KURZUS: Gépjárművek üzemeltetése I.

MODUL: Előadások

8. lecke: Az acél és alumínium alkatrészek hegesztése a járműfenntartásban

| A lecke célja: a gépész- és járműmérnök hallgatók megismertetése a járműfenntartás területén alkalmazott hegesztés technológiák alapfogalmaival, alkalmazás területeikkel és a hozzájuk kapcsolódó műszaki paraméterekkel.
Követelmény: Az alapfogalmak megismerése és tartalmi elsajátítása.
A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 2×45 perc
A leckében előforduló kulcsfogalmak: hegesztés, ötvözet, előmelegítés, feszültségmentesítő hőkezelés
Acél alkatrészek hegesztéses javítása
Acélok hegeszthetősége
A hegeszthetőség nem egy pontosan meghatározható fogalom, hanem az acél egy bizonyos fokú alkalmassága:
egy meghatározott alkalmazásra, egy adott hegesztőeljárásra, a megfelelő hegesztőanyagokkal és, hegesztési munkarenddel,
egy olyan szerkezet elkészítésére, amelyben a fémes kötések helyi tulajdonságai a hegesztett szerkezetre kifejtett hatásukkal együtt eleget tesznek a kívánt követelményeknek.
Követelmények lehetnek a következők, külön-külön vagy együtt:
megfelelő mechanikai tulajdonságok, repedés mentesség, zárványmentesség, ridegtőrési biztonság, korrózióállóság, folyadéktömörség, légtömörség, megfelelő villamosvezetés.
A hegeszthetőség megítéléséhez tehát ismerni kell a:
hegesztőanyagot, a szerkezetet, annak terhelését és üzemét, az alkalmazott hegesztési eljárást, a hegesztési munkarendet,
A hegesztési varrat és környezete
Az járművek egyik fejlesztési iránya a járművek tömegének csökkentése, amely kulcs fontosságú a járművek:
fogyasztásának a csökkentése, károsanyag kibocsájtás csökkentése, a nyersanyag felhasználás csökkentése szempontjából.
Ahhoz, hogy kisebb tömeggel el tudjuk készíteni ugyanazokat az alkatrészeket, nagyobb szilárdságú anyagokat kell alkalmaznunk, mivel a járművek nagyobb igénybevételű alkatrészei még napjainkban is jellemzően acélból készülnek, ezért a szilárdság növekedés a következő technológiák alkalmazásával érhető el:
ötvözés, hőkezelés, képlékeny alakító technológiák alkalmazása.
A felsorolt technológiák közül az első kettő jelentős hatást gyakorol az alkatrészek hegeszthetőségére, ugyanis minél nagyobb egy acélfajta ötvözőtartalma, annál nagyobb a hegesztési varrat és annak környezetének beedződési veszélye, amely ezeknek a területeknek az elridegedésének veszélyét hordozza magában.
A hegesztési területet három részre osztjuk (1. ábra):
hegesztési varrat, hőhatásövezet, alkatrész.
A hegesztési varrat és annak környezete
1. ábra
A hegesztési varrat tovább vizsgálatával a hegesztési varrat és a környezete a következő területekre osztható (2. ábra):
hegesztési varrat, nem teljesen olvadt övezet, túlhevült övezet, normalizált övezet, nem teljesen átkristályosodott övezet, újrakristályosodott övezet, kéktörékenység övezete.
Ennek a struktúrának a megismerése azért fontos, mert a hegesztéskor keletkező anomáliák jelentős része itt keletkezik. Ezek az anomáliák lehetnek:
repedések, tőrések, a szövetszerkezet elridegedése, beedződése, kristályszerkezet dúrvulás, egyenlőtlen feszültség eloszlás és feszültségi csúcsok keletkezése, nagyobb széntartalom esetén karbidképződési veszély, ötvöző-vagy szennyező anyagdúsulás.
A hegesztési varrat és a hőhatásövezet felosztása
2. ábra
Repedés érzékenység
Az acél alkatrészek hegesztésénél nem csak a hegesztési varrat elridegedését kell elkerülni, hanem a hegesztési varrat repedését is, amelynek két fajtáját különböztetünk meg:
meleg repedések, hideg repedések,
A meleg vagy másnéven kristályosodási repedések lehűlés közben keletkeznek és általában az alapanyag szennyezettsége és széntartalma határozza meg.
A melegrepedésre hatást gyakorló szennyező anyagok a C, Si, H, P, S. Többnyire a nem, vagy nehezen hegeszthető anyagokra jellemző, hogy C>0,3%, Si>0,6%, S>0,06, P>0,05%.
A hideg vagy másnéven edződési repedések, amelyek 300 °C alatt keletkeznek a nagy széntartalmú és az ötvözött acélok esetében.
Jellemzően megállapítható, hogy egy acél nem repedékeny, ha a Ce<0,45% és a hőhatás övezetben mért keménysége kisebb mint 300 HV.
Az acélok ötvözése
Mint korábban volt róla szó az acélok ötvözése meghatározó az acélok szilárdságnövelése szempontjából és, hogy ezek az ötvözők hatással vannak az acélok hegeszthetőségére, ezért meg kell határozni az acélok fontosabb ötvöző anyagait, amelyek a következők: Ni, Mn, Si, Cr, V, Mo.
Ahhoz, hogy az ötvözők hegesztésre gyakorolt hatását figyelembe lehessen venni meg kellett határozni az acélok szilárdsági tulajdonságaira legnagyobb hatást gyakorló ötvözőt, amely nem más, mint a szén (C). Ez után kidolgoztak egy számítási eljárást, amely segítségével meghatározták, hogy a vizsgált acélba található ötvöző tartalom mennyi széntartalomnak felel meg hegesztési szempontból, ezt nevezték el szénegyenértéknek (C e).
A szénegyenérték meghatározása
Ha a hegesztendő acél szénegyenértékére érvényes, hogy C e < 0,25% akkor feltétel nélkül hegeszthető.
A szénegyenérték meghatározásával több szervezet és kutatóintézet is foglalkozott, ezek közül a két legjelentősebb által kidolgozott szénegyenérték meghatározási módszer:
Az első a (IIW) International institut of Welding (Nemzetközi Hegesztéstechnikai Tanács) által kidolgozott kétféle összefüggés: C e =C+ M o 4 + C r 5 + M n 6 + N i 16 [%] C e =C+ M n 6 + C r+M o+V 5 + C u+N i 15 [%] A másik az Uwer- Höhne német kutatóintézet által kidolgozott szénegyenérték meghatározási módszer: C E T=C+ M n+M o 10 + C r+C u 20 + N i 40 [%]
A gyakorlati életben bármelyik eljárás alkalmazható, mivel a megoldásaik túl nagy különbséget nem adnak.
Ha a C tartalom 0,25% feletti, akkor különleges technológia szükséges, mert az átmeneti zónában martenzit (rideg, repedés érzékeny) keletkezik, amely káros hatással van a hegesztésre.
A technológia végrehajtásának feltételei
Ahhoz hogy a nagyobb széntartalmú vagy szénegyenértékű acélt meg lehessen hegeszteni az acél alkatrészt elő kell melegíteni. Az előmelegítés meghatározására is dolgoztak ki számítási eljárást, de a gyakorlatban inkább a táblázatos mószert alkalmazzák, amely lényege, hogy az adott szénegyenérték tartományhoz meghatározzák az előmelegítés hőmérsékletét.
C e [%] | Előmelegítés hőmérséklete [°C]
<0,25 | nem kell előmelegítés
0,25...0,45 | 100
0,45...0,6 | 100...250
0,6< | 250...350
Az előmelegítés önmagában nem elegendő, hanem biztosítani kell az alkatrész lassú hűlését is, mert ha az alkatrész nagyobb sebességgel hűl, mint a "kritikus hűlésisebesség", akkor a hegesztési varratban és a környezetében megtörténik a beedződés, ami azt jelenti, hogy nagyobb mennyiségű martenzit keletkezik, mint a kritikus mennyiség (több mint 50%).
A hegesztést követően a szerkezet alávethetjük még feszültségmentesítő hőkezelésnek, aminek a lényege, hogy az alkatrészt vagy közvetlen a hegesztés után a hegesztés hőmérsékletéről visszahűlve tartjuk meg a feszültségmentesítés hőmérsékletén, vagy ha nem melegedett fel annyira, akkor felmelegítjük oda, majd ezen a hőmérsékleten (180 ±10 °C) tartjuk néhány órát és lassan lehűtjük szobahőmérsékletre. A hőn tartás ideje függ:
a munkadarab anyagától, a munkadarab méretétől, és a munkadarab geometriájának bonyolultságától.
A hegesztések csoportosítása céljuk alapján
A hegesztések célja alapján különböző típusú hegesztéseket különböztetünk meg, ezek a következők:
kötőhegesztés: két vagy több alkatrész egyesítése hegesztéssel, felrakó hegesztés: alkatrészek felületeinek feltöltése különleges igényű anyaggal (pl. kopásálló anyaggal), hegesztéstechnológia alkalmazásával, javító hegesztés, amely lehet: kötő hegesztés törött, repedt alkatrészek javítása esetén, felrakó hegesztés: kopott felöletek feltöltésére
A járműfenntartás területén alkalmazott hegesztéstechnológiák
Bevont elektródás kézi ívhegesztés (BKI) (3. ábra), Argonvédőgázos fogyóelektródás kézi ívhegesztés (AFI) (4. ábra), CO2 védőgázos fogyóelektródás kézi ívhegesztés (4. ábra), Argonvédőgázos wolfram elektródás kézi ívhegesztés (AWI) (5. ábra), Autogén hegesztés (6. ábra).
Bevont elektródás kézi ívhegesztés (BKI)
A BKI esetén elektromos áramot használunk energiaforrásként a hegesztőpálca és a munkadarab megolvasztásához. A hálózatból jövő villamos energiát (1 fázis: 240 V, vagy 3 fázis 400 V) egy áramátalakítóval (hegesztő transzformátor, hegesztő dinamó, hegesztő inverter) alakítjuk át olyan árammá, amellyel hegeszteni lehet (pl. U=20 V, I=95 A). A hegesztés folyamán megolvad az alapanyag és leolvad a bevont elektróda, majd így olvadt állapotban összekeveredve alakítják ki a hegesztési varratot (3. ábra).
Előnyei:
A mai napig a legtöbb anyagfajta hegeszthető vele, olcsó technológia,
Hátrányai:
lassú kézi technológia, ezért csak a javítás technológiaként alkalmazzák, nem automatizálható.
A bevont elektródás kézi ívhegesztés elve a hegesztés környezetében
3. ábra
Argonvédőgázos fogyóelektródás kézi ívhegesztés (AFI)
A BKI-val megegyezően itt is a villamos áramot alkalmazzuk energiaforrásként, az áram átalakítok karakterisztikájukat kivéve megegyeznek a BKI-nál bemutatott átalakítókkal, viszont a hegesztéshez használt elektróda huzal formájában egy dobra felcsévélve található az előtoló műben, amelynek a hajtó motorja a hegesztőpisztolyon található kapcsolóval indítható el és állítható le. Nagyobb teljesítményű hegesztések estében a hegesztőtömlőbe és a hegesztő pisztolyba is vezetnek hűtőfolyadékot a nagy hőhatástól való védelmük érdekében (4. ábra). A hegesztési varrat védelmét a semleges argon védőgáz látja el.
Előnyei:
Nagy termelékenység (a nagy teljesítményű hegesztéseknél akár 20 kg-os huzaldobok is kaphatók, a huzal elfogyásáig folyamatosan lehet vele hegeszteni), Jól automatizálható, akár robot alkalmazásával, az argon semleges gáz, így könnyű az ívgyújtás, "nyugodt" az ív és ezáltal szép a hegesztési varrat felülete, kevés a fröcskölés és ezáltal minimális az utómunka igény.
Hátránya:
kevés anyagtípus esetén alkalmazható, az argon gáz jó hőszigetelő, ezért kevés hő jut a munkadarabba, kisebb beolvadási mélység, ha növelni akarjuk a beolvadási mélységet kevert gázt kell alkalmazni.
Co2 védőgázos fogyóelektródás kézi ívhegesztés
Ez a technológia egy az egyben megegyezik az AFI technológiával azzal a különbséggel, hogy itt a védőgáz argon helyett széndioxid (CO2).
Előnyei:
Nagy termelékenység (a nagy teljesítményű hegesztéseknél akár 20 Kg-os huzal dobok is kaphatók, a huzal elfogyásáig folyamatosan lehet vele hegeszteni), Jól automatizálható, akár robot alkalmazásával a széndioxid olcsóbb, mint az argon, a széndioxidnak jobb a hővezető képessége, ezért mélyebb beolvadású hegesztési varratokat lehet vele csinálni.
Hátránya:
a széndioxid aktív gáz, tehát a hegesztő ív "idegesen" ég ezért sok a fröcskölési, a hegesztést követően sok utómunkát igényel, a varrat és környezetének tisztítása, az "ideges ív miatt a hegesztési varrat felülete nem annyira egyenletes, A széndioxid a hegesztés folyamán szénre (C) és oxigénre (O2) bomlik, és az oxigén bediffundál a hegesztési varratba, amely a varrat elridegedéséhez vezet. Ennek elkerülése érdekében a hozaganyaghoz néhány tized százalékban Si-ot és Mn-t ötvöznek.
Az argonvédőgázos és a CO2 védőgázos fogyóelektródás kézi ívhegesztés elvi vázlata
4. ábra
Argonvédőgázos wolfram elektródás kézi ívhegesztés (AWI)
Az AWI hegesztés alapvetően egy kézi technológia, amely kivitelezésénél a hegesztő egyik kezében található az AWI pisztoly, míg a másik kezével adagolja a hegesztő anyagot. Ennél a technológiánál nagy előny, hogy külön választható a hőbevitel és a hegesztőanyag adagolása. A hegesztés folyamán a hegesztőív a wolfram elektróda és a munkadarab között ég (5. ábra). A védőgáz nemcsak a hegesztési varrat védelmét látja el, hanem a wolfram elektróda védelmét és hűtését is, amely nélkül az elektróda elégne, ugyan is az ív hőmérséklete kb. 4500 °C, míg a wolfram elektróda olvadási pontja kb. 3600 °C. Mivel a védőgáz feladatai közé tartozik az elektróda megóvása is, ezért csak semleges védőgáz alkalmazható, általában argon, de bizonyos helyeneken alkalmaznak héliumot is, vagy ezek keverékét. Az ív gyújtás a pisztolyon található kapcsoló megnyomásával történik abban az estben, ha a hegesztő gépben van beépített nagyfrekvenciás gyújtó, ha a gép kisebb teljesítményű olcsó hegesztő gép, akkor sok esetben nem található meg benne ez a gyújtó egység, ilyenkor úgy nevezet koppantással (rövidzárlat) segítségével kezdődik az ív begyújtása.
Előnyei:
külső huzaladagoló segítségével automatizálható, magas hegesztési hőmérséklet, amely jól koncentrált, sok esetben hegesztőanyag nélküli (saját anyagában összeolvasztott) hegesztések kivitelezésére is alkalmas, sokféle anyagfajta hegesztésére alkalmasak, váltóáramú technológiával az alumínium alkatrészek vegyi anyag alkalmazása nélkül hegeszthetők (mechanikus oxidtörés).
Hátrányai:
viszonylag drága technológia, a hegesztés folyamán a wolfram elektróda is fogy, ezért ezt folyamatosan pótolni kell. lassú technológia.
Argonvédőgázos wolfram elektródás kézi ívhegesztés elvi vázlata
5. ábra
A legrégebbi hegesztés technológia, ahol a hegesztéshez az energiát két gáz összekeveréséből és elégetéséből nyerjük. Ez a két gáz általában a disszugáz (C2H2), mint éghető gáz és az oxigén (O2), mint égés tápláló gáz (6. ábra). A disszugáz acetonban oldott acetilén, amely nagyon reagens, ami azt jelenti, hogy ha összegyűlik belőle 2 cm3 térfogatnyi és annak a nyomása eléri a 2 bár értéket , akkor elindul a gáz bomlása (égés). Ezért a palackban történő tárolása csak úgy oldható meg, hogy a palack fel van töltve egy szilárd porózus szerkezetű anyaggal (kovaföld és faszén keveréke), amely kis térfogat egységre ossza a palack belső terét, és ezt feltöltik acetonnal, majd ebben nyeletik el az acetilént. A gázok reduktorokon (nyomás csökkentő) és gáztömlőkön keresztül jutnak el a hegesztő pisztolyhoz, ahol a keverőszárban összekeveredve kialakul az éghető gázkeverék, ami az égőszáron kiáramolva és elégve adja a hegesztéshez szükséges hőenergiát (6. ábra). Az égőszárak mérete cserével változtatható, és így a hegesztés hőenergiája is.
Előnyei:
olcsó technológia, mivel semmilyen energia hálózathoz nem kötődik, ezért nagy a mobilitása, terepi munkákon jól alkalmazható, a hőenergiája nem csak hegesztéshez, hanem forrasztás hoz, esetleg melegegyengetéshez is alkalmazható.
Hátrányai:
hő bevitele a hegesztéskor nem koncentrált, sok hulladék hő kerül az alkatrészbe, ma már többnyire kiváltották a különböző villamos hegesztési eljárások.
Az autógén hegesztési eljárás elvi vázlata
6. ábra
A hegesztések csoportosítása végrehajtásuk szerint
A végrehajtásuk szerint a hegesztéseket két csoportra szokták osztani:
jobbra hegesztés (7. ábra), balra hegesztés (8. ábra),
Jobbra hegesztés
A jobbra hegesztés vázlata
7. ábra
A jobbra hegesztés esetén a jobbkezünkben fogjuk a hegesztőpisztolyt a balkezünkben a hozaganyagot, és a hegesztéssel jobbra haladunk. Ennek azért van jelentősége, mert ebben az esetben a hegesztőenergiaforrás a hegesztési varratot melegíti, tehát segíti a varrat hőn tartását és lassabb hűlését. Ezért általában ezt a hegesztési módot a következő esetekben alkalmazzuk:
nagy anyagvastagságok esetén, nagyobb ötvözöttségű acélok esetén, öntöttvas alkatrészek esetén.
Balra hegesztés
A balra hegesztés esetén a jobbkezünkben fogjuk a hegesztőpisztolyt a balkezünkben a hozaganyagot, és a hegesztéssel balra haladunk. Ennek azért van jelentősége, mert ebben az esetben a hegesztőenergiaforrás az alapanyagot melegíti elő, de nem segíti a hegesztési varrat hőn tartását. Ezért általában ezt a hegesztési módot a következő esetekben alkalmazzuk:
kis anyagvastagságok esetén, kisebb ötvözöttségű egyszerűbb acélok esetén. alárendelt hegesztési helyeken.
A balra hegesztés vázlata
8. ábra
Javítófelrakó hegesztések
A járműipar esetében sokszor kopott tengelycsapok felrakóhegesztését kell elvégezni. Ezeknek a felrakó hegesztéseknek kétfajtát különböztetjük meg:
a hosszvarratos felrakó hegesztés, a körvarratos felrakó hegesztés.
Hosszvarratos felrakó hegesztés
A hosszvarratos felrakó hegesztés esetén a kopott tengelyen a hegesztési varratokat úgy helyezzük el, hogy azok párhuzamosak a csap tengelyvonalával. A varratok felhegesztésének a sorrendje úgy van meghatározva, hogy az egymást követő varratokat mindig egymással szemben kell elhelyezni kisebb átmérőjű tengelyek esetén. Ha viszont nagyobb a tengely átmérője, amit fel kell hegeszteni, akkor a páros varratokat mindig az előtte hegesztett páratlan varratokkal szemben kell elhelyezni, de a következő páratlan az már akár lehet az előző páratlanhoz képest 90°-ra is elhelyezve (9. ábra). A bemutatott eljárást azért kell így elvégezni, mert így kiegyenlíthető a hegesztési varratok húzófeszültsége és egyenletesebbé tehető a hőbevitel az alkatrészbe.
A 10. ábra bemutatja egy bordástengely kopott végének a felhegesztést, amelyet hosszvaratos felrakó hegesztéssel készítettek el.
Hosszvarratok felrakásának sorrendje bordás csapon
9. ábra
Bórdástengely felhegesztése
10. ábra
Körvarratos felrakó hegesztés
A körvarratos felrakó hegesztést olyan esetekben alkalmazzuk, amikor a felrakóhegesztéssel javítandó csap nem hajlamos a deformációra pl.nagyobb átmérőjű csapok, illetve rövidebb csapok, amelyeket a hegesztési varrat nem tud "elhúzni" (11. ábra). Ennek az eljárásnak nagy előnye, hogy félautomata hegesztő berendezések segítségével jól automatizálható (12. ábra).
Kézi feltöltés menetes körvarrattal
11. ábra
Automatizált fFelrakó hegesztés egybekezdésű körvarrattal
12. ábra
Acél alkatrészek javítása BKI technológiával
Technológiai sorrend:
1. | előkészítés => tisztítás, előforgácsolás,
2. | előmelegítés: figyelni kell az egyenletes hő bevitelre,
3. | hegesztés elkészítése:
hossz varrat, menetszerű felrakás.
4. | A hegesztés ellenőrzése
A felrakáshoz alkalmazott elektróda minőségét meghatározza:
a felhegesztendő munkadarab anyag minősége, a felhegesztett felülettel szemben támasztott műszaki és szilárdsági követelmények, a felhegesztett felület megmunkálási lehetőségei,
Példa:
Nagy koptató igénybevételnek kitett felületek esetén, Cr-mal és W-mal ötvözött elektródát alkalmaznak, mert ezek az ötvözők karbidképzők, amelyek kemény szövetelemek, így elérhető az előírt keménység és ez által a megfelelő kopásállóság.
Acél alkatrészek javítása AFI hegesztés technológiával
Kötő és felrakó hegesztések esetében is alkalmazható. A széndioxid védőgázos fogyóelektródás ívhegesztés esetén figyelembe kell venni a védőgáz viselkedését a hegesztés folyamán, amelyek a következők:
A CO2 elbomlik az elektromos ív hatására:
A széndioxid szénmonoxidra és oxigénre bomlik:
CO 2 ↔CO+O
majd reakcióba lép a vassal is:
Fe+ CO 2 ↔FeO+CO
és a szénnel is:
FeO+C →F+CO
A szénmonoxid (CO) a varrat porozitását okozza, az oxigén pedig a varrat ridegedését, ezért a hozaganyagot Si-mal + Mn -nal ötvözik, azért, hogy ezek az ötvözők redukálják a széndioxidot, mivel elvonják az O2-t és szilícium oxid (SiO2) és mangán oxid (MnO) formájában lekötik. Ezek a vegyületek fajsúlyukat tekintve könnyebbek, mint az olvadt acél, ezért felúsznak a hegesztési varrat felületére és így oxigén mentesítik a hegesztési varratot.
Az AFI technológiai sorrendje
1. | Előkészítés: tisztítás, előforgácsolás, előmelegítés.
2. | hegesztés: kézzel, automatával,
a hozaganyag kis széntartalmú, kevés ötvözővel, a hegesztő huzal vastagságát ∅ 0,8 ; 1 ; 1,2 mm-re lehet választani a hegesztendő alkatrész vastagságának függvényében, huzalelőtolás beállítása: 2...15 m/min, a védőgáz mennyiség beállítása: 4...10 l/perc.
3. | Lassú hűtés, feszültség mentesítés.
4. | Adott esetben hőkezelés, cementálás => edzés => feszültség mentesítés.
5. | Megmunkálás: esztergálás, nagyobb keménységű anyagok esetén köszörülés.
6. | A hegesztés ellenőrzése.
Huzalok fajtái
A legtöbb esetben drót hozaganyagot alkalmaznak (nem üreges), pl. karosszériajavítás, kisebb átmérőjű tengelyek felrakása stb. A járműiparban keveset alkalmazott megoldás a pórbeles huzalok alkalmazása, amelynek az a lényege, hogy a hegesztési varratot védő salakot képző anyagok por formájában a huzal belsejében van elhelyezve (Úgy mint a cigaretta esetében, kívül van a papír ami összetartja a dohányt), két fajtáját különböztetjük meg: önvédő pórbeles huzal (nem kell védőgázt alkalmazni, mert a portöltet tartalmazza a salakképző anyagokat, ami megvédi a hegesztési varratot), általában szabadtéri hegesztéseknél alkalmazzák, ahol a szél elfújhatja a védőgázt. Nem önvédő porbeles huzal (semleges védőgáz alkalmazásával hegeszthető), nagyobb ötvözöttségű acélok esetén alkalmazzák, a portöltet tartalmazza az ötvöző és dezoxidáló anyagokat. A porbeles huzalók ötvözői általában: Cr, W, V, Si, Mo, Mn, Huzal méret: ∅ 1,6...4 mm között választható.
Alumínium alkatrészek javítása
A járműiparban az elmúlt 30 évben nagyon sok alkatrész anyaga alumíniumból készült, főleg az öntöttvasat váltotta ki. Ilyen alkatrészek pl. a:
hengerfej, hengertömb, hajtómű házak, váltó- és motortartóbakok, szelepfedelek, szimeringházak.
Az alumínium egy kis szilárdságú lágy anyag, ennek ellenére egyre közkedveltebb anyag a járműiparban, ennek oka a kis sűrűsége (2700 kg/m3) az acélhoz (7600 kg/m3) viszonyítva, a jó korrózióállósága és a jó önthetősége megfelelő ötvözés esetn.
Az alumínium fontosabb tulajdonságai
sűrűsége: 2700 kg/m3, olvadáspont: 660 °C, jó hő és villamosvezető képesség, kiváló korrózió állóság, kedvező alakíthatóság szilárdsága kicsi (Rm=45 MPa), de ez ötvözéssel, hőkezeléssel és hidegalakítással jelentősen növelhető a tiszta alumíniumnak nincs folyáshatára, AWI technológiával jól hegeszthető, a külső természeti, vegyi és termikus hatások következtében egy magas olvadáspontú (~2050 °C) tömör oxidréteget képez a felületén.
Az alumínium tulajdonságait ismerve jól látható, hogy a tiszta alumínium a járműiparban nem alkalmazható, a megfelelő szilárdság és technológiai tulajdonságok elérése érdekében különböző ötvözőket alkalmazunk. ezek az ötvözők a következők és a következő tulajdonságokra vannak hatással:
Si: 4...12% önthetőség javítása, Fe, Cu: nemesítés: keménység növelés, Mn, Mg: szilárdság növelés, Zn, Ni: mechanikai szilárdság növelése.
Ezek az ötvözők viszont sok esetben károsan befolyásolják a az alumínium alkatrészek hegeszthetőségét, ezért fontos, hogy a hegesztés megkezdése előtt körülbelül tisztába legyünk az alkatrész összetételével, és ezáltal a hegeszthetőségével, ezt kétféleképpen lehet megállapítani:
Hegesztő próbával: az alkatrész felültén egy rövid varrat elkészítésével meg tudjuk állapítani, hogy a javítandó alkatrész hegeszthető vagy nem. Cseppentő próbával: az alkatrész felületén egy kis területet megcsiszolunk, majd 20%-os nátriumhidroxidot (NaOH) cseppentünk a felületre, és 10 perc elteltével elszíneződik az öntvény. Az elszíneződés színéből megállapítható az alkatrész ötvöző tartalma: Al: fehér, Si: szürkés- kék, Cu: fekete, Ni: fekete, Mn: szürkés barna, Mg: tört fehér,
A fekete illetve tőrt fehér elszíneződés esetén az öntvény nehezen hegeszthető!
Az alumínium hegesztés metallográfiai problémái
A folyékony-szilárd átmenet térfogat változása jelentős, ezért magas a repedés veszély, ennek elkerülése érdekében az alkatrészt elő kell melegíteni, a hegesztést követően lassú hűtést kell biztosítani, és ha szükséges, akkor feszültség mentesítést kell alkalmazni. Az alumínium oxid olvadáspontja: 2050 °C. Az alumínium az olvadásponton nem változtatja meg a színét, így nehezen érzékelhető az olvadás hegesztés közben. Nagy a fajhője, és magas a hővezető képessége. Repedés érzékeny (13. ábra). Kicsi a melegszilárdsága. Nagy zsugorodási hajlam. Autogén technológia esetén folyósírószert kell alkalmazni az oxidréteg eltávolítása érdekében, melynek összetétele: alkáli fémek, földfémek fluoridjaiból és kloridjaiból álló só keverék.
Az előmelegítés és a repedés összefüggése
Az alkatrész hőmérséklete és repedésérzékenysége közötti összefüggés hegesztés közben
13. ábra
Az alumínium hegesztés technológiai sorrendje
Az alumínium hegesztés esetében az iparban jellemzően két technológiát alkalmaznak az AWI és a BKI hegesztés technológiát, ezért a technológia összeállítása is ennek megfelelően kerül bemutatásra.
1. | Előkészítés: tisztítás, a varrathelyek előkészítése.
2. | Előmelegítés:
BKI technológia esetén: 300...350 °C, AWI technológia esetén: 200...250 °C.
3. | A hegesztő anyag kiválasztása, általában az ötvöző tartalom Si ≈ 10...12%, Mg ≈ 0...5%.
4. | Hegesztés:
BKI: fordított polaritással, ez azt jelenti, hogy egyenáramú energiaforrás esetén a munkakábel az elektróda fogóval a pozitív pólusra van kötve, míg a munkadarab a negatív pólusra. AWI: váltó árammal. A váltóáramú AWI hegesztés esetén egy előre beállított frekvencián (10... 200 Hz) váltogatja a hegesztőgép a polaritását a munkakábel és a testkábel között. Azért van jelentősége ennek, mert ívhegesztések esetén a pozitív póluson alakul ki az ívhő 60-70%-a és a negatív póluson alakul ki az ívhő 30-40%-a, tehát egyenes polaritás esetén (pozitív pólus a munkadarabon, a negatív pólus a munkakábelen) a nagyobb hőterhelés az alkatrészen alakul ki, így megolvad az alapanyag és nő a beolvadási mélység, viszont az elektródán kicsi a hőterhelés. A polaritás fordulásával meg fordul a folyamat is, tehát az argon elektródán megnő a hőterhelés, amely egy ionáramlást indít az alkatrész felülete felé. ami feltöri az alkatrész felületén kialakuló oxid réteget és ez által lehetővé teszi az alkatrész hegeszthetőségét.
5. | Feszültség mentesítés: 300... 400 °C-ra melegítik az alkatrészt, majd szabadlevegőn hűlni hagyják.
6. | Ellenőrzés: folyadék vagy gáz tömörségre, a varrat folytonosságára stb.
Kitört felületek Javítása, pótlása
Az alumínium alkatrészből kitört darabok behegesztése technológiáját tekintve hasonló, mint az öntöttvasak folthegesztése.
Technológiai sorrend
1. | Tisztítás.
2. | A kitört felület előkészítése.
3. | Mintavétel a folthelyről (papírra rajzoljuk a foltot, majd onnan az alumíniumlemezre).
4. | A folt elkészítése.
5. | A folt illesztése, rögzítése (14. ábra).
6. | A folt behegesztése.
7. | Ellenőrzés: Penetrációs vizsgálattal, ha van repedés akkor köszörülés majd ismételt hegesztés.
A hegesztést meghatározó tényezők:
előmelegítés, függ: az alkatrész méretétől, az alkatrész ötvözöttségi állapotától, az alkatrész geometriájának bonyolultságától, hegesztőanyag kiválasztása, függ: a hegesztendő alapanyagtól, behegesztendő pótlás anyagától, hegesztés sorrendje: a pótlás rögzítése fűző, rögzítővarratokkal, a varratok szétosztása a kedvezőbb hő- és feszültség eloszlás érdekében.
A kitört darab javítása folt alkalmazásával alumínium alkatrészek esetén
14. ábra

| Teszt kérdések
1. Válassza ki a helyes állításokat a kezdő mondat kiegészítéséhez! A hegeszthetőség nem egy pontosan meghatározható fogalom, hanem az acél egy bizonyos fokú alkalmassága:
| egy meghatározott alkalmazásra,
| egy adott hegesztőeljárásra,
| egy megadott acélminőségre,
| egy adott szakemberre,
| a megfelelő hegesztőanyagokkal,
| egy meghatározott hegesztő berendezéssel.
2. Mit kell ismerni a hegeszthetőség megítéléséhez? Válassza ki a helyes állításokat!
| A hegesztés körülményeit.
| A hegesztő anyagot.
| A szerkezetet.
| A műhelyviszonyokat.
| A hegesztés pozícióját.
| A szerkezet terhelését és üzemét.
3. Milyen részekre osztjuk a hegesztési területet? Válassza ki a helyes állításokat!
| Hegesztési gyök.
| Varrat korona.
| Hegesztési varrat.
| Hőhatásövezet.
| Alkatrész.
| Kevert zóna.
4. A hegesztési varratok környezetében milyen repedésfajták jelenhetnek meg? Válassza ki a helyes válaszokat!
| Kékrepedés.
| Vörös repedés.
| Hideg repedés.
| Korróziós repedés.
| Kristályközi repedés.
| Melegrepedés.
5. Mit jelent a szénegyenérték fogalma? Válassza ki a helyes választ!
| A szénegyenérték azt adja meg, hogy melyik az az ötvöző, amelyből ugyanannyi található az adott acélban, mint amennyi szén van benne.
| A szénegyenérték azt adja meg, hogy az adott acélt mennyire kell felmelegíteni hegesztéskor.
| A szénegyenérték azt adja meg, hogy mennyi szén található meg az adott acélban.
| A szénegyenérték azt mondja meg, hogy a vizsgált acélba található ötvöző tartalom mennyi széntartalomnak felel meg hegesztési szempontból.
6. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| Ha a hegesztett acél szénegyenértékére igaz, hogy Ce <0 ,25 akkor az előmelegítési hőmérséklet 100... 250 °C közé esik.
| Ha a hegesztett acél szénegyenértékére igaz, hogy 0,45 < Ce <0 ,6 akkor az előmelegítési hőmérséklet 100... 250 °C közé esik.
| Ha a hegesztett acél szénegyenértékére igaz, hogy 0,25 < Ce <0 ,45 akkor az előmelegítési hőmérséklet 200... 300 °C közé esik.
| Ha a hegesztett acél szénegyenértékére igaz, hogy 0,6 < Ce akkor az előmelegítési hőmérséklet 350... 500 °C közé esik.
7. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| Ha az alkatrész nagyobb sebességgel hűl, mint a "kritikus hűlésisebesség", akkor a hegesztési varratban kedvező szövetszerkezet alakul ki.
| Arra törekszünk, hogy a hegesztésbe minél több martenzit keletkezzen, mert akkor lesz megfelelő szilárdságú a hegesztési varrat.
| Az előmelegítés önmagában nem elegendő, hanem biztosítani kell az alkatrész lassú hűlését is, mert így elkerülhető a hegesztési varrat és a környezetének beedződése.
| Ha a hegesztett acél szénegyenértékére igaz, hogy 0,6 < Ce akkor az előmelegítési hőmérséklet 350... 500 °C közé esik.
8. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| A jobbra hegesztést a vékony anyagoknál alkalmazzuk.
| A balra hegesztést a nagy anyagvastagságok esetén alkalmazzuk.
| Az öntöttvasak esetén balra hegesztést alkalmazunk.
| A balra hegesztést kisebb ötvözöttségű egyszerűbb acélok esetén alkalmazzuk.
9. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| A hosszvaratos felrakó hegesztés esetén a páros hegesztési varratokat mindig a páratlan számú varratokal szemben kell elhelyezni.
| A körvarratos felrakó hegesztést mindig kisátmérőjű nagy hosszúságú geometriák felrakásánál alkalmazzuk.
| A hosszvaratos felrakó hegesztés jól automatizálható.
| A körvarratos felrakó hegesztést olyan esetekben alkalmazzuk, amikor a felrakóhegesztéssel javítandó csap hajlamos a deformációra.
10. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| A fogyó elektródás védőgázos hegesztések esetén teljesen mindegy, hogy semleges, vagy aktív védőgázt alkalmazunk, ugyan azokkal a hozaganyagokkal lehet hegeszteni.
| A széndioxid védőgázos hegesztés esetén a hozaganyaghoz mangánt és sziliciumot kell ötvözni néhány tized százalékban.
| Az AWI hegesztéssel jól lehet öntöttvasat hegeszteni.
| A fogyóelektródás védőgázas hegesztés esetén sosincs szükség előmelegítésre.
11. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| Az alumínium: sűrűsége: 4700 kg/m3
| A tiszta alumíniumnak nincs folyáshatára.
| Az alumíniumnak rossz a hő és villamosvezető képessége.
| Az alumínium olvadáspontja 779 °C.
12. Válassza ki a helyes állítást a felsoroltak közül!
| Az alumíniumnak alacsony a fajhője, és közepes a hővezető képessége, ezért nehéz a hegesztése.
| Az alumíniumnak kicsi a zsugorodási hajlama, ezért nem hajlamos a repedésre.
| Az alumíniumnak rossz a hő és villamosvezető képessége.
| Az alumínium hegesztésekor a folyékony-szilárd átmenet térfogat változása jelentős, ezért magas a repedés veszély.
13. Válassza ki a helyes állításokat a felsoroltak közül!
| Az alumínium AWI hegesztése esetén az oxid eltávolítására nem kell folyósítószert alkalmazni, mert a technológia magas hőmérséklete (4500... 5000 °C) feloldja és megszünteti azt.
| Az alumínium a külső természeti, vegyi és termikus hatások következtében egy magasolvadáspontú (~2050 °C) tömör oxidréteget képez a felületén, amit a hegesztés folyamán el kell távolitani a felületről.
| Az ötvözött alumíniumok esetén a hegesztést követően sűríttet levegővel, vagy vízzel kell az alkatrészeket hűteni, hogy szegregációsan nehogy túlnemessedjenek.
| Az alumínium alkatrészek kitört felületeinek javítása esetén mindig pontosan ugyanolyan összetételű foltot lehet csak alkalmazni, mint a foltozott alkatrész anyaga.
| Az alumínium váltóáramú AWI hegesztése esetén a wolfram elektródától elinduló ion áramlás mechanikusan feltöri az alumínium alkatrész felületén kialakított oxid réteget.