Kötéstechnológiák
1. Autogén eljárások
Az autogéntechnikai eljárásokhoz égőgáza és oxigénre van szükség – de a láng nem csak egyszerűen láng. Minden egyes esetben külön be kell állítani a különböző paramétereket a kiválasztott égőgáznak és eszköznek megfelelően. Lángegyengetéshez pl. nagy égési sebességű és pontszerű acetilén/oxigén láng kell. Forrasztáshoz ezzel ellentétben kisebb égési sebességre van szükség, és ezt propán/levegő lánggal lehet elérni. Ennek megfelelően a Messer égőgázok palettájába a következők tartoznak: acetilén, földgáz, etilén, propán, propilén, hidrogén, MAPP-gáz, stb. Legalább ennyire változatosak a rendelkezésre álló szállítási lehetőségek is.
1.1 Autogénhegesztés / lánghegesztés
A kézi autogénhegesztés a legrégebbi hegesztéstechnológiák közé tartozik. A hegesztendő fémet acetilén/oxigén lánggal hevítik olvadási hőmérsékletre (olvadáspontra) a kötési zónában. Hegesztési hozaganyag (hegesztőhuzal) hozzáadásával olvadnak össze az összekötendő munkadarabok, amelyek között oldhatatlan kohéziós kötés keletkezik. Égőgázként kizárólag acetilént alkalmaznak. A szerelés és karbantartás területén mai napig kedvelt eljárás.
Az autogénhegesztés előnye a redukáló láng, amely könnyen a hegesztési feladat követelményeihez igazítható. További előnyök: jó résáthidaló képesség, a hegesztési varrat előkészítésére nem, vagy alig van szükség, mobil, nem helyhez kötött eljárás. Acélokat és nemvas fémeket egyaránt lehet lánghegeszteni.
1.2 Lángforrasztás
Lángforrasztáshoz szintén égőgáz/oxigén lángot használnak. Az összekötendő munkadarabok felületét ebben az esetben nem olvasztják meg, hanem a kötést egy kiegészítő forrasztóanyaggal hozzák létre, amelynek olvadáspontja alacsonyabb, mint a forrasztandó alapanyagoké. A többnyire huzal formájú forrasztóanyagot folyamatos hevítés alatt vezetik be, megolvasztják, és az olvadék a munkadarabok közti keskeny résbe folyik. Az olvadék megszilárdulásakor létrejön a diffúziós (adhéziós) kapcsolaton alapuló kötés. Folyósító szerek alkalmazásával javítható a forraszanyag folyékonysága és szétterülése a munkadarabon. A forrasztás – amely lágy- vagy keményforrasztás lehet – a legrégebbi, de egyben a legmodernebb eljárások közé is tartozik. A technikai fejlődésnek köszönhetően ma már minden könnyű szénhidrogén, továbbá a hidrogén is használható égőgázként. A forraszanyagok olvadási hőmérsékletétől függően 450 °C alatti forrasztás esetében lágy-, míg 450 °C felett kemény-forrasztásról beszélünk.
2. Védőgázos ívhegesztés
A védőgázos ívhegesztés a MAG, MIG (AFI), WIG (AVI) és plazma változataival kiemelt helyet foglal el a hegesztéstechnikában.
Mivel a védőgáz jelentősen befolyásolja az ívszerkezetet, az anyagátmenetet, a beolvadás mélységét, formáját és a varrat vegyi összetételét, a gazdaságossági és minőségi szempontok fontos szerepet játszanak a legkedvezőbb védőgáz kiválasztásában. A védőgázos hegesztési technikák bevezetésekor egykomponensű gázokat alkalmaztak, mégpedig WIG és MIG esetében tiszta argont, a MAG eljárás esetében pedig tiszta szén-dioxidot. Napjainkban már a standardizált és az egyedi követelményekhez hangolt két- és háromkomponensű gázkeverékek széles skálájával találkozunk az iparban. Ötvözetlen acélokhoz, alumíniumhoz, ötvözött acélokhoz, vagy nikkel alapú ötvözetekhez külön, anyagtípusra optimalizált keverékcsaládokat kínálunk, mint a Ferroline, Aluline, vagy Inoxline csoportot..
Előnyök:
- A hegfürdő védett, nem lép reakcióba a környezeti atmoszférával;
- keskeny nagyon koncentrált magas hőmérsékletű hegesztőív, amely az eljárásnak nagy hegesztési sebességet, termelékenységet eredményez;
- keskeny hőhatás övezet, kis vetemedés;
- kevés fröcskölés, tiszta varrat, amely kevesebb utómunkálatot igényel;
- az ötvöző elemek kiégési foka alacsony.
A klasszikusnak számító technológiák mellett főleg az autóiparban terjednek a lézersugaras védőgázos hegesztési technikák, illetve a lézeres MIG/MAG hibrid hegesztő eljárások.
Hegesztési védőgázok felhasználási eljárásai:
2.1 Fogyóelektródás védőgázos ívhegesztések (MIG, MAG)
A fogyóelektródás védőgázos ívhegesztés (MSG – Metal-Shielding Gas) a legszélesebb körben elterjedt hegesztő eljárás, elsősorban acélok hegesztésekor alkalmazzák.
A hegesztendő alapanyagtól és hegesztési védőgáztól függően a következő eljárástípusokat különböztetjük meg:
- MAG (Metal-Activ Gas): fogyóelektródás aktív védőgázos hegesztés
- MIG (Metal-Inert Gas): fogyóelektródás semleges (inert) védőgázos hegesztés
Az eljárás menete mindkét típusnál azonos. A hegesztőpisztolyon átmenő huzalelektródát villamos ív olvasztja meg. A huzalelektróda vezeti az áramot, és egyben ez a hegesztőanyag is, a huzalelőtoló berendezés vezeti az ívhez, ahol aktív, vagy semleges védőgáz atmoszférában megolvad. A mellékelt ábrán a fogyóelektródás védőgázos ívhegesztési eljárás vázlata látható.
A védőgázok összetételüktől függően különböző tulajdonságokkal rendelkeznek, így hatásuk is eltérő a hegesztési eredményre. Fő szerepük, hogy a hegfürdőt védjék a környezeti levegő káros hatásaitól, amely nem kívánt nitrogént, oxigént és nedvességet (vízgőzt) tartalmaz. A hegesztendő anyagtól függően ezek negatívan hatnak a varrat tulajdonságaira, és az ív viselkedésére.
A védőgázok befolyásolják az:
- anyagátmenet módját,
- az olvadék viszkozitását,
- az ívgyújtást,
- az ív stabilitását,
- a hőbevitelt,
- a beolvadási profilt,
- a kötés kémiai összetételét,
- a varrat alakját, valamint
- a fröcskölés gyakoriságát és nagyságát.
2.2 Nem fogyóelektródás védőgázos ívhegesztési technikák (WIG, plazma)
Volfrámelektródás védőgázos ívhegesztés (WIG)
A volfrámelektródás védőgázos ívhegesztés (WIG) elsősorban a hegesztési hozaganyag bevezetésének módjában különbözik a fogyóelektródás ívhegesztéstől. Ennek során nem folyamatosan előtolt, leolvadó elektródát használnak, hanem az ív a munkadarab és egy nem olvadó volfrámelektróda között ég. A hozaganyagot, az autogénhegesztéshez hasonlóan, kézzel külön adagolják az ívhez, de a folyamat gépesíthető is. Az elektródát és a hegfürdőt védőgázzal védik az oxidációtól (lásd az ábrát)
A WIG hegesztés kisebb termelékenységű, de nagyon minőségorientált, minden pozícióban és anyagvastagságra alkalmas, erősen ötvözött acélokhoz, alumínium, titán és más nemvas fémekhez, különleges ötvözetekhez használható eljárás. Erősen ötvözött acélokhoz és nikkel bázisú anyagokhoz redukáló komponensként kevés hidrogént (2–7,5%) adnak hozzá a védőgáz-keverékhez. Könnyűfémek és réz esetén a munkadarab vastagságától függően fokozhatja a termelékenységet hélium hozzáadása (90%-ig). Az eljárás egyaránt működik egyen- és váltakozó árammal is. Pozitív polaritású egyenárammal többnyire acélokat, rezet, nikkelötvözeteket, titánt és cirkóniumot hegesztenek. Alumíniumhoz váltakozó áramot használnak.
Plazmahegesztés
A plazmaívhegesztés WIG eljáráson alapuló nagyobb energiasűrűségű technológia, amelyet vékony anyagok esetében is, de főként vastagabb anyagok és különleges ötvözetek nagysebességű hegesztésére használnak. Az ívet egy gázfúvóka rejti, és a keskeny kimeneti nyílás, valamint a gáz nagy kilépési sebessége leszűkíti. A plazmahegesztés a vízhűtéses fúvókával leszűkített ív miatt tér el a WIG hegesztéstől, amely magas hőmérsékletű (10 000–40 000 °C-os) és nagy teljesítménysűrűségű plazmasugár formájában lép ki a fúvókából. A hegesztéshez használt plazmasugarat elsősorban argonból állítják elő. A plazmasugarat egy védőgáz burok veszi körbe és óvja meg a hegfürdőt a környező levegő káros hatásaitól.
A plazmahegesztés fő előnye a szabályozható beégés, a kisebb hőbevitel és deformáció. Változatai: a hagyományos plazmaívhegesztés, az áthatoló ívű (kulcslyuk) hegesztés, és a mikroplazma hegesztés.
3. Fogyóelektródás védőgázos ívforrasztás
A vékonyabb horganyzott (cinkbevonattal ellátott) finomlemezek (kb. 40 m lemezvastagságig) kötésekor a fogyóelektródás védőgázos forrasztás (MSG forrasztás) a MAG hegesztéssel szemben olyan fontos előnyöket kínál, mint a nagy folyamatbiztonság, a jobb minőségű forrasztási varrat, a kiváló kötési szilárdság és a korrózióval szembeni nagyobb ellenállás. Ezeknek köszönhetően a védőgázos ívforrasztás bevált eljárás az autóiparban.
Az ívforrasztás annyiban hasonlít a MAG hegesztéshez, hogy az alsó teljesítménytartományban finoman állítható áramforrású hegesztőgépben nem a hegesztéshez használt hozaganyagot, hanem a forrasztási technológiának megfelelő forraszanyagot használnak. A forrasztás paramétereinek helyes megválasztásával – áram, feszültség, huzalelőtolás – elkerülhető az összekötendő munkadarabok felületének összeolvadása. A lángforrasztáshoz hasonló kötés jön létre.
Gyakran alkalmazott forraszanyagok:
Az ívforrasztáshoz argont használnak standard védőgázként. Ez azonban nem mindig hoz optimális eredményt. Széleskörű tapasztalatok alapján a Messer argon alapú, kis koncentrációjú aktív gázkomponenst tartalmazó védőgáz-keveréket ajánl, amelynek alkalmazásával a forrasztási varrat felülete simább és kedvezőbb a varratátmenetű lesz.
4. Lézersugaras hegesztés
Az ipar számos területén alkalmaznak lézereket. A lézer mikro és makro alkalmazásai elsősorban akkor kerülnek előtérbe, amikor pontos, gyors és jó minőségű megmunkálásra van szükség.
A lézeres anyagmegmunkálás, mint pl. a lézervágás és lézerhegesztés, egyre több alkalmazásával lehet találkozni. Ez a nagyon precíz technológia különlegesen magas követelményeket állít a gázok minőségével és tisztaságával kapcsolatban. A Messer ezekre fejlesztette ki MEGALAS termékcsaládját, amely tartalmazza a lézerek munkagázait, rezonátor gázait – mint a héliumot és a különleges keverékeket – továbbá a védőgázos hegesztéshez és vágáshoz használt gázokat és gázkeverékeket is (lásd még a 6. fejezetet). Hogy egyedi vagy standard gázkeverékeket használjunk, az a feladat jellegétől függ. Vágáshoz többnyire alapgázokat használnak, hegesztéshez ellenben gyakran érdemes speciális gázkeverékeket alkalmazni.
A lézerhegesztés viszonylag fiatal kötéstechnológia, amely hőforrásként erősen fókuszált lézersugarat használ, amelynek nagy energiasűrűsége nagy munkasebességet tesz lehetővé. A lézerhegesztést egyre növekvő mértékben alkalmazzák szinte mindenféle fémes szerkezeti anyag estén, kezdve az acéltól és ötvözeteitől a nemvas fémeken át – mint az alumínium, titán, magnézium, tantál és réz – a nemesfémekig. Hegesztéshez elsősorban CO2 vagy Nd:YAG lézereket, illetve újabban dióda lézereket, szál-lézereket (fiber laser) és disc-lézereket használnak.
5. Formálás, varratgyök-védelem
Erősen ötvözött acélok hegesztésekor szükséges a varratgyök légköri oxigéntől való védelme, és MAG hegesztés során is gyakran alkalmazzák a varratgyök-védelmet. A varratgyöknél a maradék oxigéntartalom nem haladhatja meg a 20 ppm koncentrációt. A megengedett futtatási szín a munkadarab felhasználásától függ. A kisebb csöveket védőgázzal öblítik ki gyökvédelem céljából. Ilyenkor lényeges a megfelelő méretű kimeneti nyílás. Nagyobb átmérőjű csövek esetében a formálógázt egy segédeszközzel célzottan a varratgyökre irányítják. Figyelni kell arra is, hogy a formálógázt elegendő ideig áramoltassák.
Formálógázként általában nitrogén/hidrogén keveréket használnak. A hidrogén komponens nagyobb biztonságot nyújt a maradék levegőoxigénnel szemben. A hidrogén hozzáadásával kapcsolatban duplex acélok esetében sem mutattak ki eddig zavaró hatást. Ellenőrzésként az oxigénmentesség egzakt módon mérhető.
A varratgyök-védelem alkalmazható a ötvözetlen acélok és az alumínium esetében is. Ilyenkor argont használnak, amely egyenletes, oxidmentes gyököt eredményez.
