennyezőktől is megtisztul, így a gázgyűjtőbe már tiszta gázként kerül. Innen a gáz a vízzáron át a gázégőbe (hegesztőpisztolyba) áramlik, ahol az oxigénnel keveredve elég. Az oxigént a palackból nyomáscsökkentő szelepen (reduktoron) át vezetik az égőbe.

2.28. ábra

A palackozott gázzal végzett hegesztés vázlatát a 2.28. ábra szemlélteti. A palackozott acetilén gázt dissous-gáznak nevezik. Mind az éghető gázt, mind az oxigént nyomáscsökkentő szelepen át vezetik az égőbe.

Az éghető gáz levegővel keverve is elégethető, ilyenkor azonban a láng hőmérséklete sokkal kisebb, mintha ugyanezt a gázt oxigénnel keverve égetjük el. Így például az acetilén-levegő keverék elégetésekor a láng hőmérséklete kb. 2200 °C, az acetilén-oxigén keverék lángjának hőmérséklete pedig kb. 3200 °C. Ez a nagy különbség a levegőben lévő nitrogénnel magyarázható.

Az acetilén elégetésekor lejátszódó kémiai reakció egyenlete:

A tökéletes égéskor tehát 1 m3 acetilénhez 2,5 m3 oxigénre (vagy 12,5 m3 levegőre) van szükség. Az égőben (a hegesztőpisztolyban) azonban az acetilén csak körülbelül egyenlő mennyiségű oxigénnel keveredik, ezét a folyamat elején tökéletlen égéssel számolhatunk:

A tökéletlen égés akkor válik tökéletessé, amikor a levegő oxigéntartalma is részt vesz az égésben:

Ezek szerint tehát attól függően, hogy az éghető gázhoz mennyi oxigént vezetünk, az égés lehet tökéletes vagy tökéletlen. Tökéletlen égéskor a lángban még el nem égett gázokat találunk, amelyek a lángot körülvevő levegőből oxigént vonnak el. Az ilyen lángot redukáló lángnak nevezzük. Ha viszont a lángban a szükségesnél több az oxigén, akkor oxidáló lángról beszélünk. Az ilyen oxidáló láng csaknem minden anyag hegesztésekor káros, mert a hegesztés helyén az oxigénfelesleget átadja a heganyagnak. Ugyancsak káros vegyi hatást fejt ki a láng akkor is, ha felesleges éghető gáz van benne. Ha például a lángban acetilén felesleg van, akkor az acetilén szétbomlik karbonra és hidrogénre. A szabaddá váló karbon bediffundál a folyékony acélba, tehát az acetilén dús lángnak karbon dúsító hatása van.

Semleges lángról akkor beszélünk, ha a heganyagra semmiféle vegyi hatást nem fejt ki. Ilyen lángot az égőgáz és az oxigén helyes keverési arányának beállításával lehet biztosítani. A semleges láng keverési aránya elméletileg 1:1, azaz 1 m3 gázhoz 1 m3 szükséges, mivel a tökéletes égéshez szükséges 2,5 m3 oxigén a hiányzó 1,5 m3-t a környező levegőből veszi fel. Ez az oxigén mennyiség kb. 7,2 m3 levegőnek felel meg, ezért a zárt helyen végzett hegesztéskor a megfelelő szellőzésről gondoskodni kell. A gyakorlatban az elméleti 1:1 arány helyett az acetilén-oxigén aránya 1:1,1.

Az acetilén és az oxigén helyes keverési arányára a hegesztés egész időtartama alatt ügyelni kell. A láng beállítását hegesztés közben állandóan figyelemmel kell kísérni, és szükség esetén újból be kell szabályozni.

A semleges lángot úgy lehet legbiztosabban beszabályozni, ha a lángot először acetiléndússá tesszük, majd az égő szelepeinek lassú állításával addig változtatjuk a keverési arányt, amíg a lángmag éles határvonalai elő nem tűnnek, és a pillangó el nem tűnik. A helyesen beszabályozott láng vázlatát szemlélteti a 2.29. ábra.

2.29. ábra

Semleges lánggal kell hegeszteni a következő anyagokat: acél, acélöntvény, rozsda- és hőálló acél, temperöntvény, vörösréz, bronz, nikkel, horgany, ólom, alumínium és alumíniumötvözetek.

Acetiléndús lángot kell használni öntöttvas gázhegesztésekor és minden olyan esetben, amikor nagy karbon tartalmú kemény, feltöltő hegesztésre alkalmas acélpálcával hegesztenek. Nagy karbontartalmú acélok hegesztésekor is indokolt acetilén dús láng alkalmazása, mert az oxigénfelesleg a hegesztés helyén nemkívánatos dekarbonizációt, azaz az acél karbontartalmának elégését okozhatja.

Oxigén dús lánggal egyedül a sárgaréz hegeszthető. Ilyenkor az ömledéken horganyoxid hártya képződik, amely a továbbiakban megakadályozza a könnyen párolgó horgany elgőzölgését.

Mivel a semleges láng magjában még el nem égett acetilén és oxigén van jelen, ha a lángmagot belemártjuk az ömledékbe, ugyanazokkal a hátrányokkal találkozunk, mint amikor acetilén dús, illetve oxigén dús lánggal dolgozunk, Ezért az égőt mindig úgy kell tartani, hogy a lángmag széle a hegesztett felülettől egy meghatározott távolságra legyen. Ez a távolság a láng nagyságától függően 2...5 mm.

A helyes keverési arány beszabályozása mellett nagyon fontos a láng erősségének helyes beállítása, ami nagyon sok tényezőtől függ. Függ elsősorban az alapanyag vastagságától, kémiai összetételétől, olvadáspontjától, hővezető képességétől stb. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy adott esetben a keverőszárat cserélni kell, mert egy bizonyos keverőszárral a lángerősséget csak szűk határok között lehet változtatni.

A láng erősségének a változtatásakor mindig figyelembe kell venni a keverék kiáramlási sebességét és a láng égési sebességét. Túlzottan nagy kiáramlási sebesség elfújja a lángot, ha viszont a kiáramlási sebesség sokkal kisebb, mint az égési sebesség, akkor a láng visszacsap, azaz az égés a keverőcső belseje felé indul meg. Megfelelően nagy kiáramlási sebességgel lehet biztosítani kemény lángot, kis sebesség mellett kapjuk a lágy lángot.

A hegesztés gazdaságossága megkívánja, hogy a lángerősséget addig a határig növeljük, amíg a kötés minősége még azt megengedi. Az erre vonatkozó hegesztési kísérletek alapján megállapítható, hogy ugyanannál az anyagnál azonos hegesztési technológiával végzett kötéshez szükséges lángerősség egyenesen arányos a lemezvastagsággal.

Ha ki akarjuk számítani adott varrathoz és anyagminőséghez szükséges acetilén mennyiségét, ismernünk kell az egységnyi lemezvastagsághoz egységnyi idő alatt szükséges gáz mennyiségét. Ezt a gázmennyiséget fajlagos lángerősségnek nevezzük (liter/óra•mm).

Számos kísérlet és tapasztalat alapján az optimális fajlagos lángerősség értékei a következők:
Acélhoz 100...130 l/h•mm
Öntöttvashoz 150 l/h•mm
Vörösrézhez 200 l/h•mm
Sárgarézhez, bronzhoz 100 l/h•mm
Alumíniumhoz 100 l/h•mm
Nikkelhez 120 l/h•mm

Az acélhoz megadott kisebb érték az úgynevezett balra hegesztésre, a nagyobb érték pedig a jobbra hegesztésre vonatkozik.

Balra hegesztésnek nevezzük azt a módszert, amikor a haladás irányát tekintve elől halad a hegesztőpálca, és ezt követi a hegesztőégő.

Jobbra hegesztéskor az égő halad elől, és ezt követi a hegesztőpálca. Jobbra hegesztéskor a pálca és az alapanyag egybeolvasztása ugyan jóval biztosabb és könnyebb, de a varrat felülete durvább, mint balra hegesztéskor, és az alapanyagból a varratba való átmenet meredekebb.

A kétféle - mártogató és ívelő – balra hegesztés és a jobbra hegesztés vázlatát a 2.30. ábra szemlélteti.

2.30. ábra

A balra hegesztés vagy a jobbra hegesztés megválasztásakor a gazdasági mutatókat mindig figyelembe kell venni. Az elvégzett széleskörű vizsgálatok mind egyértelműbbé teszik, hogy már vékony lemezek hegesztésekor is gazdaságosabb lehet a jobbra hegesztés. A 4 mm-nél vastagabb acéllemezek hegesztésekor viszont minden esetben gazdaságosabb. Öntöttvas, vörösréz, sárgaréz, alumínium, horgany, ólom stb. lánghegesztésekor ellenben a lemezvastagságtól függetlenül mindig balra hegesztést kell alkalmazni.

A gazdaságosság megítélésekor elsősorban a munka időszükségletet, a hegesztőhuzal fogyasztást és a gázfogyasztást kell figyelembe venni. Jobbra hegesztéskor a töltőanyag megtakarítás a balra hegesztéshez viszonyítva kb. 25-40%. Ez annak az eredménye, hogy balra hegesztéskor a tökéletes kötés elérése érdekében a lemezszéleket 45°-os szögben kell leélezni, mert a lemez felett mozgó hegesztőégő lángja csak így éri el az alsó lemezszéleket is. Balra hegesztéskor mindig számolni kell azzal a veszéllyel, hogy a hegesztő nem tudja szemmel követni a tökéletes átolvasztást, mert az égő lángja a legpontosabb lángbeszabályozás mellett is előre fújja a gyorsabban olvadó pálcaanyagot a még meg nem olvadt alapanyagra. Mivel balra hegesztéskor a varratban lévő esetleges kötéshibát nem lehet közvetlenül megállapítani, a biztonság fokozása érdekében célszerű a varratokat után hegeszteni. Ez a művelet viszont igen nagy idő- és költségtöbbletet jelent.

Balra hegesztéskor a kötés biztonságát javítani lehet, ha a lemezeket nem vízszintes síkban, hanem a haladás irányában kb. 25°-os, de legfeljebb 45°-os szögben megemelve hegesztik. Ilyen helyzetben ugyanis az olvadó töltőanyag a lánggal szemben folyik, és így bizonyos mértékben csökkenti a láng fúvóhatását. A hegesztőégő és a hegesztőpálca ilyenkor is 60-70°-os szöget zár be az alapanyaggal.

Jobbra hegesztéskor a láng halad elől, így a leolvadó pálcaanyagot nem előre, hanem hátrafelé, az ömledékre fújja. Ezzel megszűnik három olyan hibaforrás, amellyel a balra hegesztéskor számolnunk kell. Az egyik hibaforrás a bizonytalan átolvasztás, a másik a leolvadó pálcaanyag és a még teljesen meg nem olvadt alapanyag közti rossz kötés lehetősége, és végül a balra hegesztés lángja mögött levő kész varrat túl gyors dermedése.

Jobbra hegesztéskor a lángot egyenes vonalban kell vezetni, és a varratmélység felső harmadában mozgó lángot úgy kell tartani, hogy tengelye az őmledék alsó tövére irányuljon. Ilyenkor a lángmag alatt az ömledék tövében egy körteszerű kibővülés keletkezik, amit alapnyílásnak nevezünk. Ez az alapnyílás jelzi a teljes átolvadást. A hegesztőnek tehát arra kell ügyelnie, hogy ez az alapnyílás mindig meglegyen, és a kibővülés valamivel nagyobb legyen, mint a lemezek között hagyott hézag. A helyesen hegesztett lemezen a varratdudor kb. 1...1,5 mm, az alsó dudor pedig 1...2 mm, tehát jobbra hegesztéskor a varrat vastagsága kb. 10...20%-kal nagyobb a lemez vastagságánál.

Az acetilén előállítása
Az acetilén kalciumkarbid és víz egymásra hatásából keletkezik:

A reakcióegyenlet alapján kiszámítható az elméletileg képződő acetilén mennyisége (64 kg karbidból 22 410 liter acetilén fejlődik, tehát 1 kg-ból 350 l). Az elméleti gázfejlesztéssel szemben a gyakorlatban csak 250-300 liter acetilént lehet 1 kg kalciumkarbidból előállítani, miközben 1,7 GJ hő fejlődik. Ezt a különbséget a karbid ingadozó minősége, a tökéletlen elgázosítás és a tömítetlenségi veszteségek okozzák.

A fejleszthető gáz mennyisége nagymértékben függ a karbid szemnagyságától. Nagyobb szemnagyságú karbid több gáz fejlesztésére alkalmas. A nagy szemcsék viszont lassabban reagálnak a vízzel, így a gázfejlesztés sebessége annál kisebb, minél nagyobbak a karbidszemcsék. Ezért az egyes gázfejlesztő típusokat meghatározott szemcsenagysághoz készítik, amelyeket csak ilyen szemcsemérettel szabad üzemeltetni. Általában a hegesztéshez használt gázfejlesztőben a 25...80 mm szemnagyságú kalciumkarbid használható fel.

Mivel az acetilénfejlesztés egyben hő fejlesztő folyamat is, ezért szállításkor és tároláskor gondosan ügyelni kell arra, hogy víz ne érhesse a karbidot, mert a túlmelegedés miatt tűzveszély is fennállhat.

Az acetiléngáz előállítására használt készülékeket a gáz nyomása szerint három csoportra oszthatjuk:
kisnyomású (1...10 kPa),
középnyomású (10...150 kPa),
nagynyomású (150 kPa-tól).

Szerkezeti szempontból két alaptípusba soroljuk a berendezéseket:
a karbidot adagolják a vízbe,
a vizet adagolják a karbidhoz.

A karbidadagoló rendszerrel működő készülék elvi vázlatát a 2.31/a. ábra szemlélteti. A gázfejlesztő egy nagy tartály, amely bizonyos magasságig vízzel van megtöltve. A karbid adagolása az l jelű lapátkerékkel történik az a jelű tárolóból. A gáz elvezetése az e csövön át történik. A c rostélyon melléktermékként keletkező kalciumhidroxid a rostélyon áthullik, a tartály alján összegyűlik, ahonnan a d csapoló nyíláson keresztül időről időre eltávolítható.
a)
   b)

2.31. ábra
A vízadagolású gázfejlesztő vázlatát a b) ábra mutatja. A D tartályban elhelyezett karbidra a C csövön át lehet az A tartályból vizet ereszteni. A fejlődő gáz az E csövön jut a gázharangba, ahonnan a G csövön keresztül halad a tisztító berendezésbe. Ha fogyasztás nincs, és a gáz tovább fejlődik, akkor az F gázharang a fejlődött gáz térfogatának megfelelően emelkedni fog. A túlzott gázképződés megakadályozására a H kar a J ellensúly segítségével elzárja a B vízcsapot, tehát megszünteti a további gázképződést. A túl gyors gázképződés elkerülésére a D tartályt rekeszekkel több részre osztják, így a víz csak a karbid egy részével reagálhat.

Palackgázok
A hegesztéshez szükséges oxigént többnyire palackozott formában használják fel. Ugyancsak palackozva használják az acetilént is dissous-gáz formájában.
Az acetilén közvetlenül nem palackozható, mivel 2 bar nyomáson felül robbanásszerűen elbomlik. Az acetilént néhány folyadék nagyon jól elnyeli, különösen az aceton alkalmas erre a célra. Az aceton 1 bar nyomáson és 15 °C-on literenként kb. 24 liter acetilént képes elnyelni. Gázoldó képessége a nyomással közel egyenes arányban növekszik. Az acetonban elnyeletett acetilént rendszerint 15 bar nyomással sajtolják be a palackba, tehát 1 liter acetonban kereken 360 liter acetilént lehet elnyeletni. Kb. 10 bar nyomásnál azonban az acetonban oldott acetilén is robbanásra hajlamos, ha diónagyságnál nagyobb üregben gyűlik össze. A dissous-gáz befogadására szolgáló palackok belsejét ezért valamilyen porózus masszával töltik ki, amely magába szívja a gázzal telített acetont. A porózus anyag általában kovaföld, azbeszt, cement és faszén keverékéből áll. Egy dissous-gázpalack vázlatos szerkezetét mutatja a 2.32. ábra.

2.32. ábra

A tartály belsejét az ábrától eltérően természetesen egyenletesen elosztva tölti ki a töltőanyag, a szemléletesség kedvéért azonban a töltőanyagot összetömörítve a tartály aljára rajzoltuk. Mivel a porózus töltőanyagnak kereken 80%-a likacs térfogat, a tömörnek tekinthető töltőanyag 20%. A töltőanyag likacsait sem lehet azonban teljesen acetonnal kitölteni, mert az aceton térfogata az acetilén felvételekor megnő. Mialatt egy liter aceton 15 bar nyomáson 360 liter acetilént elnyel, térfogata 80%-kal megnő. A palackban lévő aceton térfogatát ezért csak a tartálytérfogat 40%-ának veszik. Ez a térfogat az acetilén elnyelésekor 80%-kal, vagyis a tartálytérfogat 32%-ával megnő. A szilárd töltőanyag (20%), az aceton (40%) és az acetilén elnyelésekor előálló térfogat növekedés (32%) összege tehát a tartálytérfogat 92%-a. A fennmaradó 8%-os térre azért van szükség, hogy a hőmérséklet emelkedésekor a gáznyomás a még biztonságos érték alatt maradjon.

A dissous-gáz előnye a gázfejlesztőkkel szemben az, hogy kezelése sokkal kényelmesebb, a palackok könnyen szállíthatók. Hátránya viszont, hogy drágább. Egy dissous-gázpalackból, amelyben kb. 5700 liter acetilén tárolható, óránként 1000...1200 liter gázt lehet kivenni. Ennél nagyobb gázkivétel nem ajánlatos, mert a gyors gázfelszabadulás következtében az acetilén acetont is magával ragadhat. Nagyobb gázkivételkor célszerű több palackot egymással összekötni, arra azonban ügyeljünk, hogy az összekötő vezeték ne rézből készüljön, mert az acetilén a rézzel igen robbanékony rézacetilén vegyületet képez.
Üzem közben nem szabad a palackot a töltési hőmérsékletnél lényegesen nagyobb hőmérsékleten használni. Ha például a palackot nyári napfényen vagy kemence mellett tartjuk, hőmérséklete könnyen elérheti a 40 °C-ot. Ebben az esetben a frissen töltött oxigén palackgáz nyomása az eredeti 150 bar-ról mintegy 160 bar-ra emelkedik. A meg nem engedett mértékű nyomásemelkedés elkerülése érdekében a gázpalackokat szigorúan tilos a szokásos üzemi hőmérsékletnél lényegesen nagyobb hőmérsékleten tárolni vagy felhasználni.

Hegesztőégők
A tartályokból, illetve a gázfejlesztőkből vezetékeken áramló gázok a hegesztőégőbe, azaz hegesztőpisztolyba kerülnek. A hegesztőégőnek biztosítania kell a gázok jó keveredését, továbbá egy pontra irányuló koncentrált lángképet kell adnia.
A hegesztőpisztolyok elvileg két csoportba oszthatók aszerint, hogy az égőgáz kisnyomású vagy nagynyomású.
A kisnyomású hegesztőpisztolyba az égőgázt az oxigén szívóhatásával kell bejuttatni, mert a gáznyomás nem elég ahhoz, hogy a pisztolyba elegendő gáz jusson. Az égőfej nyílásánál a gázáramlás sebességének nagyobbnak kell lennie az égési sebességnél, mert másként az égés visszafelé terjed a hegesztőpisztolyba. Ennek elkerülésére injektoros hegesztőpisztolyokat használnak (2.33, ábra). Az oxigén az A vezetékből az F jelű fúvókán keresztül áramlik a G keverőszárba és nagy sebességgel az L térbe, és a G térben keveredik az oxigénnel. A gázmennyiség változtatását az égőfejek cseréjével lehet biztosítani.

2.33. ábra

A nagynyomású, injektor nélküli égőkben az oxigén és az éghető gáz fokozott nyomás mellett a keverőkamrába jut. A beömlő gázok mennyiségét adagoló csapokkal lehet szabályozni. Az injektor nélküli égők tartósabb keverék-összetételt biztosítanak, mint az injektorosok, működésükhöz azonban 1...1,5 bar nyomású égőgáz szükséges, amit nyomáscsökkentővel lehet biztosítani. Ez a körülmény néha korlátozza az ilyen égők használatát, mivel nem mindig áll rendelkezésre nagynyomású acetilén. Az injektor nélküli égő vázlatát a 2.34. ábra mutatja.

2.34. ábra

Nyomáscsökkentő (reduktor)
A nyomáscsökkentő feladata hármas: először a palackban uralkodó nagy nyomást lecsökkenti a hegesztéshez szükséges nyomásra (az oxigén üzemi nyomása hegesztéskor 1...2,5 bar túlnyomás, lángvágáskor 1,5...10 bar túlnyomás, a dissous-gázé 0,1...0, 5 bar túlnyomás), ezután a csökkentett nyomást állandó értéken tartja, végül a dissous-gázpalackot megvédi az esetleges lángvisszavágástól, illetve a megengedettnél nagyobb nyomásvisszahatástól.
Az oxigénreduktor jobbmenetes hollandi-anyával, a dissous-reduktor kengyellel csatlakozik a palack szelepéhez. A nyomáscsökkentés elve: a nagynyomású gázt egy szabályozható nyíláson engedik át, a gáz nagyobb térfogatú helyre érve kiterjed, és ennek megfelel6en nyomása lecsökken.
A nyomáscsökkentők egy- vagy kétfokozatúak. Nálunk az egyfokozatúak terjedtek el, amelynek elvi vázlatát a 2.35. ábra szemlélteti.

2.35. ábra1 beömlő nyílás, 2 szűrő, 3 beeresztő cső, 4 nagynyomású manométer, 5 nagynyomású tér, 6 szeleptányér, 7 rugó, 8 szelepemelő, 9 szelepülés, 10 kisnyomású tér, 11 membrán, 12 membrántányér, 13 szabályozó rúgó, 14 szabályozó csavar, 15 ház, 16 kisnyomású manométer, 17 kieresztő szelep, 18 gázvezeték a hegesztőpisztolyhoz, 19 biztosítószelep.

A kieresztő szelep megnyitásakor a gáz a fogyasztó felé áramlik. A membrán feletti kisnyomású térben a gáz nyomása csökken, ennek következtében a membrán megemeli a szeleptányért, így megkezdődik a gáz beáramlása a kisnyomású térbe. Ha a gázelvétel növekszik, a membrán feletti térben csökken a nyomás, a szabályozó rugó a membránt megemeli, a szelepemelő a szelepet jobban nyitja. A gázelvétel csökkenésével a membrán feletti tér nyomása növekszik, a membrán a szabályozó rugót összenyomja, a szelep nyílása kisebb lesz. A membránra ható rugóerő és a gáznyomás egyensúlya tehát szabályozza és közel állandó értéken tartja a kimenő gáz nyomását.

A kimenő nyomás értéke csak bizonyos határok között tekinthető állandónak. Ha a palackban csökken a gáz mennyisége és nyomása, akkor a kimenő gáz nyomása növekszik. Ha ugyanis csökken a nagynyomású térben a gáz nyomása, akkor a szabályozó rugó jobban nyitja a szelepet, tehát több gáz áramlik a kisnyomású térbe, így abban növekszik a kimenő gáz nyomása. Ezt a hátrányt kétfokozatú nyomáscsökkentővel ki lehet küszöbölni. A kétfokozatú nyomáscsökkentő elvileg két egymásután kapcsolt egyfokozatú reduktornak tekinthető.

Hegesztőpálcák
Az illesztési hézag kitöltéséhez, vastagításához és a lemezek összekötésekor bekövetkező anyagveszteség kiegyenlítéséhez, valamint a feltöltő hegesztéshez rúd vagy pálca alakú töltőanyagra, az úgynevezett hegesztőpálcára van szükség.

Jó és megbízható hegvarratot csak az alapanyag összetételének megfelelően kiválasztott hegesztőpálcával lehet biztosítani. A legmegfelelőbb hegesztőpálca kiválasztásának főbb szempontjai: az alapanyag összetétele, az alkalmazott égőgáz, a lángbeállítás, az égő- és pálcavezetés, a varratok utólagos kezelése stb.

A hegesztőpálcák legtöbbször kör keresztmetszetűek, de kivételesen használnak négy- és háromszög keresztmetszetű pálcákat is. A pálcákat kovácsolással, hengerléssel, húzással, vagy (a képlékenyen nem alakítható anyagok esetén) öntéssel állítják elő. A pálcák hossza általában 400...1000 mm, átmérőjük 1...10 mm között változik. Néha karikába csévélve szállítják a hegesztőhuzalokat. Természetesen ilyenkor a hegesztőnek kell a tekercset a kívánt hosszra feldarabolni.

A hegesztőpálcával szemben támasztott követelmények közé tartozik, hogy hegesztés közben nyugodtan olvadjon, gáznemű terméket ne fejlesszen, mert ez a fürdő mozgását eredményezheti, ami zárványok képződéséhez vezethet.

A gázhegesztéshez leggyakrabban használt pálcák összetételét az alábbi táblázat tartalmazza.
Megnevezés Összetétel %-ban
C Mn Si S P
A37 legf. 0,10 0,35-0,60 legf. 0,03 legf. 0,034 legf. 0,03
A42 0,10-0,15 0,35-0,75 legf. 0,03 legf. 0,034 legf. 0,03

A szabvány a pálcák szakítószilárdságát is előírja. Ez az érték A37-es anyag esetén Rm = 340...400 N/mm2, az A42-es anyagra Rm = 400 ... 450 N/mm2. Bizonyos esetekben, főleg ötvözött acélok hegesztéséhez, a fentiekben ismertetett anyagoktól eltérő huzalokat is használnak.

Lángvágás, lánggyalulás

Egyes acélfajták a lángvágással csaknem tetszőleges alakra darabolhatók. A lángvágás elvi alapja a következő: a vas a fehérizzás hőmérsékletén oxigénsugárban igen gyorsan oxidálódik, közben jelentős hőmennyiség szabadul fel. A vasoxidok (FeO és Fe3O4) olvadáspontja a tiszta vas olvadáspontjánál kisebb. A lángvágáskor jelentkező salak tehát gyorsabban olvad meg, mint maga a tiszta vas. Lángvágáskor a vágandó vonal kezdőpontját elő kell melegíteni. Ezután az előmelegített helyre irányított oxigénsugárral a vasat elsalakosítják. A képződött hígfolyós salakot az oxigénsugár nyomása a hézagból kiszorítja.

2.36. ábra

A vágóégő legegyszerűbb szerkezeti megoldását mutatja a 2.36. ábra. Az 1 jelű vágófejet a 2 jelű kerekeken gördülő kocsira szerelik. A vágóoxigén a 3 csapon keresztül jut a vágóégőhöz. A 4 csap az előmelegítő láng szabályozására szolgál. Az előmelegítő láng valamilyen éghető gáz és oxigén keveréke (pl. acetilén + oxigén).

A vágóégő fúvókái különféle rendszerűek lehetnek. A 2.37/a. ábra olyan égőt mutat, amelynél az előmelegítő lángot adó fúvóka központosan körülveszi a vágóoxigén fúvókáját. Nagy előnye az ilyen rendszerű égőnek, hogy a vágóoxigén mindig előmelegített részre jut, mivel az előmelegítő láng körülveszi az oxigénsugarat. A központos égővel minden irányban lehet vágni. Az osztott fúvókájú vágóégőkkel (2.37/b. ábra), csak az ábrán nyíllal jelzett irányban lehet vágni, mert az előmelegített helynek mindig a vágó oxigénsugár előtt kell lennie.


2.37. ábra

A vágás munkamenete a következő: az előmelegítő lánggal a fehérizzás hőmérsékletéig melegítjük a munkadarabot azon a helyen, ahol a vágást meg akarjuk kezdeni, majd a vágóoxigén szelepét kinyitjuk. Az oxigénsugár az előmelegített anyagot elégeti, a keletkező kis olvadáspontú salakot az oxigén nyomása távolítja el. Az oxigén áramlási sebessége nagyobb a hang sebességénél. A vas oxidációjakor igen nagy hőmennyiség szabadul fel, amely a vágandó anyag hővezető képességétől függően előmelegíti a vágási helyet. A vas anyagok vágásakor tehát, ahol az oxidáció folyamata exoterm, a fejlődő melegmennyiség egy részének hatása összeadódik az előmelegítő láng hatásával. Más fémeknél, ahol az oxidáció nem annyira exoterm hatású, mint a vasnál, az előmelegítő lángot nagyobbra kell venni, mert az alapanyag elégéséből származó melegmennyiségnek nincs különösebb jelentősége.

A vágás megkezdése után az égő egyenletes sebességgel mozgatható a vágás irányában. A vágást elvégezhetjük szabadkézzel, vagy vonalzó melletti vezetéssel. A vágóégő a függőleges síkhoz képest elforgatható, így ferde felület is vágható.

Lángvágással nemcsak egyenes vonalú vágás végezhető el, hanem tetszőleges alakú darabok is kivághatók. Kivágáskor arra mindig ügyelni kell, hogy a vágás kezdőpontja a kiinduló anyag szélére essék. Olyan munkadarabokon, amelyeken belső anyagrészeket kell eltávolítani, a kivágandó rész valamelyik pontján furatot kell készíteni, s a vágást ebből a furatból kiindulva kell elvégezni.

Mindezek a vágási feladatok megoldhatók egyrészt előrajzolás után szabadkézi vezetéssel, másrészt vágógépekkel. A legtöbb vágógép egy olyan asztalra szerelt szerkezet, amely lehetővé teszi a vágóégő keresztirányú és hosszirányú mozgatását. A vágandó mintát vagy előrajzolják, és a gép mutatóját a rajznak megfelelően vezetik, vagy a munkadarabnak megfelelő fémmintát készítenek, amit a készülék tapogatója körbejár, és vezérli a kocsi útját.

A lángvágáshoz égőgázként acetilént, hidrogént vagy világítógázt használnak. Történtek már kísérletek a földgáz alkalmazására is, de az említett gázok közül változatlanul az acetilén a legelterjedtebb. Az egyes gázok között az a különbség, hogy az előmelegítés egyiknél lassúbb, a másiknál gyorsabb. Ennek különösebb jelentősége a vas vágásánál nincs, mivel az előmelegítéshez szükséges melegmennyiség legnagyobb részét az oxidációból keletkező melegmennyiség biztosítja.

Az előmelegítő gáznál fontosabb a vágóoxigén nyomása és tisztasága. Minél nagyobb a vágandó lemez vastagsága, annál nagyobb legyen az oxigén nyomása és a fúvóka furata. Az oxigén nyomását azonban csak a gyakorlati tapasztalati adatok alapján megállapított optimális értékig célszerű növelni. Előnyösen befolyásolja a vágási teljesítményt az oxigén tisztasága. Tapasztalati adatok szerint 97,5%-os oxigénnel a vágási idő 30%-kal, az oxigénfogyasztás pedig 70%-kal nagyobb, mint 99,5%-os oxigén használatakor. Természetesen a nagyobb tisztaságú oxigén előállítása költségesebb, a költségtöbblet azonban megtérül.

A lángvágás legelőnyösebben a kis karbontartalmú acélokhoz használható. Gazdasági előnyt jelent, ha a vágandó anyagot előmelegítik. Ha például a hengerművekben 700...900 °C hőmérsékletű hengerelt terméket vágunk, a vágási sebesség kb. háromszor akkora lehet, mint a hideg anyagok vágásakor. Az oxigén előmelegítésének nincs különösebb hatása.

A lángvágás elvét felületi megmunkálásra is használják. Ezt a célt szolgálja az oxigéngyalu, amely lényegében egy megnagyobbított vágóberendezés azzal a különbséggel, hogy az oxigéngyalun a hangsebességnél kisebb az oxigén kiáramlási sebessége. Az oxigéngyalu működési elvét szemlélteti a 2.64. ábra. A gyalulás kezdetén az égőt kb. 45°-os szögben tartják a horony vagy vájat kezdőpontján. Az anyag kellő előmelegítése után nyitják az oxigéncsapot. Az oxigénsugár hatására ugyanaz a folyamat játszódik le, mint vágáskor, csak az oxigénsugár a keletkező salakot nem fújja ki a vájatból, hanem maga előtt tolja. A salak a gyalulásra kerülő anyagot előmelegíti, tehát az előmelegítő láng és az oxigénsugár már előmelegített helyre érkezik.

A lánggyalulás ilyen formájában nagyon jó eredménnyel használható öntött acéltuskók, hengerelt bugák és szabadon alakított kovácsdarabok felületi hibáinak eltávolítására.

Villamos ívhegesztés

Az elektromos áram hőhatása kétféleképpen alkalmazható hegesztési célokra. A Joule-hővel végzett ellenállás hegesztés mellett még az ívhegesztést használjuk, amely az ívfény hőhatását hasznosítja.

A legrégibb ívhegesztést 1885-ben Benardos fedezte fel. Ennél az eljárásnál az áramforrás egyik sarkát a hegesztendő tárgyhoz, a másikat egy szénpálcához kötik. A szénpálcát a munkadarabhoz érintve villamos ív keletkezik, amely az alapanyagot az ív keletkezési helyén megömleszti. A két összehegesztendő darab közötti hézagot egy ugyancsak az ív segítségével megömlesztett fémpálcával kell feltölteni (2.38/a. ábra). A Benardos-eljáráshoz egyenáramot szokás használni. Az áramforrás pozitív sarkát a munkadarabhoz, a negatív sarkát pedig a szénpálcához kell kötni. Ezt az eljárást ma már csak különleges esetekben használják, a gyakorlatban a Slavianoff-féle eljárás terjedt el.

2.38. ábra

A Slavianoff-eljáráshoz elektródként fémpálcát használnak, míg a másik sarok a hegesztendő tárgy. A fémpálca és a munkadarab összeérintésével lehet az ívet húzni, amelynek hőhatása mind a munkadarab szélét, mind a hegesztőpálcát megolvasztja. A pálca lecsepegő ömledéke szolgál a varrat feltöltésére (2.38/b. ábra). Ez az eljárás lényegesen kényelmesebb, mint a Benardos-eljárás, mert a hegesztőnek csak egyik kezével kell dolgoznia.

A Slavianoff-eljáráshoz mind egyenáramot, mind váltakozó áramot lehet használni. Mindkét áramnemnél az ív gyújtása rövidzárlattal történik. Az érintkezési felületek, mint a legnagyobb ellenállási helyek, erősen felmelegednek, a levegő pedig ionizálódik, a semleges atomok negatív töltésű elektronokra és pozitív töltésű ionokra esnek szét. A felizzott hegesztőpálca szintén elektronokat bocsát ki. A negatív elektronok az elektromos erőtér hatására felgyorsulva igen nagy sebességgel haladnak a pozitív sarok felé. Ezzel az elektronok útjukban semleges atomokkal ütköznek össze, és lökési ionizáció útján újabb elektronokat, illetve ionokat hoznak létre. A lényegesen kisebb sebességű, de anyagi tömeggel rendelkező ionok a negatív sarok felé haladnak.
Az ív természetéből tehát az következik, hogy egyenáramú hegesztéskor a pozitív sarok hőmérséklete nagyobb lesz (kb. 4000 °C), mivel a nagy sebességgel érkező elektronok kinetikai energiája hővé alakul át. A negatív sarok hőmérséklete valamivel kisebb, kb. 3500 °C.
Az ívben bizonyos fokú anyagvándorlás is folyik, mivel a negatív pólusra ütköző ionok anyagi tömeget is képviselnek. Ennek alapján egyenáramú hegesztéskor a munkadarabot a pozitív pólusra, az elektródot pedig a negatív pólusra szokás kapcsolni. Így a nagyobb területen megömlesztendő tárgy hőmérséklete lesz a nagyobb.

A katódon az ív keletkezési helyén egy folt keletkezik, amit katódfoltnak nevezünk. A katódfolt annak a következménye, hogy az elektronok kilépése leginkább a legmelegebb ponton jön létre. Ha a negatív sarkot az elektródra kötjük, akkor a katódfolt mindig helyben marad, csupán az ív pozitív pólusának kell haladnia a hegesztés előrehaladásával együtt. Megfordítva viszont, ha a negatív sarkot kötjük a tárgyhoz, akkor a hegesztés előrehaladásával a katódfoltnak is el kell mozdulnia. Tekintettel arra, hogy ilyenkor az ívnek a melegebb helyről a hidegebb hely felé kell haladnia, a katódfolt pedig a melegebb helyen akar maradni, ilyen kapcsolás mellett az ív könnyen megszakadhat (2.39. ábra).

2.39. ábra

Váltakozó áramú hegesztéskor az ív sarkai az áram frekvenciájának megfelelően változnak. A váltakozó áramú ív tehát másodpercenként a periódusszámnak megfelelően elalszik, és ismét kigyullad. Az ív hőmérséklete mindkét sarkon egyenlő, kb. 3500 °C. A váltakozó áramú ív tehát kevésbé állandó, mint az egyenáramú ív, gerjesztése viszont egyszerűbb berendezésekkel történik, ezért a gyakorlatban szívesen alkalmazzák.

Hegesztés csupasz elektróddal
Váltakozó áramú hegesztéskor az egyszerű, csupasz hegesztőpálca, amelynek összetétele közelítőleg megegyezik a munkadarab összetételével, nagyon kevés iont termel a villamos ívben. Ezért egyszerű, csupasz pálcával csak egyenáramról lehet hegeszteni, tekintettel arra, hogy váltakozó áramú ívben a feszültség - 50 periódusú áram esetén - másodpercenként százszor halad át a nullponton, így az ív újragyulladásához az a csekély ionizáció, amely csupasz pálcával létrejön, nem elegendő.

Hegesztés közben az elektród vége az ívben megolvad, cseppek képződnek, amelyek leválnak az elektródról, és áthaladnak az íven. Ezek a kis tömegű fémrészecskék az ív hőmérsékletétől függően erősen felmelegszenek. Ezen a nagy hőmérsékleten - kb. 3000...4000 °C-on - a vas és kísérő elemei egyrészt elgőzölöghetnek, másrészt az ív atmoszférájának megfelelően kölcsönhatásba is léphetnek az ívben található oxigénnel, nitrogénnel stb.

A vas 3200 °C felett forr, ezért az ívben történő vándorlásakor csak kismértékben párolog. A kísérő elemek közül azonban különösen a mangán elpárolgása számottevő, mivel már 1900 °C-on forr, tehát 3000 °C felett könnyen gőzzé válik. Ezzel magyarázható az a jelenség, hogy ívhegesztéskor mindig erősen csökken az acél mangántartalma. A króm forráspontja 2200 °C, ezért a krómmal ötvözött acél krómtartalma is jelentősen csökken.

Az ív atmoszférája csak kevéssel tér el a környezet atmoszférájától, tehát nagy hőmérsékletű oxigént és nitrogént tartalmaz. Ezért a vas oxidálódik, és ezen a hőmérsékleten a nitrogén is reakcióképessé válik, tehát vegyül a vassal. Az oxidáció hatására erősen csökken az acél karbontartalma, és tovább csökken a mangántartalom is, mangánoxid keletkezik. A képződött mangánoxid mellett - amely szilárd, salakszerű anyagként található a csupasz elektróddal hegesztett varraton - a salakban megtaláljuk a vasoxidot is. A varraton található salaktakarón kívül a csupasz elektróddal hegesztett varrat is mindig tartalmaz gáz- és salakzárványokat. Ezért az ilyen varrat nagyon rideg, törete durva szemcsés. A csupasz elektród leolvadásának vázlatát a 2.40. ábra szemlélteti.

2.40. ábra

Hegesztés bevont elektróddal
Láttuk, hogy a csupasz pálcával végzett váltakozó áramú hegesztéskor nagyon csekély az ionizáció az ív újragyulladásához. Ezért már a század elején az ív stabilitásához bevont pálcákat alkalmaztak. A bevonathoz olyan anyagot használtak, amely sokkal jobban ionizálódott, mint az alapanyag. Ezek a bevont pálcák tették lehetővé az ívhegesztés gyors fejlődését.

A bevonat anyagát ezen túlmenően az oxidáció megakadályozásának figyelembevételével célszerű meghatározni. Ezért a bevonatok anyaga különböző oxidok, szilikátok és egyéb vegyületek elegye, amelyek az ív hőmérsékletén megolvadva az alapanyaggal együtt lecsepegnek a varratra. A bevonat sűrűsége lényegesen kisebb, mint a hegesztőpálcáé, ezért a megömlött bevonat folyékony salakként a megolvadt varrat felületén úszik, és véd az oxidációtól. Közben a heganyag és a salak között különböző reakciók folynak le, amelyek az acélgyártáshoz hasonlóan felhasználhatók a varrat minőségének befolyásolására is. Ezenkívül a salaktakaró lassítja a varrat lehűlését, tehát hatással van a szövetszerkezeti változásokra is. A bevont hegesztőpálca leolvadásának vázlatát a 2.41. ábra szemlélteti.

A bevonatok összetétele a fenti céloknak megfelelően igen sokféle lehet. Minden bevonatra jellemző azonban az, hogy rideg anyagokból készül, így a bevont hegesztőpálca csak egyenes rúd lehet (kivéve a porbeles huzalokat).

2.41. ábra

A felhasználási terület szerint megkülönböztetünk kötőelektródokat és felrakó elektródokat. Az elektród kivitele szerint lehet csupasz vagy bevont elektród. A csupasz elektród egyszerű acélhuzal darab. Ma már alig használatosak. A bevont elektródok készülhetnek mártott vagy sajtolt kivitelben. A sajtolt elektródok a jobb minőségűek. Ezek gyártásakor a bevonatot képlékeny masszaként formahüvelyen keresztül sajtolják a huzalra, ezért az így gyártott pálcákon a bevonat sokkal simább és egyenletesebb, mint a mártott pálcákon.

A bevonat vastagsága szerint megkülönböztetünk vékony, közép vastag és vastag bevonatú elektródokat. A gyakorlatban a vastag bevonatú pálcák váltak be a legjobban, mert ezek biztosítják a legjobb minőségű heganyagot. Az ilyen pálcákon a bevonat vastagsága nagyobb a huzal átmérőjének 40%-ánál (pl. a 4 mm-es alaphuzal átmérője a bevonattal együtt 5,6 mm-nél nagyobb).

A bevonatok főbb típusai: vasoxidos, vas mangánoxidos, rutilos, cellulóz típusú és bázikus bevonat.

Vasoxidos bevonatok
Ezek a bevonatok főleg vasoxidot, vasérceket és savas salakképző anyagokat (kovasav, szilikátok) tartalmaznak. Hegesztés közben a bevonatból oxigén szabadul fel, ami elősegíti a vas kísérőelemeinek (főleg karbon és mangán) a kiégését. Sok hígfolyós salak képződik, a heganyag is hígfolyós, a varrat külalakja szép, de szilárdsága más bevonatokhoz viszonyítva gyenge.

Vas-mangánoxidos bevonatok
Az ilyen típusú bevonat vasércek helyett mangánérceket, sok fémes alkotót és dezoxidáló ötvözetet tartalmaz. A dezoxidáló ötvözet megköti a felszabaduló oxigént, és megakadályozza a kísérő elemek kiégését. A varrat kevésbé szép, de nagyon jók a szilárdsági tulajdonságai.

Rutilos bevonatok
Az ilyen bevonatok onnan kapták nevüket, hogy nagy mennyiségű rutilt, TiO2-alapú ásványt tartalmaznak. Tetszetős varratot biztosítanak, a beolvadás csekély. Az ív rugalmas és stabil.

Cellulóz típusú bevonatok
Ezek a bevonatok sok éghető anyagot tartalmaznak (faliszt, keményítő, cellulóz stb.). Ezért sok gáz keletkezik, tehát a heganyag hatékony védelemben részesül. A gázok növelik az ívfeszültséget, tehát mélyebb lesz a beolvadás. Nagy cseppekben olvadó, kevés salak képződik.

Bázikus elektródok
Az előző bevonat típusoktól eltérően - ahol a salak összetétele többé-kevésbé savas volt - a salakot főleg bázisképző anyagok alkotják (mészkő, dolomit, folypát). Az ívben kismennyiségű széndioxid és szénmonoxid is képződik, ezért védőgáz atmoszférával is számolhatunk. A folypát hatására a nagymennyiségű salak hígfolyós lesz, de nem oxidálja a bevonatba adagolt dezoxidáló ötvözeteket, így a heganyag jól dezoxidálódik és ötvöződik. A varrat szabályos alakú, kissé domború és nagyon jó szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezik. Ilyen pálcákkal hegesztik a legnagyobb igénybevételű szerkezeteket.

A porbeles elektródhuzal egy acélszalagból készült cső, belsejében por alakú töltettel. Ez a hajlított acélszalag - a köpeny - biztosítja a jó áramvezetést, és képezi a leolvadó cseppek fémanyagának döntő hányadát. A porbeles elektródhuzalos hegesztés a bevontelektródos kézi ívhegesztés és a védőgázas hegesztés előnyeit egyesíti. A porbeles huzalokat ma már nemcsak egyszerű kör keresztmetszetűre készítik, hanem a szalagot bevezetik a huzalkeresztmetszet belsejébe. Jellegzetes porbeles elektródhuzalok keresztmetszetét szemlélteti a 2.42 ábra.

2.42. ábra

Fedett ívű automatikus hegesztés

A kézi ívhegesztés nagyon munkaigényes, sok jól képzett szakmunkást igényel, a varrat minősége erősen függ a hegesztő szakmunkás egyéni képességeitől. Ezért a hegesztési folyamatok gépesítése és automatizálása a hegesztési technika egyik alapvető kérdése. A fedettívű hegesztés elvi vázlatát a 2.43. ábra szemlélteti. A villamos ív fedőporréteg alatt ég, amelyet egy tölcséres adagoló juttat a varrathézagba. Elektródként különleges összetételű csupasz huzalt használnak.

2.43. ábra1 portölcsér, 2 fedőpor, 3 huzaldob, 4 hegesztőhuzal, 5 előtoló és egyengető görgők, 6 hegesztőfej, 7 hegesztési varrat, 8 salak, 9 hegesztő áramforrás, 10 fürdőbiztosítás (rézalátét), 11 munkadarab.

A fel nem használt fedőport visszaszívják a tartályba. Az automatikusan működő hegesztő berendezéshez tartozik még a hegesztő kocsi, az ún. traktor. Automatikus hegesztéskor a huzalelőtolás és a traktor hosszirányú mozgása gépesített (félautomatikus a hegesztés, ha csak az egyik mozgás gépesített).

A fedett ívű hegesztés előnyei: nagy hegesztési teljesítmény (200...1800 A áramerősség, 12...120 m/h hegesztési sebesség), mély beolvadás (él lemunkálással két rétegben 140 mm, él lemunkálás nélkül két rétegben 18 mm), csekély huzalfelhasználás (2/3 rész alapanyag, 1/3 rész hozaganyag), a hegesztés folyamatos és mentes a szubjektív hatásoktól, a varrat jó minőségű, csekély a fajlagos villamosenergia-felhasználás, fizikailag könnyű a munkavégzés, nincs szükség különleges védőrendszabályokra (pl. az ív nem látható, így nincs ibolyántúli sugárzás sem, csekély a gáz- és porképződés).

A rossz hővezetés és a fedőpor hősugárzás-gátlása miatt nagyon jó a hőhatásfok. A bevezetett villamos energia 97%-a felhasználható (villamos kézi ívhegesztéskor kb. 40%).

A fedett ívű hegesztéshez leggyakrabban rézzel bevont hidegen húzott huzalokat használnak. Rozsdás huzalt nem szabad alkalmazni, mert érintkezési zavarokat okoz, ami varrathibákhoz vezethet. A huzal felülete sem zsíros, sem olajos nem lehet, mert ezek a szennyező anyagok elgázosodnak, és porózussá teszik a varratot.

A huzalok vegyi összetételének a meghatározásakor ügyelni kell arra, hogy a foszfor és a kén együttesen nem haladhatja meg a 0,03%-nál, a Si-tartalom 0,25%-nál kisebb legyen. A varrat metallurgiai biztonságához szükséges szilíciumot a fedőpor biztosítja.

A hegesztéshez használt fedőpornak hasonlóak a feladatai, mint a bevont elektródok bevonatainak. A fedőpor fizikailag védi a hegfürdőt a légkör befolyásától, lassítja a varrat dermedését és lehűlését. Metallurgiailag a por ötvöző tulajdonságai révén hat, miközben a fontos elemek kiégési veszteségét megakadályozza, vagy pótolja.

A fedőporok mesterségesen megömlesztett szilikátok, tulajdonképpen üvegnek tekinthetők. A porok gyártását illetően lehetnek szárazon vagy nedvesen granulált porok, szinterizált vagy agglomerált porok.

A fedett ívű hegesztés varratának alakja eltér az egyéb módszerrel készített varrat alakjától. A varrat keresztmetszete jellegzetes, könnyen felismerhető a két megömlesztési övezetből összetett hernyó (2.72. ábra).



2.44. ábra

A varrat alakja (a b/t és a b/h viszony) függ az áramerősségtől, az ívfeszültségtől, a hegesztési sebességtől és a munkadarab dőlési szögétől.
Fedett ívű hegesztéskor a lemez élek előkészítését két nagy csoportba sorolhatjuk:
Lemez előkészítés segédeszközzel,
Lemez előkészítés segédeszköz nélkül.
Segédeszközök a hegfürdő biztosításához szükséges alátétek. Ezekre olyankor van szükség, ha a munkadarabot egy műveletben hegesztjük.
Az egyoldali hegesztés széles körben elterjedt módszere a rézalátéttel végzett hegesztés (2.45. ábra). Rövid munkadarabokhoz elegendő a mechanikus szorítás excenterrel vagy keresztemelőkarral. Hosszú lemezekhez pneumatikus vagy hidraulikus működtetésű szorítóelemeket kell alkalmazni. Amennyiben a lemezeket illesztési hézaggal kell hegeszteni, akkor porbetétes rézalátétet használnak.

2.45. ábra

Bevált módszer a porpárnán végzett hegesztés. Egyszerű készülékkel pneumatikusan nyomják a fedőport az illesztési hely alá. A porpárnás hegesztés elvi vázlatát mutatja a 2.46. ábra.



2.46. ábra

A hegesztőpor tömlőn keresztül kapja a szorítónyomást. A tömlő az acéllemezre fejti ki a nyomást, ezáltal a fedőpor felemelkedik, és a munkadarab alsó részének nyomódik. A varrat képződését a szorítónyomás nagysága befolyásolja (2.75/b. ábra). Kedvelt technológia a munkadarabon maradó acélalátéttel végzett hegesztés. Az illesztési hely alá fűzővarratokkal acél lemezcsíkot erősítenek, amit az ív megömleszt, így biztosított a teljes keresztmetszet áthegedése (2.47/a. ábra). A lemezcsík méretei a hegesztendő lemezek vastagságától függnek. A fogazott lemezillesztés technológiailag hasonló a lemezcsíkokkal végzett hegesztéshez. A varrat előkészítés a bejelölt varrattal a b) ábrán látható.

2.47. ábra

A 16 mm-nél vastagabb lemezeket általában két oldalról hegesztik úgy, hogy kiegészítő segédeszközre ne legyen szükség. A legegyszerűbb és legolcsóbb varrat az I-varrat (2.48/a. ábra). A 16...30 mm lemezvastagság-tartományban végzett hegesztés elterjedt varrata az Y-varrat (2.48/b. ábra). Vastag lemezekhez alkalmazzák a kettős Y-varratot (2.48/c. ábra). Többrétegű hegesztéshez gyakran az U- és az X-varratot (2.49. ábra) alkalmazzák.

2.48. ábra

2.49. ábra
A hegesztés termelékenységének növelésére a tömeggyártás területén mindjobban terjed a kettősívű hegesztés (gyorshegesztés). A 2.50. ábra az első és a második hegesztőfej ívövezeteinek vázlatos elrendezését mutatja. Az első ív biztosítja a mély beolvadást a varrat alakjára való tekintet nélkül, a második ív feladata a varrat alakjának a biztosítása. A kettősívű hegesztés a sebesség növelésén túlmenően olyan anyagok hegesztésére is alkalmas, amelyek egyhuzalos hegesztéskor csak különleges hőkezelési rendszabályokkal köthetők össze.

2.50. ábra

Védő gázas ívhegesztés

Ívhegesztéskor a védőgáz feladata az oxigén és a nitrogén kiszorítása az olvasztótérből. A védő gázas hegesztést a kötések jó minősége, a fedőpor- és a salak-eltávolítás elmaradása, semleges védőgáz alkalmazásakor a varrat kémiai összetételének állandósága, a koncentrált hőhatás következtében a keskeny hőhatásövezet, és ennek megfelelően a minimális elhúzódás jellemzi. Védő gázas ívhegesztéssel 0,5...100 mm vastagsági tartományban hegeszthetők a lemezek. Az ívet szemmel meg lehet figyelni, nagy a termelékenység, az eljárás jól automatizálható.

A védőgáztól függően ötvözetlen, gyengén és erősen ötvözött acélok, könnyű- és színesfémek, ill. ötvözetek, valamint különleges fémek és ötvözeteik egyaránt jól hegeszthetők. A védő gázas hegesztés lehet fogyóelektródos és nem olvadó elektródos. A legelterjedtebb eljárások: az argon, a hélium és a széndioxid védő gázas hegesztés. Terjed a semleges és aktív gázok keverékével végzett hegesztés is (pl. Ar-O2, Ar-CO2).

A védőgáz kiválasztása a munkadarab anyagának összetételétől függ. A nagy kémiai affinitású fémek hegesztésekor a védőgáz szennyező tartalma nem haladhatja meg a 0,02%-ot, a más fémeknél ez a követelmény csökkenthető. A CO2 gáz, illetve keveréke csak acélok hegesztésére alkalmas.

A semleges védőgázokhoz nem olvadó elektródként tiszta, illetve tóriumoxiddal vagy lantánnal ötvözött wolframot használnak. Az ötvözés hatására jobb lesz az ívstabilitás, és az elektród nagyobb árammal terhelhető.

Argon védő gázas wolfram-elektródos ívhegesztés (AWI)

Az argon védő gázas AWI-hegesztéskor a wolfram-elektród és az alapanyag között húzott ívet argon gázburok veszi körül. A gázburok hatásossága nagymértékben függ a gáz sűrűségétől és a hegesztés sebességétől. A hegesztési sebesség növelésekor előfordulhat, hogy az ív kilép a védő gázburokból (2.81. ábra).

2.51. ábra

Az argongázban égő ív sok szempontból eltér a levegőben égő ívtől. Az argon egyatomos gáz, amelyben az elektronok mozgékonysága sokkal nagyobb, mint a kétatomos gázokban. Ezen az alapvető különbségen kívül egy másik jellegzetes különbség az, hogy az ív egy igen nagy olvadáspontú wolfram-elektród és egy viszonylag kis olvadáspontú fém között ég. Különösen nagy a két olvadáspont közötti különbség pl. alumínium hegesztésekor.

Abban az esetben, ha két nagyon különböző olvadáspontú anyag között képződik az ív, az anód és a katód hőmérséklete között jelentős különbség adódik. Az előzőekben már láttuk, hogy két azonos anyagból készült elektród között húzott ívben az anód hőmérséklete rendszerint valamivel nagyobb, mert a nagysebességű elektronok ütközésének hatására nagyobb hőmennyiség fejlődik. Ez a hatás argonív esetén fokozatosan érvényesül, mert az elektronok az argonívben lényegesen nagyobb sebességűek.

A hőmérsékletkülönbség nagymértékben függ attól, hogy egyenes, vagy fordított polaritású kapcsolást alkalmazunk-e. Egyenes polaritású kapcsoláskor a wolfram-elektród a negatív, a hegesztendő anyag a pozitív sarok (2.52/a. ábra). Ebben az esetben az elektródon levő katódfoltból igen nagy sebességű elektronok indulnak ki, amelyek az anódként kapcsolt alapanyagba ütköznek, amely aránylag keskeny területen, de nagyon erősen felmelegszik. Az így képződő varrat tehát keskeny, de nagyon mély. Az argongáznak ebben az esetben csak védőgáz szerepe van.

2.52. ábra

Fordított polaritású kapcsoláskor (2.52/b. ábra), amikor a hegesztendő anyag a negatív pólus, a nagy sebességű elektronok a wolfram-elektród felé áramolnak, és abba ütközve fejlesztenek nagy hőt. Ennek hatására a wolfram-elektród jobban fogy, amit vastagabb elektród alkalmazásával és vízhűtéssel lehet meggátolni. A fordított polaritású kapcsolás előnye az, hogy a nagy sűrűségű, nagy tömegű argon ionok a tárgy felületére ütköznek, és az ott lévő esetleges oxid- és nitrid hártyát elgőzölögtetik. Ebben az esetben az argongáznak nemcsak védőhatása, hanem tisztító hatása is van. Ez a jelenség különösen olyan fémek esetében fontos, amelyeknek felületén könnyen képződik oxid (pl. alumínium és magnézium). A különböző polaritású kapcsoláskor jelentkező előnyök váltakozó áramú hegesztéskor is jelentkeznek. Itt ugyanis az egyenes és fordított polaritás a váltakozó áram periódusának megfelelően váltakozik.

Az argon ívhegesztő berendezések kétféle kivitelben készülnek: egyenáramú dinamóval vagy váltakozó áramú transzformátorral. Az argon ívhegesztő berendezés a következő részekből áll: hegesztőpisztoly (A), áramforrás (B), nagyfrekvenciás áramot gerjesztő berendezés (C); gázvezeték (D), gázsebességmérő (E), gázpalack (F), és nagy teljesítményű hegesztőpisztolyok esetében a hűtést biztosító vízvezeték (G) (2.53. ábra).

2.53. ábra

A hegesztéshez használt argon tisztasága rendkívül fontos. Tapasztalati adatok szerint a 99,8%-os tisztaságú argonnal érhető el jó eredmény. Az argonban levő 0,2% szennyező csak nitrogén lehet, oxigént vagy vízgőzt az argon nem tartalmazhat. Mivel a kereskedelemben kapható argon nem mindig éri el a megkívánt tisztaságot, egyes munkákhoz célszerű az argont a felhasználás előtt tisztítani.

Az AWI-hegesztés sikerének egyik alapfeltétele a hegesztés helyének és hegesztőanyagainak gondos megtisztítása minden szennyeződéstől.