Hegesztés

A hegesztés  az a folyamat, amelynek során a hegesztendő részek között atomközi kötéseket hoznak létre azok helyi vagy általános felmelegedése, képlékeny alakváltozása vagy a kettő együttes hatása során [ 1] . A hegesztési munkák szakemberét hegesztőnek nevezzük .

Alapfogalmak

A hegesztéssel létrejött állandó csatlakozást hegesztett kötésnek nevezzük [1] . Leggyakrabban a fém alkatrészeket hegesztéssel csatlakoztatják. A hegesztést azonban nem fémekhez is alkalmazzák - műanyagokhoz , kerámiákhoz vagy ezek kombinációjához.

A hegesztés során különféle energiaforrásokat használnak: elektromos ív , elektromos áram , gázláng , lézersugárzás , elektronsugár , súrlódás , ultrahang . A technológiák fejlődése ma már nem csak ipari vállalkozások körülményei között teszi lehetővé a hegesztést, hanem terepi és beépítési körülmények között (sztyeppben, szántóföldön, nyílt tengeren stb.), víz alatt, sőt még a hegesztésben is. tér. A hegesztési folyamat tűzveszélyes ; áramütés ; mérgezés káros gázokkal; a szem és más testrészek elváltozásai termikus, ultraibolya , infravörös sugárzás és olvadt fém fröccsenése miatt.

A hegesztés a következő feltételek mellett lehetséges:

  1. az alkatrészek nagyon magas fajlagos kompressziós nyomásának alkalmazása fűtés nélkül;
  2. az alkatrészek melegítése és egyidejű összenyomása mérsékelt nyomással;
  3. a fém felmelegítése a csatlakozásnál, amíg megolvad, anélkül, hogy nyomást gyakorolna az összenyomódásra.

Történelem

Az első hegesztési módszerek a civilizáció kezdetén – a fémek használatának és feldolgozásának kezdetén – jelentek meg. A fémtermékek gyártása elterjedt volt a vasércek és a színesfémércek előfordulási helyein.

Az első hegesztési eljárás a kovácsolás volt . A javítási igény, a korszerűbb termékek megjelenése a kohászati ​​és hegesztési folyamatok fejlesztésének és javításának szükségességét eredményezte.

A hegesztés, amelynek során a fémet elektromossággal melegítik, az elektromosság, az elektromos ív felfedezésével kezdődött .

1802-ben Vaszilij Petrov orosz tudós felfedezte az elektromos ív jelenségét, és információkat közölt az ívvel végzett kísérletekről.

1882-ben Nikola Tesla feltalált egy módszert váltakozó áram előállítására [2] .

1881-1882-ben a feltalálók, N. N. Benardos és N. G. Slavyanov egymástól függetlenül dolgoztak ki egy módszert fém alkatrészek hegesztéssel történő összekapcsolására.

1905-ben V. F. Mitkevich orosz tudós háromfázisú árammal gerjesztett elektromos ív használatát javasolta hegesztéshez.

1919-ben az AC hegesztést Jonathan Holslag [  2 ] [ 3] találta fel .

A 19. században Elihu Thomson , Edmund Davy és mások tudósok fejlesztették a hegesztési eljárásokat , a Szovjetunióban a 20. században E. O. Paton , B. E. Paton , G. A. Nikolaev foglalkozott hegesztési technológiával . A szovjet tudósok elsőként tanulmányozták a nulla gravitációs hegesztés módszereit és jellemzőit, és alkalmazták a hegesztést az űrben. A világ első hegesztését mélyvákuumban az űrben 1969. október 16-án végezték el a Szojuz-6 űrhajón Georgij Sztepanovics Shonin és Valerij Nyikolajevics Kubasov űrhajósok .

Az 1960-as évek végétől kezdték el használni a hegesztőrobotokat az iparban . A 21. század elejére nagyon elterjedt a hegesztési műveletek robotizálása [4] [5] .

Oroszországban a hegesztési kérdéseket és a hegesztő szakemberek képzését oktatási intézmények végzik: MSTU im. N. E. Bauman (Hegesztési és Diagnosztikai Technológiai Osztály), MGIU (Hegesztési Gyártási Berendezések és Technológiai Osztály), DSTU (RISHM) (Hegesztési Gyártás Gépek és Automatizálási Osztály), UPI , CHIMESH , LGAU és mások. A hegesztéssel kapcsolatos tudományos szakirodalom és folyóiratok jelennek meg [6] .

A fémhegesztés osztályozása

Jelenleg több mint 150 féle hegesztési eljárás létezik. Ezeknek a folyamatoknak különféle osztályozása létezik [8] .

Tehát a GOST 19521-74 előírja a fémhegesztés osztályozását a jellemzők fő csoportjai szerint: fizikai, műszaki és technológiai.

A hegesztés fő fizikai jele a hegesztett kötés előállításához felhasznált energia formája és fajtája. Az energia formája határozza meg a hegesztési osztályt, típusa pedig a hegesztés típusát. Három hegesztési osztály van [~ 1] :

A műszaki jellemzők a következők: a fém védelmének módszere a hegesztési zónában, a folyamat folytonossága, a gépesítés mértéke.

A technológiai jellemzők szerinti osztályozást minden hegesztési típusra külön-külön határozzák meg ( elektróda típusa, hegesztőáram típusa stb.).

Termikus osztály

Hegesztőív

A fémek hegesztésére használt elektromos ívet hegesztési ívnek nevezik.

A hegesztőív táplálására váltakozó , egyen- és pulzáló típusú elektromos áram használható. Váltóáramú hegesztéskor az áramlási irány megváltozása miatt az elektródák mindegyike felváltva anód és katód. Egyenárammal és pulzáló árammal történő hegesztéskor megkülönböztetik az egyen- és fordított polaritást. Közvetlen polaritással a hegesztendő részek az áramforrás pozitív pólusához ( anód ), az elektródát a negatívhoz ( katód ) kötik; fordított polaritással - éppen ellenkezőleg - a pozitív pólushoz elektródát, a negatívhoz pedig az alkatrészeket csatlakoztatnak. Az egyik vagy másik típusú áram használata meghatározza a hegesztési folyamat jellemzőit. Tehát egy váltakozó áramú ív kialszik minden alkalommal, amikor az áram áthalad a nullán. Az egyik vagy másik polaritás használata megváltoztatja az ív hőegyensúlyát (közvetlen polaritás esetén több hő keletkezik a terméken, fordított polaritás esetén - az elektródán, lásd alább). Ha pulzáló áramot használunk a paramétereinek (az impulzusok gyakoriságának és időtartamának) megváltoztatásával, lehetővé válik az olvadt fém elektródáról a termékre történő átvitele az egyes cseppekig.

Az elektródák közötti rést ívrésnek nevezzük.

Normál körülmények között a gázoknak nincs elektromos vezetőképességük. Az elektromos áram áthaladása egy gázon csak akkor lehetséges, ha vannak benne töltött részecskék - elektronok és ionok . A töltött részecskék képződésének folyamatát ionizációnak , magát a gázt pedig ionizáltnak nevezzük. Az elektróda és a hegesztési tárgy között égő ív közvetlen ív. Az ilyen ívet általában szabad ívnek nevezik (ellentétben az összenyomott ívvel , amelynek keresztmetszete az égő fúvókája, a gázáram és az elektromágneses tér miatt erőszakosan csökken). Az ív gerjesztése a következőképpen történik. Rövidzárlat esetén az elektróda és a munkadarab az érintkezési pontokon felmelegíti a felületét. Amikor az elektródákat kinyitják a katód fűtött felületéről, elektronok bocsátanak ki - elektronemisszió. Létezik az ív érintés nélküli gyújtása is a hegesztőív oszcillátor-stabilizátora (OSSD) segítségével. A hegesztő oszcillátor egy szikragenerátor, amely nagyfeszültségű áramot ( 3000-6000 V ) és frekvenciát ( 150-250 kHz ) biztosít . A hegesztő oszcillátor, amely az elektróda és a munkadarab közötti távolságot lyukasztja, ionizálja a gázt, amelyben a munkaív meggyullad. Az ilyen áram nem jelent nagy veszélyt a hegesztő számára.

Az ívrés hossza mentén az ív három részre oszlik: katódra, anódra és ívoszlopra. A katód tartomány magában foglalja a katód fűtött felületét (katódfolt). A katódfolt hőmérséklete az acélelektródákon 2400–2700 °C. Az anódterület egy anódfoltból áll. Hőmérséklete megközelítőleg megegyezik a katódfolttal, de az elektronbombázás következtében több hő szabadul fel rajta, mint a katódon. Az ívoszlop a katód és az anód közötti ívrés legnagyobb részét foglalja el. A töltött részecskék képződésének fő folyamata itt a gázionizáció. Ez a folyamat a töltött és a semleges részecskék ütközésének eredményeként következik be. Általában az ívoszlopnak nincs töltése. Semleges, mivel minden szakaszában egyidejűleg azonos mennyiségű ellentétes töltésű részecskék találhatók. Az ívoszlop hőmérséklete eléri a 6000-8000 ° C -ot és még többet.

A hegesztőív speciális típusa a sűrített ív, melynek oszlopát keskeny égőfúvókával vagy fúvógázárammal (argon, nitrogén stb.) sűrítjük össze.. A plazma az ívoszlop ionizált gáza, amely pozitív ill. negatív töltésű részecskék. A plazma az égő fúvóka csatornájában keletkezik, amelyet a vízhűtéses falak és a plazmaképző gáz hideg áramlása összenyom és stabilizál. Az ívoszlop külső felületének összenyomása és lehűtése okozza annak koncentrációját, ami a plazmarészecskék közötti ütközések számának éles növekedéséhez, az ionizációs fok növekedéséhez és az ívoszlop hőmérsékletének éles növekedéséhez vezet (  10 000 –30 000 K ) és a plazmasugár mozgási energiája. Ennek eredményeként a plazma magas energiakoncentrációjú hőforrás. Ez lehetővé teszi a legkülönfélébb anyagok hegesztésére, szórására és termikus vágására való sikeres használatát.

Elektromos ívhegesztés

A hőforrás egy elektromos ív , amely az elektróda vége és a hegesztendő munkadarab között keletkezik, amikor az elektromos hegesztőgép külső áramkörének lezárása következtében a hegesztőáram folyik . Az elektromos ív ellenállása nagyobb, mint a hegesztőelektróda és a huzalok ellenállása, így az elektromos áram hőenergiájának nagy része pontosan az elektromos ív plazmájába kerül. Ez az állandó hőenergia-beáramlás megakadályozza a plazma (elektromos ív) bomlását.

A felszabaduló hő (beleértve a plazma hősugárzását is) felmelegíti az elektróda végét és megolvasztja a hegesztendő felületeket, ami hegesztési medence - a folyékony fém térfogatának - kialakulásához vezet. A hegesztőmedence hűtése és kristályosodása során hegesztett kötés jön létre. Az elektromos ívhegesztés fő típusai a következők:

Kézi ívhegesztés

A kézi ívhegesztés fogyóanyaggal bevont elektródával hegesztő áramforrás és hegesztőelektródák felhasználásával történik . Az elektródát a hegesztési zónába vezeti és maga a hegesztő mozgatja a kötés mentén . AC (transzformátor) és DC (egyenirányító) áramforrás egyaránt használható. A hegesztőelektróda egy fémrúd, amelyre bevonat van felhordva.

A hegesztés során elektromos ív ég a munkadarab és az elektróda között, megolvasztva azokat. Az elektróda megolvadt féme és a termék hegesztési medencét alkot, amely a későbbi kristályosodás során hegesztési varratot képez .

A bevonatot alkotó anyagok vagy kiégnek - a hegesztési zóna gázpajzsát képezik a környező levegőtől, vagy megolvadnak és belépnek a hegesztőmedencébe. Egyes megolvadt bevonóanyagok kölcsönhatásba lépnek a hegesztőmedence fémével, deoxidálják és/vagy ötvözik azt, mások salakot képeznek, amely megvédi a varratmedencét a levegőtől, segít eltávolítani a nem fémes zárványokat a varratból, varratképződést stb.

A kézi ívhegesztést a GOST R ISO 4063-2010 szabvány szerint a 111 -es kód jelöli, az orosz nyelvű szakirodalomban az RD jelölést használják , angolul - SMAW (az angol  árnyékolt fémíves hegesztésből ) vagy MMA (az angol  kézi fémívből ). hegesztés ) [~ 2] .

AWI hegesztés

A TIG hegesztés az angol szakirodalomban gázvolframíves hegesztés ( GTA welding, TGAW ) vagy tungsten inert gas welding ( TIG welding, TIGW ), a német szakirodalomban wolfram-inertgasschweißen ( WIG ) néven ismert.

Az elektróda grafitból vagy volfrámból készült rudat használ , amelynek olvadáspontja magasabb, mint az a hőmérséklet, amelyre a hegesztés során felmelegítik. A hegesztést leggyakrabban védőgázas környezetben ( argon , hélium , nitrogén és ezek keverékei) végzik, hogy megvédjék a varrást és az elektródát a légkör behatásaitól, valamint stabil ívégetés érdekében. A hegesztés töltőanyag nélkül és töltőanyaggal is elvégezhető. Töltőanyagként fémrudakat, huzalokat, szalagokat használnak [9] .

Hegesztés védőgázokban

A védőgázas ívhegesztés olyan hegesztés, amely elektromos ívvel megolvasztja a fémet, és speciális gázokkal védi az olvadt fémet és az elektródát [~ 3] .

Hegesztés alkalmazása védőgázokban

Széles körben használják acélból, színesfémekből és ötvözeteikből készült termékek előállítására [~ 3] .

A védőgázas hegesztés előnyei más hegesztési típusokhoz képest [~ 3]
  1. nagy teljesítményű,
  2. könnyen automatizálható és gépesíthető,
  3. nincs szükség elektródabevonatra vagy folyasztószerre.
Technológia Védőgázok automatikus hegesztésére

Elektródaként egy bizonyos márkájú fémhuzalt használnak, amelyhez áramot szállító fúvókán keresztül áramot vezetnek. Az elektromos ív megolvasztja a huzalt, és a huzalt a huzalelőtoló automatikusan táplálja az állandó ívhossz biztosítása érdekében.

A légkör elleni védelem érdekében speciális gázokat használnak, amelyeket a hegesztőpisztolyból és az elektródahuzallal együtt szállítanak. A speciális gázokat inert ( argon , hélium ) és aktív ( szén-dioxid , nitrogén , hidrogén ) gázokra osztják . A gázkeverék alkalmazása bizonyos esetekben növeli a hegesztés termelékenységét és minőségét [~ 3] . Ha védőgázos környezetben nem lehet félautomata hegesztést végezni, akkor önárnyékolt (magos) huzalt is használnak. Meg kell jegyezni, hogy a szén-dioxid aktív gáz - magas hőmérsékleten disszociál az oxigén felszabadulásával. A felszabaduló oxigén oxidálja a fémet. Ebben a tekintetben deoxidálószereket (mint például mangánt és szilíciumot ) kell bevinni a hegesztőhuzalba. Az oxigén hatásának egy másik, szintén oxidációval összefüggő következménye a felületi feszültség éles csökkenése, ami többek között intenzívebb fémfröccsenéshez vezet, mint argonban vagy héliumban történő hegesztéskor.

Nemzetközi megjelölés.

Az angol nyelvű külföldi szakirodalomban gáz fémíves hegesztés ( GMA welding, GMAW ), a német nyelvű szakirodalomban metallschutzgasschweißen ( MSG ) néven említik. Külön hegesztés inert gáz atmoszférában ( fém inert gáz, MIG ) és aktív gáz atmoszférában ( fém aktív gáz, MAG ) [~ 2] .

Merülő ívhegesztés

Az angol nyelvű külföldi irodalomban SAW néven emlegetik. Az ilyen típusú hegesztésnél az elektróda vége (fémhuzal vagy rúd formájában) a fluxusréteg alá van táplálva . Az ív a fém és a fluxusréteg között elhelyezkedő gázbuborékban ég, ami javítja a fém védelmét a légkör káros hatásaitól és növeli a fém behatolási mélységét.

Elektrosalakos hegesztés

A hőforrás a fluxus , amely a hegesztendő termékek között helyezkedik el, és amelyet a rajta áthaladó elektromos áram melegít. Ebben az esetben a fluxus által felszabaduló hő megolvasztja a hegesztendő alkatrészek széleit és a töltőhuzalt. A módszert vastag falú termékek függőleges varratainak hegesztésénél alkalmazzák.

Hiperbár hegesztés

A hiperbár hegesztés  magas nyomáson végzett hegesztési eljárás , amelyet általában víz alatt végeznek. A hiperbár hegesztés történhet vízben vagy szárazon , azaz egy speciálisan épített kamrában, száraz környezetben. A hiperbár hegesztés alkalmazása sokrétű – hajók , tengeri olajplatformok és csővezetékek javítására használják . Az acél a leggyakoribb anyag a hiperbár hegesztéshez.

Orbitális hegesztés

Az orbitális hegesztés a súrlódó hegesztés vagy az automatikus ívhegesztés egy fajtája (attól függően, hogy a cső forog-e vagy sem). Az elnevezés az orbitális hegesztés alkalmazásából ered - csőkötések, karimák stb. hegesztésére. Erősen ötvözött acélokból vagy nagy átmérőjű, vastag falú alumíniumötvözetekből készült acélcsövek hegesztésére szolgál.

A hegesztett csövek koaxiális forgásakor az ízületekben súrlódás lép fel, amikor a forgástengelyek egymással párhuzamosan eltolódnak. Az ilyen típusú hegesztésnél a súrlódást használják a kötés felmelegítésére. A kovácsolási nyomás és a melegítés együttes hatása a kötések hegesztéséhez vezet.

Ha a csövek nem forognak, akkor az orbitális hegesztés hegesztőfejeket használ, amelyek a kötés mentén mozognak és ívhegesztést végeznek töltőhuzallal vagy anélkül.

Lánghegesztés

A hőforrás egy gázláng, amely oxigén és éghető gáz keverékének égése során keletkezik. Tüzelőgázként acetilén , MAF , propán , bután , kékgáz , hidrogén , kerozin , benzin , benzol és ezek keverékei használhatók . Az oxigén és éghető gáz keverékének égése során felszabaduló hő megolvasztja a hegesztendő felületeket és a töltőanyagot, és hegesztőmedencét képez. A láng lehet oxidáló , "semleges" vagy redukáló (karburáló), ezt az oxigén és az éghető gáz aránya szabályozza.

  • Az acetilén helyettesítőjeként egy új típusú üzemanyagot alkalmaznak - cseppfolyósított gáz MAF -ot ( metil-acetilén-allén frakció ). A MAF nagy hegesztési sebességet és kiváló minőségű hegesztést biztosít, de magas mangán- és szilíciumtartalmú töltőhuzal (SV08GS, SV08G2S) használatát igényli. A MAF sokkal biztonságosabb, mint az acetilén, 2-3-szor olcsóbb és könnyebben szállítható. A gáz oxigénben való magas égési hőmérséklete (2430 °C) és magas hőtermelés (20 800 kcal/m 3 ) miatt a MAF-fel történő gázvágás sokkal hatékonyabb, mint a más gázokkal, köztük az acetilénnel történő vágás.
  • Nagy érdeklődésre tart számot a cianid használata gázhegesztéshez , nagyon magas égési hőmérséklete (4500 °C) miatt. A cianid hegesztésre és vágásra való kiterjesztett felhasználásának akadálya a megnövekedett toxicitás. Másrészt a cianogén hatásfoka nagyon magas és az elektromos ívéhoz hasonlítható, ezért a cianogén jelentős előrelépést jelent a lángkezelés fejlesztésében. A hegesztőpisztolyból kiáramló cianogén lángja oxigénnel éles körvonalú, nagyon közömbös a feldolgozandó fémmel szemben, rövid és lilás-lila árnyalatú. A megmunkálandó fém (acél) szó szerint „folyik”, és cianid használatakor nagyon nagy hegesztési és fémvágási sebesség elfogadható.
  • A folyékony tüzelőanyagot használó lángkezelés fejlesztésében jelentős előrelépés érhető el az acetilén -nitril és szénhidrogén - keverékeinek alkalmazásával a legmagasabb égési hőmérséklet (5000 °C) miatt. Az acetilén-nitril erős hevítés hatására robbanásszerűen bomlik, de szénhidrogénekkel keverve sokkal stabilabb. Jelenleg az acetilén-nitril előállítása nagyon korlátozott, költsége magas, de a gyártás fejlődésével az acetilén-nitril jelentősen fejlesztheti a lángkezelés alkalmazási területeit minden alkalmazási területén.

Thermite hegesztés

A legtöbb esetben a termithegesztés a termikus osztályba tartozik. Ennek ellenére vannak technológiai eljárások, amelyek a termomechanikai osztályba tartoznak - például a termit-sajtolásos hegesztés. A termithegesztés olyan alkatrészek hegesztése fémolvadékkal, amely magas hőmérséklettel (nagy hőmennyiséggel) kísért kémiai reakció során keletkezik. Az ilyen típusú hegesztés fő összetevője a termitkeverék .

Plazmahegesztés

A hőforrás egy plazmasugár , vagyis egy plazmafáklyával előállított sűrített ív . A plazmafáklya lehet közvetlen hatású (az ív ég az elektróda és az alapfém között) és közvetett hatású (az ív ég az elektróda és a plazmafáklya fúvókája között). A plazmasugár elektromágneses erők hatására összenyomódik és felgyorsul, hő- és gázdinamikus hatást egyaránt kifejtve a hegesztendő munkadarabra. Ezt a módszert a hegesztésen kívül gyakran alkalmazzák hegesztési , permetezési és vágási technológiai műveletekhez .

A plazmavágás folyamata közvetlen polaritású egyenáramú levegő-plazma ív (elektród - katód, vágott fém - anód) használatán alapul. A folyamat lényege az olvadt fém lokális megolvasztása és fújása, egy vágott üreg kialakításával, amikor a vágót a vágandó fémhez képest elmozdítják.

Elektronsugaras hegesztés

A hőforrás egy elektronsugár , amelyet az elektronágyú katódjának termikus emissziója okoz . A hegesztés nagyvákuumban (10 -3  - 10 -4 Pa) vákuumkamrában történik. Ismert még az elektronsugárral történő hegesztés technológiája normál nyomású atmoszférában, amikor az elektronsugár közvetlenül a hegesztendő alkatrészek előtt hagyja el a vákuumtartományt.

Az elektronsugaras hegesztésnek jelentős előnyei vannak:

  • Magas koncentrációjú hőbevitel a termékbe, amely nemcsak a termék felületén, hanem az alapfém térfogatának egy bizonyos mélységében is felszabadul. Az elektronsugár fókuszálásával 0,0002 ... 5 mm átmérőjű fűtőpontot kaphatunk, amely lehetővé teszi tizedmillimétertől 200 mm vastagságú fémek hegesztését egy menetben. Ennek eredményeként olyan varratok állíthatók elő, amelyekben a behatolási mélység és a szélesség aránya 20:1 vagy több. Lehetővé válik tűzálló fémek ( volfrám , tantál , stb.), kerámiák stb. hegesztése. A hőhatászóna hosszának csökkentése csökkenti az alapfém átkristályosodásának valószínűségét ebben a zónában.
  • Kis mennyiségű hőbevitel. Az elektronsugaras hegesztésnél az azonos behatolási mélység eléréséhez általában 4-5-ször kevesebb hőt kell bevezetni, mint az ívhegesztésnél. Ennek eredményeként a termék deformációja élesen csökken.
  • Az olvadt és hevített fém gázokkal való telítésének hiánya. Ellenkezőleg, számos esetben a hegesztési fém gáztalanítása és képlékeny tulajdonságainak növekedése figyelhető meg. Ennek eredményeként kiváló minőségű hegesztett kötések érhetők el reaktív fémeken és ötvözeteken, mint például nióbium , cirkónium , titán , molibdén stb. Az elektronsugaras hegesztés jó minőségű alacsony szén-dioxid-kibocsátású, korrózióálló acélokon, rézeken és rézeken is , nikkel, alumínium ötvözetek .

Az elektronsugaras hegesztés hátrányai:

  • Nem olvadás és üregek kialakulásának lehetősége a hegesztési varrat gyökerében nagy hővezető képességű fémeken és nagy mélység-szélesség arányú hegesztéseken;
  • A termékek betöltése után hosszú ideig tart a vákuum létrehozása a munkakamrában.

Lézeres hegesztés

A hőforrás egy lézersugár . Minden típusú lézerrendszert használnak . A nagy energiakoncentráció, a lézeres hegesztés nagy sebessége az ívhegesztéshez képest, valamint a fém magas felmelegedési és hűtési sebességéből adódó csekély hőhatás a hőhatászónában jelentősen megnöveli a legtöbb szerkezeti anyag képződéssel szembeni ellenállását. meleg és hideg repedésektől. Ez biztosítja a más hegesztési módszerekkel rosszul hegesztett anyagokból készült hegesztett kötések kiváló minőségét.

A lézeres hegesztés levegőben vagy védőgázokban történik: argon, CO 2 . Vákuum, mint az elektronsugaras hegesztésnél, nincs szükség, így nagyméretű szerkezetek hegeszthetők lézersugárral. A lézersugár könnyen vezérelhető és állítható, tüköroptikai rendszerek segítségével könnyen szállítható és más módon nehezen elérhető helyekre is irányítható. Ellentétben az elektronsugárral és az elektromos ívvel, nem hatnak rá mágneses mezők, ami stabil varratképzést biztosít. A lézeres hegesztés során fellépő nagy energiakoncentráció miatt (0,1 mm vagy kisebb átmérőjű helyen) a hegesztőmedence térfogata kicsi, a hőhatászóna szélessége kicsi, a fűtési és hűtési sebesség magasak. Ez biztosítja a hegesztett kötések nagy technológiai szilárdságát, a hegesztett szerkezetek kis deformációit [10] .

Műanyagok villogó tompahegesztése

A hőforrás egy PTFE -vel bevont lapos fűtőelem . A hegesztés 5 szakaszra oszlik: nyomás alatti melegítés, tömeg felmelegítése, fűtőelem eltávolítása, hegesztés, megszilárdítás.

Hegesztés beépített fűtőtestekkel

Polietilén csövek hegesztésére alkalmazzák. A hőforrás a hegesztett aljzatba forrasztott ellenálláselemek. Beágyazott elektromos fűtőtestekkel történő hegesztéskor a polietilén csöveket speciális műanyag idomok segítségével kötik össze, amelyek belső felületén fémhuzalból készült beépített elektromos spirál található. A hegesztett kötés keletkezése a csövek és alkatrészek (csatlakozások, ívek, nyeregpólók) felületén a polietilén megolvadása következtében jön létre a spirálhuzalon keresztül áramló elektromos áram által termelt hő hatására, majd az ezt követő természetes lehűlés következtében. az ízületből.

Öntödei hegesztés

Termomechanikai osztály

Kovácsolású hegesztés

A történelem első hegesztési típusa. Az anyagok összekapcsolása a szerszámmal ( kalapács ) végzett plasztikus deformáció során interatomikus kötések előfordulása miatt történik. Jelenleg az iparban gyakorlatilag nem használják.

Érintkezős hegesztés

A hegesztés során két egymást követő folyamat játszódik le: a hegesztett termékek képlékeny állapotba kerülése és a kötés képlékeny deformációja. A kontakthegesztés főbb fajtái: kontakt ponthegesztés , tompahegesztés, tehermentesítő hegesztés, varrathegesztés.

Ponthegesztés

A ponthegesztésnél az alkatrészeket a hegesztőgép elektródáiba vagy speciális hegesztőfogókba szorítják. Ezt követően az elektródák között nagy áram kezd folyni, amely az alkatrészek fémét az érintkezési ponton olvadáspontra melegíti. Ezután az áramot kikapcsolják, és az elektródák nyomóerejének növelésével "kovácsolást" hajtanak végre. A fém kikristályosodik, amikor az elektródákat összenyomják, és hegesztett kötés keletkezik.

Tompahegesztés

A nyersdarabokat érintkezésük teljes síkjában hegesztik. A fém minőségétől, a munkadarabok keresztmetszeti területétől és a kötés minőségi követelményeitől függően a tompahegesztés az egyik módon elvégezhető.

Ellenállási tompahegesztés

A tompagépbe beépített és rögzített nyersdarabokat meghatározott nagyságú erővel egymáshoz nyomják, majd elektromos áramot vezetnek át rajtuk. Amikor a hegesztési zónában lévő fémet képlékeny állapotba melegítik, csapadék keletkezik. Az áramot a csapadék végéig kikapcsolják. Ez a hegesztési módszer megmunkálást és a munkadarabok végeinek felületeinek gondos tisztítását igényli.

A fém egyenetlen melegítése és oxidációja a munkadarabok végén csökkenti az ellenálláshegesztés minőségét, ami korlátozza annak alkalmazási körét. A munkadarabok keresztmetszetének növekedésével a hegesztés minősége különösen észrevehetően csökken, elsősorban az oxidok képződése miatt a kötésben.

Flash tompahegesztés

Két szakaszból áll: olvadásból és kicsapódásból. A munkadarabokat a gép bilincseibe helyezik, majd áramot kapcsolnak és lassan összeillesztik őket. Ebben az esetben a munkadarabok végei egy vagy több ponton összeérnek. Az érintkezési helyeken jumperek képződnek, amelyek azonnal elpárolognak és felrobbannak. A robbanásokat kis olvadt fémcseppek jellegzetes kilökődése kíséri a csatlakozásból. A keletkező fémgőzök védőatmoszférát töltenek be, és csökkentik az olvadt fém oxidációját. A nyersdarabok további konvergenciájával a jumperek kialakulása és felrobbanása a végek más részein fordul elő. Ennek eredményeként a munkadarabok mélyen felmelegednek, és a végein vékony fémolvadt réteg jelenik meg, amely megkönnyíti az oxidok eltávolítását a kötésből. A visszafolyatás során a munkadarabok adott ráhagyással lerövidülnek. A visszafolyásnak stabilnak kell lennie (folyamatos áramáramlás a munkadarabok rövidzárlatának hiányában), különösen felborítás előtt.

A felborítás során a munkadarabok konvergenciájának sebessége meredeken megnövekszik, miközben egy adott ráhagyásnál plasztikus deformációt hajtanak végre. Az olvadásból a felborulásba való átmenetnek azonnalinak kell lennie, a legkisebb megszakítás nélkül. A csapadék akkor kezdődik, amikor az áram be van kapcsolva, és akkor ér véget, amikor az áram ki van kapcsolva.

A folyamatos rántással történő tompahegesztés biztosítja a munkadarabok egyenletes melegítését a keresztmetszet felett, a munkadarabok végei nem igényelnek gondos előkészítést a hegesztés előtt, lehetőség van összetett keresztmetszetű és nagy felületű munkadarabok hegesztésére, ill. különböző fémek, és lehetővé teszi a kötések stabil minőségének elérését. Jelentős előnye az is, hogy viszonylag könnyen automatizálható a folyamat.

A tompahegesztés legfeljebb 0,1 m 2 keresztmetszetű munkadarabok összekapcsolására szolgál . Jellemző termékek a csőszerkezetek elemei, kerekek, sínek, vasbeton vasalás, lemezek, csövek.

Projekciós hegesztés

A hegesztési alkatrészeken előzetesen domborműveket készítenek - a felületen több milliméter átmérőjű helyi kiemelkedések. A hegesztés során az alkatrészek érintkezése a domborművek mentén történik, amelyeket a rajtuk áthaladó hegesztőáram megolvad. Ebben az esetben a domborművek képlékeny deformációja következik be, az oxidok és a szennyeződések kinyomódnak. Miután a hegesztőáram leáll, az olvadt fém kikristályosodik és kialakul a kötés. Ennek a hegesztési típusnak az az előnye, hogy egy ciklusban több kiváló minőségű hegesztési kötést lehet készíteni.

Diffúziós hegesztés

A diffúziós hegesztés áramforrása a fémhegesztésben használt energiaforrások többsége lehet [~ 4] . A hegesztés a diffúzió miatt történik  - a hegesztett termékek atomjainak kölcsönös behatolása emelt hőmérsékleten. A hegesztés vákuumegységben történik, a hézagokat 800 °C-ra melegítve. Vákuum helyett védőgázos környezet is használható . A diffúz hegesztési módszerrel különböző, fizikai és kémiai tulajdonságaikban eltérő fémekből kötéseket lehet létrehozni , többrétegű kompozit anyagokból termékeket gyártani .

A módszert az 1950-es években N. F. Kazakov fejlesztette ki.

Hegesztés nagyfrekvenciás áramokkal

A hőforrás a hegesztett termékek között áthaladó nagyfrekvenciás áram. Az ezt követő képlékeny deformációval és lehűtéssel hegesztett kötés jön létre [11] .

Dörzshegesztés

Számos súrlódó hegesztési séma létezik , először a koaxiális jelent meg. A folyamat lényege a következő: speciális berendezésen (dörzshegesztőgép) az egyik hegesztendő alkatrészt egy forgó tokmányba szerelik, a másodikat egy rögzített tolómérőbe szerelik , amely képes a tengely mentén mozogni. . A tokmányba szerelt alkatrész forogni kezd, a féknyeregbe szerelt rész pedig megközelíti az elsőt és kellően nagy nyomást gyakorol rá. Az egyik végnek a másikkal való súrlódása következtében a felületek elhasználódnak, és a különböző részek fémrétegei az atomok méretével arányos távolságra közelednek egymáshoz. Az atomi kötések működésbe lépnek (általános atomfelhők képződnek és megsemmisülnek), ennek eredményeként hőenergia keletkezik, amely a kovácsolási hőmérsékletre melegíti fel a helyi zónában lévő nyersdarabok végeit. A szükséges paraméterek elérésekor a kazetta hirtelen leáll, és a féknyereg még egy ideig nyomva tart, ennek eredményeként integrált kapcsolat jön létre. A hegesztés a kovácsoláshoz hasonlóan szilárd fázisban történik.

A módszer meglehetősen gazdaságos. Az automatizált dörzshegesztő berendezések 9-szer kevesebb áramot fogyasztanak, mint az ellenálláshegesztő berendezések. Az alkatrészek másodpercek alatt csatlakoztathatók, gyakorlatilag gázkibocsátás nélkül. Más előnyökkel a hegesztés kiváló minősége érhető el, mivel nem fordul elő porozitás, zárványok és héjak. A berendezés automatizálása által biztosított üzemmódok állandóságával biztosított a hegesztett kötés minőségének állandósága, ami viszont lehetővé teszi a drága 100%-os szabályozás kizárását a minőség biztosítása mellett. A hátrányok közé tartozik:

  • a szükséges felszerelés összetettsége;
  • a módszer szűk alkalmazási köre (a forgástestek tompahegesztésűek);
  • az alkalmazás lehetetlensége nem termelési körülmények között;
  • hegesztett alkatrészek átmérője 4-250 mm.

A módszer lehetővé teszi különböző anyagok hegesztését: réz és alumínium , réz és acél , alumínium és acél , beleértve azokat is, amelyek más módszerekkel nem hegeszthetők.

Az alkatrészek súrlódásos hegesztésének ötletét A. I. Chudikov esztergályos feltaláló [ 12] fejezte ki . Az 1950-es években egy egyszerű esztergagép segítségével szilárdan össze tudott kötni két lágyacél rudat.

A mai napig számos súrlódó hegesztési séma létezik: például axiális, keverős (lehetővé teszi az álló alkatrészek hegesztését), inerciális stb.

Mechanikai osztály

Robbanásveszélyes hegesztés

A hegesztés úgy történik, hogy a robbanás során felszabaduló energia hatására a hegesztendő termékek atomjait az atomközi erők hatástávolságához közelítjük . Ezzel a hegesztési módszerrel gyakran bimetálokat nyernek .

Fémek ultrahangos hegesztése

A hegesztést úgy végezzük, hogy a hegesztendő fémtermékek atomjait az anyagokba bevitt ultrahang rezgések energiája miatt interatomikus erők hatástávolságához közelítjük . Az ultrahangos hegesztést számos pozitív tulajdonság jellemzi, amelyek a berendezések magas költsége ellenére meghatározzák annak használatát mikroáramkörök (vezetők hegesztése érintkezőbetétekkel), precíziós termékek, különféle típusú fémek és fémek hegesztése során. - fémek.

Hideg hegesztés

A hideghegesztés homogén vagy inhomogén fémek összekapcsolása a minimális átkristályosodási hőmérséklet alatti hőmérsékleten ; a hegesztés a hegesztett fémek képlékeny deformációja miatt következik be a csatlakozási zónában mechanikai erő hatására. A hideghegesztés elvégzéséhez el kell távolítani az oxidokat és a szennyeződéseket a hegesztendő felületekről, és az összekötendő felületeket közelebb kell hozni a kristályrács paraméter távolságához; a gyakorlatban jelentős képlékeny alakváltozásokat hoznak létre. A hideghegesztés tompa-, átlapolt és pólókötéseket eredményezhet. Hegesztés előtt a hegesztendő felületeket zsírtalanítással, forgó drótkefével történő megmunkálással, kaparással megtisztítják a szennyeződésektől. Tompahegesztéskor a huzalok csak a végeit vágják le [13] [14] .
A kötés szilárdsága jelentősen függ a nyomóerőtől és a hegesztendő alkatrészek deformációjának mértékétől.

A hideghegesztés például alumíniumot , rezet , ólmot , cinket , nikkelt , ezüstöt , kadmiumot , vasat köthet össze . A hideghegesztés előnye a többi hegesztési módszerrel szemben különösen nagy olyan eltérő fémek összekapcsolásakor, amelyek hőre érzékenyek, vagy hevítés közben intermetallikus vegyületeket képeznek [15] .

Egyéb hegesztési módok

Az erek hegesztése

Az erek hegesztése az erek hegesztése a szövetek hőmérsékletének 60-70 °C-ra emelésével [16] .

Szerszámok és szerelvények hegesztéshez

  • Oldalsó vágó (fogó, tűfogó)
  • Villa
  • Hegesztőfolyasztószer -tartály ( folyasztószer -tartály)
  • ecset (ecset)
  • Selejt
  • Mágneses négyzet (mágneses sarok, mágneses sarok)
  • Fémkefe (zsinórokkefe, kefekefe )
  • Fájl
  • fogó
  • Elektródás szárítókemence (elektródás sütőkemence, elektródás szárítókemence)
  • Fogó
  • Fúvópisztoly (fúvópisztoly, fúvópisztoly, fúvópisztoly)
  • Egyenes daráló
  • Hegesztőfüggöny (hegesztő védőfüggöny, védőfüggöny, hegesztő védőfüggöny, védőfüggöny, hegesztőfüggöny)
  • hegesztőbilincs
  • Hegesztőkalapács (hegesztőkalapács, salakokalapács )
  • hegesztőbilincs
  • hegesztő asztal
  • Hegesztőernyő (védő hegesztőernyő, védőernyő)
  • Szék satu
  • Termikus tok elektródákhoz
  • Satu
  • Cső elektródákhoz (tartály az elektródákhoz, tok az elektródákhoz, tok az elektródákhoz)
  • Sarokcsiszoló (sarokcsiszoló, csiszoló)
  • Hegesztő folyasztószer fecskendő ( folyasztószer fecskendő)
  • Ecset - söprés

Biztonsági óvintézkedések

Villamos hegesztési munkavégzés 18. életévét betöltött, speciális képzésen átesett, hegesztési jogosítvánnyal és villamos biztonságra vonatkozó második szakképesítési csoporttal rendelkező személyek számára engedélyezett [17] .

A hegesztési módszerek nemzetközi elnevezései

A nemzetközi gyakorlatban a hegesztési módszerek rövidített elnevezéseit alkalmazzák, az ISO 4063:2009 nemzetközi szabványban vagy annak orosz megfelelője, a GOST R ISO 4063-2010 [~ 2] szerint . Néhány ilyen elnevezés az alábbiakban található:

Numerikus jelölés A hegesztési módszer neve Az USA-ban használt rövidítés
111 Hegesztő kézi ívfogyó elektróda (ívhegesztő fogyóanyag bevonatos elektróda) SMAW
114 Folyasztószeres önárnyékolt ívhegesztés FCAW-S
12 Merülő ívhegesztés LÁTTA
135 Gázzal védett fogyóelektróda hegesztés GMAW
136 Folyasztószeres ívhegesztés aktív gázban FCAW-G
141 Ívhegesztés nem fogyó wolframelektródával védőgázban GTAW

Hegesztés a művészetben

A hegesztést gyakran a szocialista realizmus tárgyának tekintik .

Elektromos hegesztő. Mellszobor a Szocialista Művészeti Múzeumban Szófiában Hegesztés a térben postabélyegen. 2006

Szervezetek

A hegesztési folyamatokat az American Welding Society és az Európai Hegesztési Szövetség szabványosította .

Hegesztésre szakosodott oktatási szervezetek: Welding Institute (Anglia), Edison Welding Institute (USA), Paton Electric Welding Institute (Ukrajna), International Welding Institute (Franciaország).

Lásd még

Jegyzetek

Lábjegyzetek
  1. ↑ Osztályozás , Függelék (hivatkozás).
  2. ↑ 1 2 3 Szimbólumok , Folyamatok szimbólumai.
  3. ↑ 1 2 3 4 Hegesztés , § 111 Általános tudnivalók a védőgázos hegesztésről., p. 348.
  4. ↑ Osztályozás , 1. megjegyzés.
Források
  1. ↑ 1 2 GOST 2601-84 // Fémek hegesztése. Az alapfogalmak fogalmai és definíciói. - M . : IPK Standards Publishing House, 1984.
  2. ↑ 1 2 Hegesztőrobotok: technológia, rendszerproblémák és alkalmazások archiválva : 2021. augusztus 16. a Wayback Machine -nél .
  3. ↑ Howard B. Cary; Scott C. Helzer Modern hegesztési technológia. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson oktatás. (2005). ISBN 0-13-113029-3 .
  4. ↑ Romanov R. R. Robotmozgás  számítógépes szimulációja ellenállásponthegesztéshez  // Posztulátum. - 2018. - 6. sz . Archiválva az eredetiből 2019. január 2-án.  - Művészet. 119 (9 oldal).
  5. ↑ Gladkov E. A., Brodyagin V. N., Perkovsky R. A. . Hegesztési folyamatok automatizálása. - M . : MSTU kiadó im. N. E. Bauman , 2014. - 424 p. - ISBN 978-5-7038-3861-7 .  - P. 6-7.
  6. ↑ Hegesztési naplók . Hozzáférés dátuma: 2015. január 5. Az eredetiből archiválva : 2015. január 5.
  7. ↑ A hegesztés fizikai alapjai // Kézikönyv: Hegesztés a gépészetben . Letöltve: 2016. július 27. Az eredetiből archiválva : 2016. július 26.
  8. ↑ A fémhegesztés osztályozása. Séma . Webhely : www.gost-svarka.ru . Letöltve: 2010. november 3. Az eredetiből archiválva : 2011. szeptember 21..
  9. ↑ Archivált másolat (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2007. február 8. Az eredetiből archiválva : 2007. szeptember 27.. 
  10. ↑ Lézeres hegesztés . Letöltve: 2012. április 1. Az eredetiből archiválva : 2012. március 26..
  11. ↑ Nagyfrekvenciás hegesztés . Letöltve: 2015. január 5. Az eredetiből archiválva : 2015. április 4..
  12. ↑ Dörzshegesztés . Letöltve: 2013. december 20. Az eredetiből archiválva : 2013. december 21..
  13. ↑ Fémek hideghegesztése . Letöltve: 2013. december 7. Az eredetiből archiválva : 2013. december 11..
  14. ↑ Skoybeda A. T. et al. Gépalkatrészek és tervezési alapismeretek: Tankönyv / A. T. Kuzmin, A. V. Kuzmin, N. N. Makeichik; Összesen alatt szerk. A. T. Skoybedy. - Minszk: "A legmagasabb iskola", 2000. - 584 p. - 3000 példányban. ISBN 985-06-0081-0
  15. ↑ Hideg hegesztés (elérhetetlen link) . Letöltve: 2013. december 7. Az eredetiből archiválva : 2013. május 30. 
  16. ↑ Hegesztés és kapcsolódó technológiák az orvostudományban . Hozzáférés dátuma: 2018. november 28. Az eredetiből archiválva : 2018. november 28.
  17. ↑ GOST 12.3.003-86 Munkavédelmi szabványrendszer. Villanyszerelési munkák. Biztonsági követelmények

Irodalom

Normatív irodalom

GOST
  • GOST R ISO 17659-2009 Hegesztés. Többnyelvű kifejezések a hegesztett kötésekre.
  • GOST R ISO 17659-2009 // Hegesztés. Többnyelvű kifejezések a hegesztett kötésekre. - M. : FSUE "Standartinform", 2009.
  • GOST EN 13705-2015 // Hőre lágyuló műanyagok hegesztése. Forrógáz- és extrudáló hegesztő berendezések. — 2015.
  • GOST 19521-74 // Fémek hegesztése. Osztályozás. - 1975.01.01.
  • GOST EN 1011-6-2017 // Hegesztés. Fémes anyagok hegesztésére vonatkozó ajánlások. 6. rész Lézeres hegesztés. - 2019.01.03.
  • GOST 12.4.254-2013 // Munkavédelmi szabványok rendszere (SSBT). Személyi védőfelszerelés a szem és az arc számára hegesztés és hasonló eljárások során. Általános előírások (módosítva). - 2014.06.01.
  • GOST R ISO 4063-2010 // Hegesztés és kapcsolódó eljárások. A folyamatok listája és szimbólumai. - 2012.01.01.
  • GOST 8713-79 Merülő ívhegesztés. A csatlakozások hegesztettek. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 11533-75 Automata és félautomata merülő ívhegesztés. A csatlakozásokat hegyes és tompaszögben hegesztik. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 5264-80 Kézi ívhegesztés. A csatlakozások hegesztettek. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 11534-75 Kézi ívhegesztés. A csatlakozásokat hegyes és tompaszögben hegesztik. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 14771-76 Árnyékolt ívhegesztés. A csatlakozások hegesztettek. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 23518-79 Árnyékolt ívhegesztés. A csatlakozásokat hegyes és tompaszögben hegesztik. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST 14776-79 Ívhegesztés. Hegesztett pontkötések. Alaptípusok, szerkezeti elemek és méretek.
  • GOST R ISO 2553-2017 Hegesztés és kapcsolódó eljárások. Szimbólumok a rajzokon. Hegesztett csatlakozások.

Műszaki irodalom

  • Cheban V.A. Hegesztési munkák / Ügyvezető szerkesztő: Oksana Morozova, műszaki szerkesztő Galina Logvinova. - 5. kiadás - Rostov-on-Don: "Phoenix", 2008. - 412 p. — (Alapfokú szakképzés). - 3000 példányban.  — ISBN 978-5-222-13621-8 .
  • Kolganov L. S. Hegesztési gyártás / Vezető szerkesztő: E. Yusupyants. - Rostov-on-Don : "Phoenix", 2002. - 512 p. — (Középfokú szakképzés). — 10.000 példány.  — ISBN 5-222-02623-X .
  • Kornienko A. N. Az "electrohephaestus" eredeténél. - M . : Mashinostroenie , 1987.
  • Malysh V. M. , Soroka M. M. Elektromos hegesztés. - Kijev : Technika, 1986.
  • Krasovsky P.I. , Mntkevich E.K. Autogén hegesztés. — M.: 1926.
  • Lavrov S. I. Fémek autogén feldolgozása. – Berlin , 1925.
  • Érintkezőhegesztő berendezés / VV Smirnov. — Használati útmutató. - Szentpétervár. : Energoatomizdat , 2000. - 848 p. — ISBN 5-283-04528-5 .
  • Sidorov M.A. Az elektromos hegesztőlámpák hívogatnak. - M . : " Tudás ", 1985.
  • Achenbach F.U. , Lavroff S. Elektrlsches und autogenes Schweissen und Schneiden von Metallen. – Berlin , 1925.
  • Pochekutov E. B. A TCM mint az élet ismerete. - Krasznojarszk , 1985
  • Nikolaev G. A. Hegesztés a gépészetben: kézikönyv 4 kötetben - M .: Mashinostroenie , 1978 (1-4 kötet).
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák