Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szak Gépgyártástechnológiai Tanszék Gyártástechnológia I. (hegesztés) 10.előadás: Fémek és ötvözetek hegeszthetősége előadó:

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szak Gépgyártástechnológiai Tanszék Gyártástechnológia I. (hegesztés) 10.előadás: Fémek és ötvözetek hegeszthetősége előadó:"— Előadás másolata:

1 Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szak Gépgyártástechnológiai Tanszék Gyártástechnológia I. (hegesztés) 10.előadás: Fémek és ötvözetek hegeszthetősége előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

2 Hegeszthetőség (fémek és ötvözetek)  Fizikai (elvi) hegeszthetőség: ha a fém komplex tulajdonságai lehetővé teszik olyan megfelelő fizikai és kémiai változások lefolyását hegesztés közben (diffúzió, folyékony és szilárd oldat keletkezése, stb.), melyek oldhatatlan kötést eredményeznek.  Szerkezeti anyagok többsége fizikailag (elvileg) hegeszthető, kivéve, amelyek folyékony állapotban nem oldják egymást (pl. Fe- Mg, Fe-Pb; stb.). Ezek a fémpárok csak olyan harmadik fém alkalmazásával válnak egyesíthetővé, amely mindkét alapfémben oldódnak → forrasztás.  Technológiai hegeszthetőség: az alapanyag azon komplex tulajdonságai, amely meghatározzák a hegesztés hatására végbemenő fizikai, kémiai, szövetszerkezeti változásokat, megmutatva, hogy a választott hegesztési eljárással létrehozható- e az üzemi és gazdaságossági követelményeket kielégítő hegesztett kötés.

3  Hegeszthetőség az alapanyagon kívül függ: - hegesztési eljárástól (pl. Cu – Al dörzshegesztés, UH hegesztés), - hegesztés technikai paramétereitől (Al-oxid bevonat, AWI, fordított polaritás), - hegesztő anyagoktól (huzal, bevonat, fedőpor, védőgáz stb.), - szerkezet hegesztés közbeni és üzemi körülményeitől.  Ötvözetlen és gyengén ötvözött acél jól hegeszthető, ha: - általánosan használt hegesztési technológia alapanyaggal egyező minőségű kötést biztosít; - a varrat repedésmentes; - a kötés környezete plasztikus; - a varrat és hőhatásövezet ridegtörési hőmérséklete a hegesztett szerkezet üzemi hőmérséklete alatt van (→ KV megfelelő, az előírt értéket eléri adott hőmérsékleten);  Hegeszthetőség megítélése: alap- és hegesztőanyagok tulajdonságaihoz való viszonyítás: az anyag a választott technológiával hegeszthető, ha a hegesztett kötés vizsgálatának eredményei kielégítik a szerkezeti anyagra meghatározott követelményeket.

4  Hegeszthetőségi vizsgálatokat (>160 féle) 4 fő csoportra osztjuk: 1. Varrat melegrepedési hajlamának vizsgálata ( a varratban a kristályosodás közben ható húzófeszültségek veszélyes kristályosodási -vagy meleg- repedést okozhatnak); 2. Varrat hidegrepedési hajlamának vizsgálata ( a hegesztés hőciklusa az alapanyag varrat melletti részében (hőhatásövezet) szövetszerkezeti változásokat okoz, s ha az acél edződésre hajlamos – hidegrepedés keletkezhet). A választott alapanyag és hegesztési technológiával hideg és melegrepedés nélkül előállítható-e a hegesztett szerkezet 3. Elridegedés vizsgálata (koncentrált hőforrás egyenlőtlen hőmérséklet eloszlás következtében többtengelyű (térbeli) feszültség állapot alakul ki, mely növeli a kötés elridegedését – ennek mértékét az alapanyagból, varratból, hőhatásövezetből kivett próbatesteken mért kritikus átmeneti hőmérséklettel jellemzik) 4. Egyéb üzemi vizsgálatok a hegesztett szerkezeten (szilárdsági, élettartam, fárasztó vizsgálat stb.)

5 Kristályosodási (meleg) repedések -A varratfém dermedése közben keletkeznek – hülés közben vagy külső terhelés hatására tovább terjedhetnek – töréshez vezetnek – nem engedhető meg. -Keletkezése: a varratra kristályosodás közben a gátolt zsugorodás miatt jelentős húzófeszültség hat. E feszültség által kiváltott rugalmas- plasztikus deformáció nagysága és növekedési sebessége ↑ T ↓-vel. Ha a húzófeszültség okozta deformáció növekedés nagyobb, meghaladja a varrat deformáció képességét → melegrepedés. -A varrat melegrepedési hajlama függ: 1. A varrat kristályosodása közben ható húzófeszültség nagyságától, növekedésének mértékétől; 2. A varrat kémiai összetételétől; 3. A varrat alakjától; 4. Az elsődleges krisztallitok méretétől;

6 1.A húzófeszültségek hatása:  Kiküszöbölni nem lehet, csökkentésükre, késleltetésükre kell törekedni  Tervezésnél: - szerkezeti elemek racionális kapcsolása, - kedvező varratleélezés, - szerkezet fölösleges merevségének csökkentése.  A hegesztés-technológia előírásánál: - megfelelő hegesztési sorrend, - megfelelő hegesztési eljárás, - megfelelő hegesztési paraméterek, - előmelegítés: késlelteti a húzófeszültségek keletkezésének időpontját. T e = o C, Az előmelegítés hőmérséklete függ: - a varrat kémiai összetételétől, - tárgy keresztmetszetétől, formájától: - vastagságtól → T e ↑ - bonyolult alakú: lassú hevítés Húzófeszültségek csökkenthetők

7

8 2. A varrat kémiai összetételének hatása a melegrepedési hajlamra ↑ C: erősen növeli, kritikus érték: amely felett melegrepedés keletkezik - C krit. függ: - a szerkezet kiképzésétől, merevségétől, - az előmelegítés hőmérsékletétől, - a varrat egyéb szennyezőitől és ötvözőitől. S ↓ meg. C tart ↑; Mn ↑ S nőhet; Mn megköti S-t  Melegrepedési hajlam csökkentésére: C < 0,12% elektróda, oxidáló atmoszféra; bázikus bevonat, kéntelenítő salak. ↑Si: - növeli a varratszilárdságot, Si > 0,6 csökkenti a szívósságot, C-vel együtt növeli a melegrepedési hajlamot; - úgy kell beállítani a varrat Si- tartalmát(0,15-0,6% szerkezeti acélnál), hogy elegendő legyen a dezoxidációhoz, a gázzárvány képződést akadályozza, megfelelő a szilárdság eléréséhez, repedést nem okoz. ↑S: - erősen növeli, 986 o C-on olvadó Fe-FeS eutektikumot képez, laza hálós lemezes szerkezetű.,,S” hatása,,C” jelenlétében erősödik,,,Mn”-nál csökken; - S < 0,03; repedésveszély esetén S, C ↓; Mn ↑ eljárást kell alkalmazni. H: - rozsdából, bevonatból kerül a varratba, mindig káros, képlékenységet ↓; ridegedést ↑; káros hatása Cr, Ni mellett nő.

9

10 2. Varrat kémiai összetételének hatása a melegrepedési hajlamra P: - ridegítő hatása miatt káros, P < 0,05% előnyös. ↓Mn: - szilárdságnövelő,,,S” megkötésével repedési hajlam ↓ → hegesztő huzalok, pálcák növelt Mn tartalommal: dezoxidál, szilárdság növelő, repedési hajlamot ↓ - melegrepedési hajlam ↓ hatás függ C-tartalomtól: C = 0,1 -0,12% Mn < 2,5% C↑ Mn↓ pl. C=0,2; Mn=1,8 lehet (MnC repedési hajlam ↑) - általában 1-2% Mn hatásos: S-t MnS-alakban (T op =1620 o C) megköti, kizárja Fe-FeS eutektikum keletkezését. ↑Ni: - szilárdságot, szívósságot, képlékenységet növel, de drága - ha Ni >2,5% melegrepedést növel! Cr: - szilárdságnövelő, nem befolyásolja a melegrepedési hajlamot. nincs melegrepedés

11 3. A hegfürdő formájának hatása  A hegfürdő formája, mérete függ a hegesztési eljárástól, technológiai jellemzőitől → hegfürdővel változik a beolvadás formája, mérete, a dendrites krisztallitok növekedésének iránya, jellege, a krisztallitok összenövése  A varratalakot jellemzi: - h 1, b, h 2, h= h 1 + h 2 - belső forma tényező: Ψ = b/h 1 - külső forma tényező: φ = b/h 2  Ψ = 0,5 – 10; φ = 5 – 20  Keskeny mély beolvadás: ψ = 0,8 – 1,2: krisztallit növekedése az oldalfelületeken indul, középen közel 180 o -ban nőnek össze; szennyező dúsulás középen → repedési hajlam nő, gyenge. együttesen jellemzi

12  Csésze alakú varratok: ψ = 1,3 – 7, krisztallitok növekedése hegyesszög alatt, összenövésük homlok vagy oldalfelületen, szennyező dúsulások részben kimennek a felületre.  Széles, kis h 1 -ű varrat: ψ > 7: krisztallitok a felszín felé egymással párhuzamosan növekednek (felrakó hegesztés, többrétegű varrat utolsó rétege).

13  Ψ= f (C-tartalom) ötvözetlen acél fedettívű hegesztésénél; - más ötvöző elemeknél is, más eljárásokra is alkalmazható. - Ψ min =3! - a Ψ megváltoztatásával szabályozható a varrat melegrepedési hajlama

14  Kedvezőtlen a Ψ: - gyökvarratnál, - leélezett lemezek sarokvarratánál.  Formatényező kedvező megválasztásával, - előmelegítéssel, - alapanyagrész csökkentésével erősen hajlamos melegrepedésre BKI, védőgázas eljárásnál kisebb repedési hajlam érhető el BKI: Ψ=2,5-5; (UP: Ψ= 0,8-2,5)

15 4. Elsődleges krisztallitok hatása  Repedési hajlam csökkenthető: az elsődleges szövetszerkezet finomításával, kristályosodás jellegének változtatásával, finomszemcsés szerkezet létrehozásával  Finomítható a szemcseszerkezet: - a kristályosodási képesség, sebesség ↑ - a hőelvezetés intenzitás ↑ (hegfürdő ↓) → gyors hűlés → edződés a, az alapanyag szemcseméretének ↓ (előzetes szemcsefinomítása), (ausztenites, ferrites acélok) → kis szemcsékből kiinduló krisztallitok, dendridek keresztmetszete ↓ b, magas T olv idegen kristálycsírák bevitele a fürdőbe (Al 2 O 3, Al- nitrid, Ti, V, Zr, W nitridjei és karbidjai), kristályosodási középpontok számát növelik.

16 Melegrepedési próbák a, adott szerkezethez előkészített anyagból T-próba, a szerkezethez tervezett hegesztő anyaggal előírt I max -al hegesztés (alapanyagrész növelésére), 1, szemrevételezés: lupé: melegrepedés 2, eltörik, töreten futtatási szín alapján keresik a melegrepedést

17 Melegrepedési próbák  b, Paton intézet: T-próba: hegesztés után (3, 5, 8, 10, 15 sec.) 100 Nm energiájú ütés hatására milyen és mekkora repedés keletkezik. Minél nagyobb kitartási idő szükséges a repedés elkerüléséhez, annál hajlamosabb a varrat a melegrepedésre.

18 Hidegrepedés  200°C alatt keletkezik, amikor a varrat már elérte a szobahőmérsékleten jellemző mechanikai tulajdonságait;  Közepesen és erősen ötvözött perlites és martenzites acélok hegesztett kötéseiknek jellemző hibái (edzhető acélokban keletkeznek → ezért edzési repedésnek nevezzük);  Főleg a hőhatásövezetben lép fel, varratban ritkán, mert a varrat széntartalmát a melegrepedési hajlam csökkentésére korlátozzuk, ezért a hidegrepedés veszélye is csökken;  Keletkezésük: a hegesztés befejezése után kb perccel kezdődik, és igen lassan folytatódik (nagyobb repedések csak több nap elteltével). Gyakran a repedések keletkezése csak kezdeti szakaszban lassú, meghatározott méretet elérve a törés robbanásszerűen bekövetkezik (alkatrészként beépítve üzemeltetve törik);  Megállapíthatók: szemrevételezés, makro-, mikro-vizsgálat, töretvizsgálat, legpontosabb: ultrahang vizsgálat;  Hidegrepedések oka: 1, durva martenzites szövetszerkezetnek és a hegesztési övezetben kialakuló bonyolult, többtengelyű feszültségi állapotnak tulajdonítják; 2, a varratból a hegesztési övezetbe diffundáló H 2 – másodlagos szerepe van.

19  A hidegrepedés veszélye csökkenthető: 1, Az alapanyag és varrat kémiai összetételének célszerű megválasztásával - az edződést növelő C, Mn, Cr, Ni, Mo ötvözők csökkentésével, - az alapanyag és a varratösszetétel közti különbség csökkentésével. 2, A hegesztés hőciklusának megváltoztatásával  (1) csökkenti a túlhevítés idejét (pl. v heg ↑), és a martenzit keletkezés hőközében lassú lehülést (pl. előmelegítéssel) eredményez: a martenzit kilágyulását, a képlékenység növelését teszi lehetővé. Megvalósítása: többrétegű hegesztés, utóhőkezelés, AWI ív, nagyobb hőbevitel,stb.  (2) Normál ciklus: szemcsedurvulás csökkenés. 3, Hidegrepedésre hajlamos közepesen ötvözött acéloknál kerülni kell a merev befogást; 4, Időben alkalmazott helyi vagy a teljes szerkezet feszültség mentesítés hőkezeléssel (hidegrepedés a hegesztést követően keletkezik!).

20

21 Hidegrepedési vizsgálatok 1., Egyenértékű széntartalom meghatározása - a hidegrepedési hajlamot elsősorban az alapanyag kémiai összetétele, edzhetősége határozza meg; - az edződési hajlam pontos megítélése: az acél folyamatos hűtésre érvényes átalakulási diagramjából(C-görbe), a hőhatásövezet lehűlési görbéjével → a legtöbb acélra ezek hiányoznak → a gyakorlatban elfogadott: egyenértékű széntartalom, C e alapján. - figyelembe kell venni: a hőhatásövezet hűlési sebessége: fgv (s)

22 Egyenértékű széntartalom meghatározása Ötvözetlen acéloknál: C ≤ 0,22, ha nagyobb: kemény, edzett övezet keletkezik; és a varrat melegrepedési hajlama is nő; Ötvözött acéloknál: IIW (International Institut of Welding): ötvözetlen, finomszemcsés és gyengén ötvözött acélokra érvényes. C = 0,05 – 0,25 %Cu ≤ 1%CE = 0,3…0,7 %-nál érvényes Si ≤ 0,8%Ni ≤ 2,5% Mn ≤ 1,7 %Mo ≤ 0,75 % Cr ≤ 0,9 %V ≤ 0,2 %

23 Egyenértékű széntartalom meghatározása MSZ EN szerint: C = 0,05 – 0,32 %Cu ≤ 0,7 %Ti ≤ 0,12 % Si ≤ 0,8 %Mo ≤ 0,75 %V ≤ 0,18 %CET = 0,2 – 0,5 % Mn = 0,5 – 1,9 %Nb ≤ 0,06 %B ≤ 0,005 % Cr ≤ 1,5 %Ni ≤ 2,5 % CE %T e °Celő kell melegíteni: ≤ 0,45≤ 100- külső hőm. < 5°C 0,45…0,6100…250- Lv > 20 mm (100…300°C) > 0,6250…350- fűzőhegesztés: 80…250°C (1 %400…450)fesz.csök. hőkezelés: 530…580°C hőntartás ideje: 30 perc lassú lehűtés: 5..7°C/perc

24 A hegeszthetőség feltétele -Hegeszthetőség feltétele: C e ≤ C e meg = 0,45% - ez meghatározott martenzit tartalomnak ( ≤ 30%), ill. keménységnek ( HV 10 ≤ 300) felel meg. -Ezek az acélok előmelegítés és utólagos hőkezelés nélkül, feltétel nélkül hegeszthetők. -Kis széntartalmú és gyengén ötvözött szerkezeti acéloknál általában C e < 0,45%; -Közepesen és erősen ötvözött acéloknál a repedés elkerülésére előmelegítés szükséges!

25 Edződési hajlam vizsgálat -Jominy – véglapedző próbával, Jominy görbéből; -A hegesztett kötésen mért keménységmérés és szövetszerkezeti vizsgálat alapján ( HV 10 ≤ 300) ; -Nagyszilárdságú ötvözött szerkezeti acéloknál, pl. előmelegítéssel hegesztett, nemesített acéloknál (R eH =800 N/mm 2 ) : HV 10 ≤ 385 megengedett.

26 Technológiai próbák -A repedési hajlam megállapítására: mereven befogott lemezre hegesztett varrat vizsgálatával. -Kirovi próba: - s > 12; s 1 ≤ 0,5s - fenéklapra min., max. és közepes q/v –vel varratokat hegesztenek, közben alulról vízzel hűtik; - merev befogás! - jól hegeszthető: ha vízhűtés mellett nem reped; - közepesen: ha levegő hűtés mellett nem reped; - rosszul: ha előmelegítést igényel; - megállapítás: szemrevételezéssel, ultrahang vizsgálattal vagy befűrészelés után varrattöreten; - hegesztés utáni töretvizsgálat: melegrepedést mutatja, napi pihenés után hideg és melegrepedés is vizsgálható.

27

28 H 2 hatása a melegrepedési hajlamra  H 2 levegőből, elektróda bevonatból, fedőporból, rozsdából kerülhet be a varratba;  A folyékony vas (főleg erős túlhevítésnél, magas hőmérsékleten, atomos állapotban) nagy mennyiségű H 2 -t képes elnyelni;  A hegfürdő dermedésekor az oldóképesség ugrásszerűen csökken, így a H 2 egy része a varrat kristályosodása közben kiválik:

29 A varrat H 2 tartalma függ  hegesztési eljárástól  eljáráson belül is a hegesztő anyagok nedvességtartalmától  ötvözők befolyása a vas H 2 -oldó képességére: - csökkentik: C, Si, Al - növelik: Ni, Ti, Nb

30 H 2 hatása az acél tulajdonságaira  Gázzárványok keletkeznek: kristályosodási hőmérsékleten a hegfürdő H 2 -ben túltelített, atomos állapotban kiválik, molekulává alakul, így nem oldódik a fémben, összegyűlik → gázzárvány  Mikrorepedések a varratban és a hegesztési övezetben: - H 2 kiválás a varrat lehűlése közben is folytatódik; - atomos H → molekulává alakul, H 2 : mikrolunkerekben → bar nyomást hoz létre → varratban és hegesztési övezetben mikrorepedéshez vezet.  Makrorepedés a varratban: - ötvözetlen szerkezeti acélok varratai nagy képlékenységgel bírnak, mikrorepedések nem terjednek, kivéve, ha a többtengelyű feszültségállapot miatt rideggé válik. - H 2 kiválás miatti mikrorepedés terjedés: ötvözött perlites acélok, martenzites, bainites szerkezetű acélok: gyors hűtésnél kis képlékenységűek!  Pelyhesedés (halszem-képződés): a varrat töretében kis átmérőjű, fényes körök. A fényes felület arra utal, hogy a törés jellege rideg, nagy belső nyomás eredménye, melyet a vékony rétegben elhelyezkedő molekuláris hidrogén okoz.  Melegrepedés: elsősorban ausztenites acéloknál. H 2 képes kidiffundálni: hegesztett szerkezet °C-on való huzamosabb hőntartásával.

31 A varrat H 2 tartalmának csökkentése -Az elektróda szárításával, -Felület tisztítással, -Rövid, leszorított ív alkalmazásával, -Védőgázas eljárások alkalmazásával, -A hegfürdő H 2 tartalmának csökkentésével:  A varratban nem oldódó H 2 vegyületek képzésével: 1.A hegfürdő oxidálásával: 2 [H] + [O] = H 2 O 2. Fluorvegyületekkel (elektróda-bevonat, fedőpor): ( szilícium-tetrafluorid ) SiF 4 elpárolog és a gázatmoszférába kerülve reakcióba lép hidrogénnel és vízgőzzel: A képződő HF (hidrogén-fluorid) stabil, szilárd, a vasban nem oldódik.


Letölteni ppt "Műszaki Alapozó és Gépészmérnöki szak Gépgyártástechnológiai Tanszék Gyártástechnológia I. (hegesztés) 10.előadás: Fémek és ötvözetek hegeszthetősége előadó:"

Hasonló előadás


Google Hirdetések