Hegesztéstechnika alapjai
A hegesztés azonos vagy hasonló összetételű fémek hőhatás alatti egyesítése, azonos vagy hasonló fém hozzáadásával vagy anélkül. A hegesztés révén az alkatrészek elválaszthatatlanul összekapcsolódnak egymással, így egységes egész jön létre. A jó hegesztés bensőséges kötést feltételez, amely csak akkor valósul meg, ha a hegesztés helyén az alapanyag is megolvad (olvadási zóna).
Ívhegesztés
Az acélszerkezeteknél elsősorban a villamos ívhegesztés jön szóba, amelynél a szükséges hő elektromos ívlánggal keletkezik. Az ív a bázisdarab és az ún. elektróda között jön létre, amely közben megolvad és kiegészítő anyagot ad. A kiegészítő anyag (elektróda) helyes megválasztása a legnagyobb mértékben befolyásolja a hegesztett kötés tulajdonságait. Az elektródákat a hegesztendő alapanyag jellemző szilárdsága szerint választják ki. Az elektródák kiválasztása, a hegesztési feltételek meghatározása szakmai ismereteket igényel, ezért hozták létre a külön képzett „hegesztéstechnikai mérnökszakértők” intézményét, akiknek többek között a hegesztési munkák felügyelete és a hegesztők minősítésének rendszeres megismétlése a feladatuk.
Lánghegesztés és lángvágás
Gázhegesztéskor a szükséges hőt a gáz elégetése állítja elő, így az alap- és adalékanyag megolvad. Fontosabb az vágás. A vágópisztoly a hőcsövön kívül, amely a hegesztésnél is működik, egy külön oxigénvágó csővel is rendelkezik. A lánggal felmelegített acélt átizzítják, majd oxigénsugárral kifújják. A vágás sima és pontos felületeket ad, amelyek sok acélszerkezeti célra további megmunkálás nélkül is elegendők.
Hegeszthetőség
A hegesztett kötések értékelésénél figyelembe kell venni, hogy a hegesztési folyamat során jelentősen megváltozhat a hozaganyag, valamint az alapanyag összetétele is. Nagy jelentősége van a szerkezet változásának is – az olvadt varrat és a változatlan alapanyag között, a hőhatás mértékétől függően, különböző szerkezetű és ennek megfelelően különböző tulajdonságú zóna alakul ki. A varrat mellett található az a tartomány, ahol az alapanyag megolvadt (beolvadási zóna), és ahol a hegesztési zóna és az alapanyag között létrejön a kapcsolat. A környező anyagrész szintén erősen felhevül, noha ott már nem érik el az olvadáspontot. Ebben az utófűtési zónában jelentős szerkezeti változások lépnek fel, ezért gyakran ez döntő a teljes hegesztett kötés tulajdonságai szempontjából.
A varrat repedezettsége a varratban megjelenő repedések kialakulását jelenti, amelyek közvetlenül a hegesztés után, még magas hőmérsékleten, vagy esetleg csak lehűléskor, a kékizzás tartományában (kb. 300oC-on) jönnek létre. A repedezettség nagy mértékben az elektródák sajátossága; ez szinte kizárólag bevont elektródáknál fordul elő, márpedig ezek éppen a acélszerkezeteknél fontosak. A repedések kialakulásához két feltételnek kell teljesülnie, nevezetesen a hegesztési folyamat vagy más külső hatások miatt fellépő nagy feszültségeknek, valamint az anyag merevségének növekedésének.
A kohászati változásokon kívül az anyag összetételében és szerkezetében fontosak a fizikai folyamatok is, amelyek a hegesztés során az anyagba bevitt nagy mennyiségű hővel és az ezzel elért magas hőmérsékletekkel állnak kapcsolatban. A felmelegítés nem egyenletesen történik, hanem csak szűk, korlátozott területeken. A felmelegedéssel járó hőtágulást a felmelegített zóna belső feszültségei akadályozzák, amelyeket a fel nem melegített anyag hoz létre. Emellett külső feszültség is fellép, mivel az alkatrészeket hegesztéskor szorosan rögzíteni kell, ezért felmelegítéskor képlékeny összenyomódások keletkeznek. Hűléskor a varrat és annak környezete zsugorodik a legerősebben (zsugorodás). Hűléskor az akadályozott alakváltozás miatt kényszerfeszültségeknek (zsugorodási feszültségeknek) kell fellépniük. A hegesztendő részek 200 oC és 300 oC közötti előmelegítésével a hűlés jelentősen lassítható. Az edzőhatás csökkenése révén jobb szerkezetképződés érhető el, a keményedés kisebb marad.
Anyagvizsgálat és hegesztési munkák vizsgálata
Általános: Mivel a hegesztett munkák minősége számos körülménytől függ, nem utolsósorban pedig a szakmunkás ügyességétől és megbízhatóságától is, valamennyi hegesztési munkát pontosan ellenőrizni és vizsgálni kell. A vizsgálatok közül említendők azok, amelyek az anyagok és elektródák hegeszthetőségének megállapítására, egy adott esetben a hegesztési feltételek és eljárások összehasonlítására, minták vizsgálatára stb. szolgálnak.
Ábra 1 - A hegesztett varrat hajlítóvizsgálata
A hegesztett varrat hajlítópróbája: Ez egy egyszerű, téglalap keresztmetszetű gerenda hajlítópróbája (ábra 1), amelyen a húzott szálban félkörösen kialakított hosszirányú hornyot egy rétegben, szobahőmérsékleten újrahegesztenek. A varrat erősen csökkenti a deformálhatóságot, ezért a próbatestek gyakran teljesen ridegen és hirtelen törnek el. Vékony lemezeknél a hajlítási szög nagyobb, és a lemez vastagságának növekedésével csökken.
Köpenyállóság: A varrat hajlítópróbájánál többnyire először a varratban keletkeznek repedések, így rideg törés következik be. Az alapanyagnak képesnek kell lennie felvenni azt a terhelést, amely a varrat rideg szétrepedésekor hirtelen lép fel. Követelmény, hogy a hegesztett zónában a repedés ne terjedjen gyorsan az alapanyagban sem, hanem csak lassan haladhasson előre. Az alapanyagnak elég szívósnak kell lennie ahhoz, hogy ezt a hirtelen terhelést felvegye, és ennek a képességnek alacsony hőmérsékleten is megfelelő mértékben meg kell maradnia. A bemetszési szívósság, akárcsak más mechanikai tulajdonságok, nagy mértékben függ a vizsgálat hőmérsékletétől. Alacsony hőmérsékleten, pl. 0 oC alatt, értéke 20 oC-on mért érték töredékére is leeshet. Ennek a hirtelen csökkenésnek a helyzete fontos egy anyag megítélésénél. Hegesztett acélszerkezetekhez ma olyan anyagot követelnek, amely jó öregedési állandóságú, vagyis hidegen húzott próbatesteken nagy ütőbemetszési szilárdságú.
Ábra 2 - Feszültségállapotokból adódó alakváltozás a bevágásoknál
Keménység: A hegesztési zónában jelentős szerepe van a keménység jelenségeinek. Fontos a keménységnövekedés ismerete, mert a törési nyúlás a keménység növekedésével gyorsan csökken (ábra 3), míg a szakítószilárdság σB majdnem arányosan nő a Brinell-keménységgel HB. Szerkezeti acéloknál közelítőleg σB = 0,36*HB. Az I-tartó fő sarokvarratának keménységére egy példa a 4. ábrán látható. Az átmeneti zónában nagyon kis távolságokon belül nagy keménységkülönbségek vannak. A keménység menete a kialakult szerkezettől függ. A σ-ε-l görbe keménység hatására hasonlóan változik, mint a bemetszés feszültségi állapota (ábra 2).
Ábr. 3 - Brinell-keménység és nyúlás
Ábr. 4 - A varrat zónájának keménysége egy hegesztett I-tartó szárában
A kész hegesztett kötések roncsolásmentes vizsgálata
Átnézés – Kis vastagságok átnézésekor a röntgenkép egyetlen képernyőn láthatóvá tehető. A röntgensugarak helyett radioaktív anyagok гамма-sugarai is alkalmazhatók. A röntgenkép alapján következtetni lehet a varrat minőségére. A zárványos salak vagy pórusok, valamint az összeolvadási hibák és a repedések így megállapíthatók, és adott esetben eltávolíthatók.
Mágneses poros vizsgálat – A vizsgálandó acélrészben mágneses mezőt hoznak létre, majd a felhintett vasreszelék a mezőnek megfelelően rendeződik. A mágneses tér esetleges szabálytalanságaiból repedések tárhatók fel. Az eljárás különösen hatékony a felületi repedések kimutatására, ugyanakkor viszonylag érzéketlen a salakzárványokkal és pórusokkal szemben, csakúgy mint a vastagabb lemezek belsejében lévő repedésekkel szemben.
Ultrahangos vizsgálat – Az ultrarövid hanghullámok nemcsak a határfelületeken verődnek vissza, hanem a belső elválási felületeken is, például repedéseken vagy elválásokon.