2.3.3. Villamos ívhegesztés

Az elektromos áram hőhatása kétféleképpen alkalmazható hegesztési célokra. A Joule-hővel végzett ellenálláshegesztés 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 felrakóelektródokat. 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, középvastag 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, vasmangánoxidos, 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

2.3.4. Fedettívű 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. ábra

1 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 hegesztőkocsi, az ún. traktor. Automatikus hegesztéskor a huzalelőtolás és a traktor hosszirányú mozgása gépesített (félautomatikus a hegesztés, ha csak az egyik mozgás gépesített).

A fedettívű hegesztés előnyei: nagy hegesztési teljesítmény (200...1800 A áramerősség, 12...120 m/h hegesztési sebesség), mély beolvadás (éllemunkálással két rétegben 140 mm, éllemunkálás 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 fedettívű 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 fedettívű 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.

Fedettívű hegesztéskor a lemezélek előkészítését két nagy csoportba sorolhatjuk:

- lemezelőkészítés segédeszközzel,
- lemezelőkészítés 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 varratelőkészítés 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

2.3.5. Védőgázas ívhegesztés

Ívhegesztéskor a védőgáz feladata az oxigén és a nitrogén kiszorítása az olvasztótérből. A védőgázas 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. Védőgázas 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 védőgázas hegesztés lehet fogyóelektródos és nemolvadó elektródos. A legelterjedtebb eljárások: az argon, a hélium és a széndioxid védőgázas 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 szennyezőtartalma 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 nemolvadó elektródként tiszta, illetve tóriumoxiddal vagy lantánnal ötvözött wolframot használnak. Az ötvözés hatására jobb lesz az ívstabilitás, és az elektród nagyobb árammal terhelhető.

Argon védőgázas wolfram-elektródos ívhegesztés (AWI)

Az argon védőgázas 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 védőgázburokból (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 nitridhártyát 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 argonívhegesztő berendezések kétféle kivitelben készülnek: egyenáramú dinamóval vagy váltakozó áramú transzformátorral. Az argonívhegesztő 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.

Argon-védőgázas fogyóelektródos ívhegesztés (AFI)

A röviden AFI-hegesztésnek nevezett eljárás során a hegesztőív a folyamatosan előrehaladó hegesztőhuzal és a munkadarab között ég. A hegesztőhuzalt két görgő tolja előre, amelyeket a huzalelőtoló hajtószerkezete mozgat. A hegesztőhuzalt a hegesztőpisztoly huzalbevezető tömlőjén keresztül vezetik a hegesztés helyére. Az áramot réz érintkezőcső vezeti a huzalhoz (2.54. ábra).

2.54. ábra

AFI-hegesztéskor egyenárammal dolgoznak. Legtöbb esetben fordított polaritást alkalmaznak. Más esetben az ív stabilitása csökken, a fröcskölési veszteség pedig növekszik. Az elektródról leváló cseppek mérete és átlaghőmérséklete, az elektródhuzal és a védőgáz minőségének, az áramerősségnek és az ívfeszültségnek a függvénye. A hegesztőívben a fém átvitele a munkadarabra a hegesztőhuzal nagy áramterhelése miatt permetszerűen megy végbe. Permetszerű anyagátvitelkor az ív stabilitása, a varratképzés és a varrat minősége javul.

Az AFI-eljárás gazdaságosabb, mint az AWI-eljárás, mert vele nagyobb hegesztési sebességgel lehet dolgozni. A hegfürdőt argongáz védi a levegő oxidáló hatásától. Hegesztő áramforrásként az áramátalakítók és az egyenirányítók egyformán alkalmasak. Az egyenirányítók közül azok az előnyösek, amelyek a CO2-védőgázas és az AFI-hegesztéshez egyaránt beváltak.

AFI-hegesztéshez zsírtalanított, száraz, tiszta, főleg hántolt felületű, dobra tekercselt huzal használható. A használatosabb huzalátmérők: 0,8; 1,2; 2,0 és 2,4 mm (vastaghuzal hegesztéshez 4,0; 4,8 és 5,6 mm).

Az áramerősség kritikus értéke a folyékony fém felületi feszültségének a függvénye: a felületi feszültséggel arányosan növekszik, ezzel a csepp mérete növekszik. A felületi feszültség az ívatmoszféra összetételével változtatható, pl. az argonhoz nitrogént, illetve hidrogént keverve a hegesztőáram kritikus értéke és a felületi feszültség egyaránt növekszik. Az argonhoz oxigént vagy CO2 gázt keverve mindkettő csökken.

Fogyóelektródos hegesztéskor az egyik legfontosabb feladat az ívhossz állandó értéken tartása. Az ív stabilitása legkedvezőbb a vízszinteshez közelálló statikus jelleggörbéjű áramforrások alkalmazásakor.

CO2 védőgázas fogyóelektródos ívhegesztés

Ezt az eljárást elsősorban ötvözetlen és gyengén ötvözött szerkezeti acélok egyesítésére használják. A CO2 védőgáz alkalmazásakor problémát jelent, hogy a CO2 gáz szénmonoxidra és oxigénre bomlik, ezért jelentős oxidációval kell számolnunk. Az elektródhuzalba ezért dezoxidáló elemeket (mangánt és szilíciumot) kell ötvözni.

A védőgáz áramlási viszonyai lehetővé tehetik a levegő bejutását még nyugodt környezetben is, néhány m/s sebességű légmozgás pedig a védőgázt elfújja, ezért a hegesztést védett helyen kell elvégezni.

Egyes kutatók kísérletei szerint a CO2-gázba kevert oxigén ötvözetlen acélok hegesztésekor előnyös lehet a kiégési veszteség növekedése ellenére, mert a nagyobb salakmennyiség szebb felületet eredményez, növeli a beolvadási mélységet és a teljesítményt, csökkenti a fröcskölési veszteséget, csökkenti a varrat nitrogén- és hidrogéntartalmát, csökkenti a varrat melegrepedési hajlamát.

Hidrogén védőgázas ívhegesztés

A hidrogén védőgázas ívhegesztést Langmuir fedezte fel, s a külföldi szóhasználatból átvett kifejezéssel arcatom-hegesztésnek is szokás nevezni.

2.55. ábra

Az eljárás elvi alapja különbözik a többi védőgázas ívhegesztési eljárástól (2.55. ábra). Az ív két wolfram pálca között ég. Az ív hőmérsékletén a molekuláris hidrogén atomos hidrogénné esik szét, majd pedig a hidegebb részeken az atomos hidrogén ismét molekuláris hidrogénné alakul. Az első folyamat hőfogyasztó, a második pedig hőleadó. A hegesztés tehát tulajdonképpen az atomos hidrogén molekuláris hidrogénné való visszaalakulásakor fejlődő hővel történik. Az arcatom-eljárásban tehát a hőhatás közvetve, az ív hőhatása révén létesül, a hegesztés helyét pedig körülveszi a hidrogén gázatmoszféra.

Az arcatom-hegesztés munkamenete hasonló a gázhegesztéshez. A varrat feltöltéséhez itt is az alapanyaghoz hasonló összetételű hegesztőpálca szükséges. Mivel a hidrogénív erősen redukáló hatású, nemcsak megakadályozza az oxidálódást, hanem a nagyobb karbontartalmú acélok hegesztésekor a karbontartalom csökkenését idézi elő. Kisebb karbontartalmú acélok esetében ez a jelenség nem okoz nehézséget. Ezért általában a szerkezeti anyagokat saját anyagukkal közelítőleg megegyező összetételű hegesztőpálcával szokás hegeszteni. A nagyobb karbontartalmú alapanyag hegesztéséhez azonban az alapanyag karbontartalmánál nagyobb karbontartalmú hegesztőpálcát kell alkalmazni. Az eljárás hátránya az, hogy egyes fémek hegesztésekor a varrat könnyen porózussá válhat. Ennek az az oka, hogy ezek a fémek folyékony állapotukban nagymennyiségű hidrogént képesek oldani. Ezért az eljárás nem alkalmas pl. nikkel vagy nagy nikkeltartalmú króm-nikkel acélok hegesztésére. Alkalmatlan a réz és a rézötvözetek hegesztésére is, mert a technikai minőségű vörösrézben mindig jelenlévő oxigén miatt hidrogénbetegség lép fel.

2.3.6. Salakhegesztés

A salakhegesztés a fedettívű hegesztés függőleges változatából fejlődött ki. A hegesztés mindkét eljárásban ívkeltéssel kezdődik. Fedettívű hegesztéskor ez az ív folyamatosan ég a fedőporral fedett térben, salakhegesztéskor a fedőpor megolvadását követően az ív kialszik (a salak villamos ellenállása kisebb, mint az ívé). A hegesztő áramkör az elektródhuzalon, a salakfürdőn, a fémfürdőn, ill. az alapanyagon át záródik. Salakhegesztéskor tehát a salakon, mint villamos ellenálláson fejlődő Joule-hő szolgál hőforrásul. Az elektródhuzal és az alapanyag homlokfelületeinek megolvasztását egyaránt a nagy hőmérsékletű salakfürdő biztosítja.

A salakhegesztéshez használt fedőpornak az alábbi tulajdonságokkal kell rendelkeznie: megfelelő villamos ellenállás ill. vezetőképesség, nagy forráspont, minimális gázképződés, mérsékelt ívstabilizáló hatás.

Salakhegesztéskor a fedőporfogyasztás a leolvasztott elektródfém tömegének kb. 5%-a. Ebből következik, hogy a fedőpor megolvasztására fordított hőenergia kedvezően kicsi, viszont ezzel párhuzamosan kedvezőtlenül csökken az ötvözés lehetősége is.

A hegesztendő tárgy vastagságától függően a hegesztő berendezés kétféle lehet:

- álló helyzetű, egy (körkeresztmetszetű) elektródos berendezés (2.56/a. ábra),
- lengetett, három (körkeresztmetszetű) elektródos berendezés (2.56/b. ábra).

2.56. ábra

1 elektródahuzal, 2 huzaladagoló görgők, 3 áramvezető, 4 összekötendő lemezek, 5 vízzel hűtött csúszó rézzsaluk, 6 salakfürdő, 7 fémfürdő, 8 hegvarrat.

A salakhegesztő berendezések egy része alkalmas szalagelektród leolvasztására is. A salak- és fémfürdő elfolyását az összekötésre kerülő munkadarabok felületéhez szorított, vízhűtéses csúszó rézzsalukkal akadályozzák meg. Salakhegesztéssel függőleges, vagy a függőlegestől maximum 30°-kal eltérő dőlésszögű tárgyak hegeszthetők. Alkalmas ez a módszer továbbá a hegesztőfej alatt forgathatóan elhelyezett hengeres tárgyak varratainak egyetlen rétegben való elkészítésére.

Salakhegesztéskor a hevítés és a hűtés sebessége két nagyságrenddel kisebb, mint ívhegesztéskor, így az edződés veszélye erősen csökken, a szemcsedurvulás veszélye viszont növekszik. A hegvarrat kívánt kémiai összetételét (ötvözését) ötvözött elektródhuzallal lehet biztosítani. A nagytömegű hegfürdő lassú dermedése elősegíti a nemfémes anyagok és gázok kiválását a folyékony fémből, ezáltal nagyon tiszta, nagy képlékenységű, szívós hegvarratot lehet előállítani.

A salakhegesztés fajlagos energiafelhasználása nagyon kedvező, a leolvasztási tényező kb. kétszer akkora, mint a fedettívű hegesztéskor. További előny, hogy a lemezeket nem kell leélezni, az illesztési hézag az anyagvastagságtól függetlenül 20-30 mm közé választható, így lényegesen csökken az elektródhuzal felhasználása.

Az elektrosalakos hegesztési technológia kötő- és felrakóhegesztésre egyaránt alkalmas. Kovácsolt, hengerelt és öntött darabok egymás között különösebb nehézség nélkül egyesíthetők.

2.3.7. Elektronsugaras hegesztés

Az elektronsugaras hegesztés alapja: a mintegy 105 km/s sebességre gyorsított elektronok ütközésekor (lefékezésekor) a kinetikai energia hővé alakul, és helyileg megolvasztja a munkadarabot. Az ilyen nagy sebesség eléréséhez az elektronokat 10-2...10-3 Pa nyomású légritkított térben 20...150 kW feszültséggel gyorsítják.

2.57. ábra

A hegesztő berendezés elvi vázlatát a 2.57. ábra szemlélteti. A termikus elektronemissziót az izzó 1 wolfram katód szolgáltatja, amelyet 2 gyűrűs kiképzésű elektród vesz körül. Ez alatt helyezkedik el a központi furattal ellátott 3 tárcsaszerű anód. A gyűrűs katód feladata a 4 elektronsugár szabályozása és modulálása az impulzusgenerátor által szolgáltatott nagyfeszültséggel. A katód és az anód közötti nagy feszültség az elektronokat gyorsítja, az egyenárammal táplált 5 szabályozó tekercsek mágneses tere a sugarat az elektronágyú tengelyének az irányába tereli. A 6 diafragma formálja, a 7 mágneslencse a 8 munkadarab felületére koncentrálja az elektronsugarat. A 9 eltérítő tekerccsel az elektronsugár a munkadarab felületén elmozdítható. A munkadarabot a villanymotorral hajtott 10 asztalra lehet felerősíteni. Az elektronsugár átmérője 2...0,002 mm, a fajlagos teljesítmény 0,15...0,5 kW/mm2 között változtatható.

Ilyen nagyságrendű energiakoncentráció hatására a hevített pont hőmérséklete elérheti az anyag forráspontját. Ezt használják ki pl. a zafír, a rubin, a gyémánt és a keményüveg fúrására. Az elhanyagolható méretű keskeny hőhatásövezet miatt kedvezően alakul a munkadarab elhúzódása. A nagy energiasűrűség keskeny és mély varratok előállítását teszi lehetővé. Az elektronsugaras hegesztés gyakorlatilag minden anyag egyesítésére alkalmas, beleértve a különleges anyagokat és azok tetszés szerinti párosítását is.

2.3.8. Lézersugaras hegesztés

A lézersugaras hegesztéshez szilárdtest-lézereket alkalmaznak. A lézerek működési elve az anyagok felépítésének kvantummechanikai modelljével magyarázható. A szilárdtest-lézer olyan fényforrás, amely nagy energiájú fényimpulzusokat bocsát ki. A lézerhatás úgy jelentkezik, hogy a nagy intenzitású fény formájában kapott energiát a rubin rezonátorba sugározzák, a besugárzott fény egy csekély részét a rezonátor egy rövid időre elnyeli, és nagy energiájú impulzusként újra kisugározza. A klasszikus szilárdtest-lézer rubinkristályos lézer, amelyben a rubin krómot is tartalmazó alumíniumoxid kristály. A króm aránya 1 :1000.

2.58. ábra

A lézersugaras hegesztő berendezés elvi működését a 2.58. ábra szemlélteti. Az energiát kondenzátortelep szolgáltatja. A lézer magva a rubinkristály rezonátor. A villanólámpa csiga vagy rúd alakú. A hatásfok növelésére a lézert hűteni kell (levegővel, vízzel, folyékony nitrogénnel). A rezonátorból kilépő lézersugarat optikailag igen kis átmérőre fókuszolják, ezzel válik nagy intenzitásúvá, így gyakorlatilag minden fém megömleszthető. A megömlesztett felületi réteg hőmérséklete nem haladhatja meg a hegesztett fém forráspontját, ami a legtöbb esetben 105...106 W/cm2 teljesítménysűrűséggel érhető el, tehát messze a lézerrel elérhető maximum alatt. Ha az intenzitás túl naggyá válik, akkor hegesztés helyett fúrás jön létre. A különféle hegesztési eljárások teljesítménysűrűségének az összehasonlítását tartalmazza a 2.59. ábra.

2.59. ábra

1 ívhegesztés, 2 CO2-védőgázas hegesztés, 3 plazmaív-hegesztés, 4 elektronsugár-hegesztés, 5 lézerhegesztés

A lézerberendezés az energiaátalakítóból, az áramelosztóból, a kondenzátorokkal ellátott asztalból és a sztereoszkopikus mikroszkópból áll (2.60. ábra). Az 1 fénykamra belsejében található a 2 rubinkristály. A kristállyal párhuzamosan helyezkedik el a 3 impulzuslámpa, amelynek a végéhez nagyfeszültséget kapcsolnak. A fénykamra belsejének felülete polírozott, így fényvisszaverő. A rubinkristályt a kamrába juttatott sűrített levegővel hűtik. A rubinkristály által kibocsátott sugár formálását, és a hegesztés helyére irányítását szolgáló optikai rendszer a 4 prizmából, lencsékből és 5 cserélhető objektívekből áll. A sugár irányítását speciális optikai berendezés segíti, amely 6 fényforrásból, 7 prizmából és 8 kondenzátor lencséből áll. A 9 sztereoszkopikus mikroszkóp a hegesztési hely szemmel követésére szolgál. A 10 zárszerkezet a hegesztő szemét védi, mivel a fényimpulzus idejére az elektromágnes a szemlencsét automatikusan elfedi.

2.60. ábra

A lézersugaras hegesztés elsősorban vékonyabb anyagok hegesztésére alkalmas, főleg ponthegesztésre, vagy pontsorok készítésére. Nagy előny, hogy a hegesztőkészülék és a munkadarab között nincs szükség közvetlen érintkezésre, ezért a lézerhegesztés jól használható ott, ahol a mechanikus alakváltozásokat vagy a kémiai szennyeződéseket mindenáron el kell kerülni.

Lézerhegesztéskor 10...100-szor nagyobb a megömlött fém dermedési sebessége, mint más hegesztési eljárásnál. A fémek szemcseszerkezetük szerint különbözőképpen reagálnak erre a rendkívül gyors dermedésre. Az alumínium-ötvözetek, a wolfram és a molibdén például hajlamos a repedésre. A lézerhegesztés alapesetei a huzal-huzal, huzal-lemez és a lemez-lemez kötések. Ezért termoelemek, tranzisztorok, vezetéklapok, szigetelt huzalok, relétekercsek, elektronikus érzékelők stb. hegesztéséhez jól alkalmazható.

2.3.9. Plazmasugaras hegesztés

A plazmasugár nagy energiatartalmú ionizált elemi részecskék áram. A hegesztésen kívül vágáshoz, felületbevonáshoz és hőkezeléshez használható. A plazmasugarat a 2.61. ábrán vázolt fúvókában állítják elő. A plazmasugár kialakulásának előfeltétele a villamos ív, amely a pisztoly szerkezeti kialakításától függően keletkezhet a wolfram-katód és az anódként kapcsolt munkadarab között (a) ábra), vagy a wolfram-katód és az anódként kialakított fúvóka között (b) ábra).

2.61. ábra

Plazmasugár akkor keletkezik, ha a villamos ívet normál állapotához képest egy lényegesen szűkebb csatornán, a fúvókán való áthaladásra kényszerítjük. A plazmaképző és a vágógáz molekulái az ív hőhatására disszociálnak, az atomok külső elektronhéjáról elektronok szakadnak le, azaz a gáz ionizálódik. A gáz hevítésére, disszociációjára és ionizációjára fordított igen jelentős hőmennyiség a visszaalakulás (rekombináció) során ismét felszabadul. A gázok előbb említett változásait térfogatnövekedés, ill. ennek hiányában nyomásnövekedés kíséri. Mivel a fúvókában a térfogat nem növelhető, a nyomásnövekedés a plazmasugarat a vízzel hűtött fúvókán át, a hangsebességet meghaladó sebességű áramlásra kényszeríti. A plazmasugár hőmérséklete 10000...30000 °C között változhat. Plazmasugár létesítéséhez semleges és aktív gázokat használnak (pl. Ar, Ar + H2, Ar + N2, H2 + N2, levegő).

A plazmahegesztés és az AWI-hegesztés között ez idő szerint nem lehet éles határvonalat húzni. Vannak ugyanis olyan automatikus AWI-hegesztőégők, amelyek beszűkített ívvel dolgoznak. Az AWI-hegesztéshez használt áramforrások és kapcsolók használatosak a plazmahegesztéshez is. A plazmahegesztés általában ugyanolyan feladatok megoldására alkalmas, mint az AWI-hegesztés, néhány esetben azonban kedvezőbb, főleg csövek hegesztésekor. Nagyon jól bevált a nemrozsdásodó acélok hegesztésére. Kötő- és felrakóhegesztésre egyaránt alkalmas. A plazmasugár előnyösen használható fémporok felrakóhegesztésekor (pl. wolframkarbid és más nagy olvadáspontú ötvözetek), mivel kis rétegvastagság mellett közel nullára csökkenthető a felrakott rétegben az alapanyag hányada.

A plazmasugár további felhasználási területe a fémszórás (bevonatolás) és a fémgőzölés (vékonyréteg technika).

Plazmavágáskor az anyag megolvasztását, részbeni elgőzölögtetését és az olvadt anyag eltávolítását a nagyhőmérsékletű és nagysebességű gázsugár végzi. Plazmasugárral a legkülönfélébb fémek és ötvözeteik, valamint nemfémes anyagok is vághatók. Az átvágható vastagság elsősorban az anyag minőségének és a berendezés teljesítményének a függvénye.

Az AWI-hegesztéssel ellentétben plazmaív-hegesztéskor az ív alakja megközelítően hengeres. Ezáltal az áramsűrűség a távolság megváltozásakor is állandó marad, tehát a plazmahegesztés kevésbé érzékeny a pisztolytávolság változásra, mint az AWI-hegesztés.

Plazmasugárral 104...105 W/cm2 teljesítménysűrűség érhető el. A hengeres alakú, szűkített ív a munkadarabot keresztülszúrja. A felolvasztott anyagot az ív mozgási energiája félrenyomja, így egy kis átmérőjű lyuk keletkezik, amely a hegesztés továbbhaladásával együtt vándorol. A folyékony fém a felületi feszültség hatására a plazmaív mögött ismét összezárul, és varratot alkot. Ezt a jelenséget nevezik kulcslyuk-hatásnak. A plazmaív mozgási energiájának akkorának kell lennie, hogy az átlyukasztás megtörténjék, de a megömlesztett anyag ne sodródjék ki a hézagból. Ha a hegesztés gyökében anyag csepeg le, a varrat szabálytalan lesz.

A plazmahegesztés előnyei más hegesztési eljárásokkal szemben:

- a megnövelt energiakoncentráció következtében a hőbevitel kevesebb, ezért vékony lemezek hegesztésekor kisebb lesz a vetemedés, csökken a hegesztés utáni egyengetési munka;

- a nagy energiakoncentráció miatt a varratszélesség-varratmélység viszonya kisebb, mint más eljárások esetén;

- a plazmaív majdnem hengeres alakjának a következményeként jó az ívstabilitás, ezért pontatlanul illesztett darabok is jól hegeszthetők. Az alaplyuk létrejötte lehetővé teszi 13 mm vastag lemezek tompaillesztésű egyoldalú hegesztését;

- a kulcslyukhatás lehetővé teszi az áthegesztés és a gyökkialakítás egyértelmű ellenőrzését;

- a kulcslyukhatás következményeként olyan kötésfajták készíthetők, amelyek más ívhegesztési eljárással nem lehetségesek;

- a plazmaív-hegesztés sebessége az AWI-hegesztésénél nagyobb;

- ha jól illeszthetők a hegesztendő lemezek, a nagy hőtágulású anyagok (króm-nikkelacél) hegesztőanyag nélkül hegeszthetők.

Más hegesztési eljárásokkal szembeni hátrányaként a nagyobb berendezési költségeket kell megemlíteni.

2.4. Forrasztás

Forrasztással a hegesztéshez hasonlóan oldhatatlan kötést lehet készíteni. A forrasztás a diffúziós kötés egyik fajtája, a kötést azonban a hegesztéssel ellentétben az alapanyagok megolvadása nélkül lehet létrehozni. A forrasztás mindig egy, az alapanyagtól különböző, kisebb olvadáspontú anyaggal történik. Igen jól forrasztható valamilyen fémmel egy alapanyag akkor, ha a forraszanyag és az alapfém a forrasztás hőmérsékletén oldják egymást. Például a réz az ezüstöt oldja, így a réz ezüsttel jól forrasztható. Ezzel szemben sem az ezüst a vasat, sem a vas az ezüstöt nem oldja, a vas az ezüsttel mégis jól forrasztható. Ez az utóbbi példa arra mutat, hogy a forrasztás adhéziós jellegű kötés, amely a határfelületeken lévő atomok kohéziós kapcsolatából jön létre. Forrasztáskor a diffúziós jelenségek ugyan szerepet játszanak, de nem képezik a forraszthatóság feltételét.

A forrasztás nagy előnye a hegesztéssel szemben, hogy az alapanyag megolvasztása nélkül végezhető el, így készremunkált alkatrészeket lényeges alakváltozás nélkül köthetünk össze. További előnye, hogy kisméretű tömegcikkek forrasztása könnyen gépesíthető. A forrasztandó felületeket a forrasszal bevonják, a darabokat összeillesztik, és meghatározott ideig a kívánt hőmérsékletre hevítik, pl. úgy, hogy a munkadarabokat kemencén húzzák át. Az áthúzás ideje alatt a forrasz megolvad, a lehűléskor a kötés létrejön.

A forrasztáshoz a már említett forraszanyagokon kívül hőforrás is szükséges. Szükséges továbbá a forrasztandó felületek tisztításához valamilyen forrasztópor vagy forrasztóvíz, amely a tisztítást kémiai úton végzi.

2.4.1. Forraszanyagok

Forrasztáskor a szilárd állapotban maradó fém felülete tiszta legyen, a forraszanyag pedig ne tartalmazzon olyan nem fémes jellegű szennyezéseket, amelyek a fémes kötést akadályozzák. Olyan fém, amely könnyen oxidálódik, és felületén stabil oxidhártya keletkezik, forraszanyagnak csak kivételes esetben alkalmas. A forrasztás másik fontos követelménye, hogy a forraszanyag jól nedvesítse a forrasztandó felületet. Ez alatt azt értjük, hogy a forraszanyag jelentősebb túlhevítés nélkül könnyen terüljön szét az alapfém felületén. A túlhevítés a forrasztáskor is káros hatású, mivel itt is tulajdonképpen folyékony fém dermedési folyamata játszódik le, amely vagy csak a határfelületen, vagy esetleg mélyebben ötvöződik az alapanyagba.

A forrasztás céljaira sokféle fém használható, alapvető követelmény azonban, hogy a forraszanyag az alapanyagnál kisebb olvadáspontú legyen. Mivel a vas a technikailag legjobban elterjedt fém, a forraszanyagokat a vas szempontjából szokás csoportosítani. A kis olvadáspontú fémeket és ezek ötvözeteit lágyforraszoknak, a nagy olvadáspontúakat és ezek ötvözeteit keményforraszoknak nevezzük. A lágyforraszok közé tartozik az ón (olvadáspontja 231,9 °C) a bizmut (271,3 °C), a kadmium (320,9 °C), az ólom (327,4 °C) és a cink (419,4 °C), valamint ezek ötvözetei. A keményforraszok az ezüst (960 °C), az arany (1063 °C) és a réz (1083 °C), valamint ötvözeteik. Az alumínium és a magnézium nagyon gyorsan oxidálódik, ezért forraszanyagként való alkalmazásuk csak kivételes esetben indokolt.

2.4.2. A forrasztás hőforrásai

A lágyforrasztáshoz hőforrásként legtöbbször az úgynevezett forrasztópákát használják. A forrasztópáka nyéllel ellátott réztömb, amely kétféle kivitelben készül: hegyes és kalapács alakú kivitekben (2.62. ábra). A páka feje mindig rézből készül, mert a réznek nagyon jó a hővezető képessége, és nagy a hőkapacitása, így a fejben tárolt hőmennyiséggel a forrasztóanyag megolvasztható. Az ilyen rendszerű forrasztópákákat kisméretű kályhákban szokás felmelegíteni. A kályha bármilyen fűtésű lehet. Az ilyen módon felmelegített pákának az a nagy hátránya, hogy munka közben lehűl, így bizonyos idő elteltével újra kell melegíteni. A folyamatos munkához ezért a villamos forrasztópákát szokás alkalmazni. Ennél a pákánál a fejben elhelyezett ellenállásfűtéssel történik a fej melegítése.

2.62. ábra

A pákával való forrasztást csak a kis olvadáspontú lágyforraszokhoz lehet alkalmazni. Kisebb tárgyak tömeges forrasztására a kemencében való forrasztást alkalmazzák. Ez az eljárás egyaránt használható lágy- és kemény forrasztáshoz. A forrasztandó tárgyakat a kívánt felületen bevonják a forraszanyaggal (például folyékony forraszanyagba való bemártással), a felületeket összeillesztik és összeszorítják. Az így előkészített munkadarabokat áthúzó kemence szállítószalagjára helyezik. A kemence első részén a kívánt értékre beállított hőmérséklet hatására a forraszanyag megömlik, a kemence másik részében a munkadarabok lehűlnek, így a szállítószalag végéről a kész darabok levehetők.

Hőforrásként a nagyfrekvenciás indukciós melegítés is alkalmazható. Ennél a módszernél vagy szállítószalag viszi át a darabokat az induktortekercsek között, vagy egy megfelelően szigetelt fogóval az induktortekercset a forrasztandó hely fölé helyezik.

2.63. ábra

A sorozatgyártásban előnyösen használható a villamos ellenállásfűtés. Az eljárás elvi alapjait a 2.63. ábra szemlélteti. A rendszerint vörösrézből készült, vízzel hűtött elektródok (a) közé fogják a forrasztandó tárgyat (b). A forrasztandó felületek között helyezkedik el a forraszanyag (c). Az elektródokat összeszorítják, majd bekapcsolják az áramot. A legnagyobb ellenállás az összeillesztett felületeknél lép fel, így a forraszanyag a Joule-hő hatására megolvad. Ezt az eljárást használják rendszerint a forgácsoló szerszámok gyorsacél vagy keményfémlapkáinak a felforrasztásához.

A keményforrasztáshoz a hegesztőpisztolyhoz hasonló égőket szokás használni. A kétféle égő között csupán az a különbség, hogy a forrasztáshoz nem szükséges olyan nagy hőmérséklet, mint a hegesztéshez, ezért a forrasztópisztolyokhoz égőgázként megfelel a világítógáz is.

2.4.3. Folyasztószerek

Forrasztáskor a folyasztószerek feladata kettős. Egyrészt megtisztítják a felületet a szennyezőktől, másrészt megvédik a forrasztás helyét a további oxidációtól. Ebből következik, hogy a folyasztószerek a forrasztás hőmérsékletén lehetőleg folyékonyak legyenek, továbbá jól nedvesítsék a forrasztandó felületet.

A folyasztószerek kiválasztásakor lényeges szempont, hogy lágy- vagy keményforrasztáshoz kell-e őket alkalmazni. A folyasztószerekkel szemben támasztott követelmények közül az a legfontosabb, hogy kisebb olvadáspontúak legyenek, mint a forraszanyagok. Az oldásra kerülő fémoxidok olvadáspontja rendszerint jóval nagyobb, mint a lágyforraszok olvadáspontja. A legtöbb fém kloridja viszont kis olvadáspontú, ezért a legtöbb folyasztószer kloridvegyület, amelyek a fémoxidokat fémkloridokká alakítják át. Ezek már elég kis olvadáspontúak ahhoz, hogy a lágyforrasztás hőmérsékletén hígfolyósak legyenek.

Lágyforrasztáshoz a gyakorlatban legjobban bevált folyasztószer a cinkklorid és az ammóniumklorid elegye, amelynek keverési arányát az szabja meg, hogy milyen hőmérsékleten kell a folyasztószernek megolvadnia.

2.4.4. Forrasztott kötések

A forrasztott kötések elkészítésekor is érvényes az a szabály, hogy minél egyszerűbb a kötés, annál megbízhatóbb. A különféle forrasztott kötések vázlatát a 2.64. ábra szemlélteti. A forrasztott kötéseket legcélszerűbb tompaillesztéssel készíteni (a) és b) ábra). A c) ábra átlapolt kötést, a d) ábra pedig peremezett kötést mutat. Főleg vékony lemezek forrasztásakor szokás olyan kötést alkalmazni, amely megnagyobbítja az érintkező területeket, és már önmagában, forrasztás nélkül is egy bizonyos fokú szilárdságot biztosit (e), f), g) ).

2.64. ábra

A forrasztott kötések szilárdságát magából a forraszanyag szilárdságából nem lehet megítélni. A forraszanyagokat ugyanis általában húzott vagy hengerelt minőségben használják. Az ilyen anyagok szilárdsága és nyúlása nem hasonlítható össze a forrasztás helyén keletkezett öntött állapotú anyag szilárdságával és nyúlásával. Ezenkívül a forrasztás szilárdsága nagymértékben függ a forraszanyag mennyiségétől is. Mindezek figyelembevételével forrasztott kötéseket ritkán alkalmaznak szilárdsági igénybevételnek kitett helyeken. A szilárdságnál általában fontosabb a kötés villamos vezetőképessége vagy korrózióállósága. Ha valamilyen ok miatt mégis szilárdsági igénybevételnek kitett helyen kell forrasztani, feltétlenül keményforrasztást kell alkalmazni.

                A jegyzet elejére        Az oldal elejére