Lánghegesztés

Minden ömlesztő hegesztési eljárásban koncentrált hőhatással kell dolgozni, hogy a hegesztendő felületek rövid idő alatt, vékony rétegben olvadjanak meg. Ilyen koncentrált hőhatást lehet elérni, ha valamilyen éghető gázt oxigénnel keverve égetnek el erre alkalmas berendezéssel. Az égő gáz lehet hidrogén, acetilén, propán bután, világítógáz stb. Az égető berendezés a hegesztőpisztoly. Éghető gázként általában acetilént alkalmaznak. A hegesztést végezhetjük fejlesztőből nyert, vagy palackban tárolt acetilénnel.

2.27. ábra

A gázfejlesztőből kapott acetilénnel való hegesztés vázlatát szemlélteti a 2.27. ábra. Eszerint a gázfejlesztőből az acetilén a nedves tisztítóba jut, ahol a vízen átbuborékolva lehűl, és a vízben oldódó szennyezőktől megtisztul. Innen a gáz a száraz tisztítóba áramlik, ahol a vízben nem oldódó szennyezőktől is megtisztul, így a gázgyűjtőbe már tiszta gázként kerül. Innen a gáz a vízzáron át a gázégőbe (hegesztőpisztolyba) áramlik, ahol az oxigénnel keveredve elég. Az oxigént a palackból nyomáscsökkentő szelepen (reduktoron) át vezetik az égőbe.

2.28. ábra

A palackozott gázzal végzett hegesztés vázlatát a 2.28. ábra szemlélteti. A palackozott acetilén gázt dissous-gáznak nevezik. Mind az éghető gázt, mind az oxigént nyomáscsökkentő szelepen át vezetik az égőbe.

Az éghető gáz levegővel keverve is elégethető, ilyenkor azonban a láng hőmérséklete sokkal kisebb, mintha ugyanezt a gázt oxigénnel keverve égetjük el. Így például az acetilén-levegő keverék elégetésekor a láng hőmérséklete kb. 2200 °C, az acetilén-oxigén keverék lángjának hőmérséklete pedig kb. 3200 °C. Ez a nagy különbség a levegőben lévő nitrogénnel magyarázható.

Az acetilén elégetésekor lejátszódó kémiai reakció egyenlete:

A tökéletes égéskor tehát 1 m³ acetilénhez 2,5 m³ oxigénre (vagy 12,5 m³ levegőre) van szükség. Az égőben (a hegesztőpisztolyban) azonban az acetilén csak körülbelül egyenlő mennyiségű oxigénnel keveredik, ezét a folyamat elején tökéletlen égéssel számolhatunk:

A tökéletlen égés akkor válik tökéletessé, amikor a levegő oxigéntartalma is részt vesz az égésben:

Ezek szerint tehát attól függően, hogy az éghető gázhoz mennyi oxigént vezetünk, az égés lehet tökéletes vagy tökéletlen. Tökéletlen égéskor a lángban még el nem égett gázokat találunk, amelyek a lángot körülvevő levegőből oxigént vonnak el. Az ilyen lángot redukáló lángnak nevezzük. Ha viszont a lángban a szükségesnél több az oxigén, akkor oxidáló lángról beszélünk. Az ilyen oxidáló láng csaknem minden anyag hegesztésekor káros, mert a hegesztés helyén az oxigénfelesleget átadja a heganyagnak. Ugyancsak káros vegyi hatást fejt ki a láng akkor is, ha felesleges éghető gáz van benne. Ha például a lángban acetilén felesleg van, akkor az acetilén szétbomlik karbonra és hidrogénre. A szabaddá váló karbon bediffundál a folyékony acélba, tehát az acetiléndús lángnak karbondúsító hatása van.

Semleges lángról akkor beszélünk, ha a heganyagra semmiféle vegyi hatást nem fejt ki. Ilyen lángot az égőgáz és az oxigén helyes keverési arányának beállításával lehet biztosítani. A semleges láng keverési aránya elméletileg 1:1, azaz 1 m³ gázhoz 1 m³ szükséges, mivel a tökéletes égéshez szükséges 2,5 m³ oxigén a hiányzó 1,5 m³-t a környező levegőből veszi fel. Ez az oxigén mennyiség kb. 7,2 m³ levegőnek felel meg, ezért a zárt helyen végzett hegesztéskor a megfelelő szellőzésről gondoskodni kell. A gyakorlatban az elméleti 1:1 arány helyett az acetilén-oxigén aránya 1:1,1.

Az acetilén és az oxigén helyes keverési arányára a hegesztés egész időtartama alatt ügyelni kell. A láng beállítását hegesztés közben állandóan figyelemmel kell kísérni, és szükség esetén újból be kell szabályozni.

A semleges lángot úgy lehet legbiztosabban beszabályozni, ha a lángot először acetiléndússá tesszük, majd az égő szelepeinek lassú állításával addig változtatjuk a keverési arányt, amíg a lángmag éles határvonalai elő nem tűnnek, és a pillangó el nem tűnik. A helyesen beszabályozott láng vázlatát szemlélteti a 2.29. ábra.

2.29. ábra

Semleges lánggal kell hegeszteni a következő anyagokat: acél, acélöntvény, rozsda- és hőálló acél, temperöntvény, vörösréz, bronz, nikkel, horgany, ólom, alumínium és alumíniumötvözetek.

Acetiléndús lángot kell használni öntöttvas gázhegesztésekor és minden olyan esetben, amikor nagy karbontartalmú kemény, feltöltőhegesztésre alkalmas acélpálcával hegesztenek. Nagy karbontartalmú acélok hegesztésekor is indokolt acetiléndús láng alkalmazása, mert az oxigénfelesleg a hegesztés helyén nemkívánatos dekarbonizációt, azaz az acél karbontartalmának elégését okozhatja.

Oxigéndús lánggal egyedül a sárgaréz hegeszthető. Ilyenkor az ömledéken horganyoxid hártya képződik, amely a továbbiakban megakadályozza a könnyen párolgó horgany elgőzölgését.

Mivel a semleges láng magjában még el nem égett acetilén és oxigén van jelen, ha a lángmagot belemártjuk az ömledékbe, ugyanazokkal a hátrányokkal találkozunk, mint amikor acetiléndús, illetve oxigéndús lánggal dolgozunk, Ezért az égőt mindig úgy kell tartani, hogy a lángmag széle a hegesztett felülettől egy meghatározott távolságra legyen. Ez a távolság a láng nagyságától függően 2...5 mm.

A helyes keverési arány beszabályozása mellett nagyon fontos a láng erősségének helyes beállítása, ami nagyon sok tényezőtől függ. Függ elsősorban az alapanyag vastagságától, kémiai összetételétől, olvadáspontjától, hővezető képességétől stb. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy adott esetben a keverőszárat cserélni kell, mert egy bizonyos keverőszárral a lángerősséget csak szűk határok között lehet változtatni.

A láng erősségének a változtatásakor mindig figyelembe kell venni a keverék kiáramlási sebességét és a láng égési sebességét. Túlzottan nagy kiáramlási sebesség elfújja a lángot, ha viszont a kiáramlási sebesség sokkal kisebb, mint az égési sebesség, akkor a láng visszacsap, azaz az égés a keverőcső belseje felé indul meg. Megfelelően nagy kiáramlási sebességgel lehet biztosítani kemény lángot, kis sebesség mellett kapjuk a lágy lángot.

A hegesztés gazdaságossága megkívánja, hogy a lángerősséget addig a határig növeljük, amíg a kötés minősége még azt megengedi. Az erre vonatkozó hegesztési kísérletek alapján megállapítható, hogy ugyanannál az anyagnál azonos hegesztési technológiával végzett kötéshez szükséges lángerősség egyenesen arányos a lemezvastagsággal.

Ha ki akarjuk számítani adott varrathoz és anyagminőséghez szükséges acetilén mennyiségét, ismernünk kell az egységnyi lemezvastagsághoz egységnyi idő alatt szükséges gáz mennyiségét. Ezt a gázmennyiséget fajlagos lángerősségnek nevezzük (liter/óra·mm).

Számos kísérlet és tapasztalat alapján az optimális fajlagos lángerősség értékei a következők:

Az acélhoz megadott kisebb érték az úgynevezett balrahegesztésre, a nagyobb érték pedig a jobbrahegesztésre vonatkozik.

Balrahegesztésnek nevezzük azt a módszert, amikor a haladás irányát tekintve elől halad a hegesztőpálca, és ezt követi a hegesztőégő.

Jobbrahesztéskor az égő halad elől, és ezt követi a hegesztőpálca. Jobbrahegesztéskor a pálca és az alapanyag egybeolvasztása ugyan jóval biztosabb és könnyebb, de a varrat felülete durvább, mint balrahegesztéskor, és az alapanyagból a varratba való átmenet meredekebb.

A kétféle - mártogató és ívelő - balrahegesztés és a jobbrahegesztés vázlatát a 2.30. ábra szemlélteti.

2.30. ábra

A balrahegesztés vagy a jobbrahegesztés megválasztásakor a gazdasági mutatókat mindig figyelembe kell venni. Az elvégzett széleskörű vizsgálatok mind egyértelműbbé teszik, hogy már vékony lemezek hegesztésekor is gazdaságosabb lehet a jobbrahegesztés. A 4 mm-nél vastagabb acéllemezek hegesztésekor viszont minden esetben gazdaságosabb. Öntöttvas, vörösréz, sárgaréz, alumínium, horgany, ólom stb. lánghegesztésekor ellenben a lemezvastagságtól függetlenül mindig balrahegesztést kell alkalmazni.

A gazdaságosság megítélésekor elsősorban a munkaidőszükségletet, a hegesztőhuzal fogyasztást és a gázfogyasztást kell figyelembe venni. Jobbrahegesztéskor a töltőanyagmegtakarítás a balrahegesztéshez viszonyítva kb. 25-40%. Ez annak az eredménye, hogy balrahegesztéskor a tökéletes kötés elérése érdekében a lemezszéleket 45°-os szögben kell leélezni, mert a lemez felett mozgó hegesztőégő lángja csak így éri el az alsó lemezszéleket is. Balrahegesztéskor mindig számolni kell azzal a veszéllyel, hogy a hegesztő nem tudja szemmel követni a tökéletes átolvasztást, mert az égő lángja a legpontosabb lángbeszabályozás mellett is előre fújja a gyorsabban olvadó pálcaanyagot a még meg nem olvadt alapanyagra. Mivel balrahegesztéskor a varratban lévő esetleges kötéshibát nem lehet közvetlenül megállapítani, a biztonság fokozása érdekében célszerű a varratokat utánhegeszteni. Ez a művelet viszont igen nagy idő- és költségtöbbletet jelent.

Balrahegesztéskor a kötés biztonságát javítani lehet, ha a lemezeket nem vízszintes síkban, hanem a haladás irányában kb. 25°-os, de legfeljebb 45°-os szögben megemelve hegesztik. Ilyen helyzetben ugyanis az olvadó töltőanyag a lánggal szemben folyik, és így bizonyos mértékben csökkenti a láng fúvóhatását. A hegesztőégő és a hegesztőpálca ilyenkor is 60-70°-os szöget zár be az alapanyaggal.

Jobbrahegesztéskor a láng halad elől, igy a leolvadó pálcaanyagot nem előre, hanem hátrafelé, az ömledékre fújja. Ezzel megszűnik három olyan hibaforrás, amellyel a balrahegesztéskor számolnunk kell. Az egyik hibaforrás a bizonytalan átolvasztás, a másik a leolvadó pálcaanyag és a még teljesen meg nem olvadt alapanyag közti rossz kötés lehetősége, és végül a balrahegesztés lángja mögött levő kész varrat túl gyors dermedése.

Jobbrahegesztéskor a lángot egyenes vonalban kell vezetni, és a varratmélység felső harmadában mozgó lángot úgy kell tartani, hogy tengelye az ömledék alsó tövére irányuljon. Ilyenkor a lángmag alatt az ömledék tövében egy körteszerű kibővülés keletkezik, amit alapnyílásnak nevezünk. Ez az alapnyílás jelzi a teljes átolvadást. A hegesztőnek tehát arra kell ügyelnie, hogy ez az alapnyílás mindig meglegyen, és a kibővülés valamivel nagyobb legyen, mint a lemezek között hagyott hézag. A helyesen hegesztett lemezen a varratdudor kb. 1...1,5 mm, az alsó dudor pedig 1...2 mm, tehát jobbrahegesztéskor a varrat vastagsága kb. 10...20%-kal nagyobb a lemez vastagságánál.