Itt lesz majd a végtelenül izgalmas anyagtudomány rész, amitől mindenki sikítva hány a teherautóra, mert a sok állapotábrától meg diagramtól tortát fogtok hegeszteni az erdőben.

Szóval ha már megcsináltam ezt a hegesztéses szekciót, akkor ide halmoznék némi ezzel kapcsolatos anyagismereti tudást. Először is fontos megismerni, hogy a hegesztés a kötéstechnológián belül hol helyezkedik el. A kötéseket számos szempont szerint csoportosíthajuk. Mindannyiunk hallott már valószínűleg a gépelemes megközelítéssel, az oldható- és oldhatatlan rendszerezéssel. Valószínűleg nem mondok el újat, hogy a hegesztés az oldhatatlan kötések közé tartozik a szegecseléssel, forrasztással és ragasztással (adhéziós kötés) együtt. Azért lett oldhatatlan, mert ezt a kötést csak roncsolással (pl. vágás) lehet eltávolítani. Sarkított példa: Mikor az indiaiak mennek sínt lopni és úgy gondolják, hogy vágással szeretnék eltávolítani a sínpárszakaszt, akkor a roncsolás, míg ha inkább kiszedik a csavarokat és leemelik a talpfáról a sínt, akkor az roncsolásmentes.

Létezik még olyan csoportosítás is, hogy mivel zár az adott kötés. Ebből létezik ugye, alakkal, súrlodással és anyaggal záró kötés. Alakkal záró kötés a csap-, ék- és szegecskötés, súrlódással záró pl. a csavarkötés és anyaggal záró a hegesztés, a forrasztás, a ragasztás. Na, ennyit ezekről…

Sokat lehetne csacsogni erről a témakörről, hiszen az atomszerkezettől a hegeszthetőségen át a hőkezelésig mindent ide lehetne venni, de megpróbálom röviden és érthetően összefoglalni azt, ami idevág. Szóval fémek… Ha az ember azt hallja, hogy hegesztés akkor valószínűleg nem pl. a polimerek kavaró dörzshegesztése jut eszébe, hanem sisak mögé bújt emberek, akik kezükben egy hosszú, vékony, szürke pálcával hadonásznak két vagy több darab acél körül. Hegesztési szempontból a fémeknek több tulajdonságát is figyelembe kell venni, ilyen a sűrűség, a szilárdsági jellemzők (keménység, rugalmassági (vagy Young-modulusz), ütőmunka, szakítószilárdság, kontrakció, nyúlás, folyáshatár stb.) az olvadáspont, a hővezetési- és hőtágulási együttható, a fajhő és a fajlagos ellenállás. Néha fontos szempont az anyag kopásállósága is. Alapjában véve ezek határozzák meg, hogy mely fémeket mely eljárásokkal lehet hegeszteni. Az alábbiakban kirészletezném, hogy a sok felsorolt fizikai adat közül, mi micsoda.

  • Sűrűség: Nyilván mindenki hallott már róla. Sűrűség szerint bontjuk a fémeket, könnyű- (ρ < 4,5 g/cm3) illetve nehézfémekre (ρ > 4,5 g/cm3). A sűrűségből az atomtömegre és a fémrács típusára lehet következtetni, amiből további fizikai és kémiai információk nyerhetők az adott anyagról.
  • Szilárdsági jellemzők: Elsősorban a szakítószilárdságot és az ebből következő rugalmassági moduluszt, kontrakciót, nyúlást, alsó és felső folyáshatárt, a keménységet és az ütőmunkát jelenti. A szakítószilárdság fontos adatokat ad az anyag terhelhetőségéről, alakváltozási tulajdonságairól és szívósságáról (törésig mennyi energiát tud elnyelni). A szakítószilárdságot egy szabványos méretűre kimunkált ún. szakító próbatesten végzik el. A keménységet többféle eljárással pl. Vickers-, Brinell-, Knoop- vagy Rockwell-eljárással végzik, ahol egy kis szerszámot nyomkodnak az anyagba és ebből a lenyomatból határozzák meg az anyag keménységét. Lényegi eltérést az eljárások között gyakorlatilag csak a szerszám alakja és annak keménysége jelenti. A dinamikus keménységmérési eljárások annyiban különböznek az előbb ismertetett statikus eljárásoktól, hogy a Poldi kalapács, a szkleroszkóp és a duroszkóp az ismert keménységű etalon, mintadarabra történő leejtésével, majd annak visszapattanási szögéből illetve magasságából számolható a keménység. A Charpy-féle ütvehajlító vizsgálattal az ütőmunka, az anyag dinamikus igénybevétellel szembeni ellenállása határozható meg. Ez utóbbi a hegesztőpálcák fontos tulajdonsága.
  • Olvadáspont: Ez sem jelenthet újdonságot senkinek. Fontos tulajdonság hegesztés során, mert az olvadáspontból számolható a hegesztéshez szükséges hőmennyiség és így pl. a hozaganyag vagy a gázfogyasztás is.
  • Hővezetés, hőtágulás: Hegeszthetőség szempontjából rendkívül lényeges tulajdonságok. Különböző szerkezeteknél különösen fontos, hiszen ha a hőtágulás miatt a munkadarab nem tud tágulni, akkor az könnyen deformálódhat.
  • Fajhő:A fajhő (vagy hőkapacitás) megmutatja, hogy 1 kg tömegű test hőmérsékletének 1°C-kal (vagy 1K-el) való növeléséhez mennyi hőre van szükség.
  • Fajlagos ellenállás: Más néven rezisztivitás. Szintén a hegeszthetőséget befolyásolja nagy mértékben.

Vannak még pl. mágneses, optikai stb. tulajdonságok is, de ezek a hegesztés szempontjából kevésbé fontosak. A kristálytani rész viszont már annál inkább fontos, hiszen mint fentebb említettem, gyakorlatilag minden tulajdonságot a kristályrácsok szerkezete határoz meg. Alant látható a fellelhetőek a (Bravais rácsok) primitív cellái.

Bravais rácsok primitív cellái Forrás: University of Oxford – Department of Chemistry

A fentieken kívül nincs több lehetőség ugyanis bárhogy kötögetjük össze a kristályrács pontjait, azok biztosan a fentebb látható csoportok valamelyikébe fog tartozni. A rácspontokon molekulák (pl. polimereknél), gyök vagy ion foglal helyet.