Hogyan működik a hegesztés?
Felhőkarcolók, egzotikus autók, rakétakilövések - bizonyos dolgok csak felkeltik a figyelmét. Hegesztés úgy tűnik, nem tartozik ezek közé. Lehet, hogy egész életedben nem gondolkodtál a témán. Biztosan meg fog lepődni azon, hogy egyes becslések szerint a hegesztés az Amerikai Egyesült Államok nemzeti össztermékének akár 50 százalékát is érinti. Hegesztés nélkül ezek a csodálatos felhőkarcolók, autók vagy rakéták nem léteznének.
A hegesztés lényegében két fémdarab összekapcsolásának egyik módja. Bár vannak más módok is a fémek összekapcsolására (szegecselés, forrasztás...), a hegesztés lett az első számú választás az erőssége, hatékonysága és sokoldalúsága miatt.
Sok különböző hegesztési módszer van, és újabbakat fedeznek fel. Egyes eljárások hőt használnak a két fémdarab lényegében összeolvasztására, gyakran "töltőanyagot" adva a kötéshez, hogy kötőanyagként működjenek. Más módszerek nyomásra támaszkodnak a fém összekapcsolására, néhány pedig hő és nyomás kombinációját alkalmazza. Ellentétben a forrasztással, ahol az összeillesztendő fémrészek változatlanok maradnak, a hegesztési folyamat mindig megváltoztatja az összekötendő anyagot.
Ez kissé jelentéktelennek tűnhet, de kulcsfontosságú annak megértéséhez, hogy a hegesztés miért hoz létre ilyen erős kötéseket. A forrasztási és keményforrasztási eljárások során két fémdarabot kapcsolnak össze úgy, hogy egy harmadik anyagot (alacsonyabb olvadáspontú) juttatnak a keverékbe. Ha ezt a harmadik anyagot az eredeti darabok felületei közé adjuk, akkor a darabok egymáshoz kötődnek. A kötés azonban csak annyira erős, mint a kötőanyag. A hegesztés viszont kiküszöböli a közvetítőt, és az eredeti darabokat közvetlenül összekapcsolja egymással. Az eredmény egy erős, összefüggő kötés, amely gyakran olyan erős, mint maga az anyag.
Ebben a cikkben közelebbről megvizsgáljuk, pontosan hogyan működik a hegesztés . Megvizsgálunk néhány olyan helyzetet is, ahol hegesztést alkalmaznak,mindehhez szükséges szakértelemmel és felszereléssel. Mielőtt azonban megtennénk, nézzük meg, honnan is kezdődött az egész.
A hegesztési folyamatokban részt vevő összes gépet tekintve a hegesztést viszonylag új eljárásnak tekintheti. A valóságban a hegesztés évezredek óta létezik. A hegesztés korai példái Írországtól Indiáig terjedő helyeken találhatók, és néhány a bronzkorig nyúlik vissza. Természetesen ezek a civilizációk nem rendelkeztek azzal a hatalmas mennyiségű szerszámmal és géppel, amelyhez ma a hegesztők hozzáférhetnek. Hogy sikerült a hegesztésük?
Az általuk alkalmazott eljárást kovácsolásnak nevezik. A folyamat megkezdéséhez a kovácsok addig hevítették a fémet, amíg az élénkvörös színű nem lesz (de még mindig nem folyékony). A kovácsok ezután a két darabot kissé átlapolva az üllőre helyezték, és összeszegecselték. A szegecselésnek számos korlátja van. Csak viszonylag lágy fémek szegecselhetők egymáshoz, és az eljárás nagyon munkaigényes. Áramtalan helyeken azonban továbbra is az eljárást alkalmazzák.
A kovácsolás volt az egyetlen lehetőség egészen a 19. századig. Az ipari forradalom beköszöntével azonban számos felfedezés ösztönözte a hegesztés fejlődését. Az elektromos kutatások elektródákat és elektromos íveket hoztak. A kezdetleges fáklyákat a század közepére fejlesztették ki. Mindkét felfedezés jelentősen befolyásolja a következő évszázad hegesztési módszereit.
Az 1800-as évek végére a hegesztés vált a gyártás hajtóerejévé. Ennek a korszaknak a módszerei azonban nem voltak tökéletesek. A hegesztési folyamat során oxidáció (az atmoszférában lévő oxigénrészecskék fémkötésének folyamata) ment végbe, a hegesztett kötések porózusak és törékenyek voltak. Az ilyen hegesztések komoly kockázatot jelentenek a dolgozókra. Például az 1895 és 1905 közötti időszakban a rosszul megépített kazánok naponta felrobbantak, több ezer halálesetet okozva. Nyilvánvalóan sürgősen szükség volt jobb hegesztési módszerekre. Az alábbiakban többet megtudunk az új és továbbfejlesztett módszerekről, kezdve azzal, hogy közelebbről megvizsgáljuk a mesterség sajátosságait.
Hegesztés a tengeren és az űrben
A búvárhegesztők rendszeresen javítanak hajókat és olajfúró fúrótornyokat, általában elektromos ívhegesztéssel (a láng használatának kizárásával). A térbeli hegesztés a spektrum másik végén található. A tér vákuumja ideális hegesztési környezetet teremt, mivel nincsenek gázok, amelyek kölcsönhatásba lépnek a hegesztési ponttal.
A Föld légkörén kívüli hegesztés lehetővé tette a Nemzetközi Űrállomás létrehozását.
A hegesztés sajátosságai 
A sakkhoz hasonlóan a hegesztés is könnyen megtanulható, de nehéz elsajátítani. A professzionális hegesztőknek számos különböző változót kell figyelembe venniük a munka elvégzésekor. Bármilyen bonyolult is a munka, mindössze három dologra van szükség az elvégzéséhez: hegesztőberendezés , hegesztőanyag és biztonsági felszerelés . A legalapvetőbb hegesztőberendezések, amelyek alkalmanként használhatók otthoni műhelyben, kevesebb mint 100 euróért kaphatók. Általában ezeket az eszközöket elektromos ívhegesztésre (REL) vagy elektródahegesztésre szánják. Sok egység csak a kezelőszervek tekintetében rendelkezik be-/kikapcsolóval, így könnyen kezelhető. Egyes eszközök (például a lézerhegesztésben használtak) azonban olyan drágák és összetettek, hogy csak a nagy iparágakban használják őket. Ami az anyagokat illeti, egyesek könnyebben hegeszthetők, mint mások. Az acél szilárdsága, elérhetősége és hegeszthetősége miatt kiváló választás lehet. Általános szabály, hogy minél erősebb az acél, annál nehezebb a hegesztés. Ennek megfelelően számos acélötvözetet fejlesztettek ki hegesztéssel. Természetesen szinte minden fém hegeszthető, beleértve az öntöttvasat, a bronzot, az alumíniumot, sőt a titánt is, bár ez utóbbihoz fokozottan védett atmoszféra szükséges, mert a fém nagyon reaktív. Bármit is hegeszt, ne feledje:
a biztonság az első . Ha valaha is látott személyesen hegesztést, akkor szemtanúja lehet annak a vakító fénynek, amelyet a folyamat kelt. Ha közvetlenül a hegesztési helyre néz védelem nélkül, az fájdalmas szaruhártya-gyulladást okozhat, homokszerű érzéssel a szemében. Nem csoda, hogy a jó hegesztőmaszk minden védőfelszerelés előfeltétele. A hegesztőmaszkok többféle stílusban kaphatók. A legegyszerűbbek azok, amelyeknek sötétített panelje van, amelyen a hegesztő hegesztés közben átnéz.A fejlettebb maszkok automatikusan elsötétülnek, ahogy a hegesztési pont világosabb lesz. A vakító fényesség mellett a hegesztés akár 5500 Celsius fokos hőmérsékletet és számos szikrát is generálhat, amihez kesztyű és hosszú ujjú kell.
Végül, a megfelelő szellőzés kulcsfontosságú, a hegesztési módszertől függően. A hegesztők ki lehetnek téve olyan káros anyagoknak, mint az ólom, higany és szén-monoxid. A légtelenítő szelepek megakadályozhatják a füst felhalmozódását a munkaterületen.
A hegesztés működése
Készen állunk a hegesztés megkezdésére. A legtöbb hegesztett kötés manapság két kategóriába sorolható: ívhegesztés és gázhegesztés.
Az ívhegesztés elektromos ív segítségével olvasztja meg a munkaanyagokat, valamint a hegesztett kötések töltőanyagát. Az ívhegesztés során földelővezetéket kell rögzíteni a hegesztőanyaghoz vagy más fémfelülethez. A második huzalt a hegesztendő anyagra helyezzük. Miután a huzal kissé elválik az anyagtól, elektromos ív jön létre. Úgy néz ki, mint amikor kihúzza a gyújtáskábeleket az akkumulátorból. Az íj ezután összekapcsolja a munkadarabokat egy töltőanyaggal, amely segít a darabok összetartásában.
A töltőanyagnak a hézagba való bejuttatásához határozott kézre és a részletekre való odafigyelésre van szükség. Ahogy a rúd megolvad, a hegesztőnek kis, biztos mozdulatokkal folyamatosan további anyagot kell adagolnia a hézagba. Ezek a mozgások adják a hegesztési varratok különleges megjelenését. Ha túl gyorsan vagy túl lassan halad, vagy ha az ívet túl közel vagy túl távol tartja az anyagtól, az rossz hegesztési varratokat eredményezhet.
A REL-hegesztés, az inertgáz-hegesztés (közismert nevén féminert gáz vagy MIG, hegesztés) és a volfrámívgáz-hegesztés (gyakran inert volfrámgáznak vagy TIG-nek is nevezik) ívhegesztés.
Ennek a három általános módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Az elektródahegesztés például olcsó és könnyen megtanulható. Ezenkívül lassabb és kevésbé sokoldalú, mint néhány más módszer. Ezzel szemben a TIG hegesztés nehezen tanulható meg, és speciális hegesztőberendezést igényel. A TIG hegesztés azonban kiváló minőségű varratokat eredményez, és olyan anyagokat is képes hegeszteni, amelyeket más módszerekkel nem.
A gázhegesztés egy másik népszerű hegesztési módszer. Ez az eljárás jellemzően acetilén/oxigén égőt használ a munkaanyag és a hegesztőpálca megolvasztására. A hegesztő egyszerre vezérli a pisztolyt és a rudat, így teljes ellenőrzést biztosít a hegesztés felett. Míg a gázhegesztés kevésbé elterjedt az iparban, továbbra is gyakran használják karbantartásra és javításra, valamint szobrokra (erről később).
„ Extreme Welding“
Az izzó elektromos ívek és fáklyák nem gyerekjáték, de vannak extrémebb hegesztési módok is. A robbantásos hegesztés az erős robbanás által létrehozott nyomást használja a fémek összekapcsolására. A lézersugaras hegesztés erős lézerekre támaszkodik a fémek összeolvasztására. Az ultrahangos hegesztés nagyfrekvenciás rezgéseket használ, amelyek hatására a fémmolekulák rezonálnak, és így összekapcsolódnak.
Nehéz jó hegesztést találni
Felidézhetjük a hegesztés történetét, és azt, hogy a rideg, porózus varratok komoly biztonsági problémákat okoztak az ipari alkalmazásokban. Az első hegesztési varratokkal kapcsolatos problémák nagy része oxidációból adódik. Ahogy a hegesztés tudománya fejlődött, úgy fejlődtek a hegesztési hely oxigén elleni védelmének módszerei is. Elektródahegesztésnél például az elektródát védőbevonattal vonják be. Ennek a védelemnek több különböző célja van, amelyek közül az egyik a hegesztési pont gázpajzsának létrehozása. A MIG és AWI hegesztés odáig megy, hogy olyan gáztartályokat használnak, amelyek folyamatosan inert gázokkal burkolják be a hegesztési pontot. A hegesztési pont oxidáció elleni védelme elengedhetetlen az erős varrat kialakításához.
Maga az előkészítési folyamat talán ugyanolyan fontos az erős hegesztések előállításához. A munkaanyagok zsír-, szennyeződés- és pormentességének biztosítása csak az első lépés a hegesztett kötés megfelelő előkészítésében. A megfelelő kötéstípus kiválasztása kulcsfontosságú a minőségi hegesztéshez.
A hegesztés után többféleképpen is ellenőrizheti a varrat minőségét. A szemrevételezés kimutathatja, hogy a hegesztő nem megfelelő sebességgel vagy áramerősséggel dolgozott, repedéseket és hosszú szabálytalanságokat okozva. A hegesztők munkáját mágneses részecskevizsgálattal, folyadékpenetrációval, ultrahangos vizsgálattal, röntgenvizsgálattal, nyomáspróbával vagy más módszerekkel is ellenőrizhetik, a varrat minőségének meghatározására gyakran alkalmaznak roncsolásos vizsgálatot is, amely tönkreteszi a hegesztést.Függetlenül attól, hogy melyik tesztet használják, a hegesztési varrat erősségének és biztonságosságának biztosítása fontos lépés a folyamatban.
Hegesztés az iparban és a művészetben
A legtöbb hegesztési munka az ipari termeléshez kapcsolódik. Autóipar, hajógyártás, kereskedelmi építőipar, hídépítés – a hegesztési munkák listája hosszan tartó.
Bár a legtöbb hegesztő férfi, nők ezrei hegesztésből élnek. A második világháború alatt a női hegesztők kulcsszerepet játszottak a hajógyártásban.
A hegesztés egyik legérdekesebb alkalmazása a művészi közösségtől származik. A hegesztés első példái művészeti alkotások voltak, mint például az indiai Delhi vasoszlopa, valamint több mint 1000 éves aranytálak és kupakok. Az olyan építmények, mint a St. A Louis Gateway (192 méter magas, és 1000 éves élettartamra épült) és a brüsszeli Atomium illusztrálja, milyen messzire jutott a hegesztés művészete.
A művészi hegesztés hagyománya továbbra is erős, mivel a hegesztéssel masszív, súlyú szobrokat készítenek több tonna. Bár a művészek a hegesztési iparnak csak egy kis szegmensét teszik ki, mások millióinak mutathatják meg a hegesztésben rejlő lehetőségeket.
