Hegesztés bevont elektródával

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

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