sveising

Sveising

/Pixabay. CC0

Metode for å sammenføye deler av metall eller plast. Overgangs-området, sett under ett, regnes i det store og hele å ha de samme egenskaper som grunnmaterialet, men innenfor de enkelte deler av overgangsområdet vil egenskapene variere.

Ved påleggssveising tilføres overflaten av et materiale eller en gjenstand en bestemt egenskap ved at det dekkes av parallelle rekker av overlappende sveisestrenger av et egnet tilsett, f.eks. for å oppnå økt hardhet, økt korrosjonsmotstand eller for å erstatte nedslitt materiale og for derved å gjenopprette ønsket geometri.

Sveisemetodene kan deles inn i to hovedgrupper: Pressveising, der delene presses sammen og gjennomgår en plastisk deformasjon i fast tilstand med eller uten forutgående oppvarming, og smeltesveising, der delene oppvarmes lokalt til smeltetemperaturen og flyter sammen, assistert av overflatespenningene. Ytre press er ikke nødvendig.

Pressveising utføres normalt uten gassbeskyttelse og tilsettmateriale. Trykk, temperatur og sveisetid er viktige parametre, og kombinasjonen karakteriserer de ulike metoder. Pressveising har flere undergrupper.

Smisveising, også kalt essesveising, er den eldste metoden for å forbinde deler av smijern og stål, og som bl. a. ble benyttet til fremstilling av våpen og redskap. Fremgangsmåten er i begrenset bruk. Delene oppvarmes i esse til 1000–1200 °C, pensles med sand eller boraks for å gjøre slaggen lettflytende, legges i en overlappende fuge og hamres sammen. Under slagene utvides kontaktflatene slik at overflatebelegg sprekker og foldes, og rene partier fra arbeidsstykkene kommer i metallisk berøring. Slaggen beskytter mot inntrengning av luft og presses ut når delene hamres sammen.

En gruppe av pressveisemetoder kalles motstandssveising og er basert på elektrisk motstandsoppvarming, fremkalt ved direkte strømgjennomgang av kontaktområdet og kjennetegnet av høy temperatur, høyt trykk og kort sveisetid. Stukesveising brukes til skjøting av stenger og rør. De anbringes med endeflatene mot hverandre, slik at elektrisk strøm kan passere kontaktflaten. Når riktig temperatur er nådd, presses delene sammen. Avsmeltesveising er en variant, der en hurtig vandrende lysbue brenner mellom endeflatene og glatter ujevnheter ved lokal smelting. Deretter stukes partene sammen. Punktsveising er en metode til å skjøte plater i overlapp. Delene presses sammen av to vannkjølte kobberelektroder, en på hver side av skjøten. Forbindelsen oppstår når et kort strømstøt sendes gjennom platene, fra elektrode til elektrode, med den følge at kontaktområdet varmes opp, plastifiseres og sammenpresses. Punktsveising brukes mye i bilindustrien der metoden brukes sammen med roboter. Elektrodene kan utformes som roterende ruller som trekker platene frem, samtidig som korte strømstøt passerer mellom dem. Dette er prinsippet for sømsveising.

Andre grupper av pressveisemetoder bruker ikke motstandsoppvarming. Noen materialer, blant dem aluminium, lar seg sveise under høyt trykk og høy plastisk deformasjon uten ytre oppvarming. Dette kalles kaldsveising, som f.eks. brukes til fremstilling av elementer i kjøleskap. Eksplosjonssveising ble først utviklet til belegging av plater for å oppnå en ønsket overflateegenskap, f.eks. god korrosjonsmotstand. Grunnplaten og beleggplaten presses sammen under meget høyt trykk fremkalt ved detonasjon av sprengstoff. Varme tilføres ikke direkte, men temperaturen i sveisesonen kommer nær opp mot materialets smeltepunkt på grunn av mekanisk friksjon i skilleflaten. Diffusjonssveising skjer under høy temperatur, lang tid og lavt trykk, ofte også med gassbeskyttelse, og anvendes i avansert industri til sammenføyning av spesielle legeringer. Ved friksjonssveising roterer delene som skal sveises i forhold til hverandre, og sveisesonen oppvarmes til nær smeltepunktet når delene presses sammen. En annen form for friksjonssveising benytter en probe som roterer med høy hastighet. Delene som skal sveises er spent opp og proben styres langs fugen. 

Det forhold at såvel trykk som temperatur og for noen metoder også gassbeskyttelse må opprettholdes samtidig over en kortere eller lengere periode, fører til at pressveising i en del tilfeller krever endel utstyr, også i den forstand at utstyret ofte må tilpasses en bestemt konstruksjonsdetalj. En viktig fordel med pressveising er at de metallurgiske reaksjoner i sveisesonen er begrenset, siden materialet forblir i fast tilstand. Som regel unngår man dannelse av sprø, intermetalliske forbindelser, og atmosfærisk oksidasjon og gassopptak blir redusert. Med en del unntak fører dette til at materialmenyen er større for mange pressveisemetoder enn generelt for smeltesveising, f.eks. kan diffusjonsveising og eksplosjonsveising brukes for reaktive materialer som titan, krom og wolfram, og friksjonsveising forbinder så ulike materialer som stål og aluminium. Magnetisk puls og ultrasonisk sveising er en nyere metoder for pressveising.

For smeltesveising kalles overgangsområdet den varmepåvirkede sonen. Den inndeles gjerne i flere mindre soner avhengig av hvor stor varmepåvirkningen har vært. Hver av disse mindre sonene har forskjellige mekaniske og kjemiske egenskaper i forhold til grunnmaterialet.

Gass-sveising og elektrisk buesveising var de første av de mer moderne smeltesveisemetoder. Ved gass-sveising foregår oppvarming og smelting med en flamme av acetylén og ren oksygen. Delene som skal forbindes, skråskjæres, slik at det dannes en åpen fuge mellom dem, og tilsett i form av tråd med sammensetning som grunnmaterialet, smeltes inn i fugen. For tynnere arbeidsstykker kan skråskjæring utelates. De ytre deler av gassflammen er reduserende og beskytter smeltebadet mot atmosfæren. Elektrisk buesveising med dekket elektrode var tidligere mye benyttet metode for sveising av stål. Lysbuen brenner mellom arbeidsstykket og elektroden, som smelter og fyller fugen. Elektrodedekket smelter sammen med elektrodekjernen, legger seg over smeltebadet, og beskytter mot gassopptak fra atmosfæren. Imidlertid hindrer dekket strømtilførselen når det brukes kontinuerlig elektrode, slik at prosessen ikke lar seg automatisere. Den lar seg heller ikke tilpasse høy strømstyrke og produktivitet. Pulverbuesveising er en videreføring, som bruker en udekket, kontinuerlig elektrode, hvor dekket tilføres som pulver over buen og smeltebadet. I halv- eller helautomatisk utførelse kan metoden tilpasses store strømstyrker og avsettytelser, og er brukt i endel verksteder og verft, for eksempel for sveising av kolonner til vindmøller. Elektroslaggsveising og elektrogassveising er spesielle metoder med høy produktivitet, utviklet til å forbinde tykke plater i vertikalstilling. Disse metodene er ikke mye brukt idag. I 1940–50-årene steg interessen for aluminium og aluminiumlegeringer som konstruksjonsmateriale i skip og kjøretøyer, hvilket også gav støtet til utvikling av egnede prosesser for sammenføyning. Ved MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas)-sveising brenner buen mellom arbeidsstykket og en udekket, kontinuerlig matet, smeltende elektrode. Buen og smeltebadet er beskyttet av en dekkgass som kan være argon eller helium (MIG-sveising) eller CO2 (MAG-sveising) eller blandinger av disse. En variant av disse er rørtrådsveising, der elektroden ikke er massiv, men fylt med et pulver som skal beskytte sveisebadet eller som inneholder metallpartikler for å øke avsettmengden. En annen metode er TIG-sveising (Tungsten Inert Gas), hvor elektroden er av ikke-smeltende wolfram og gassen argon. Tilsettmaterialet tilføres som tråd. Metodene kan tilpasses hel eller delvis mekanisering, og har vist seg velegnet for mange materialer i tillegg til aluminium. Manuell TIG krever store ferdigheter av sveiseren, men regnes som en metode med lite sveisefeil når den anvendes riktig. Nyere varianter av denne metoden inkluderer nøkkelhulls-TIG, og en variant der elektroden varmes opp til nær smeltetemperatur før den tilsettes lysbuen. Utviklingen av strømforsyneinger for MIG/MAG/TIG har vært drevet av kravet om å kontrollere dråpeovergangen fra elekrode til sveisebadet. En måte å gjøre det på er å la sveisestrømmen variere i pulser og så spesifisere strømmen og tidspunktet da dråpen skal overføres.  Plasmasveising er en videreutvikling av TIG, der buen er smalere og energitettheten høyere. En meget spesiell metode er elektronstrålesveising. Her tilføres smeltevarmen ved nedbremsing av en strøm av høyenergielektroner mot arbeidsstykket. Sveisingen skjer i et vakuumkammer. De fleste metaller og legeringer, også keramer kan sveises, og den meget konsentrerte varmetilførsel (energitetthet) på sveisestedet muliggjør både sveising av tykke seksjoner, seksjoner med varierende tykkelse og svært små arbeidsstykker, alle med meget smale varmepåpvirkede soner og derfor minimal termisk deformasjon av arbeidsstykket. Dette er verdier som elektronstrålesveising deler med lasersveising (se laserbearbeiding), der smeltevarmen tilføres i form av en laserstråle. Lasersveising brukes av bl. a. av gullsmeder, og i Japan er den godkjent for bruk på enkelte skipsverft. Lasersveising kan kombineres med andre metoder, f. eks. MIG og kalles da laser-hybrid sveising.

Siden smeltesveising ikke krever ytre press for at forbindelsen skal komme i stand, er utstyret, med noen unntak, enklere enn for pressveising, og manuell føring har vært og er fortsatt i bruk i de fleste prosesser.

Maskinell sveising gir i tillegg til økt produktivitet bedre og jevnere kvalitet og bedre arbeidsmiljø for sveiseren. Pressveising utføres nesten bare maskinelt. En enkel mekanisering av buesveising kan utføres ved at sveisepistolen festes på og føres i rett linje av en motordrevet vogn, sveisetraktor, eller står fast ved f.eks. et rør som roteres.

Forbindelser med en mer komplisert geometri kan sveises med en programmerbar robot og styrbar strømkilde. Programmeringen av sveisebanen skjer oftest ved at pistolen og robotarmen plasseres på en rekke punkter langs banen før første gangs sveising, mens posisjonene samt sveisestrøm, spenning og hastighet lagres i et minne (on-line programmering). Selve arbeidsstykket kan spennes opp på en manipulator som posisjonerer det i gunstig sveisestilling til enhver tid. Robot og manipulator programmeres sammen som ett system. Det er også mulig å beregne og programmere sveisebanen direkte ut fra en database for dataassistert konstruksjon (off-line programmering).

På grunn av varmedeformasjoner under sveising og toleranser i tildanning og oppspenning av delene kan både posisjonen og formen på sveisefugen avvike fra den programmerte. Relativt enkle sensorer for automatisk fugefølging kan detektere posisjonsavviket og korrigere banen. Mer avanserte sensorer for adaptiv styring registrerer også avvik i formen på fugen og endrer sveisebetingelsene for å sikre best mulig resultat.

Såvel elektrisk buesveising som elektrisk motstandssveising var patenterte metoder allerede i siste del av 1800-tallet, men fordi de metallurgiske forhold ved sveising ikke var utredet, ble den industrielle nytten begrenset til reparasjon av maskindeler og små platekonstruksjoner. Det var innføringen av sveising med acetylén-oksygenflamme og elektrisk buesveising med dekket elektrode, basert på Oscar Kjellbergs oppfinnelse i begynnelsen av 1900-tallet, som la grunnen til den nesten eksplosive fremvekst fra 1930 og fremover, da sveising fortrengte klinking i skip, broer og store platekonstruksjoner. I Europa ledet Tyskland utviklingen da Hitlers krigsapparat ble bygd opp etter 1933, og USA fulgte etter med levering av ca. 3400 sveiste handelsskip i årene 1941–45 for å holde varefrakten over Atlanterhavet i gang under den annen verdenskrig. Sveising ble også en vesentlig faktor i gjenoppbyggingen etter krigen og er nå blitt en av verkstedindustriens viktigste metoder.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.