A folyamattényezőkön kívül más hegesztési folyamattényezők, mint például a horonyméret és a résméret, az elektróda és a munkadarab dőlésszöge, valamint a kötés térbeli helyzete is befolyásolhatják a hegesztés kialakulását és a hegesztés méretét.
A hegesztőáram hatása a hegesztés képződésére
Bizonyos körülmények között, az ívhegesztő áram növekedésével a hegesztési varrat behatolási mélysége és megerősítése is növekszik, a hegesztési varrat szélessége pedig kissé megnő. Ennek okai a következők:
1) Az ívhegesztés hegesztőáramának növekedésével a hegesztett anyagra ható íverő is növekszik, az ív hőbevitele a hegesztett anyagba növekszik, és a hőforrás helye lefelé mozdul el, ami elősegíti a hővezetést az olvadék mélységi irányában, és növeli a behatolási mélységet. A behatolási mélység megközelítőleg arányos a hegesztőárammal. A hegesztési behatolási mélység H megközelítőleg egyenlő Km × I-vel. A képletben Km a behatolási együttható (a milliméterekben kifejezett érték, amellyel a hegesztési behatolási mélység növekszik, ha a hegesztőáramot 100 A-rel növeljük), amely az ívhegesztési módszerrel, a huzalátmérővel, az áramtípussal stb. függ össze, az 1-1. táblázat szerint.
| ívhegesztési módszerek | elektróda átmérője/mm | hegesztőáram/A | feszültség/V | hegesztési sebesség/mh-1 | penetrációs együttható/m² m⁻¹⁸A⁻¹ |
volfrám argon ívhegesztés | 3.2 | 100~350 | 10~16 | 6~18 | 0,8~1,8 |
| | 1,6-os fúvókanyílás | 50~100 | 20~26 | 10~60 | 1,2~2 |
| 3,4-es fúvókanyílás | 220~300 | 28~36 | 18~30 | 1,5~2,4 |
| | 2 | 200~700 | 32~40 | 15~100 | 1,0~1,7 |
| 5 | 450~1200 | 34~44 | 30~60 | 0,7~1,3 |
fúziós elektródás argon ívhegesztés | 1,2~2,4 | 210~550 | 24~42 | 40~120 | 1,5~1,8 |
| CO2 hegesztés | 0,8~1,6 | 70~300 | 16~23 | 30~150 | 0,8~1,2 |
| 2~4 | 500~900 | 35~45 | 40~80 | |
1-1. táblázat Olvadási mélységi együttható (Km) különböző ívhegesztési módszerek és paraméterek esetén (hegesztett acél)
2) Ívhegesztésnél a hegesztőmag vagy a hegesztőhuzal olvadási sebessége arányos a hegesztőárammal. Mivel az ívhegesztésnél a hegesztőáram növekedése a hegesztőhuzal olvadási sebességének növekedéséhez vezet, az olvadt hegesztőhuzal mennyisége megközelítőleg arányosan nő, míg a hegesztési szélesség kevésbé nő, így a hegesztési varrat erősítése is nő.
3) A hegesztőáram növekedésével az ívoszlop átmérője is megnő. Azonban a munkadarabba való behatolás mélysége is megnő, és az ívfolt mozgástartománya korlátozott. Ezért a hegesztési varrat szélességének növekedése viszonylag kis mértékű.
Védőgázas fém inert gázos hegesztés (MIG) során a hegesztőáram növekedésével a hegesztési varrat behatolási mélysége is növekszik. Ha a hegesztőáram túl nagy, és az áramsűrűség túl magas, ujjszerű behatolás alakulhat ki, különösen alumínium hegesztésekor.
Az ívfeszültség hatása a hegesztés kialakulására
Bizonyos körülmények között, amikor az ívfeszültség növekszik, az ívteljesítmény is növekszik, és a hegesztett varrat hőbevitele is növekszik. Az ívfeszültség növekedése azonban az ívhossz növelésével érhető el. Az ívhossz növekedése az ív hőforrásának sugarának növekedéséhez és az ív hőelvezetésének növekedéséhez vezet. Ennek eredményeként a hegesztett varrat energiasűrűsége csökken, így a behatolási mélység kissé csökken, miközben a hegesztési varrat szélessége növekszik. Ugyanakkor, mivel a hegesztőáram változatlan marad, és a hegesztőhuzal olvadási mennyisége változatlan, a hegesztési varrat erősítése csökken.
Különböző ívhegesztési módszereknél a megfelelő hegesztés eléréséhez, azaz a megfelelő hegesztésképződési együttható φ fenntartásához a hegesztőáram növelésével az ívfeszültséget is megfelelően növelni kell. Szükséges, hogy az ívfeszültség és a hegesztőáram megfelelő illeszkedési kapcsolatban álljon. Ez leggyakoribb a fogyóelektródás ívhegesztésnél.
A hegesztési sebesség hatása a hegesztés képződésére
Bizonyos körülmények között a hegesztési sebesség növelése a hegesztési hőbevitel csökkenéséhez vezet, ezáltal mind a hegesztési varrat szélességét, mind a penetrációt csökkentve. Mivel a hegesztési varrat egységnyi hosszára lerakódott huzalfém mennyisége fordítottan arányos a hegesztési sebességgel, a hegesztési varrat erősítésének csökkenéséhez is vezet.
A hegesztési sebesség fontos mutató a hegesztési termelékenység értékeléséhez. A hegesztési termelékenység javítása érdekében növelni kell a hegesztési sebességet. A szerkezeti tervezésben szükséges hegesztési méret biztosítása érdekében azonban a hegesztési sebesség növelése mellett a hegesztőáramot és az ívfeszültséget is ennek megfelelően növelni kell. Ez a három mennyiség összefügg egymással. Ugyanakkor azt is figyelembe kell venni, hogy a hegesztőáram, az ívfeszültség és a hegesztési sebesség növelésekor (azaz nagy teljesítményű hegesztőív és nagy hegesztési sebességű hegesztés esetén) hegesztési hibák, például alámetszés és repedések léphetnek fel az olvadékfürdő kialakulása és az olvadékfürdő megszilárdulása során. Ezért a hegesztési sebesség növelése korlátozott.
A hegesztőáram típusának, polaritásának és az elektróda méretének hatása a hegesztés képződésére
1. A hegesztőáram típusai és polaritásai
A hegesztőáram típusai egyenáramra és váltakozó áramra oszthatók. Ezen belül az egyenáramú ívhegesztés tovább oszlik állandó egyenáramra és impulzusos egyenáramra aszerint, hogy van-e impulzus az áramban; a polaritás szerint egyenáramú pozitív bekötésre (a hegesztőelem pozitívhoz van csatlakoztatva) és egyenáramú fordított bekötésre (a hegesztőelem negatívhoz van csatlakoztatva). A váltakozó áramú ívhegesztés a különböző áramhullám-alakok szerint tovább oszlik szinuszhullámú váltakozó áramra és négyszöghullámú váltakozó áramra. A hegesztőáram típusa és polaritása befolyásolhatja az ívből a hegesztőelembe jutó hő mennyiségét, így a hegesztés kialakulását is. Ugyanakkor befolyásolhatja a cseppek átvitelének folyamatát és az oxidfilm eltávolítását az alapfém felületéről.
Amikor volfrámelektródával inert gázos ívhegesztést alkalmaznak fémanyagok, például acél és titán hegesztésére, a hegesztési penetráció a legnagyobb, ha az egyenáramot pozitív irányban kapcsolják, a penetráció a legkisebb, ha az egyenáramot fordított irányban kapcsolják, és a kettő között váltakozó áram van. Mivel a hegesztési penetráció a legnagyobb, ha az egyenáramot pozitív irányban kapcsolják, és a volfrámelektróda égési vesztesége a legkisebb, egyenáramos pozitív csatlakozást kell használni, ha volfrámelektródával inert gázos ívhegesztést alkalmaznak fémanyagok, például acél és titán hegesztésére. Amikor impulzusos egyenáramú hegesztést alkalmaznak volfrámelektródával inert gázos ívhegesztéshez, mivel az impulzusparaméterek beállíthatók, a hegesztési varrat mérete szükség szerint szabályozható. Amikor volfrámelektródával inert gázos ívhegesztést alkalmaznak alumínium, magnézium és ötvözeteik hegesztésére, az ív katódtisztító hatását kell kihasználni az oxidfilm tisztítására az alapfém felületén. A váltakozó áram jobb. Mivel a négyszöghullámú váltakozó áram hullámforma-paraméterei beállíthatók, a hegesztési hatás jobb.
Gázos ívhegesztésnél, amikor az egyenáram fordított bekötésű, a hegesztési penetráció és a hegesztési szélesség is nagyobb, mint az egyenáramú pozitív bekötés esetén. A váltakozó áramú hegesztés penetrációja és szélessége a kettő között van. Ezért fedett ívű hegesztésnél általában az egyenáramú fordított bekötést használják a nagyobb bekötés eléréséhez; míg a fedett ívű felülethegesztésnél az egyenáramú pozitív bekötést a bekötés csökkentéséhez. Védőgázas gázos ívhegesztésnél széles körben alkalmazzák, mivel a fordított egyenáramú bekötés nemcsak nagy bekötési mélységgel rendelkezik, hanem a hegesztőív és a cseppátviteli folyamat is stabilabb, mint az egyenáramú pozitív bekötés és a váltakozó áram esetén, és katódtisztító hatása is van, ezért széles körben alkalmazzák. Az egyenáramú pozitív bekötést és a váltakozó áramot általában nem használják.
2. A volfrámelektróda hegyének alakja, a hegesztőhuzal átmérője és a hosszabbító hosszának hatása
A hegesztőelektróda elülső végének szöge és alakja nagyobb hatással van az ív koncentrációjára és az ívnyomásra. Ezeket a hegesztőáramnak és a munkadarab vastagságának megfelelően kell kiválasztani. Általánosságban elmondható, hogy minél koncentráltabb az ív és minél nagyobb az ívnyomás, annál nagyobb a kialakult behatolási mélység, míg a hegesztési varrat szélessége ennek megfelelően csökken.
Gázos fémelektródás hegesztésnél, állandó hegesztőáram mellett, minél vékonyabb a hegesztőhuzal, annál koncentráltabb az ívmelegítés, nő a behatolási mélység és csökken a varrat szélessége. A tényleges hegesztési projektek során a hegesztőhuzal átmérőjének kiválasztásakor azonban az áram nagyságát és a hegfürdő morfológiáját is figyelembe kell venni a rossz hegesztési varratképződés elkerülése érdekében.
Gázos fémelektródás hegesztésnél a huzalhossz növekedésével a huzal meghosszabbított részén áthaladó hegesztőáram által termelt hőellenállás is megnő, ami a huzal olvadási sebességét is növeli. Ennek következtében a hegesztési varrat erősítése is megnő, míg a behatolási mélység némileg csökken. Az acélhegesztőhuzalok viszonylag nagy ellenállása miatt a huzalhossz hatása a hegesztés kialakulására viszonylag nyilvánvaló acél és finom huzalok hegesztésekor. Az alumínium hegesztőhuzalok ellenállása viszonylag kicsi, így a hatása nem jelentős. Bár a huzalhossz növelése javíthatja a huzal olvadási együtthatóját, a huzalolvadási stabilitás és a hegesztés kialakulásának szempontjait átfogóan figyelembe véve a huzalhossz megengedett változási tartománya van.
Egyéb folyamattényezők hatása a hegesztés képződési tényezőire
A fenti folyamattényezőkön kívül más hegesztési folyamattényezők, mint például a horonyméret és a résméret, az elektróda és a munkadarab dőlésszöge, valamint a kötés térbeli helyzete is befolyásolhatják a hegesztés kialakulását és a hegesztés méretét.
1. Horony és rés
Elektromos ívhegesztéssel végzett tompa illesztések hegesztésekor általában a hegesztőlemez vastagságának megfelelően kell meghatározni, hogy kell-e rést kialakítani, a rés méretét és a nyitott horony alakját. Bizonyos más körülmények között minél nagyobb a horony vagy rés mérete, annál kisebb a hegesztett varrat vasalata, ami a hegesztési pozíció csökkenésével egyenértékű. Ekkor a fúziós arány csökken. Ezért a rés hagyásával vagy a horony megnyitásával szabályozható a vasalat mérete és beállítható a fúziós arány. A rés hagyásával és a rés elhagyásával, valamint a horony megnyitásával összehasonlítva a kettő hőelvezetési feltételei némileg eltérnek. Általánosságban elmondható, hogy a horony megnyitásának kristályosodási feltételei kedvezőbbek.
2. Elektróda (hegesztőhuzal) dőlése
Az ívhegesztés során az elektróda dőlésiránya és a hegesztési irány közötti kapcsolat alapján két típusra osztják: az elektróda előredőlésére és az elektróda hátradőlésére. Amikor a hegesztőhuzal dől, az ívtengely is ennek megfelelően dől. Amikor a hegesztőhuzal előredől, az íverő hatása az olvadt fémmedence hátrafelé történő kisülésére gyengül. Az olvadt medence alján lévő folyékony fémréteg vastagabbá válik, a behatolási mélység csökken, az ív hegesztett szerkezetbe való behatolási mélysége csökken, az ívfolt mozgástartománya kitágul, a hegesztési varrat szélessége nő, és a vasalás csökken. Minél kisebb a hegesztőhuzal előredőlési α szöge, annál nyilvánvalóbb ez a hatás. Amikor a hegesztőhuzal hátradől, fordított a helyzet. Védett fémes ívhegesztésnél az elektróda hátradőlési módszerét alkalmazzák, és a 65° és 80° közötti α dőlésszög viszonylag megfelelő.
3. Hegesztendő darab dőlése
A hegesztési varrat dőlése gyakran előfordul a tényleges gyártás során, és felfelé és lefelé irányuló hegesztésre osztható. Ekkor a gravitáció hatására az olvadt fémréteg lefelé áramlik a lejtő mentén. Felfelé irányuló hegesztésnél a gravitáció segít az olvadt fémréteg olvadt rétegének végébe üríteni, így a penetráció mély, a hegesztési varrat szélessége keskeny, a vasalás pedig nagy. Ha az α felfelé irányuló szög 6° és 12° között van, a vasalás túl nagy, és mindkét oldalon könnyen alámetszések keletkeznek. Lefelé irányuló hegesztésnél ez a hatás megakadályozza, hogy az olvadt fémréteg olvadt rétegének végébe ürüljön. Az ív nem tudja mélyen felmelegíteni a fémréteg alján, a penetráció csökken, az ívfolt mozgási tartománya kitágul, a hegesztési varrat szélessége megnő, a vasalás pedig csökken. Ha a hegesztési varrat dőlésszöge túl nagy, az elégtelen penetrációhoz és az olvadt réteg folyékony fémrétegének túlcsordulásához vezet.
4. Hegesztőanyag és vastagság
A hegesztési penetráció összefügg a hegesztőárammal, valamint az anyag hővezető képességével és térfogati hőkapacitásával. Minél jobb az anyag hővezető képessége és minél nagyobb a térfogati hőkapacitása, annál több hőre van szükség egységnyi fém térfogatának megolvasztásához és a hőmérséklet azonos mértékű emeléséhez. Ezért bizonyos más körülmények között, például hegesztőáram mellett, a behatolási mélység és a hegesztési szélesség csökken. Minél nagyobb az anyag sűrűsége vagy folyékony viszkozitása, annál nehezebb az ív számára a folyékony olvadt fémfürdő kiszorítása, és annál sekélyebb a hegesztési penetráció. A hegesztett alkatrész vastagsága befolyásolja a hővezetést a hegesztett alkatrészen belül. Ha más feltételek azonosak, a hegesztett alkatrész vastagságának növekedésével a hőelvezetés is növekszik, és mind a hegesztési szélesség, mind a behatolási mélység csökken.
5. Folyasztószer, elektródabevonat és védőgáz
A fluxusok vagy elektródabevonatok eltérő összetétele eltérő feszültségesést eredményez az ív elektródaterületein, és az ívoszlop eltérő potenciálgradienseit, ami elkerülhetetlenül befolyásolja a hegesztés kialakulását. Ha a fluxus alacsony sűrűségű, nagy részecskeméretű vagy kis halmozási magasságú, az ív körüli nyomás alacsony, az ívoszlop kitágul, és az ívfolt nagy mozgástartományú. Ezért a penetráció kicsi, a hegesztési szélesség nagy, és a vasalás kicsi. Nagy teljesítményű ívhegesztés esetén vastag munkadarabok hegesztéséhez habkőszerű fluxus használata csökkentheti az ívnyomást, csökkentheti a penetrációt és növelheti a hegesztési szélességet. Ezenkívül a hegesztési salaknak megfelelő viszkozitással és olvadási hőmérséklettel kell rendelkeznie. Ha a viszkozitás túl magas, vagy az olvadási hőmérséklet viszonylag magas, a salak rosszul szellőzik, és könnyen sok mélyedés alakulhat ki a hegesztési felületen, ami rossz hegesztési felületképződést eredményez.
Az ívhegesztéshez használt védőgázok (például Ar, He, N2, CO2) összetétele eltérő, és fizikai tulajdonságaik, például a hővezető képességük is eltérőek. Ezáltal az ív poláris tartománybeli feszültségesése és az ívoszlop potenciálgradiense, az ívoszlop vezetőképes keresztmetszete, a plazmaáramlási erő és a fajlagos hőáram eloszlása eltérő. Mindezek a tényezők befolyásolják a hegesztési varratok kialakulását.
Röviden, a hegesztés kialakulását számos tényező befolyásolja. A jó hegesztés eléréséhez megfelelő hegesztési módszereket és hegesztési feltételeket kell választani a hegesztett alkatrész anyaga és vastagsága, a hegesztés térbeli helyzete, a kötés formája, a munkakörülmények, a kötés teljesítményére vonatkozó követelmények és a hegesztési varrat mérete alapján. Ugyanakkor a legfontosabb a hegesztő hozzáállása a hegesztéshez! Ellenkező esetben a hegesztés kialakulása és annak teljesítménye nem feltétlenül felel meg a követelményeknek, sőt, különféle hegesztési hibák is megjelenhetnek.
