A hegesztés alapelvei

A varrat úgy definiálható, mint fémek összeolvadása, amelyet megfelelő hőmérsékletre hevítéssel állítanak elő nyomás alkalmazásával vagy anélkül, és töltőanyag használatával vagy anélkül.

A fúziós hegesztés során a hőforrás elegendő hőt termel a szükséges méretű fémolvadék létrehozásához és fenntartásához. A hőellátás történhet villannyal vagy gázlánggal. Az elektromos ellenállás-hegesztés fúziós hegesztésnek tekinthető, mivel némi fémolvadék keletkezik.

---

A szilárd fázisú eljárások hegesztési varratokat készítenek az alapanyag megolvasztása és töltőfém hozzáadása nélkül. Mindig nyomást alkalmazunk, és általában némi hőt biztosítunk. A súrlódási hőt ultrahangos és súrlódó kötéseknél fejlesztik, a diffúziós kötésnél pedig általában kemencefűtést alkalmaznak.

A hegesztésnél használt elektromos ív nagyáramú, alacsony feszültségű kisülés, általában 10-2000 amper tartományban 10-50 volt mellett. Az ívoszlop összetett, de tágabb értelemben egy elektronokat kibocsátó katódból, az áramvezetést biztosító gázplazmából és egy anódtartományból áll, amely az elektronbombázás miatt viszonylag melegebbé válik, mint a katód. Általában egyenáramú (DC) ívet használnak, de váltóáramú (AC) íveket is alkalmaznak.

Az összes hegesztési folyamat során felhasznált teljes energia meghaladja a kötés létrehozásához szükséges mennyiséget, mivel a keletkező hő nem hasznosítható hatékonyan. A hatásfok az eljárástól függően 60-90 százalék között változik; egyes speciális folyamatok nagymértékben eltérnek ettől az ábrától. A hőveszteség az alapfémen keresztül történő vezetés és a környezetbe történő sugárzás révén történik.

A legtöbb fém hevítéskor reakcióba lép a légkörrel vagy más közeli fémekkel. Ezek a reakciók rendkívül károsak lehetnek a hegesztett kötés tulajdonságaira nézve. A legtöbb fém például gyorsan oxidálódik, amikor megolvad. Egy oxidréteg megakadályozhatja a fém megfelelő kötődését. Az oxiddal bevont olvadt fémcseppek beszorulnak a hegesztésbe, és törékennyé teszik a kötést. Egyes különleges tulajdonságok miatt hozzáadott értékes anyagok olyan gyorsan reagálnak a levegő hatására, hogy a lerakódott fém összetétele nem ugyanaz, mint eredetileg. Ezek a problémák folyasztószerek és inert atmoszférák alkalmazásához vezettek.

A fúziós hegesztésnél a folyasztószernek védő szerepe van a fém szabályozott reakciójának elősegítésében, majd az oxidáció megelőzésében azáltal, hogy egy takarót képez az olvadt anyagon. A fluxusok lehetnek aktívak és segíthetik a folyamatot, vagy inaktívak, és egyszerűen védik a felületeket az összeillesztés során.

Az inert atmoszférák a folyasztószerekhez hasonló védő szerepet töltenek be. Gázárnyékolt fémíves és gázárnyékolt volfrámíves hegesztésnél a fáklyát körülvevő gyűrűből inert gáz – általában argon – folyamatos áramlásban áramlik, kiszorítva a levegőt az ív körül. A gáz nem lép kémiai reakcióba a fémmel, hanem egyszerűen megvédi azt a levegő oxigénjével való érintkezéstől.

A fémkötések kohászata fontos a kötés funkcionális képességei szempontjából. Az ívhegesztés a kötés összes alapvető jellemzőjét szemlélteti. Három zóna keletkezik a hegesztési ív áthaladása során: (1) a hegesztett fém vagy ömlesztési zóna, (2) a hő által érintett zóna és (3) a nem érintett zóna. A hegesztett fém a kötésnek az a része, amely a hegesztés során megolvadt. A hőhatás zóna a hegesztési fémmel szomszédos terület, amelyet nem hegesztettek, de a hegesztési hő hatására megváltozott a mikroszerkezete vagy a mechanikai tulajdonságai. A nem érintett anyag az, amelyet nem melegítettek kellőképpen ahhoz, hogy tulajdonságai megváltozzanak.

A hegesztett fém összetétele és a fagyás (megszilárdulás) körülményei jelentősen befolyásolják a kötés azon képességét, hogy megfeleljen az üzemi követelményeknek. Az ívhegesztésnél a varrat fém töltőanyagból és az elolvadt nemesfémből áll. Az ív áthaladása után a hegesztési fém gyorsan lehűl. Az egymenetes varrat öntött szerkezetű, oszlopos szemcsékkel, amelyek az olvadt medence szélétől a varrat közepéig terjednek. Többjáratú hegesztésnél ez az öntvényszerkezet a hegesztendő fémtől függően módosítható.

A hegesztési varrattal, illetve a hőhatászónával szomszédos nemesfém egy sor hőmérsékleti ciklusnak van kitéve, és szerkezetének változása közvetlenül összefügg az adott pont csúcshőmérsékletével, az expozíció időpontjával és a hűtési sebességgel. A nem nemesfémek típusai túl sokak ahhoz, hogy itt tárgyaljuk, de három osztályba sorolhatók: (1) hegesztési hőtől nem érintett anyagok, (2) szerkezeti változással megkeményedett anyagok, (3) kicsapódási folyamatokkal megkeményedett anyagok.

A hegesztés feszültségeket hoz létre az anyagokban. Ezeket az erőket a hegesztési fém összehúzódása, valamint a hőhatás zóna tágulása, majd összehúzódása idézi elő. A hevítetlen fém korlátozza a fentieket, és mivel az összehúzódás dominál, a hegesztési fém nem tud szabadon összehúzódni, és a kötésben feszültség keletkezik. Ezt általában maradék feszültségnek nevezik, és bizonyos kritikus alkalmazásoknál a teljes gyártás hőkezelésével el kell távolítani. A visszamaradó feszültség elkerülhetetlen minden hegesztett szerkezetben, és ha nem ellenőrzik, meghajlás vagy a hegesztés torzulása következik be. Az irányítást a hegesztési technika, a fúrók és rögzítések, a gyártási eljárások és a végső hőkezelés végzi.