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.