alkalmazhatÓsÁgÁnak elemzÉse az aggregÁt …midra.uni-miskolc.hu/document/28308/24006.pdf ·...
Post on 16-Oct-2019
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MISKOLCI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
ANYAGSZERKEZETTANI ÉS
ANYAGTECHNOLÓGIAI INTÉZET
ELLENÁLLÁS DUDORHEGESZTÉS
ALKALMAZHATÓSÁGÁNAK ELEMZÉSE AZ
AGGREGÁT GYÁRTÁSBAN
SZAKDOLGOZAT
Muhari Dávid
Neptun kód: XW4WCG
5130 Jászapáti
Kinizsi utca 5/a.
TARTALOMJEGYZÉK
BEVEZETÉS ............................................................................................................. 1
1. AZ ELLENÁLLÁS-HEGESZTÉSRŐL ÁLTALÁNOSAN ............................................... 2
1.1. Az ellenállás-hegesztések rendszerezése .............................................. 2
1.2. Az ellenállás-hegesztés hőforrása ......................................................... 4
1.2.1. A vezetők belső ellenállása ....................................................... 5
1.2.2. Az érintkezési, illetve átmeneti ellenállás ................................ 6
1.3. Felülettisztítás ....................................................................................... 8
1.4. A sajtolóerő szerepe az ellenállás-hegesztésben ................................... 8
1.5. Védelem a levegő gázaival szemben .................................................... 9
2. A DUDORHEGESZTÉSRŐL ÁLTALÁNOSAN .......................................................... 10
2.1. Kötéskialakítások ................................................................................ 11
2.1.1. Kötéskialakítás mesterséges dudorokkal ................................ 11
2.1.2. Kötéskialakítás természetes dudorokkal ................................. 14
2.2. A dudorhegesztés technológiai paraméterei ....................................... 17
2.3. Anyagok dudorhegeszthetősége.......................................................... 21
2.4. A dudorhegesztett kötés minősége ..................................................... 23
2.5. A dudorhegesztés berendezései .......................................................... 27
2.6. A dudorhegesztés főbb előnyei és korlátai ......................................... 28
2.7. Az ellenállás-hegesztés és a VFI eljárás összehasonlítása ................. 29
3. CSÖVEK MERŐLEGES ÉS PÁRHUZAMOS DUDORHEGESZTÉSÉNEK LEHETŐSÉGEI A
DOMETIC ZRT-NÉL ........................................................................................... 31
4. AZ ELLENÁLLÁS-HEGESZTÉSI KÍSÉRLETEK ISMERTETÉSE ................................. 38
4.1. Az előgyártmányok elkészítésének nyomon követése, vizsgálata ..... 38
4.1.1. Az elpárologtató cső legyártása, ellenőrzése ........................ 38
4.1.2. Az ammónia cső legyártása, ellenőrzése .............................. 40
4.2. Munkadarabok összehasonlítása a gyártmányrajzzal mérések útján .. 42
4.2.1. Az elpárologtató cső esetében .............................................. 42
4.2.2. Az ammónia cső esetében ..................................................... 43
4.3. A hegesztési kísérletek elvégzése ....................................................... 45
4.3.1. A merőleges kötések elkészítése .......................................... 45
4.3.2. A párhuzamos kötések elkészítése ....................................... 46
4.4. Az ammónia cső és az elpárologtató cső merőleges kötésének további
vizsgálata ............................................................................................. 46
5. A TECHNOLÓGIAI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA ........................................ 51
6. A KRITIKUS MÉRETEK TŰRÉSEINEK MEGHATÁROZÁSA ..................................... 54
7. JAVASLATOK A KÖTÉS VIZUÁLIS ÉRTÉKELÉSÉRE, ÉS SZÚRÓPRÓBASZERŰ
RONCSOLÁSOS ELLENŐRZÉSÉRE ....................................................................... 58
ÖSSZEFOGLALÁS .................................................................................................. 60
SUMMARY ............................................................................................................ 61
IRODALOMJEGYZÉK .............................................................................................. 62
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ...................................................................................... 64
- 1 -
BEVEZETÉS
Az ipar számos területén széleskörűen alkalmazzák az ellenállás-hegesztések
csoportjába tartozó dudorhegesztő eljárást. Ennek oka leginkább a könnyű
gépesíthetőségben, automatizálhatóságban, termelékenységben, illetve a jól
reprodukálható, kiváló minőségű kötések létrehozásának lehetőségében keresendő.
Azonban a technológiának vannak korlátai is, amelyek gátat szabnak
alkalmazhatóságának.
Többnyire az itt felsorolt előnyei miatt tervezi a dudorhegesztés bevezetését
bizonyos alkatrészek gyártása esetében a Dometic Zrt. is. A Dometic vállalat
Jászberényi telephelyét 2001-ben hozta létre Dometic Hűtőgépgyártó és Kereskedelmi
Zrt. néven, amely túlnyomórészt kisebb méretű beépített hűtőszekrények gyártásával és
értékesítésével foglalkozik. Egyaránt gyártanak kompressziós és abszorpciós elven
működő hűtőszekrényeket is. Az abszorpciós elven működőkben található hőcserélőket,
más néven aggregátokat eddig védőgázos fogyóelektródás ívhegesztő és lánghegesztő
eljárások segítségével gyártották. A lánghegesztés napjainkban már nagyon kiszorult az
iparból, mivel rendkívül kis termelékenységgel közepes vagy gyenge minőségű varratok
készíthetők vele. A VFI eljárásváltozatok pedig jelentősen költségesebbek az ellenállás-
hegesztésnél. Ezért ahol csak lehet, szeretnének áttérni az ellenállás dudorhegesztésre.
A szakdolgozatom célja, hogy megvizsgáljam néhány, a Dometic Zrt. által
előállított termékekben előforduló kötés esetében az ellenállás-dudorhegesztési
technológia alkalmazhatóságát, illetve megállapítsam alkalmazhatóságának feltételeit.
- 2 -
1. AZ ELLENÁLLÁS-HEGESZTÉSRŐL ÁLTALÁNOSAN
Az ellenállás-hegesztések a folyékony fázisú sajtolóhegesztések csoportjába
tartoznak. Ez azt jelenti, hogy ezen hegesztőeljárások során az összehegesztendő
elemekkel közölt hőmennyiségnek köszönhetően – a legtöbb ellenállás-hegesztő
eljárásnál – helyileg megömlesztjük az alapanyagokat, ugyanakkor bizonyos mértékű
sajtolóerőt is alkalmazunk, amely elengedhetetlen a megfelelő minőségű kötések
létrehozásához. Ellenállás-hegesztés során jellemzően autogén módon, vagyis
hozaganyag használata nélkül történik a hegesztés. [1][2]
1.1. Az ellenállás-hegesztések rendszerezése
Az ellenállás-hegesztő eljárások csoportosításának szabványos rendszerezését az
MSZ EN ISO 4063:2000 szabvány tartalmazza. Ezen eljárások nagyfokú elterjedtsége
abból is látható, hogy ebben a szabványban a sajtolóhegesztések csoportjából kivéve
különálló kategóriába sorolták.
2 – Ellenállás-hegesztések
21 – Ponthegesztés
211 – Egyoldali (indirekt) ponthegesztés
212 – Kétoldali (direkt) ponthegesztés
22 – Vonalhegesztés
221 – Átlapolt vonalhegesztés
222 – Tompavarratos vonalhegesztés
225 – Fóliás tompavarratos vonalhegesztés
226 – Fóliás átlapolt vonalhegesztés
23 – Dudorhegesztés
231 – Egyoldali (indirekt) dudorhegesztés
232 – Kétoldali (direkt) dudorhegesztés
24 – Leolvasztó tompahegesztés
241 – Előmelegítéses leolvasztó tompahegesztés
242 – Előmelegítés nélküli leolvasztó tompahegesztés
- 3 -
25 – Zömítő tompahegesztés
29 – Egyéb ellenállás-hegesztő eljárások
291 – Nagyfrekvenciás ellenállás-hegesztés
Egyszerűbb és szemléletesebb csoportosítási mód a termékgeometria szerinti
felosztás. Fontos azonban megjegyezni, hogy bizonyos geometriájú elemeket többféle
ellenállás-hegesztő eljárással is össze lehet hegeszteni, mint például átlapolt helyzetű
lemezkötést meg lehet valósítani ponthegesztéssel és dudorhegesztéssel is. Az 1. ábra
az ellenállás-hegesztések ilyen módon való csoportosítását mutatja be. [1]
1. ábra: Ellenállás-hegesztések geometriai osztályozása [1]
Az ábrán az alábbi változatok láthatók: a) átlapolt lemezkötés b) tompa lemezkötés c)
tompa rúdkötés d) tompa csőkötés e) rúd/cső keresztkötése, az Fs az alkalmazott
sajtolóerő irányát mutatja.
- 4 -
1.2. Az ellenállás-hegesztés hőforrása
Az ellenállás-hegesztő eljárások során a hegesztéshez szükséges hőmennyiséget a
munkadarabon átfolyó elektromos áram segítségével biztosítjuk. Ezt elérhetjük az
összekötendő elemek közvetlen áramkörbe kötésével, vagy indukciós elven az anyagban
indukált elektromos áram segítségével. Az előbbi megoldást jóval gyakrabban
alkalmazzák, ezért a továbbiakban azt a változatot részletezem. A munkadarabokon
átvezetett áram hatására az anyagok elektromos ellenállásának köszönhetően hő fejlődik
az elemekben. [2]
A Joule-Lenz törvény értelmében a szilárd fázisú villamos vezetőn a rajta átfolyó
áram hatására
𝐸𝑅 = ∫ 𝐼(𝑡)2𝑡ℎ
𝑡=0∙ 𝑅(𝑡) ∙ 𝑑𝑡, (1)
mennyiségű energia fejlődik. [1][2]
Ahol: ER: [J] a villamos ellenálláson fejlődő energia, I: [A] az ellenálláson átfolyó
áram erőssége, R: [Ω] az ellenállás nagysága, t: [s] idő, th: [s] hevítési idő.
Ebből az összefüggésből jól látszik, hogy adott fajlagos ellenállású és geometriájú
munkadarabon fejlődött hő mennyisége a rajta átfolyó kA nagyságrendű áram
erősségétől és a periódusban mért hegesztési időtől függ. Bármelyik paraméter
változtatása ugyanazt eredményezi hőbevitel szempontjából. Ez fontos körülmény a
hegesztőeljárás paramétereinek megválasztása során, ugyanis ennek köszönhetően
ellenállás-hegesztésnél megkülönböztethetünk kemény, illetve lágy munkarendet.
Előbbinél nagy áramerősséget és rövid hegesztési időt, utóbbinál kisebb áramerősséget
és hosszabb időt alkalmaznak. Azonban más szempontokat is figyelembe kell venni.
Bizonyos anyagtípusok, mint például az alumínium csak kemény munkarenddel, más
anyagfajták pedig csak lágy munkarenddel hegeszthetők, ilyenek az edződésre hajlamos
anyagok. Továbbá előfordul, hogy azért kell lágy munkarendet alkalmazni, mert a
rendelkezésre álló hegesztő berendezés nem alkalmas a kemény munkarend
megvalósítására. [2][3]
- 5 -
Tehát ellenállás-hegesztés során az ellenállásokon fejlődött hőmennyiséget
hasznosítjuk. A folyamat szempontjából releváns ellenállás alapvetően kétféle lehet. Az
egyik, amit már fentebb említettem az anyagok belső ellenállása, a másik pedig az
úgynevezett érintkezési ellenállás. A továbbiakban ezen kétféle ellenállást fogom
részletezni. [3]
1.2.1. A vezetők belső ellenállása
Ahogyan azt már fentebb is említettem, a hegesztési folyamat során keletkező
hőmennyiség jelentősen függ a hegesztendő anyag fajlagos ellenállásától. A fémek
villamos ellenállása pedig a szabad elektronok számának függvénye, illetve, hogy ezek
az elektronok milyen mozgási lehetőségekkel rendelkeznek. Ebből adódik, hogy a
különböző fémek fajlagos ellenállása eltérő. A következő táblázat néhány – a hegesztési
gyakorlatban jelentős szerepet játszó – fém villamos ellenállását mutatja be
szobahőmérsékleten. [2]
1. táblázat: Különböző fémek fajlagos ellenállása szobahőmérsékleten (20 °C) [1]
Fém(ötvözet) Rendszám Fajlagos ellenállás, µΩ∙mm
Vas 26 0,90…1,00
Alumínium 13 0,27…0,28
Réz 29 0,17…0,18
Nikkel 28 0,74…0,90
Ötvözetlen szerkezeti acél - 1,20…1,50
Austenites CrNi acél - 7,00…7,50
NiCr ellenállásötvözet - 10,0…11,0
Azonban a fémek fajlagos ellenállása a hőmérséklet függvényében változik. Minél
nagyobb a hőmérséklet, annál nagyobb a fajlagos ellenállás is. A fajlagos ellenállás
hőmérsékletfüggése az alábbi képlettel írható föl. [2]
𝜌𝑇 = 𝜌0 ∙ (1 + 𝛽1 ∙ 𝑇 + 𝛽2 ∙ 𝑇2) (2)
Ahol: ρT: [Ωmm] a fajlagos ellenállás T hőmérsékleten, ρ0: [Ωmm] a fajlagos
ellenállás szobahőmérsékleten, β1, β2: a fajlagos ellenállás hőmérséklettényezői, T: [°C]
hőmérséklet.
- 6 -
Léteznek olyan fémötvözetek is, amelyek ellenállása alig változik a hőmérséklet
növelésének hatására, de az ellenkezője sokkal gyakoribb. A 2. ábrán ausztenites és
ferrit-perlites acél fajlagos ellenállásának hőmérsékletfüggése figyelhető meg.
2. ábra: A belső ellenállás hőmérsékletfüggése [2]
A fentebb definiált ’ρ’ fajlagos ellenállású és ismert geometriával (’l’ hossz, ’A’
keresztmetszet) rendelkező villamos vezető ellenállása könnyen meghatározható. [2]
𝑅 = 𝜌 ∙𝑙
𝐴 , (3)
Ahol: ρ: [Ωmm] a vezető anyagának fajlagos ellenállása, l: [mm] a vezető hossza,
A: [mm2] a vezető keresztmetszete.
Ennek értelmében adott vezető ellenállása egyenesen arányos a vezető hosszával,
és fordítottan arányos annak keresztmetszetével.
1.2.2. Az érintkezési, illetve átmeneti ellenállás
Az összehegeszteni kívánt munkadarabokat meghatározott sajtolóerővel
összeszorítjuk, így közöttük érintkezési felület jön létre. Villamos áramot vezetve át
rajtuk, ezen a felületen feszültségesést tapasztalunk. Ez az ellenállás rendkívül fontos a
hegesztés szempontjából, mivel ennek köszönhetően pontosan ott fejlődik hő, ahol a két
elemet össze akarjuk hegeszteni. Az érintkezési ellenállás körülményektől függően jóval
szélesebb tartományban változhat, mint a belső ellenállás. Az átmeneti ellenállás
- 7 -
nagyságát befolyásoló tényezők adott anyagpárosítás esetén többek között az érintkező
felületek érdessége, a felületeket összenyomó sajtolóerő (a felületi egyenetlenségeket
képlékenyalakítás útján megszüntetni képes terhelés jelenléte), a hőmérséklet, valamint
a felületek szennyezettségének jellege és mértéke. A 3. ábrán a hőmérséklet és a
felületeket összenyomó erő érintkezési ellenállásra gyakorolt hatását lehet megfigyelni.
[1][2][3]
3. ábra: Érintkezési ellenállás sajtolóerő és hőmérséklet függése [2]
Világosan látszik, hogy az erő és a hőmérséklet növelésével is jelentősen csökken az
érintkezési ellenállás. Az anyagok összeolvadásával az átmeneti ellenállás megszűnik.
A felületi szennyeződés jelenléte nagy mértékben növeli az ellenállást, és ezzel együtt a
kialakult varrat tulajdonságait változtatja. Tehát a jó reprodukálhatóság érdekében
elengedhetetlen a felületi szennyeződések eltávolítása. Értelemszerűen a munkadarab és
az elektród érintkezésénél is fellép az átmeneti ellenállás, ennek hatása viszont rendkívül
káros. Mivel, ha túl nagy mértékű, akkor akár a munkadarab és az elektród
összehegedését is eredményezheti. [1][4]
- 8 -
1.3. Felülettisztítás
Az összehegeszteni kívánt elemek felületei sohasem fémtiszták. Azonban – ahogy
azt az előző fejezetben is említettem – a megfelelően egyenletes kötésminőség, és a jó
reprodukálhatóság miatt gyakran szükség lehet felülettisztító eljárás beiktatására. [1]
A felületi szennyeződések leggyakoribb megjelenési formái: mechanikai
(szervetlen) szennyeződések, nedvesség (víz), szerves szennyeződések (zsír, olaj),
forgácsolási, alakítási műveletek során alkalmazott hűtő-kenő folyadékok,
vegyületszennyeződések (rozsda, reve), adszorbeált felületi gázok. Ezeket a felületi
szennyeződéseket eltávolíthatjuk a hegesztési folyamat előtt, vagy magában a hegesztési
folyamatban, illetve viszonylag gyakran előfordul ennek a kettőnek a kombinációja. A
hegesztés előtti szennyeződés eltávolítást fizikai vagy kémiai úton végzik. Hátránya,
hogy a hegesztésig újra beszennyeződhet a felület, valamint a vegyi módszerek
rendkívül környezetszennyezők. A legjobb minőséget a sajtolóhegesztés kezdeti
fázisában végzett tisztítás jelenti, azonban ez meglehetősen költséges. Ezért találták ki
az előbbi két megoldás kombinációját, ahol a nagyobb szennyeződéseket előzetesen
távolítják el, a végső tisztítást pedig a hegesztési folyamaton belül végzik, így ötvözve
mindkét módszer előnyeit. [1]
Vannak olyan eljárások (pl. leolvasztó tompahegesztés) amelyeknél a hegesztési
folyamat során végbemenő nagymértékű képlékenyalakítás a szennyezett réteget el
tudja távolítani. Ez rendkívül előnyös, mivel így nincs szükség külön tisztítási
műveletre. Azonban a legtöbb eljárásváltozatnál a képlékenyalakítás mértéke nem
elegendő a szennyeződések megfelelő eltávolításához. [1]
1.4. A sajtolóerő szerepe az ellenállás-hegesztésben
Minden ellenállás-hegesztő eljárás során alkalmazunk valamekkora mértékű
sajtolóerőt. Ennek legfontosabb szerepe a hegesztési folyamat kezdetén az
összehegesztendő felületek közötti megfelelő kontaktus létrehozása képlékeny
deformáció révén, egyúttal kiszorítva a káros gázokat a felületek közül, amivel
mechanikai védelmet nyújt a levegő gázaival szemben. Valamint felülettisztítási
- 9 -
feladatokat is elláthat, amennyiben megfelelő mértékű deformáció megy végbe. A
kívánt villamos érintkezés létrehozása a felületek közötti átmeneti ellenállások
szabályozása miatt rendkívül fontos. A túl nagy kezdeti átmeneti ellenállás, illetve annak
későbbi túl gyors csökkenése ugyanis káros hatású. A hegesztési folyamat végén is
fontos szerepe van a sajtolóerőnek, folyékony fázisú ellenállás-hegesztés esetén a
folyadék megszilárdulásakor szívódási üregek keletkezésének megakadályozása.
Továbbá szilárd fázisú hegesztésnél a felületi rétegek atomsíkjait és kristálytani síkjait
egymáshoz kell közelíteni, hogy a megfelelő fémes kötés létrejöhessen. Sokrétű feladata
miatt a sajtolóerő pontos megválasztása elengedhetetlen a jó minőségű kötések
létrehozásához. [1]
1.5. Védelem a levegő gázaival szemben
A legtöbb hegesztő eljárás esetén a megömlesztett alapanyagot és hozaganyagot
védeni kell a levegő gázaival szemben (O2, N2, H2) azok nemkívánatos fizikai és kémiai
hatásai miatt. Hagyományos ömlesztő hegesztő eljárásoknál ezt a védelmet többnyire
valamilyen védőgáz áramoltatásával, salakképzéssel vagy vákuum segítségével
biztosítják. Ezzel szemben ellenállás-hegesztés során az úgynevezett mechanikai
védelmet alkalmazzák. Ennek lényege, hogy az elősajtolási művelet alatt kiszorulnak a
gázok az összehegesztendő felületek közül. A módszer hátránya, hogy a felületi
egyenetlenségekben megszorul a levegő, amely a felhevült anyag képlékeny
alakításával lehet eltávolítani. Azonban néhány eljárásváltozatnál nem következik be az
ehhez szükséges mértékű képlékeny alakítás, így a gázok egy része beszorul, majd a
hegfürdő megszilárdulásakor gázzárványok képződnek. [1]
- 10 -
2. A DUDORHEGESZTÉSRŐL ÁLTALÁNOSAN
A dudorhegesztő eljárások az MSZ EN ISO 4063:2000 szabványban az ellenállás-
hegesztéseken belül, a harmadik csoportba tartoznak, 23-as kódszámmal. A szabvány
két alváltozatba sorolja egyoldali (indirekt) és kétoldali (direkt) dudorhegesztések. Az
egyoldali változat esetében az elektródok – általában hely hiányában – azonos oldalon
vannak elhelyezve, párhuzamos tengelyelrendezéssel. A másik változatnál pedig az
elektródok az elemek átellenes oldalain, egymással szemben helyezkednek el. A
dudorhegesztés lényegében nagyon hasonlít az ellenállás-ponthegesztésre. A
legfontosabb különbséget az jelenti, hogy az összehegesztendő munkadarabok a
folyamat kezdetekor csak azon a felületrészen érintkeznek, ahol a kötést létre akarjuk
hozni. Ennek köszönhetően a hegesztési folyamat során az áramot, és így a fejlődött
hőmennyiséget az elemek érintkezése koncentrálja a kellően szűk keresztmetszetre, nem
pedig az elektródok. Ez a körülmény termékgeometriától függően sok esetben adott,
mint például rudak vagy csövek keresztkötésénél. Abban az esetben, ha ez a feltétel
alapból nem áll fönt, ahogyan lemezek ponthegesztésénél, akkor az egyik vagy mindkét
elem felületén mesterséges úton dudorokat alakítanak ki. A mesterséges dudorok a
hegesztési folyamat végére általában teljesen eltűnnek. Ezzel a technikával az ellenállás-
ponthegesztés számos hátránya kiküszöbölhető. Ugyanis lemezek ponthegesztésénél
nagy problémát jelent, hogy a jó kontaktus létrehozásához és az elektromos áram
koncentrálásához a lemezeket deformálni kell, amihez nagy elektróderő szükséges,
ennek következtében viszont a hegesztési folyamatban fontos érintkezési ellenállás
jelentősen lecsökken, valamint az elektródok élettartama is megrövidül. Ezzel szemben
dudorhegesztés során a sajtolóerő és áram koncentrálását a kívánt módon kialakított
dudorok végzik, így kisebb elektróderő alkalmazásával megvalósítható a megfelelő
kontaktus, illetve nagy kiterjedésű sík felületű dudorokat lehet alkalmazni, melyek
sokkal nagyobb élettartammal rendelkeznek. Tehát a dudorhegesztés lemezek átlapolt
kötése esetén az ellenállás-ponthegesztés továbbfejlesztett változatának tekinthető.
- 11 -
2.1. Kötéskialakítások
2.1.1. Kötéskialakítás mesterséges dudorokkal
Mesterséges dudorkialakítást alapvetően kis falvastagságú lemez-lemez, lemez-
cső, vagy lemez-csap hegesztésénél alkalmaznak, de szinte bármilyen alakú
munkadarabok dudorhegesztését meg tudják valósítani mesterséges dudorok
kialakításával, ahol az természetes formájában nem áll rendelkezésre. Alapkritérium
viszont, hogy a dudor kialakításához szükséges szerszám és a hegesztő elektródok
megfelelő módon hozzáférjenek a munkadarabhoz, és rendelkezésünkre álljon a
dudorok kialakításához szükséges berendezés. [4][5]
A mesterséges dudorokat jellemzően képlékeny hidegalakítással, vágással, esetleg
forgácsolással alakítják ki. Mint minden termelő eljárás során, dudorhegesztés esetén is
rendkívül fontos kérdés a gazdaságosság. Dudorhegesztő eljárást akkor a
leggazdaságosabb alkalmazni, ha a hegesztendő elemet eleve ezen eljárások
valamelyikével állítják elő, így nincs szükség külön művelet beiktatására a dudorok
kialakításához. Emiatt érdemes alaposan végiggondolni, hogy melyik szerkezeti
elemen, hogyan alakítják ki a dudorokat. Az 5. ábrán látható vékonylemezek merőleges
kötésénél egyik lehetséges megoldásként alkalmazhatunk képlékenyalakítást, ha eleve
kell a munkadarabon ilyen műveletet végezni, de amennyiben nem, akkor
költségkímélőbb lehet a másik elem kivágása során kialakítani a dudorokat. [3]
A mesterséges dudorok használatának egyik nagy előnye, hogy sok esetben a
dudor kialakítása során egyúttal valamilyen mértékben meg is tisztítjuk a munkadarab
felületét, így nincs szükség külön tisztító eljárás beiktatására. [1]
A dudorok szerepe a hegesztési folyamatban a hegesztett kötés helyének és
alakjának pontos meghatározása, valamint az alkalmazott sajtolóerő és hegesztő áram
koncentrálása a kívánt térfogatba. Emiatt a dudorhegesztés sikerét, a kötés minőségét az
alapvető technológiai paraméterek mellett a dudor elhelyezkedése, alakja, mérete is
nagy mértékben befolyásolja. Tehát ezen paraméterek precíz megtervezése
elengedhetetlen. [1][6]
- 12 -
Az egyik legáltalánosabb vékony lemezek átlapolt helyzetű ellenállás-hegesztése
mesterséges dudorok segítségével. A dudorok néhány lehetséges kialakítását a 4. ábra
mutatja. Alapvetően gömbsüveg vagy csonkakúp-szelvényű szerszámmal alakítanak ki
bizonyos mértékű pontszerű vagy hosszúkás benyomódást. Nagyon kis falvastagságú
lemezek hegesztése esetén (s < 0,5 mm) az okoz nehézséget, hogy a dudor a felületek
közötti megfelelő kontaktus létrehozásához szükséges sajtolóerő hatására túl hamar
összerogyna. Ennek kiküszöbölésére gyűrűs dudorkialakítás javasolt, mivel így
nagyobb szilárdságú dudor érhető el. A 3 mm-nél nagyobb falvastagságú lemezek pedig
vastagnak számítanak dudorhegesztés szempontjából, mivel ezeknél már az alapanyag
képlékeny hidegalakításához szükséges sajtolóerő rendkívül megnő, ezért vastag
lemezeken a dudorokat néha melegalakítással kell megvalósítani. Dudorhegesztés során
lehetőség van kombinált falvastagságú lemezek összehegesztésére is. A falvastagságok
közötti arány akár elérheti a hatot is. Általános szabály, hogy amennyiben az eltérés nem
túl nagy (s2/s1 ≤ 2) akkor a dudorokat célszerű a vastagabb lemezen elhelyezni, míg
ennél nagyobb eltérés esetén a vékonyabb lemezen kell kialakítani. A 2. és 3. táblázat
nyújt támpontot lemezek átlapolt kötésénél kialakítandó dudorok méreteiről a
falvastagság függvényében. [1][2][5][6][7]
4. ábra: Különböző dudorkialakítások síklemezek kötésénél [1]
- 13 -
2. táblázat: Ajánlások a dudorméretre (a méretek mm-ben értendőek) [1]
Lemez-
vastagság 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0
Dudor-
átmérő 1,5 1,75 1,75 2,0 2,25 2,5 3,0 3,5 4,0 4,75 5,5 7,0
Dudor-
magasság 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,9 1,0 1,25 1,5
Minimális
átlapolás 3,0 4,0 4,0 4,5 5,0 5,5 6,2 7,0 9,0 11,0 12,5 17,5
Pont-
átmérő 2,8 3,0 3,3 3,5 3,8 4,2 4,5 5,0 5,8 7,2 9,0 11,0
3. táblázat: Ajánlások a dudorméretre 3 mm falvastagság fölött [1]
Lemezvastagság, mm Dudorméretek, mm
d h R r
3,0 6,9 1,5 5,0 1,7
3,5 7,6 1,6 5,5 1,8
4,0 8,4 1,6 6,0 2,0
4,25 9,1 1,7 6,3 2,1
4,5 9,9 2,0 7,0 2,3
5,0 10,4 2,1 7,3 2,4
5,25 11,2 2,3 7,7 2,6
5,5 11,9 2,5 8,3 2,7
6,0 13,5 2,8 9,3 3,2
Másik népszerű alkalmazása a dudorhegesztésnek a merőleges helyzetű lemez-
lemez kötés. Ebben az esetben az egyik lemez élfelületét hegesztik hozzá a másik
lemezhez. Ahogy korábban említettem, a dudorok mindkét elemen kialakíthatók
képlékeny hidegalakítással vagy a dudort tartalmazó kontúr kivágásával (leggyakrabban
lézersugaras vágással). Ennek kiválasztását általában az előgyártmány készítésének
technológiája határozza meg, hogy melyik megoldás a gazdaságosabb. [1][3]
5. ábra: síklemezek merőleges kötése [3]
- 14 -
Gyakran előfordul az iparban lemez-csap kötésének létrehozása ellenállás-
hegesztéssel. Nem túl nagy igénybevételű, kisebb geometriai méretekkel rendelkező
csapok merőleges helyzetű lemezhez hegesztése. Ez alapvetően a 782-es számjelű
önálló csoportba sorolt ellenállás-csaphegesztő eljárásváltozat, amely lényegében
dudorhegesztő eljárásnak tekinthető. Annyi különbséggel, hogy csaphegesztés során
általában speciális kézi berendezést alkalmaznak. Abban az esetben, ha a hordozhatóság
nem követelmény, akkor dudorhegesztő gépeken ajánlott végezni a hegesztést, mert így
nagyobb termelékenység, jó automatizálhatóság, és egyenletesebb kötésminőség érhető
el. A csap végének és a lemez kialakítása az elemek méretétől, illetve a várható
terhelésektől függően különböző lehet. A csap végén kialakított dudor legtöbbször
gyűrű alakú, de előfordul sík, gömb, kúp, és csonkakúp formájú is. A 6. ábrán ezen
kötéskialakítások láthatók hegesztés előtti és utáni állapotban. [3]
6. ábra: Csap lemezbe hegesztésének geometriai változatai [3]
2.1.2. Kötéskialakítás természetes dudorokkal
A természetes dudorkialakítás azt jelenti, hogy az összehegesztendő elemek
geometriájából adódóan alapból megvalósul az a feltétel, hogy az összehegesztendő
elemek a folyamat kezdetén csak azon a felületen érintkeznek, ahol a kötést létre akarjuk
hozni. Nincs szükség a munkadarabok geometriájának megváltoztatására. Ilyen
elempárosítások alapvetően a csövek, rudak összehegesztése, illetve csövek, rudak
lemezhez hegesztése, hiszen ezekben az esetekben az egyik vagy mindkét elem
- 15 -
körszelvényű kialakítása biztosítja az egy pont vagy vonal mentén történő
összeillesztést. Az ilyen módon érintkező munkadarabokon átvezetett áram hőt fejleszt,
ennek hatására az alapanyagok kis térfogaton megömlenek, majd a meghatározott
méretű sajtolóerő bizonyos mértékig összenyomja az elemeket. [1][3][5]
7. ábra: Csövek, rudak merőleges kötésének dudorhegesztése [3]
A fent említett elempárosításokat leggyakrabban hálószerű alkatrészek gyártásánál
(hálóhegesztés) alkalmazzák, mivel ezeket a termékeket nagy termelékenységgel lehet
jó minőségben legyártani ezzel az eljárással. Ilyen termékek például a
vasbetonszerkezetek, acélvázak, létrák, kosarak, mezőgazdasági gépek alkatrészei és
különböző könnyűipari termékek. A felhasznált huzal anyaga lehet hidegen vagy
melegen alakított. Az alapanyag lehet lágyacél, korrózióálló acél, réz és nikkel ötvözet
is felhasználástól függően, illetve bevonattal rendelkező elemek is hegeszthetők, de a
kötés helyén a bevonat sérülése általában elkerülhetetlen. Tehát a háló elemi része
huzalok vagy csövek keresztkötése. Két kör keresztmetszetű huzal merőleges
összeillesztésekor pontszerű érintkezés alakul ki, amely a sajtolóerő következtében
foltszerűvé nő. Az alapanyagok hegesztőárammal történő felhevítése után képlékenyen
egymásba nyomódnak. Az összenyomódás mértéke, vagyis a relatív összenyomódás (a
kisebb átmérőre vonatkoztatva) egy igen fontos paramétere ennek az eljárásnak. Ezen
paraméternek van egy optimuma, vagyis a nyírószilárdságot ábrázolva a relatív
összenyomódás függvényében egy maximumos görbét kapunk. Ahogy a 8. ábrán látható
- 16 -
körülbelül 50-60%-os összenyomódásnál kapjuk a legjobb szilárdságot, ennél jobban
esetleg esztétikai okból érdemes összenyomni. Az alkalmazandó sajtolóerő, hegesztő
áram és hegesztési idő a hegesztendő anyagminőségektől, az elemek geometriai
méretétől, illetve a kívánt összenyomódás mértékétől függ. A 4. táblázat tartalmaz erre
vonatkozó ajánlásokat különböző huzalátmérők esetére. A táblázatban feltüntetésre
kerültek az adott esetekben mérhető nyíróerő értékek is, amelyek igazolják, hogy 50-
60%-os relatív összenyomódás esetén érhető el a legjobb mechanikai tulajdonságokkal
rendelkező kötés. [1]
4. táblázat: Paraméterajánlások rudak dudorhegesztésére [1]
Huzalátmérők,
d1+d2, mm 2+2 4+4 6+6 8+8 10+10 12+12 15+15
Relatív
összenyomódás,
h, %
10
30
50
10
30
50
10
30
50
10
30
50
10
30
50
10
30
50
10
30
50
Hegesztési idő,
th, s 0,12 0,22 0,36 0,52 0,72 0,92 1,30
Sajtolóerő, Fe,
kN
0,38
0,65
0,88
1,24
1,90
2,38
2,34
3,86
5,20
3,66
6,54
9,35
5,21
9,93
14,84
6,98
14,05
21,66
10,08
21,56
34,38
Áramerősség,
Ih, kA
0,90
1,30
1,69
2,74
3,98
4,87
4,62
6,74
8,32
6,53
9,56
12,00
8,48
12,46
16,00
10,47
15,42
20,22
13,52
20,00
27,06
Nyíróerő, Fny,
kN
1,8
2,0
2,2
5,1
5,7
6,0
11,1
12,2
13,0
19,9
21,7
22,9
31,4
34,1
36,0
45,6
49,4
52,0
72,0
77,7
81,8
8. ábra: A nyíróerő értéke a relatív összenyomódás függvényében [1]
- 17 -
9. ábra: Huzalhegesztő célgép elvi vázlata [3]
2.2. A dudorhegesztés technológiai paraméterei
A dudorhegesztés technológiai paramétereit az összehegesztendő
anyagminőségek, falvastagságok, dudorkialakítások, munkadarab geometria, illetve az
egyidejűleg hegesztendő varratok száma szerint választjuk meg. [8]
Az ellenállás dudorhegesztés fő paraméterei [9]:
➢ Áramerősség
➢ Elektróderő
➢ Hegesztési ciklus
➢ Alkalmazott elektród
Áramerősség:
Dudorhegesztés során több kA nagyságú elektromos áramot alkalmazunk, de ez
az áramerősség általában kisebb (azonos körülmények mellett), mint ponthegesztés
esetén. A 4. és 5. táblázat tartalmaz ajánlásokat áramerősségre néhány esetben. Az
alkalmazott áramerősség leginkább az alapanyag elektromos ellenállásától és
geometriájától függ. A hegesztés során a dudor gyorsan felmelegszik, és túlzott
áramerősség esetén kifröccsenést és a dudor hirtelen összerogyását okozza. Azonban az
áramerősségnek minimum olyan nagynak kell lennie, hogy létrejöjjön egy elegendően
- 18 -
nagy térfogatú megömlesztett övezet. Több varrat párhuzamos hegesztése esetén az
áram hozzávetőlegesen annyiszorosa ahány varratot készítünk. [8][9]
Elektróderő:
Az elektróderőnek legalább akkora nagyságúnak kell lennie, hogy képes legyen a
dudort az alapanyagba lapítani, illetve természetes dudor esetén az elemeket egymásba
nyomni. A túl nagy elektróderő a dudor idő előtti összenyomódását okozza, ennek
következtében az alapanyagok nem megfelelő megömlése szabálytalan, gyűrű alakú
heglencsét, és rossz szilárdságú kötést eredményez. Szintén a 4. és 5. táblázatban
láthatunk ajánlásokat az alkalmazandó sajtolóerő értékére különböző esetekben. [9]
5. táblázat: Paraméterajánlások kis karbontartalmú (C < 0,3 %) ötvözetlen acélok
dudorhegesztésére egy dudor esetében [4]
Lemezvastagság,
s, mm
Hegesztőáram,
Ih, kA
Hegesztési
idő, th,
per.
Elektróderő,
Fe, kN
0,5 4,4 3 0,6
0,75 6,6 3 1,0
1,0 8,0 5 1,5
1,5 10,3 10 2,3
2,0 12,0 14 3,5
2,5 13,6 17 5,0
3,0 14,5 20 6,5
Hegesztési ciklus:
A hegesztési ciklus segítségével jól lehet szemléltetni az ellenállás-hegesztő
eljárásokat. Ezen a diagramon a jellemző hegesztési paraméterek időbeni változását
figyelhetjük meg. Dudorhegesztés esetén ezek az elektróderő és az áramerősség.
Alapvetően a ciklusdiagram hasonló részekre bontható fel, mint ponthegesztés esetén.
Általában a ciklusidő négy, egymástól jól elkülöníthető szakaszból tevődik össze. Első
az elősajtolási fázis, ekkor csak erőhatást használva létrehozzuk a megfelelő kontaktust
az anyagok között. Második fázis a hegesztési fázis, ekkor a kellő elektróderő
fenntartása mellett elektromos áram segítségével az alapanyagokat felhevítjük és kis
- 19 -
mértékben megolvasztjuk. Majd az elektromos áramot kikapcsolva a 3. – hűlési –
fázisban az anyag megszilárdul, itt gyakran még nagyobb elektróderőt alkalmaznak a
szívódási üregek elkerülése érdekében. Ezt a részt az elektród igen gyors mozgása
nyomán kovácsolási fázisnak is szokták hívni. Végül a negyedik fázis a szünet idő,
ennek sorozatgyártásban van nagy jelentősége, elegendő hosszúságúnak kell lennie
ahhoz, hogy az elektródok kellően lehűljenek, illetve meg lehessen ejteni a munkadarab
cseréjét. Dudorhegesztés során általában kisebb áramerősséget alkalmazunk, így a
hegesztési idő valamivel hosszabb, mint ponthegesztésnél. Adott körülmények között
általában ugyanazt a ciklusdiagramot használják párhuzamos hegesztésekhez, mint
szimpla dudorhegesztéshez. A 10. ábrán néhány ilyen ciklusdiagramot lehet látni. [3]
10. ábra: A dudorhegesztés lehetséges ciklusdiagramjai [3]
- 20 -
Az ábrán látható első a) ciklusdiagram a legegyszerűbb, amit dudorhegesztő eljárásnál
alkalmaznak. Megfelelő anyagminőség és dudorkialakítás esetén kiválóan
alkalmazható. A b) folyamatábra kisebb szilárdságú anyagok, illetve kevésbé merev
dudorkialakítás esetén jó alternatíva, ahol a túl nagy elektróderő miatt korán
összeroskadna a dudor. Ezért ebben az esetben az elősajtolási és hegesztési fázisban
kisebb elektróderőt alkalmaznak. A c) és d) folyamatábrát a dudorhegesztés során is
gyakran előforduló fröcskölés mértékének csökkentésére találták ki. Fröcskölés az áram
bekapcsolásakor keletkezhet legnagyobb valószínűséggel, amikor az elemek a legkisebb
felületen érintkeznek egymással, így az áramsűrűség ekkor a legnagyobb. Ennek
hatására az alapanyag gyorsan megömlik, a dudor pedig hirtelen összeomlik.
Amennyiben ezt a mozgást nem tudja lekövetni az elektród, akkor a sajtolóerő nagy
mértékben lecsökken, ami fröcskölést idézhet elő. Ez a jelenség a kezdeti sajtolóerő
megnövelésével, vagy az áramerősség fokozatos növelésével mérsékelhető. Az
edződésre hajlamos alapanyagok esetén a dudorhegesztés során bekövetkező nagy
sebességű lehűlés nem kívánt szövetszerkezetet – acélötvözetek esetében
felkeményedést – eredményez. Ennek okán fejlesztették ki a több impulzussal történő
hegesztést e), illetve az előmelegítő és utóhőkezelő ciklus alkalmazását f). Előbbinél
jellemzően egyforma áramerősségű impulzusokat alkalmaznak, míg utóbbinál a
hegesztői áram nagyobb, mint az előmelegítő és utóhőkezelő fázisok árama.
Utóhőkezelő fázisokat lehet alkalmazni a hegesztés során létrejövő dendrites
szövetszerkezet finomítására, azonban ez nagy mértékben csökkenti a
termelékenységet, így az iparban ritkán alkalmazzák. [3]
Alkalmazott elektród:
A dudorhegesztés nagy előnye a ponthegesztéssel szemben, hogy a hegesztés
helyét és alakját a mesterséges vagy természetes dudorok határozzák meg. Ennek
köszönhetően nagy kiterjedésű, síkfelületen érintkező elektródokat lehet alkalmazni,
amelyek jóval nagyobb élettartammal rendelkeznek. Síklemezek dudorhegesztésénél az
elektród átmérője körülbelül duplája a dudor átmérőjének. Párhuzamos hegesztés esetén
előfordulhat, hogy kisebb elektródokat kell használni, de mindenképp nagyobbnak kell
lenniük a dudor lenyomatánál. Hasonlóan az ellenállás-ponthegesztéshez, itt is általában
- 21 -
vízhűtéssel ellátott elektródokat alkalmaznak az elektródokban fejlődött ellenálláshő
hatékony elvezetése céljából. [9][10]
Az elektródoknak sok, egymásnak ellentmondó igényeknek kell megfelelniük.
Ilyen a jó villamos- és hővezető képesség, szilárdság, kopásállóság, illetve fontos, hogy
ne szennyeződjön a hegesztendő alapanyaggal. Ezek egymásnak ellentmondó
tulajdonságok, így az alapanyag kiválasztásánál kompromisszumot kell kötni. Ennek
következtében leggyakrabban rézötvözetet alkalmaznak pl.: Cu-Co-Be, Cu-Ni-Be, Cu-
Be, Cu-W (75-80% W tartalommal). Valamint alkalmaznak még tiszta W vagy Mo
elektródokat sárgaréz- és bronzhuzalok dudorhegesztéséhez. [1]
2.3. Anyagok dudorhegeszthetősége
Az anyagok dudorhegeszthetősége az alábbi tényezőktől függ [9]:
➢ Az anyag elektromos ellenállása
➢ Hővezetőképesség
➢ Hőtágulás
➢ Keménység és szilárdság
➢ Oxidációval szembeni ellenállás
➢ Képlékeny hőmérsékleti tartomány
➢ Metallurgiai tulajdonságok
Elektromos ellenállás:
A hegesztendő anyag elektromos ellenállása a legfontosabb tulajdonság
hegeszthetőség szempontjából, mivel a művelet során az áram ellenálláson fejlődött
hőmennyiségét használjuk fel. Minél kisebb az ellenállás, annál nagyobb áramerősség
szükséges ugyanakkora hő fejlődéséhez, továbbá ezen anyagok esetén jelentősen
nagyobb lehet a sönt áram. A nagy áramerősség nagy transzformátorokat és vezetékeket
igényel, ami megnöveli az eljárás költségét. Tehát a nagy fajlagos ellenállású anyagok
könnyebben dudorhegeszthetők. [9][10]
- 22 -
Hővezetőképesség:
Minél jobb az anyag hővezetőképessége, annál inkább elvonja a hőt a kötés
helyéről, és ezáltal egyre nagyobb lesz a hőhatásövezet. Tehát a kis hővezetőképességű
anyagok jobban hegeszthetők. Általában a hő- és elektromos vezetőképesség a
különböző fémek esetén kéz a kézben járnak, tehát például a rozsdamentes acél
mindkettőt rosszul vezeti. [9]
Hőtágulás:
A hőtágulási együttható kifejezi adott anyag egységnyi hőmérsékletváltozás
hatására bekövetkező térfogatváltozásának mértékét. Ha nagy a hőtágulási tényező,
akkor a hegesztett részek vetemedésére vagy kihajlására számítani kell. [9]
Keménység és szilárdság:
Dudorhegesztés szempontjából igen lényeges az anyag keménysége és szilárdsága.
Ugyanis az anyagnak kellően szilárdnak kell lennie ahhoz, hogy a kialakított dudor ne
rogyjon össze idő előtt. [9]
Oxidációval szembeni ellenállás:
A legtöbb iparban alkalmazott fémötvözet a levegőn többé-kevésbé oxidálódik. A
felületi oxidrétegnek általában jóval magasabb az olvadáspontja, mint az alapanyagnak,
emiatt rontja a hegeszthetőséget. Ezért gyakran hegesztés előtt a felületi oxidréteget el
kell távolítani. [9]
Képlékeny hőmérsékleti tartomány:
Ha a szolidusz és likvidusz közötti hőköz nagyon kicsi, az ellenállás-hegesztés
esetén technológiai nehézségeket okozhat, mivel ez a technológiai paraméterek pontos
meghatározását és beállítását igényli. [9]
Metallurgiai tulajdonágok:
Ellenállás-dudorhegesztés esetén – hasonlóan sok más hegesztő eljáráshoz – az
alapanyagot rövid idő alatt megömlesztjük, majd gyorsan lehűtjük szobahőmérsékletre.
Ez acélötvözetek esetén beedződést okoz, ami nagy mértékű felkeményedést jelent.
Magas karbon tartalmú acéloknál ez könnyen repedések megjelenéséhez vezethet.
Azonban megfelelő hegesztési ciklus alkalmazásával ez a probléma valamelyest
kiküszöbölhető. [9][10]
- 23 -
Ezek alapján kijelenthető, hogy a kis karbontartalmú acélok (C < 0,3%) a
legkönnyebben dudorhegeszthetők, de ez a legtöbb hegesztő eljárás esetében
elmondható. Ez a viszonylag kis elektromos vezetőképességének és szilárdságának
köszönhető. A közepes karbontartalmú acélokban a nagyobb ötvözőtartalom (szén,
kobalt, nikkel, molibdén, króm, vanádium, alumínium, réz) nem kívánt mértékű
felkeményedést és repedést okozhat. Emiatt szükség lehet utóhőkezelő ciklus
alkalmazására. A nagy krómtartalmú rozsdamentes acéloknak több csoportja létezik:
martenzites, ferrites, ausztenites és duplex (ausztenit-ferrit) korrózióálló acélok. A nagy
keménységű martenzites szövetszerkezet esetén annak nagyfokú ridegsége okoz
problémát, megfelelő hegesztési ciklus alkalmazásával valamelyest javítható a kötés
minősége. Ferrites rozsdamentes acélok esetén a hegesztés során egy kis szívósságú,
durva szemcsés szövet jön létre, ami nem javítható megfelelően hegesztés utáni
hőkezelés segítségével. Azonban viszonylag jól hegeszthetők az ausztenites
rozsdamentes acélok rövid hegesztési idővel annak érdekében, hogy ne következzen be
a nagy keménységű karbidszemcsék kiválása. Továbbá kisebb áramerősséget, és
nagyobb elektróderőt igényel a nagyobb elektromos ellenállása és szilárdsága miatt. Az
alumínium és magnézium ötvözeteknek nagy hő és elektromos vezetőképessége van,
illetve kis szolidusz–likvidusz hőközzel rendelkeznek. Ráadásul az alumínium
rendkívül gyorsan oxidálódik, így ezeket az anyagokat általában ipari körülmények
között nem dudorhegesztjük. [1][9][10]
2.4. A dudorhegesztett kötés minősége
A létrehozott hegesztett kötés minőségével szemben támasztott követelmények a
termék rendeltetésétől, felhasználásától, valamint a várható igénybevételektől függenek.
Az iparban a legtöbb technológiai folyamat esetében, a legfontosabb az adott
feltételeknek megfelelő legköltséghatékonyabb megoldás megtalálása. Az ellenállás-
hegesztő eljárással készített kötések minősége alapvetően a következő tulajdonságokkal
jellemezhető [10]:
➢ Szilárdság és szívósság
➢ A varrat mérete
- 24 -
➢ Varrat bemélyedése
➢ Anyagfolytonossági hibák
➢ Külső megjelenés
A kötés legfontosabb tulajdonságai a mechanikai jellemzők. A szilárdságot
leginkább a heglencse mérete és a penetráció befolyásolja. Ezeket azonban alapvetően
roncsolásos vizsgálatok segítségével lehet meghatározni, ilyen vizsgálatok például a
töretfelület makró-és mikroszkópos vizsgálata, illetve a nyíróvizsgálat. Ezeket viszont
értelemszerűen nem lehet a késztermékek vizsgálatánál alkalmazni. Szerencsére vannak
lehetőségek az elkészült kötés minőségének becslésére roncsolásmentes módon, mint
például a hevítés és olvasztás során bekövetkező hőtágulás mértékének mérésével,
valamint ultrahangos és röntgenvizsgálatok segítségével. [1][10]
Természetesen a dudorhegesztett kötés külső megjelenésével szembeni
legfontosabb elvárás a felületi repedésektől való mentesség, mivel a repedések
feszültséggyűjtő helyeket létrehozva rendkívül nagy mértékben rontják a kötés
mechanikai tulajdonságait. Továbbá gyakran elvárás lehet a felület simasága, vagy
egyszerűen a kötés esztétikus megjelenése. [1][10]
Pontos előírások, illetve ajánlások vannak a megömlesztett térfogat különböző
irányokban való kiterjedését illetően. Dudorhegesztésre általános szabály, hogy a
heglencse átmérőjének minimum akkorának kell lenni, mint a kiinduló varratdudor
átmérője. Varrat bemélyedés alatt azt értjük, hogy a heglencse milyen mélyen hatol be
vastagság irányban az alapanyagokba. Dudorhegesztésnél jellemzően a két elem
érintkezésénél a legnagyobb az elektromos ellenállás, tehát ott fog először megömleni,
és onnan terjed tovább az alapanyagokba. A bemélyedés mértékének minimum a
vékonyabb elem falvastagságának 20%-át el kell érnie, máskülönben a heglencse mérete
túl kicsi ahhoz, hogy megfelelő szilárdságú kötés jöjjön létre. Ez akkor következik be,
ha a kötés helyén nem fejlődött megfelelő mennyiségű hő a folyamat során. Ha a varrat
bemélyedése meghaladja a 80%-ot, akkor túlzott méretű heglencséről beszélhetünk,
amely fröcskölést, és gyorsabb elektródkopást eredményezhet. [10]
Dudorhegesztés során a jó minőségű hegesztett kötés elérése érdekében fontos,
hogy a közölt hőmennyiség eloszlása a hegesztendő elemek között egyenletes legyen.
- 25 -
Az egyenletes hőbevitel biztosítása komoly problémát jelenthet főleg több hegesztett
kötés párhuzamos készítése esetén. Azonos nagyságú hegesztőáramnak és sajtolóerőnek
kell jutnia minden dudorra, ezért fontos, hogy a dudorok magassága azonos legyen. A
hegesztési folyamat során a dudorokon fejlődik a legnagyobb hőmennyiség, ezért nem
megfelelő beállítások mellet a dudor megolvad és összerogy, mielőtt a másik elem
elegendő térfogatban megolvadna, így csak nagyon rossz minőségben, vagy egyáltalán
nem is jön létre a kötés. Ennek kiküszöbölése érdekében érdemes a nagyobb
falvastagságú elemen elhelyezni a dudort, azonban a dudor méreteit a vékonyabb elem
szerint kell megválasztani. Illetve eltérő elektromos vezetőképességű elemek esetén a
kisebb ellenállású elemen érdemes kialakítani a dudort. [10]
A kötés minőségét nagy mértékben befolyásolják az anyagon belül megjelenő
eltérések és hibák. Ezek lehetnek repedések, szilárd- és gázzárványok. Ezek az eltérések
nem okoznak számottevő szilárdságcsökkenést, ha kellően kis mértékűek és zömében a
heglencse középső részén helyezkednek el, mivel általában a külső terheléseket nem ez
a rész viseli el. A terhelések nagyobb arányban a kötés külső részére koncentrálódnak.
A nagy feszültségkoncentráció drasztikus mértékben csökkenti a fárasztó
igénybevétellel szembeni ellenállást. Éppen ezért ellenállás pont- és dudorhegesztést
nem alkalmaznak nagy ciklikus igénybevétel esetén. Egy milliméteres falvastagság
fölött előfordulhat szívódási üreg kialakulása a heglencse közepén. Ez azért van, mert a
hegesztőáram kikapcsolása után a megömlesztett anyag rendkívül gyorsan lehűlik – az
általában vízhűtéssel ellátott, nagy hővezetőképességű elektródok miatt –, amely az
anyag hirtelen zsugorodását okozza. A szívódási üregek kialakulása ellen a hűlési, vagy
kovácsolási fázisban megfelelően választott sajtolóerővel lehet védekezni, amely
összenyomja a megolvadt térfogatot, így nem alakul ki üreg. Fontos továbbá, hogy a
zsugorodás sebességét az elektród kellően gyors mozgással le tudja követni, hogy az
anyagra kifejtett nyomás állandó legyen. [10]
Előfordul, hogy külső terhelésnek kitett elemek kötését végzik dudorhegesztéssel,
ilyenkor elsődleges fontosságú a kötés szilárdsága és szívóssága. Általános szabály,
hogy a kötés szilárdságának el kell érnie az alapanyagra vonatkozó szabványban lévő
értéket. Ezt alapvetően a kialakult heglencse méretei, valamint az anyagfolytonossági
hibák befolyásolják. A heglencse méretének növekedésével növekszik a kötés
- 26 -
szilárdsága. Kísérleti eredmények azt igazolják, hogy a heglencse átmérője és a kötés
szilárdsága között közel egyenesen arányos kapcsolat van. Azonban a nagyobb
heglencse is veszélyeket hordoz magában, mivel több eltérés, hiba jelenik meg a
heglencse határán, amelyek feszültséggyűjtő helyként viselkedve csökkentik a kötés
szilárdságát és szívósságát. [10]
A dudorhegesztett kötéseken különböző mechanikai vizsgálatokat lehet végezni
annak érdekében, hogy meghatározhassuk tulajdonságaikat. Átlapolt helyzetű
vékonylemezek kötésén gyakran alkalmazzák az úgynevezett nyíró-szakító vizsgálatot.
A vizsgálat során az összehegesztett lemezeket húzásra terhelik, ahogy a 11. ábra jobb
szélén látható. Bár az ábrán lévő változatok a tiszta nyírás feltételeit igyekeznek
megteremteni mégsem lehet korrekt szilárdsági mérőszámokat meghatározni a kísérlet
során, így csak a törést okozó erő áll rendelkezésre, mint mérőszám, ezt mechanikai
nagyvonalúsággal nyíróerőnek nevezik. Ennek ismeretében jó tájékoztatást kapunk a
kötés terhelhetőségét illetően. Köracélok keresztezett kötésének jellemzésére is
alkalmazzák a nyíróvizsgálatot. Ebben az esetben a 11. ábra közepén látható elrendezés
szerint a próbatestet húzásra terheljük, amelyet hasonlóan az előbbihez, itt is
nyíróerőnek neveznek. A kötés által elviselt nyíróerőnek el kell érnie a rúdanyag
elszakításához szükséges erő 25-100%-át. Továbbá köracélok merőleges kötésénél
alkalmazzák a csavaróvizsgálatot. A vizsgálat során a törést okozó csavarónyomatékot
és a φ csavarási szöget határozzuk meg. Kísérletek azt igazolják, hogy ezen értékek az
elektróderő függvényében maximumos görbét adnak, vagyis az elektróderő túlzott
növelése káros hatású. [1][3][9]
11. ábra: Dudorhegesztett kötések mechanikai vizsgálatai [1][3]
- 27 -
2.5. A dudorhegesztés berendezései
Dudorhegesztett kötések készítéséhez gyakran elegendő egy egyszerű állványos
ponthegesztő gép, ha a munkadarabok és elektródok megfelelő rögzítésére alkalmas
felszerszámozással el van látva. Azonban nagy méretű, különleges munkadarabok
esetén, vagy ha nagy termelékenységre van szükség, akkor dudorhegesztő berendezést
alkalmaznak. Ponthegesztő gépek között van a hagyományos lengőkaros hegesztőgép
és vannak pneumatikus vagy hidraulikus munkahengerrel működő berendezések is. A
hidraulikus hengerrel működő berendezéseket általában nem használják
dudorhegesztéshez, mivel drágább a pneumatikus rendszereknél, illetve a hidraulikusan
működtetett elektródok nem tudják megfelelő sebességgel követni a munkadarab
összerogyását. Ezzel szemben a nagynyomású levegővel megvalósítható az elektródok
gyors mozgatása. A 12. ábrán egy pneumatikus hengerrel működtetett állványos
ponthegesztő gép látható, amelynek főbb része: 1. áramforrás, 2. szabályozóegység, 3.
levegőcsatlakozó, 4. transzformátor, 5. erő és áramerősség-kijelző, 6. felső
elektródtartó, 7. alsó elektródtartó, 8. elektródok, 9. elektródbefogók, 10. pneumatikus
henger, 11. lábkapcsoló. [1]
12. ábra: Ponthegesztő berendezés [1]
A dudorhegesztő gépek alapvetően megegyeznek a ponthegesztő berendezésekkel
annyi különbséggel, hogy a több dudor párhuzamos hegesztése során előforduló
nagyobb sajtolóerő miatt alapvetően robosztusabbak. Továbbá a nyomószerkezetük,
elektródtartóik, állványzataik merevebb kialakításúak. Általában T-hornyos
nyomólapokkal rendelkeznek, ezekre rögzítik az elektródokat. Az alábbi illusztráción
- 28 -
egy kombinált pont- és dudorhegesztő berendezés elvi ábrája látható. A képen megjelölt
részegységek nevei: (A) pneumatikus vagy hidraulikus henger, (B) dugattyú, (C)
elektródtartók ponthegesztéshez, (D) Felső elektródtartó, (E) alsó elektródtartó, (F) alsó
kar, (G) hajlékony vezeték, (H) szekunder tekercs, (I) alsó kar támasz.
13. ábra: Kombinált pont- és dudorhegesztő berendezés [9]
Valamint léteznek speciális többdudorhegesztő célgépek is, amelyeket többnyire
nagysorozatgyártásban alkalmaznak. Mint például a betonacélháló-hegesztő célgépek,
melyek segítségével rendkívül nagy termelékenység érhető el. [9]
2.6. A dudorhegesztés főbb előnyei és korlátai
Előnyök:
➢ Jó automatizálhatóság, ezáltal jól reprodukálható kötésminőség.
➢ Nagy termelékenység jellemzi.
➢ Nincs szükség jól képzett hegesztő szakemberre.
➢ Több hegesztett kötés is elkészíthető egyidejűleg. Az egyidejűleg hegeszthető
kötések számát az alkalmazandó elektróderő és áramerősség korlátozza.
➢ Átlapolt helyzetű kötés kisebb átfedést igényel, valamint a kötések közötti távolság
is csökkenthető, mivel a mesterségesen kialakított vagy természetes dudorok
koncentrálják az áramerősséget, így a sönthatás jelentősen kisebb.
- 29 -
➢ Az összehegesztendő elemek falvastagságának arány 1 és 6 között változhat. A
dudort általában a vékonyabb lemezen alakítják ki.
➢ Általában nagyobb pontosság érhető el, mint ponthegesztésnél a
dudorkialakításnak köszönhetően. Ennek következtében a hegesztett kötések
kisebb méretűek lehetnek.
➢ Általában a dudorhegesztés nagyon szép külső megjelenést eredményez azon az
oldalon, ahol nem alakítottak ki dudort (mesterséges dudor esetén).
➢ Általában nagy, sík felületű elektródokat alkalmaznak, amelyek élettartama
jelentősen nagyobb, mint a ponthegesztés során alkalmazott elektródoké.
➢ A mesterségesen – pl. képlékeny hidegalakítással vagy forgácsolással – kialakított
dudorok esetén a dudorkialakítás során a szennyezőanyagok eltávolításra
kerülnek, így nincs szükség tisztítási művelet közbeiktatására.
Korlátok:
➢ A dudorok kialakításához gyakran külön művelet beiktatására van szükség.
➢ Esetenként nagyon pontos előgyártmányokat és bonyolult készülékezést igényel.
➢ Egyszerre több varrat készítése esetén szükséges az egyenletes elektróderő és
áramerősség, ezek megteremtése néha jelentős problémát jelenthet.
➢ Lemezanyagok esetén a vastagság korlátozva van, ugyanis a megfelelő dudor
kialakítása nagy falvastagság esetén rendkívül nehézzé válik. Ha pedig túl vékony
a lemez, akkor nem tart ki kellő ideig a hegesztési folyamat során.
2.7. Az ellenállás-hegesztés és a VFI eljárás összehasonlítása
Ahogyan a bevezetésben említettem a Dometic Zrt. szeretné bevezetni az
ellenállás-dudorhegesztést olyan kötések esetében, melyeket eddig VFI eljárással
hegesztettek. Ennek okának feltárására a továbbiakban röviden kifejtem a két eljárás
közötti alapvető különbségeket. A védőgázos fogyóelektródás ívhegesztés nagy
hátránya az, hogy költségesebb az ellenállás-hegesztéshez képest, ugyanis a hegesztés
hozaganyag és védőgáz felhasználásával történik, valamint megfelelően képzett
hegesztő szakember szükséges a jó minőségű kötés elkészítéséhez. A hegesztő
- 30 -
szakmunkás bére költségesebb, mint a betanított dolgozóé, másrészt egyre nagyobb
munkaerőhiány mutatkozik a hegesztő szakemberek körében is. Továbbá a
hűtőszekrények aggregátjában található vékony csövek esetében működési zavart
okozhat a túl mély beolvadás, mivel csökkenti a cső belső keresztmetszetét, amelynek
hatására jelentősen csökkenhet a hűtőszekrény hűtési teljesítménye. [1][2][3][9]
Az ellenállás-hegesztés ezzel szemben jelentősen kedvezőbb tulajdonságokkal bír.
Maga a hegesztési folyamat gazdaságosabb, hiszen ez egy autogén eljárás, tehát nincs
szükség hozaganyagra. A levegő gázaival szembeni védelmet az úgynevezett
mechanikai védelem biztosítja, vagyis nincs szükség gáz- és salakvédelemre sem.
Helyesen megtervezett technológia esetén betanított dolgozó is kifogástalanul el tudja
készíteni az ellenállás-hegesztett kötéseket. Valamint jóval nagyobb termelékenység
jellemzi, ugyanis egy-egy kötés tizedmásodpercek alatt elkészíthető, míg ugyanez VFI
eljárással több másodpercig is eltart (a munkadarab készülékbe helyezését nem
számítva). Azonban az ellenállás-hegesztés alkalmazhatóságának gátat szab az, hogy
néha bonyolult készülékezést igényel, illetve pontos geometriájú előgyártmányok
szükségesek hozzá. A sikeres ellenállás-hegesztett kötéshez elengedhetetlen a pontos és
nagyon kismértékű szórással rendelkező geometriai méretek biztosítása, ugyanis a
hegesztett kötés teljes keresztmetszetében létre kell hozni a megfelelő kontaktust a két
munkadarab között. Amennyiben ez helyileg nem valósul meg, ott nem jön létre az
elvárható minőségű kötés. Ezzel szemben exogén hegesztő eljárásnál nem jelent
problémát az előgyártmányok geometriai méreteinek apró eltérése, mivel a hozaganyag
kitölti a munkadarabok közötti rést. [1][2][3][9]
14. ábra: Ugyanaz a kötés VFI eljárással (baloldalt) és a dudorhegesztéssel
(jobboldalt) elkészítve
- 31 -
3. CSÖVEK MERŐLEGES ÉS PÁRHUZAMOS DUDOR-
HEGESZTÉSÉNEK LEHETŐSÉGEI A DOMETIC ZRT-NÉL
A Dometic Zrt. által gyártott abszorpciós hűtőszekrények aggregátja bonyolult
csőhálózatból áll, amely rengeteg hegesztett kötést tartalmaz. Ezeket a kötéseket
eredetileg lánghegesztéssel, illetve védőgázos fogyóelektródás ívhegesztéssel végezték,
azonban a vállalat igyekszik áttérni az ellenállás-dudorhegesztésre ott, ahol csak
lehetséges. Mára már meglehetősen sok kötést dudorhegesztéssel végeznek, de ennek a
számát tovább szeretnék növelni.
Mivel a gyártmány egy csőhálózat, így a kötések többségének funkciója a csövek,
csőszakaszok egymáshoz rögzítése. Kötéskialakítások nagy része természetes
dudorokkal történik, hiszen az egymással párhuzamosan futó, vagy az egymással szöget
bezáró csőszakaszok geometriai viszonya alapvetően biztosítja a dudorhegesztés
geometriai feltételét. Ilyen kötések láthatók kiemelve a 15. ábrán.
15. ábra: Merőleges és párhuzamos kötéskialakítások a HiPro 4000 típuson
- 32 -
Ezen az ábrán a HiPro 4000 típusú aggregát alkatrésze látható. A nagyobb átmérőjű,
hosszvarratos csövet elpárologtató csőnek, a kisebb átmérőjű, varrat nélküli csövet
pedig ammónia csőnek hívják. Ezen csövek alapanyaga általános rendeltetésű kis
karbontartalmú ötvözetlen acél. Az egyes számmal jelölt kötés a két cső merőleges
kötését mutatja. A kettes és hármas számmal jelölt területen a két cső párhuzamos
kötéskialakítása látható.
Mivel a vállalat több féle abszorpciós hűtőszekrényt is gyárt, a fent látható
alkatrészek azokban is megtalálhatók, csak kissé eltérő geometriával, azonban a szóban
forgó kötések ezeken is ugyanúgy megtalálhatók. Az alábbi ábrán az RC165 típusú
aggregát ezen alkatrészének rajza látható. Ugyanazok a kötések vannak rajta kiemelve,
mint az előző ábrán.
16. ábra: Merőleges és párhuzamos kötéskialakítások RC165 típuson
Ezeket a kötéseket a továbbiakban ismertetésre kerülő két hegesztő munkahelyen
lehet elkészíteni. Ezek a munkahelyek még nincsenek bevezetve a gyártásba. Először az
elpárologtató cső és az ammónia cső kapcsolódásánál lévő merőleges kötést kell
megvalósítani egy speciálisan erre a célra tervezett készülékkel rendelkező ellenállás-
hegesztő berendezésen. Majd a másik munkahelyen el kell készíteni a párhuzamos
kötéseket.
- 33 -
Tehát az első lépésben a 17. ábrán látható berendezés segítségével az elpárologtató
cső és az ammónia cső összehegesztése történik a csövek merőleges
dudorhegesztésével.
17. ábra: A merőleges kötés elkészítésére szolgáló hegesztő berendezés
Az elpárologtató csövön egy lyuk van kialakítva, ennek a pereméhez hegesztik hozzá
az ammónia csövet, így biztosítva a csőszerkezeten belüli anyagáramlás lehetőségét. Az
elpárologtató csövön a lyuk környezete síkba le van munkálva annak érdekében, hogy
kontúrja valóban kör legyen, ne pedig két henger áthatása. Továbbá az ammónia cső
vége 60°-os nyílásszögű kúpban van kialakítva ezáltal a két munkadarab közötti
kontaktus elméletileg biztosítva van.
Elektródot
működtető
munka-
henger
Főkapcsoló
Kétkezes
indító
Hegesztő
készülék
Lábkapcsoló
- 34 -
18. ábra: Az alpárologtató csövön lévő lyuk kialakítása
19. ábra: Az ammónia cső végének kialakítása
Ezen a munkahelyen a hegesztési folyamat a következőképpen zajlik. Az elpárologtató
csövet belehelyezik a félkör keresztmetszetű vájatba. Az elektródok felőli végén egy
menetes ütköző pozícionálja. A cső másik végét az első hajlítási ív mentén rögzíti a
készülék. Ezt az elemet egy szögtárcsa segítségével lehet forgatni, ezzel forgatva az
egész munkadarabot. A forgatás tengelye egybeesik a lefektetett csőszakasz
tengelyével. Ennek köszönhetően különböző típusú aggregátok gyártása esetén is
elérhető, hogy a hegesztendő lyuk tengelye függőleges helyzetű legyen. Az
elpárologtató cső készülékbe helyezése után az ammónia csövet kell a helyére illeszteni,
amely az alábbi ábrán látható.
- 35 -
20. ábra: Az elektródok és a munkadarabok helyzete
Az ammónia cső végét a lyukba helyezik, majd a jobb oldali fix elektródnak támasztják.
A fix elektród tetején található egy műanyag elem, amely mágnessel van felszerelve, és
az ammónia cső biztosabb megtámasztását hivatott elősegíteni. Ez az elem
terméktípusonként eltérő. A cső másik végét egy felül üregesre munkált menetes
támasztékba kell tenni. Ezután a kétkezes indító megnyomásával a pneumatikusan
működtetett elektród rászorít az ammónia csőre, majd a lábpedállal elvégezhető a
hegesztés.
21. ábra: Munkadarab befogó készülék
Mágneses ütköző
elem
Felső elektród fix
része
Alsó elektród
Ammónia cső
Pneumatikus
működtetésű felső
elektród
- 36 -
A másik hegesztő állomáson az elpárologtató cső és az ammónia cső
párhuzamosan futó csőszakaszait rögzítik egymáshoz négy ponton. Ennek célja a
csövekben lévő közegek hőcserélési folyamatának elősegítése. Az eljáráshoz
alkalmazott hegesztő berendezés a 22. ábrán látható. Ez a kötés lényegesen egyszerűbb
konstrukciót igényel. A munkadarabot egy kézi megfogó készülékbe helyezik. Erre
munka- és balesetvédelmi szempontból van szükség, hogy a dolgozót védje az áramütés
veszélyétől. Minden típusnak külön készüléke van, amelybe beleillik az adott típusú
alkatrész. Ezután az elektródok közé kell helyezni a munkadarabot oly módon, hogy az
ammónia cső legyen felül. A felső elektródvég kialakítása olyan, hogy illeszkedik bele
az ammónia cső, így a munkadarab nem mozdul el a hegesztés során fellépő sajtolóerő
hatására. Végül a lábkapcsoló segítségével elvégezhető a hegesztés.
22. ábra: A párhuzamos kötések elkészítésére szolgáló hegesztő berendezés
Pneumatikus
munkahenger
Felső
elektród
Alsó elektród
(rézszövet)
Gázelszívó
Lábkapcsoló
- 37 -
Természetesen egy-egy ilyen aggregátban ennél jóval több alkatrész és ezáltal
jóval több kötés található, amelyeket már jelenleg ellenállás-dudorhegesztéssel
készítenek a vállalatnál. Ezért szeretnék bemutatni ezek közül néhányat. A 23. ábrán
látható kötés a fentebb tárgyalt merőleges kötéshez hasonló, itt is egy kisebb átmérőjű
cső merőleges belehegesztése valósul meg egy nagyobb átmérőjű csőbe. A vékonyabb
csövön kúpos kialakítást alkalmaznak hasonlóan a korábbihoz. A 24. ábrán az
úgynevezett elnyelető csőre hegesztett rögzítő pálcák láthatók, kiválóan példázva a több
dudorhegesztett kötés egyidejű létrehozását. Ezeket a kötéseket is külön hegesztő
berendezéseken speciális készülékek segítségével készítik [16].
23. ábra: Egy másik példa csövek merőleges kötésére hegesztés előtt (baloldalt) és
után (jobboldalt) [16]
24. ábra: Az elnyelető csőre hegesztett rögzítő pálcák [16]
- 38 -
4. AZ ELLENÁLLÁS-HEGESZTÉSI KÍSÉRLETEK ISMERTETÉSE
Az előző fejezetben részletezett párhuzamos és merőleges kötések vizsgálatával
foglalkozom ebben a fejezetben. Ezeket a hegesztési munkahelyeket még nem vezették
be a gyártásba. Jelen kísérletek célja a kötések megfelelőségének ellenőrzése, a gépek
megfelelő beállításainak megtalálása, ezek alapján pedig a gyártásba történő bevezetés
előkészítése. A vizsgálat menetét három részre bontottam. Első lépés a megfelelő
munkadarabok legyártása, előkészítése, valamint azok geometriájának leellenőrzése
ellenőrző sablon segítségével, melyeket erre a célra a gyártásban rendszeresítettek.
Második lépés a vizsgált hegesztett kötések szempontjából fontosnak vélt geometriai
méreteket lemérése és dokumentálása, végül a hegesztési kísérletek elvégzése.
4.1. Az előgyártmányok elkészítésének nyomon követése,
vizsgálata
4.1.1. Az elpárologtató cső legyártása, ellenőrzése
Az elpárologtató csövek legyártása a cső méretre szabásával kezdődik. Ezután
több lyukasztást is végeznek rajta. Az első lyukasztás után a többi műveletnél a lyuk
segítségével pozícionálják a munkadarabot. Tehát a lyukak egymáshoz viszanyított
megfelelő helyzete biztosított.
Az elpárologtató cső belsejébe egy úgynevezett hidrogéncsövet helyeznek és a két
csövet az egyik végződésnél összehegesztik robotizált VFI eljárással. A folyamat
teljesen automatizált, és a végzett műveletek nem befolyásolják a vizsgált hegesztési
műveletek körülményeit.
Ezután az elpárologtató csöveket NC típusú csőhajlító gépben adott geometriájúra
hajlítják. Fontos megjegyezni, hogy a munkadarab szorító patronba helyezésekor csak
axiális irányban van pozícionálva, ütköztetve, annak elfordulását nem gátolja semmi.
Tehát a lyuk tengelye, és a hajlítási tengely által bezárt szög állandósága nincs
biztosítva. A dolgozó szemmértékére van bízva a munkadarab pozícionálása. Ez
- 39 -
könnyen okozhatja az elpárologtató cső és az ammonia cső merőleges kötésének
sikertelenségét.
A legyártott munkadarabokat ellenőrző sablonba helyeztem ahogyan a 25. ábrán
látható. Az alapvető tapasztalat az volt, hogy minden munkadarabot bele tudtam
helyezni a sablonba, de némelyiket nehezen, és feszült benne. A merőleges kötés
számára kialakított lyuk nem mindig illeszkedett pontosan a sablonon lévő tüskébe.
Néhány próbadarabnál előfordult, hogy a cső vége kissé felfelé állt a sablon vízszintes
síkjához képest (26. ábra). Továbbá az elpárologtató cső vége általában 1-3 mm-re elállt
a tüskét tartalmazó függőleges felülettől (27. ábra). Az első hajlítás ívének pozíciója (28.
ábra) változó, néha teljesen felfekszik a sablon felületére, máskor tapasztalható
szögeltérés. Az eltérés mértéke nem nagy ugyan, de nem feltétlenül elhanyagolható,
mivel a merőleges kötés elkészítése során a készülék ezen ív mentén rögzíti a
munkadarabot.
25. ábra: Az elpárologtató cső ellenőrző sablonja
- 40 -
26. ábra: Az elpárologtató cső vége eláll a sablontól (fölfelé)
27. ábra: Az elpárologtató cső vége eláll a sablontól (oldalirányban)
28. ábra: Elpárologtató cső változó felfekvése a sablon felületére
4.1.2. Az ammónia cső legyártása, ellenőrzése
Az ammónia cső esetében is a gyártás a cső méretre vágásával kezdődik. Majd
mindkét végén kialakítják a 60°-os nyílásszögű kúpot egy erre a feladatra rendszeresített
célszerszámmal. Ahogyan a 29. ábrán megfigyelhető a kúpos vég nem azonos a
munkadarabokon, a kúp tengelye nem esik egybe a cső tengelyével.
- 41 -
29. ábra: A kissé eltérő ammónia cső végek
Ezután a munkadarabokat megfelelő geometriájúra hajlítják egy NC típusú
csőhajlító gépben. A dolgozó ebben az esetben is kézzel pozícionálja a csöveket, de itt
nem okoz problémát, mivel ezen az alkatrészen nincsenek lyukasztások és egyéb
kimunkálások.
A legyártott próbadarabokat ellenenőrző sablonba helyeztem. Mindegyik darab
esetében azt tapasztaltam, hogy bele lehet helyezni a sablonba, de feszül benne, illetve
a kúposra hegyezett – hegesztendő – vég kissé eláll a sablontól (31. ábra).
30. ábra: Az ammónia cső ellenőrző sablonja
- 42 -
31. ábra: Az ammónia cső eláll a sablontól
4.2. Munkadarabok összehasonlítása a gyártmányrajzzal mérések
útján
4.2.1. Az elpárologtató cső esetében
Öt darab elpárologtató csövön, illetve a mintadarabon végeztem méréseket. A
mintadarab a gyártásban rendszeresített etalon, és a legyártott alkatrészek ellenőrzésére
szolgál. Összesen öt geometriai méretet dokumentáltam. A 6. táblázatban a mérési
eredmények láthatók.
A mérések kivitelezése:
➢ Cső végének hossza: merőlegesség biztosítása mellet digitális, 600-as
magasságmérővel végeztem a mérést, és a szükséges számításokat elvégeztem. A
munkadarabok méretei megegyeznek a gyártmányrajzon feltüntetettel, szórása
kicsi.
➢ Lyuk átmérője: digitális, 150-es tolómérővel végeztem a mérést. Körülbelül 0,2-
0,3 mm-el kisebb a gyártmányrajzhoz képest, de szórása kicsi.
➢ Lyuk távolsága a csővégtől: digitális, 150-es tolómérővel végeztem a mérést, a
szükséges számításokkal. A munkadarabok mérete egyezik a gyártmányrajzon
feltüntetettel. Szórása kicsi.
- 43 -
➢ Első ív szögeltérése: digitális szögmérővel végeztem a mérést, az első egyenes
csőszakasz leszorításával. Ez a szög minden esetben kisebb, a rajzhoz képest. A
mintadarab esetében ez a szög 0º.
➢ Az első és második hajlítási sík által bezárt szög: digitális szögmérővel végeztem
a mérést. Az értékek szórása kicsi.
6. táblázat: Elpárologtató cső mérési adatok
4.2.2. Az ammónia cső esetében
Öt darab ammónia csövön, illetve a mintadarabon végeztem méréseket. Összesen
hat geometriai méretet dokumentáltam. Az alábbi táblázatban a mérési eredmények
láthatók.
A mérések kivitelezése:
➢ Hegesztendő vég magassága: digitális, 600-as magasságmérővel végeztem a
mérést úgy, hogy a két középső csőszakasz mentén fektettem fel az asztalon.
Körülbelül 3-4 mm-el kisebb értékeket mértem a térbeli modellről levett mérethez
képest. Szórása ennek is kicsinek mondható.
Mér
et
meg
nev
ezés
e
Elp
áro
log
tató
cső
vég
ének
hoss
za,
mm
Ly
uk
táv
ols
ága
a vég
től,
mm
Ly
uk
átm
érő
je,
mm
Els
ő í
v
szö
gel
téré
se,
°
Haj
lítá
si s
íko
k
álta
l b
ezár
t
szög
, °
Névleges
méret 244,50 25,45 5,10 1,75º 36,00°
Alsó tűrés -1,00 -0,20 -0,10 -0°30’ -1,00º
felső tűrés 1,00 0,20 0,10 0°30’ 1,00º
1. próbadarab 244,21 25,04 4,87 1,00º 38,00º
2. próbadarab 244,65 24,50 4,87 1,20º 39,00º
3. próbadarab 245,19 24,90 4,8 1,10º 37,50º
4. próbadarab 244,29 25,18 4,86 1,20º 37,60º
5. próbadarab 244,22 24,67 4,91 0,90º 37,40º
Minta 247,15 25,66 4,93 0,00º 39,00º
Min. érték 244,21 24,50 4,80 0,00º 37,40º
Max. érték 247,15 25,66 4,93 1,20º 39,00º
Átlag 244,95 24,99 4,87 0,90º 38,08º
Szórás 1,14 0,41 0,05 0,46º 0,74º
- 44 -
➢ Másik vég magassága: digitális, 600-as magasságmérővel végeztem a mérést úgy,
hogy a két középső csőszakasz mentén fektettem fel az asztalon. A mért értékek
körülbelül megegyeznek a térbeli modellen mért értékkel, tűrésmezőn belül
vannak.
➢ Első hajlítás szöge: mechanikus és digitális szögmérővel is elvégeztem a mérést.
A mért értékek szórása kicsi, de körülbelül 2º-al nagyobbak, a gyártmányrajzhoz
képest.
➢ Végpontok távolsága: a második és a harmadik szakasz mentén fektettem föl az
asztalra. Az első és második szakaszt pedig merőleges léchez szorítottam. A
méreteket digitális, 600-as elektromos tolómérővel mértem meg. Az értékek
szórása kicsi, tűrésmezőn belül vannak.
➢ Hegesztendő vég hossza: a csöveket asztalra fektetve mérőszalag segítségével
mértem meg. A mért értékek 1-2 mm-el nagyobbak a gyártmányrajzhoz képest.
➢ Második szakasz hossza: a csövet asztalra fektetve mérőszalag segítségével
mértem meg. Az értékek szórása kicsi, megfelel a gyártmányrajznak.
7. táblázat: Ammónia cső mérési adatok
Mér
et
meg
nev
ezés
e
Heg
eszt
end
ő
vég
mag
assá
ga,
mm
Más
ik v
ég
mag
assá
ga,
mm
Els
ő h
ajlí
tás
szöge,
°
Vég
po
nto
k
távols
ága,
mm
Heg
eszt
end
ő
vég
ho
ssza
, m
m
Más
odik
szak
asz
hoss
za,
mm
Névleges
méret 100,90 159,00 32,20º 250,60 27,00 60,30
Alsó tűrés -1,00 -1,00 -1,00º -2,00 -1,00 -1,00
felső tűrés 1,00 1,00 1,00º 2,00 1,00 1,00
1. próbadarab 96,97 158,45 34,00º 249,80 28,00 59,00
2. próbadarab 97,12 158,34 34,50º 249,89 29,00 60,00
3. próbadarab 97,27 158,19 34,00º 249,21 29,00 60,00
4. próbadarab 97,28 158,31 34,50º 249,06 28,00 61,00
5. próbadarab 97,09 158,16 34,00º 249,18 28,50 60,00
Minta 97,47 160,22 38,50º 246 33,00 56,00
Min. érték 96,97 158,16 34,00º 246,00 28,00 56,00
Max. érték 97,47 160,22 38,50º 249,89 33,00 61,00
Átlag 97,20 158, 61 34,92º 248,86 29,25 59,33
Szórás 0,18 0,79 1,77º 1,44 1,89 1,75
- 45 -
4.3. A hegesztési kísérletek elvégzése
4.3.1. A merőleges kötések elkészítése
Megkíséreltem a merőleges kötés létrehozását az előző fejezetben ismertetett
módon megvizsgált munkadarabok esetében. Sajnos azonban azt tapasztaltam, hogy
nem jött létre minden darabon az elfogadható minőségű kötés. A merőleges kötéseknek
körülbelül az egyharmada bizonyult elfogadhatónak a vizuális vizsgálat során, ugyanis
a munkadarabok nagy részén a hőhatásövezet nem volt folytonos körbefutású, hanem
hol szélesebb, hol keskenyeb volt. Ebből arra következtetek, hogy alapvetően az a
probléma, hogy nem jön létre a megfelelő kontaktus az elpárologtató csövön kialakított
lyuk pereme és az ammónia cső kúpos vége között. Első sorban a lyuk pozícióját
vizsgáltam meg. Azt tapasztaltam, hogy mindegyik elpárologtató cső esetében a lyuk
óramutató járásának megfelelő irányban – a készülékkel szemben állva – el van fordulva
a már korábban említett mintadarabon lévő lyukhoz képest. Vagyis amikor a készüléken
lévő szögtárcsát úgy állítottam be, hogy a mintadarabon a lyuk tengelye függőlegesen
álljon, akkor a munkadarabokon a lyuk el volt fordulva minden esetben. Elképzelhető,
hogy ez az eltérés a hajlító gépnél való helytelen pozícionálás eredménye. Azonban ha
ez jelentené a probléma forrását, akkor arra számítanék, hogy a lyuk hol az egyik, hol a
másik irányba van elfordulva. A hegesztő készüléken lévő szögtárcsát körülbelül 13º-ra
kellett állítanom ahhoz, hogy függőleges legyen a lyuk tengelye (mintadarab esetén ez
a szög 3º volt). Ebben a pozícióban azonban az elpárologtató cső megakadályozza, hogy
az ammónia cső nekidőljön a fix elektródnak. Így az ammónia cső tengelye, és a lyuk
tengelye nem esik egybe, szöget zárnak be egymással.
32. ábra: Az ammónia csövet nem lehet beleilleszteni a fix eletródba
- 46 -
4.3.2. A párhuzamos kötések elkészítése
A párhuzamos kötésekkel szemben nincsenek különösebb követelmények
támasztva. Funkciója csupán annyi, hogy biztosítsa a két csőszakasz együttfutását. Erre
azért van szükség, mert a hőcserélési folyamat így tud végbemenni. Ezek a kötések
nincsenek kitéve külső igénybevételnek. A hegesztési folyamat elvégzése során a
munkadarab megfogó készülékbe helyezése nehézkes, különösen az ammónia cső
végének rögzítése. Valamint a készülék túl nehéz, amelynek emelgetését hosszútávon
megterhelőnek találom. Mindezek ellenére gond nélkül el tudtam készíteni a négy darab
párhuzamos kötést a munkadarabokon, és a kötések megfelelő minőségűek voltak. Ez a
munkaállomás azért nincs bevezetve gyártásba, mert ugyanazon a VFI hegesztő
állomáson elkészítik, ahol a merőleges kötéseket is.
4.4. Az ammónia cső és az elpárologtató cső merőleges kötésének
további vizsgálata
Az előbbi fejezetben ismertetett kísérleteimből arra a megállapításra jutottam,
hogy az elpárologtatón lévő lyuk tengelye és az ammónia cső hegesztendő végének
tengelye nem esik egybe. A probléma megszüntetésére két lehetséges megoldást látok.
Az egyik lehetőség, hogy az ammónia cső végén lévő hajlítás szögének
növelésével elérhetem, hogy az ammónia cső belesimuljon a fix felső elektródba,
anélkül, hogy az ammónia cső beleütközzön az elpárologtató csőbe. Ezt felismerve
elkezdtem kísérletezni az ammónia cső hajlítási szögének növelésével. Azt
tapasztaltam, hogy a hajlítási szöget 40 - 42º-ra növelve jobb kontaktus érhető el, de az
ammónia cső tengelye és a lyuk tengelye így sem esik egybe teljesen. Az alábbi
makroszkópi felvételen jól megfigyelhető ennek hatása (33. ábra). A jobb oldali részen
nagyon kicsi a hőhatásövezet, illetve nagy mértékű fröcskölés nyoma látható.
- 47 -
33. ábra: Merőleges kötés csiszolatának makroszkópi felvétele
Továbbá az ammónia cső nekinyomódik az elpárologtató csőnek, amikor a felső
elektródok összezárnak. Ennek következtében a párhuzamosan futó – összehegesztendő
– csőszakaszok eltávolodnak egymástól. Ezzel véleményem szerint jelentős mértékű
maradó feszültség keletkezik mind a merőleges, mind a párhuzamos kötés létrehozása
során. Próbálkozásaim alapján az ammónia cső hajlítási szögének körülbelül 46º-osra
növelésével elérhető, hogy a cső merőlegesen álljon, azonban szükséges az utolsó
szakasz hosszának csökkentése (körülbelül 6 mm-el) ahhoz, hogy pozícióba lehessen
helyezni az ammónia csövet. Azonban ezt a megoldásváltozatot elvetettem, mivel a
gyártmányrajz szerint az ammónia cső végének hajlítási szöge 32,2°, a szöget 46°-ra
növelve jelentős mértékben eltérnék a gyártmányrajztól.
Másik lehetőség az elpárologtató csövön lévő lyuk helyzetének változtatása. Tehát
megpróbáltam olyan elpárologtató csöveket előállítani, amelyeken a lyuk optimális
pozícióban helyezkedik el. Ezt úgy értem el, hogy az elpárologtató csöveket hajlító
célgépbe az előgyártmányt kissé elfordítva helyeztem bele. Ily módon sikerült olyan
munkadarabokat előállítanom, amelyeken a hegesztendő lyuk megfelelő – a
mintadarabon lévő lyukhoz hasonló – pozícióban van. A hegesztő készüléken a
szögtárcsa 3°-ra volt állítva. Az alábbi képeken látható, hogy az ammónia cső már
merőlegesen áll a lyuk fölött.
- 48 -
34. ábra: Az elektródba mart vájatba illeszkedő ammónia cső
35. ábra: Szépen együtt futó ammónia cső és elpárologtató cső szakaszok
A párhuzamosan futó csőszakaszok is szépen illeszkednek egymáshoz. A pofák
összezárásakor az elpárologtató cső nem nyomódik neki az ammónia csőnek, ahogy az
korábban megtörtént. Ebben az esetben nincs szükség az ammónia cső geometriájának
megváltoztatására, az ammónia csövet be lehet illeszteni a fix elektródba. A cső végének
tengelye függőleges pozícióban van.
Az így kialakított próbadarabokkal elvégeztem a hegesztési kísérleteket. A
szemrevételezéskor a kötéseket megfelelőnek minősítettem, a hőhatásövezet kellően
nagy mértékű és folytonos körbefutású volt a munkadarabokon. Ezek után a kötéseket
- 49 -
nyomáspróbának vetettem alá. A kísérlet elvégzése úgy történik, hogy az ammónia cső
végét, illetve az elpárologtató cső másik végén lévő lyukat behegesztik lánghegesztő
eljárással, az elpárologtató cső nyitott végére pedig egy csatlakozót hegesztenek. A
csatlakozó segítségével a munkadarabot csatlakoztatjuk a nyomáspróbázó
berendezéshez. A munkadarabot víz alá helyezzük, és szépen lassan növeljük a
csőszerkezetben a nyomást egészen 60 bar nyomásig. Amennyiben nem tapasztalunk
semmilyen rendellenességet, fenntartjuk a terhelést körülbelül tíz másodpercig, majd
lassan levesszük a nyomást. Ugyanezzel az eljárással és ezen a nyomáson tesztelik az
elkészült abszorpciós aggregátokat, mielőtt felszerelik a hűtőszekrény hátuljára. A
nyomáspróba során nem tapasztaltam szivárgást, tehát a kötések elfogadhatók. A
nyomáspróba után csiszolatokat készítettem a merőleges kötésekről. Sajnos több
makroszkópi felvételen is láthatók voltak anyagfolytonossági illetve összeolvadási
hibák, ahogyan az alábbi ábrán is látható. Ezen kötések élettartama megkérdőjelezhető.
36. ábra: A merőleges kötés csiszolatának makroszkópi felvétele
Tehát az elpárologtató csövön lévő lyuk pozíciójának módosításával sikerült javítani a
hegesztett kötések minőségén. A reprodukálhatóan jó minőségű kötés létrehozásának
biztosításához mindenképpen szükség lenne a hajlításnál az elpárologtató csövet
valamilyen pozícionáló készülék segítségével helyezni a hajlító gép patronjába.
Azonban nem kis kihívást jelenthet egy olyan pozícionáló készülék készítése, amely
kellő pontosságú.
- 50 -
Az általam végzett makroszkópi vizsgálatok menete:
1. Sarokköszörű segítségével a próbatest kimunkálása a munkadarabból oly módon,
hogy a megfelelő metszet kerüljön felszínre.
2. A vizsgálandó felület csiszolása, polírozása Struers LaboPol-1 típusú berendezés
segítségével. Két lépésben történik, először 125 µm (US#120) típusú
csiszolóvászonnal vízhűtés mellett, majd 18 µm (US#500) típusú
csiszolóvászonnal a lehető legsimábbra polírozzuk.
3. Ezt követően 4 százalékos NITAL oldatban kimaratjuk a felületet annak
érdekében, hogy a kötés egy kissé elszíneződjön, ezáltal jobban szemügyre vehető
legyen.
4. Az oldatból kivéve bő víz alatt alaposan megmossuk a próbatestet, hogy a résekből
is eltávolítsuk a marószert, majd sűrített levegő segítségével megszárítjuk.
5. Végül Euromex digitális mikroszkóp segítségével tanulmányozzuk a kötést, illetve
felvételt készítünk arról.
- 51 -
5. A TECHNOLÓGIAI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA
A továbbiakban a merőleges kötés ellenállás-dudorhegesztésénél alkalmazandó
technológiai paraméterek meghatározásával foglalkozom. A fentebb ismertetett
kísérletek során szerzett tapasztalatokat felhasználva igyekeztem kikísérletezni a helyes
technológiai paramétereket. A hegesztési paraméterek beállítására szolgáló panel a 37.
ábrán látható. Az ábrán egyes számmal jelöltem az időtartamok beállítására szolgáló
ablakot. Itt periódusban lehet megadni az előszorítási időt, a hegesztési főidőt, az
utánsajtolási időt és a szünet időt. Kettes számmal jelölt potenciométerrel az
áramfelfutási idő állítható be szintén periódusban. A hármas számúval pedig az áram
erősségét lehet beállítani százalékos értékben, sajnos a vállalatnál nem állt
rendelkezésünkre megfelelő dokumentáció arról, hogy milyen nagyságú áramerősség
érhető el ezzel a hegesztő berendezéssel. A négyes számú kapcsolóval be lehet állítani,
hogy árammal vagy áram nélkül menjen végbe a hegesztési ciklus.
37. ábra: A hegesztő berendezés paraméter beállító panelje
A korábbi hegesztési kísérleteim során bizonyossá vált, hogy a legnagyobb
problémát a nem megfelelő kontaktus jelenti. Ennek okán megpróbáltam növelni a
sajtolóerő mértékét, hogy az annak hatására bekövetkező képlékeny alakváltozások
segítségével hozzam létre az optimális kontaktust. Azonban a sajtolóerő növelésével azt
tapasztaltam, hogy az elektródok elcsúsznak az ammónia csövön, a jelenlegi megfogó
szerkezet nem alkalmas a megnövelt elektróderő átadására. Az elektródpár
szorítóerejének növelése pedig nem tanácsos az ammónia cső esetleges roncsolódása
miatt. Az elektróderőt a nyomás beállítására szolgáló szelep segítségével beállítottam
- 52 -
arra a maximális értékre, amikor még nem csúszik meg az elektródpár az ammónia
csövön, ez körülbelül 1,75 bar nyomáson volt. Sajnos nem állt rendelkezésemre
megfelelő dokumentáció arról, hogy az adott nyomás mekkora sajtolóerőt jelent kN-ban
ennél a hegesztő berendezésnél.
Továbbá a nagyobb hőmennyiség bevitelével is kísérleteztem a jobb összeolvadás
érdekében. A keletkező hőmennyiség növelésének egyik módja a hegesztő áramerősség
növelése. Azt tapasztaltam, hogy az áramerősség fokozatos növelésével a fröcskölés
mértéke is egyre jelentősebb lett. Véleményem szerint ennél a kötésnél csak nagyon
minimális fröcskölés megengedett, hiszen a munkadarabok rendkívül kis felületen
érintkeznek, és a fröcskölés következtében pont az érintkezési pontokról kerül ki az
anyag, jelentős mennyiségű hőt is elvonva az alapanyagoktól. Ezt figyelembe véve a
hegesztő áramerősséget 77%-ban maximalizáltam. A hőbevitel mennyiségének
növelésének másik módja a hegesztési idő növelése. A következőkben egy, kettő és
három periódusos hegesztéssel kísérleteztem. Az egy periódussal történő hegesztés
sikertelen volt. Kísérletet tettem a 3 periódusos hegesztési idővel történő hegesztésre,
amelynek az eredménye az lett, hogy az ammónia cső anyaga kissé rálapult az
elpárologtató csőre, vagyis az olvadt alapanyag került a felszínre, ami ezáltal érintkezett
a levegő gázaival.
38. ábra: A 3 periódusos hegesztési idővel készített kötés
Mivel a hegesztési idő csak egész periódusban választható meg, így a két periódussal
történő hegesztés bizonyult a legjobb megoldásnak. Ezek alapján a technológiai
paramétereket a következő táblázatban összegzem.
- 53 -
8. táblázat: A hegesztő eljáráshoz tartozó technológiai paraméterek
Előtartási
idő, per.
Utántartási
idő, per.
Hegesztési
idő, per.
Áramfel-
futás, per.
Áramerősség,
%
Elektród-
erő, bar
30 8 2 1,3 77 1,75
Az ilyen módon meghatározott technológiai paraméterek mellett több munkadarab
hegesztését is elvégeztem. A kötések vizuális vizsgálata során megállapítottam, hogy az
ammónia csövön a hőhatásövezet minden esetben megfelelő méretű és egyenletesen
körkörös mintát mutat. Az elpárologtató csövön is meg lehetett figyelni egy rendkívül
kismértékű, de szabad szemmel is látható hőhatásövezetet. Ezek után az elkészült
munkadarabon elvégeztem a nyomáspróbát. A kísérlet során nem tapasztaltunk
semmilyen mértékű szivárgást sem, tehát a kötések jónak mondhatók. Ezután az
elpárologtató cső tengelyével párhuzamos síkban metszetet készítettem a merőleges
kötésről, majd tanulmányoztam azt. Ennek makroszkópi felvétele a 39. ábrán látható. A
kísérlet igazolja, hogy jó minőségű kontaktus megvalósítása esetén a jelenleg
alkalmazott technológiai paraméterek alkalmasak az elvárt kötés megvalósítására.
39. ábra: A második merőleges kötés makroszkópi felvétele
- 54 -
6. A KRITIKUS MÉRETEK TŰRÉSEINEK MEGHATÁROZÁSA
A továbbiakban a merőleges dudorhegesztés szempontjából kritikus geometriai
méretek tűréseinek meghatározásával foglalkozom. Ezek a méretek az elpárologtató
csövön lévő lyuk tűrései, illetve az ammónia cső végén lévő hajlítás tűrése. Az elvégzett
kísérletek alapján úgy gondolom, hogy csak nagyon kis mértékű eltérés engedhető meg.
Ugyanis, ha a felületek helyileg nem érintkeznek, vagy érintkeznek, de nem adódik át a
kellő mértékű sajtolóerő, akkor nem jön létre a megfelelő minőségű kötés.
Először az elpárologtató csövön lévő lyuk tengelyének a dőlésszögét vizsgáltam
meg azt, hogy mennyire fordulhat el a cső tengelyére merőleges síkban. Természetesen
ez az eltérés a hegesztő készüléken lévő szögtárcsa segítségével bizonyos határok között
korrigálható. Azonban ez sorozatgyártásba szánt technológia, ahol nem életszerű, hogy
a dolgozó minden munkadarabnál külön beállítsa a szögtárcsát. A lyuk tengelyének
dőlésszögét a lyukasztó készülék pontossága, illetve a hajlító gépbe helyezett
munkadarab pozícionálásának pontossága határozza meg. Az elpárologtató csövön lévő
lyuk helyzetének tűrését úgy próbáltam meghatározni, hogy először beállítottam a
hegesztő készüléken lévő szögtárcsát úgy, hogy a lyuk tengelye függőleges legyen, majd
ehhez képest elfordítottam bizonyos szöggel a szögtárcsát. Először 5°-os eltéréssel
kezdtem. Két munkadarab hegesztésén keresztül megállapítottam, hogy az eredmény
rendkívül kiszámíthatatlan, az első esetben – ekkor a hegesztő gépet kezelő ember
szemszögéből jobbra volt eltolódva a lyuk – a hőhatásövezet folytonos, azonban a
második esetben – a lyuk balra volt eltolódva – az egyik oldalon egyáltalán nem jött
létre kötés.
40. ábra: Az 5°-os eltéréssel készített kötések
- 55 -
A bal oldali képen a hegesztés során bekövetkező nagymértékű fröcskölés nyomai is
felfedezhetők. Nyilvánvaló, hogy a megbízható technológiához nem engedhető meg
ekkora hiba a lyuk helyzetét tekintve. Ezért a következő munkadarabokat 3°-os
szögeltéréssel hegesztettem meg. Ezek a kötések jellegre hasonlóak lettek, azonban
ebben az esetben is túlzott mértékű fröcskölést tapasztaltam, illetve az elpárologtató
csövön a hőhatásövezet kisebb volt a kelleténél. Ekkora eltérés már talán megengedhető
lenne, azonban a hegesztő gépet kezelő személy részéről gondos odafigyelés, és a
szögtárcsa esetleges állítása szükséges lehet.
41. ábra: A 3°-os eltéréssel készített kötések
A következők során olyan kötéseket készítettem, melyeknél csupán 1°-os eltérést
állítottam be. Az eredmények hasonlóak lettek, mint abban az esetben, amikor
igyekeztem a lyuk tengelyét pontosan függőleges helyzetbe állítani. Az ammónia
csövön a hőhatásövezet minden esetben körkörös, és az elpárologtató csövön is látható
volt a keskeny hőhatásövezet.
42. ábra: Az 1°-os eltéréssel készített kötés
- 56 -
A kísérlet eredményei alapján megállapítottam, hogy a lyuk helyzetének tűrése +/– 1°.
Tehát, a lyuk tengelye egy fokkal elfordulhat a névlegestől, mert ekkor még a kúpos
kialakítású ammónia cső és a sajtolóerő segítségével létrehozható a megfelelő minőségű
érintkezés a két felület között.
Ezután az elpárologtató csövön lévő lyuk fedéllel ellátott végtől mért távolságának
tűrését vizsgáltam meg. Ennek a méretnek a pontosságát alapvetően a lyukasztó
készülék határozza meg. A korábbi hegesztési kísérleteim során megállapítottam, hogy
ez a méret különösen fontos a merőleges kötés szempontjából, mivel, az ammónia cső
pontosan illeszkedik a felső elektródpárba, így a kúpos kialakítása ellenére sem tudja
megfelelően korrigálni az axiális irányú eltérést. Ezáltal nem alakul ki körkörösen a
megfelelő kontaktus. A különböző elpárologtató cső típusokon a lyuk végtől mért
távolsága eltérő, ezért ennek beállítására a hegesztő készüléken egy menetes ütköző
segítségével van lehetőség. Ezt kihasználva végeztem hegesztési kísérleteket az
optimálistól eltérő helyzetekben. Előszőr körülbelül egy milliméteres eltéréssel
végeztem hegesztéseket. Sajnos pontos mérést nem tudtam kivitelezni. A kötéseket
töretvizsgálatnak vetettem alá, vagyis a felhegesztett ammónia csövet kitörtem a
helyéről annak érdekében, hogy megvizsgáljam az ammónia csövön kirajzolódó
hőhatásövezetet. Az alábbi ábrán látható, hogy az egy milliméteres eltérés elég volt
ahhoz, hogy a kötés sikertelenné váljon, ugyanis a lyuk jobb oldalán nem alakult ki az a
vékony hőhatásövezet.
43. ábra: A lyuk axiális irányban történő eltolódásának következménye
- 57 -
Ezután 0,5-0 milliméteres eltéréstartományban hajtottam végre próbahegesztéseket.
Egy ilyen kötés elpárologtató csöve látható a következő ábrán. A lyuk körül a keskeny
hőhatásövezet jól látható, a kötést megfelelőnek minősítettem. Tehát a lyuk végtől mért
távolságának elfogadható eltérése ± 0,5 mm.
44. ábra: A 0,5 milliméteres eltéréssel készített kötés elpárologtató csöve
Végül az ammónia cső végén lévő hajlítási szög tűrésének meghatározásával
foglalkoztam. A készülék kialakításánál fogva a szorító pofák mindig igyekeznek a cső
végét függőleges helyzetbe kényszeríteni. Viszont a hajlítás utáni csőszakasz
elhelyezkedése változik a hajlítási szög módosításával, és kialakul a már korábban
említett jelenség, hogy a két cső egymásnak nyomódik, megakadályozva az ammónia
cső fix elektródba való illeszkedését. A hajlítási szög növelésével a merőleges kötés
gond nélkül létrehozható, azonban a párhuzamosan futó csőszakaszok elállnak
egymástól, így amikor azokat a csöveket rögzítjük – a csövek párhuzamos kötése –
egymáshoz, akkor kismértékű maradó feszültség keletkezik a hegesztett szerkezetben.
Úgy tapasztaltam, hogy a névleges szögtől való 2°-os eltérés még nem jelenthet
problémát. Ezzel szemben a hajlítási szög csökkentésével kapcsolatban már mások a
tapasztalataim. A hajlítási szög csökkentése azt eredményezi, hogy az elektródok
összezárásakor az ammónia cső vége nem tud megfelelően függőleges helyzetbe állni,
mivel a párhuzamosan futó csőszakaszok mentén az ammónia cső nekifeszül az
elpárologtató csőnek. Ha az ammónia cső nem merőleges az elpárologtató cső
tengelyére, akkor nem jön létre a megfelelő kontaktus az ellenállás-hegesztéshez, ezért
ebben az irányban nem megengedhető az eltérés. Ennek megfelelően az ammónia cső
végén lévő hajlítási szög tűrésének a +2°/–0°-ot javaslom.
- 58 -
7. JAVASLATOK A KÖTÉS VIZUÁLIS ÉRTÉKELÉSÉRE, ÉS
SZÚRÓPRÓBASZERŰ RONCSOLÁSOS ELLENŐRZÉSÉRE
Mint ahogyan a legtöbb gyártási folyamat esetében, úgy a hegesztés során is
rendkívül fontos, hogy a létrehozott terméket leellenőrizzük, annak megfelelőségéről
meggyőződjünk. Ezek a vizsgálatok általában költséggel járnak, illetve növelik a
gyártási időt mégis szükséges, mert selejtet gyártani a legnagyobb veszteség. Minden
egyes legyártott aggregát mielőtt a festőkamrába kerülne nyomáspróbán esik át.
Természetes, ha valamelyik dudorhegesztett kötés nem megfelelő, akkor az itt általában
kiszűrhető, de a hibák javítása ebben az állapotban már sokkal nehezebb és
költségesebb, ezért mindenképpen érdemes a kötéseket azonnal az elkészülésük után
valamilyen módon és gyakorisággal ellenőrizni.
A legkézenfekvőbb ellenőrzési módszer a vizuális vizsgálat, más néven
szemrevételezés. Ez minden egyes darabon elvégzendő a hegesztő berendezés
mindenkori kezelője által. A vizsgálat abból áll, hogy a dolgozó körbeforgatja a
munkadarabot és megvizsgálja a hőhatásövezetet. Jó minőségű kötés esetében az
ammónia csövön a hőhatásövezet 2-3 mm széles folytonos sávban fut körbe. Továbbá
az elpárologtató csövön is van egy nagyon keskeny hőhatásövezet körbe az ammónia
cső csatlakozásánál. Ez utóbbi nagyon fontos, ugyanis a kísérleteim során néhányszor
azt tapasztaltam, hogy az ammónia csövön kialakult az elvárt hőhatásövezet, de az
elpárologtató csövön nem, és ezeknél a kötéseknél nem is jött létre a megfelelő
összeolvadás. A vizuális vizsgálathoz az is hozzátartozik, hogy hegesztés során figyelni
kell a fröcskölést, hiszen a nagy mértékű fröcskölés önmagában utal a kötés
sikertelenségére.
Ezen felül fontosnak tartom a kötések roncsolásos vizsgálatát. A merőleges kötés
esetében töretvizsgálat elvégzését javaslom minden huszadik elkészített munkadarabon.
Később ammennyiben a kötések megfelelőnek bizonyulnak, ez a szám ötvenre
növelhető. A töretvizsgálat abból áll, hogy kézzel kitörjük az ammónia csövet a helyéről.
A jó minőségű kötést legalább tízszer egyik, illetve másik irányba kell hajtogatni, mire
a cső kitörik a helyéről. Miután az ammónia cső kitört érdemes megvizsgálni a két
- 59 -
munkadarabon a töretfelületet, mert ahogy fentebb is említettem ilyenkor jobban
megfigyelhető az elpárologtató csövön a hőhatásövezet, valamint az ammónia cső végén
is látható, hogy a kötés körkörös volt-e.
45. ábra: Az elpárologtató cső és az ammónia cső töretfelülete
Továbbá javaslom a napi egy makrovizsgálat elvégzését egy szúrópróbaszerűen
kiválasztott kötésen. Javaslom, hogy a metszetet az alpárologtató csőre merőleges
síkban munkálják ki, mert akkor ellenőrizni lehet a lelapolás megfelelőségét az
elpárologtató csövön. A makrovizsgálatra azért van szükség, hogy segítségével ki
lehessen szűrni az olyan anyagfolytonossági és összeolvadási hibákat, amelyek
jelenlétekor a kötés ugyan még elviseli a nyomáspróbát, de csökkentheti annak
élettartamát.
- 60 -
ÖSSZEFOGLALÁS
Jelen dolgozatomban az általános rendetetésű ötvözetlen szerkezeti acélból készült
merőleges és párhuzamos helyzetű csövek ellenállás-hegeszthetőségét vizsgáltam. A
szakirodalom feldolgozása során hazai és nemzetközi források tanulmányozásával
rálátást nyertem az ellenállás-dudorhegesztés alapjaira, a technológiánál alkalmazható
kötéskialakításokra. A következőkben megismerkedtem a Dometic Zrt-nél alkalmazásra
szánt kötéskialakításokkal és berendezésekkel. Hegesztési kísérleteket végeztem annak
megállapítása érdekében, hogy az előgyártmányok pontossága milyen hatással van a
létrehozható kötés minőségére. Továbbá kísérleteket végeztem a hegesztés során
alkalmazandó technológiai paraméterek körének meghatározására, és az
előgyártmányok dudorhegesztés szempontjából kritikus méreteinek tűrésezésére.
Az elvégzett kísérletek és vizsgálatok alapján bebizonyosodott, hogy helyes
geometriával rendelkező munkadarabok esetén, vagyis a megfelelő kontaktus
biztosításával a technológia alkalmas a vizsgált hegesztett kötések elkészítésére
megfelelő minőségben. Ezt bizonyítja a számos darabon elvégzett nyomáspróba. Sajnos
az ellenállás-dudorhegesztés előnyei ellenére jelentős korlátot jelent az, hogy az exogén
hegesztő eljárásokhoz képest rendkívül érzékeny az előgyártmány pontatlanságára.
Ezért megeshet, hogy a két technológia közötti átállás során újra kell tervezni az
előgyártmányok gyártási folyamatát, és fontolóra kell venni az alkalmazandó
berendezések körét. Előfordulhat, hogy maga a gyártmány kialakításának módosítása is
szükséges. Az általam megállapított követelmények betartása az előgyártmányok
geometriájára vonatkozóan nem lehetetlen feladat. A merőleges kötés esetében a
legfőbb problémát az elpárologtató cső pozícionálása jelenti, amikor azt a hajlító gépbe
helyezik. Ennek megoldása nélkül ugyanis elképzelhetetlennek tartom a megfelelő
minőségű kötés reprodukálhatóságának garantálását.
- 61 -
SUMMARY
In my composition I investigated the resistance weldability of normally and
parallelly positioned unalloyed steel tubes. During processing of national and
international literatur I could get to know the projection welding and the possible joint
designs. After this I got acquainted with the special joint designs and welding machines
which can be found in Dometic Ltd. Under the follows I dealt with welding experiments
to establish the resistance weldability of steel tubes. Furthermore I analised the effect of
workpieces’ precision to the weld quality. Then I performed tests to determine the
process parameters which can be used in these projection welding processes. And I
assigned the tolerance of some geometric measurement of the workpieces which are
critical in the aspect of resistance weldability.
Due to the performed experiments and measurements I found these joint weldable
with projection welding process in case of punctually fabricated workpieces. The
acceptable quality of welded joints are supported by the 60 bar pressure tests.
Unfortunately projection welding has a limit. This welding process is more responsive
to the punctuality of workpieces compared with exogenous welding processes. Because
of this the conversion between exogenous welding processes and projection welding is
not effortless all the time. Probably we have to change the manufacturing processes of
the welded products and the applied machines. Sometimes we have to change the
geometry of these products. In my opinion those steel tube products can be made the
geometrical requirements which were determined by me.
- 62 -
IRODALOMJEGYZÉK
[1] Gépipari tudományos egyesület: Hegesztés és rokon technológiák, ISBN 978-963-
420-910-2, 2007
[2] Dr. Balogh András, Dr. Schäffer József, Dr. Tisza Miklós: Mechanikai
Technológiák, Miskolc, 2007
[3] Dr. Baránszky-Jób Imre: Hegesztési kézikönyv, ISBN 963 10 6245 7, Műszaki
Könyvkiadó, Budapest, 1985
[4] Dr. Gáti József: Hegesztési zsebkönyv, ISBN 978 963 04 8287 5, COKOM Kft.
Mérnökiroda, Miskolc, 2003
[5] Md. Ibrahim Khan: Welding Science and Technology, ISBN 978-81-224-2621-5,
2007
[6] ASM Handbook Volume 6: Welding, Brazing, and Soldering, ISBN 978-0-87170-
382-8, 1993
[7] K. Weman: Welding Processes Handbook (Second Edition), Chapter 11, ISBN:
978-0-85709-510-7, 2012
[8] Her-Yueh Huang and Kuang-Hung Tseng: Process Parameters in Resistance
Projection Welding for Optical Transmission Device Package, DOI:
10.1007/s11665-010-9677-2, 2009
[9] American Welding Society: Welding Handbook, Volume 2 - Welding Processes,
8th Edition, 1991, Chapter 17.
[10] American Welding Society: Welding Handbook, Volume 1 - Welding Science
and Technology, 9th Edition, Chapter 13.
[11] D. R. Milner, R. L. Apps, R. L. Apps, E. V. Beatson and D. R. Milner:
Introduction to Welding and Brazing, Chapter 4, ISBN: 978-0-08-013342-3
[12] K. G. Swift and J. D. Booker: Manufacturing Process Selection Handbook,
Chapter 11, ISBN: 978-0-08-099360-7, 2013
[13] M. Janota, H. Neumann: Share of spot welding and other joining methods in
automotive production, Welding in the World, 2008
- 63 -
[14] W.-F. Zhu, Z.-Q. Lin, X.-M. Lai, A.-H. Luo: Numerical analysis of projection
welding on auto-body sheet metal using a coupled finite element method, DOI
10.1007/s00170-004-2336-8, 2006
[15] Chris V. Nielsen, Wenqi Zhang, Paulo A. F. Martins, Niels Bay: Numerical and
experimental analysis of resistance projection welding of square nuts to sheets,
11th International Conference on Technology of Plasticity, 2014
[16] Dobosy Ádám, Dr. Gáspár Marcell Gyula, Dr. Török Imre: Az aggregátgyártás-
ban alkalmazott ellenállás-hegesztési technológiák felülvizsgálata, javaslat az
ellenőrzések módjára és gyakoriságára, Miskolc, 2017
- 64 -
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS
Ezúton szeretném köszönetemet és tiszteletemet kifejezni azon személyeknek,
akik segítségükkel hozzájárultak a szakdolgozatom elkészítéséhez.
Elsősorban a tervezésvezetőmnek Dobosy Ádámnak, illetve a konzulensemnek,
Dr. Török Imrének köszönném meg a segítségüket és a rám áldozott idejüket.
Köszönet illeti még a Dometic Zrt. munkatársait Kiss Zoltánt és Csipkés Istvánt,
akik nagyban hozzájárultak jelen dolgozat elkészüléséhez. Továbbá szeretném
köszönetemet kifejezni Polyák Péternek a makrovizsgálatok és a nyomáspróbák során
nyújtott segítségéért.
Végül, de nem utolsó sorban szeretném megköszönni a családomnak, akik a
szakdolgozatom készítése során és az egész egyetemi képzés alatt mindvégig
támogattak és segítettek engem.
top related