Sveising

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Sveising er en prosess for å sammenføye materialer ved sammensmelting. Termoplaster og metaller er eksempel på materialer som kan sveises. Sveisingen skjer ved at kontaktflatene på arbeidsstykkene, ofte sammen med et fyllmateriale (sveisetråd eller sveiseelektrode) varmes opp til de smelter, og flyter sammen ved kohesjon.

Oppvarmingen kan skje ved forbrenning, elektrisk strøm, laserlys, elektronstråling, friksjon eller ultralyd. Når sveisefugen avkjøles dannes det en fast varig forbindelse. Ofte kan det være nødvendig med et dekkmateriale, for eksempel en inertgass for å hindre at smelten forbrenner med oksygen i luften. For høyfast sveising kreves også spesielle herdeprosesser ved avkjølingen av sveisen for å få rett seighet og unngå spenninger som vil føre til sprekkdannelser og brudd.

Sveising er forskjellig fra lodding og hardlodding. Ved disse sammenføyningsmetodene er det bare fyllmaterialet, for eksempel loddetinn, som smelter og forbinder arbeidsstykkene ved adhesjon. Arbeidsstykkene har høyere smeltetemperatur og smelter ikke sammen.

Sveising er en hyppig årsak til yrkesskader og brann og krever spesielle beskyttelses og sikringstiltak.

Innhold 1 Historikk 2 Sveisemetoder 2.1 Smisveising 2.2 Lysbuesveising 2.3 Gassveising 2.4 Punktsveising 2.5 Strålesveising 2.6 Andre sveisemetoder 3 Beskyttelsestiltak 3.1 Helseskader 3.2 Brann 4 Referanser

[rediger] Historikk

Smisveising har vært kjent tilbake til tidlig bruk av metall i bronsealderen. Metoden ble særlig utbredt fra middelalderen og foregår ved at smeden varmer abeidsstykkene til de gløder i en esse og deretter hamrer dem sammen med en slegge. Dette var den eneste kjente sveisemetiden fram til slutten av 1800 tallet. Da kom gassveising og noe senere elektrisk motstandssveising. Spesielt under første og andre verdenskrig ble sveisemetodene betydelig forbedret, og under andre verdenskrig var man kommet så langt at selv store skipskonstruksjoner kunne helsveises isteden for å klinkbygges, noe som sparte betydelig tid. Et eksempel er libertyskipene. I dag er automatisk robotisert elektrisk punktsveising og lysbuesveising vanlig ved serieproduksjon av metallprodukter, for eksempel bilproduksjon.

[rediger] Sveisemetoder

En rekke forskjellige sveisemetoder er i bruk og velges avhengig av utstyr, kostnad, materialtyper og seriestørrelse.

[rediger] Smisveising

Smisveising brukes normalt for håndverksmessig bearbeiding av stål og foregår ved at arbeidsstykkene varmes opp til de er hvitglødende i en esse. De legges deretter sammen og hamres sammen med en slegge. Sammensmeltingen foregår derfor ved en kombinasjon av trykk og temperatur. Metoden er vanlig ved smijernsarbeider. Ved framstilling av finere kniver og sverd legges lag av hardere (høyere innhold av karbon) og mykere stål sammen og smisveises. Eggemnet brettes og smis ut flere ganger slik at emnet tilslutt består av flere titalls tynne sammensveisede lag av vekselvis mykt og hardt stål som gir kniven eller sverdet rett kombinasjon av styrke, fleksibilitet og skarphet. Når overflaten behandles med syre oppstår et karakteristisk bølgemønster og slike stål kalles figursmidd (pattern welded) eller «damascert» stål. Men dette skal ikke forveksles med egentlig Damaskus stål i de berømte Damaskus sverdene som ble laget med en annen prosess.^[1]

[rediger] Lysbuesveising

Elektrisk lysbuesveising krever et elektrisk sveiseaggregat som gir en høy kontrollert elektrisk strøm til sveiseelektroden. Ved spissen av elektroden vil strømmen møte en elektrisk motstand mot arbeidsstykket, og det utvikles varme som smelter arbeidsstykkene og elektroden mot sveisefugen. Sveiseregulatoren er konstruert slik at en får en relativ høy tennspenning for lysbuen (f.eks 60 volt) og deretter en strømbegrensing som typisk kan innstilles i området 30 til 200 ampere avhengig av elektrodetype og dimensjon. Det kan brukes likestrøm eller vekselstrøm. Elektroden kan være faste staver, sveiseelektroder som brukes opp og skiftes, eller sveisetråd som mates fra en oppkveilet rull. Sveiseelektroden er samme metall som skal sveises og er tilsatt silisium og mangan som hindrer oksidasjon og poredannelse. Ved likestrømssveising vil den siden som har positiv polaritet ha sterkest varmeutvikling. Ved negativ elektrode blir derfor varmeutviklingen i arbeidsstykket størst og innsmeltingen og dermed dybden av sveisefugen større.^[2]

• Dekket elektrode sveising (SMAW - Shielded Metal Arc Welding) kalles ofte vanlig manuell lysbuesveising og foregår med faste utskiftbare elektrodestaver dekket av fluss. I noen tilfelle forekommer eletrode på rull med flusskjerne. Flusset er en blanding av karbonater og oksyder som fordamper når lysbuen smelter eletroden. Den dekker derfor delvis sveisesmelten mot forbrenning i oksygen fra lufta og legger seg som slagg på toppen av sveisefugen. Dette må hamres eller slipes bort når sveisen har kjølnet og krever mye etterarbeid. Det brukes både likestrøm og vekselstrøm. Metoden var lenge den mest vanlige ved elektrisk sveising og bruker relativt enkelt utstyr som egner seg best for stål med dimensjoner over noen mm godstykkelse.
• MIG sveising (Metal Inert gas) også kalt GMAW (Gas Metal Arc Welding) er nå den mest vanlige industrielle sveisemetoden. Det er vanlig å bruke eletrode på rull med automatisk matning gjennom en sveisepistol. Sveisepistolen inneholder betjening for eletrodematning og et kontaktrør som overfører sveisestrømmen til elektroden. Elektroden har et tynt kobberbelegg for å redusere kontaktrørmotstanden, hindre korrosjon og unngå oppvarming og fastbrenning i sveisepistolen.. Elektrodemateriale, tykkelse og sveisehastighet gir basisverdier for strøm og matehastighet, men avanserte aggregater kan justere dette automatisk. For å hindre at gasser i lufta reagerer med sveisesmelten brukes dekkgass fra gassflaske som tilføres sveisepistolen og fordeles over sveisesmelten. Oftest brukes argon med tilsetning av noe karbondioksyd (CO₂) og oksygen for å få stabil smelting. For vanlig stål kan karbondioksyd (CO₂) brukes, dette er rimeligere og gir dypere smeltefuge, men også noe mere sprut. Metoden er egnet for både jern og andre metaller og er relativt rask.

• TIG sveising (Tungsten Inert Gas) også kalt GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) brukes for høy kvalitet og presisjon. Det brukes en wolframelektrode som ikke smelter og gir en stabil lysbue med ren sveis uten tilsatsmidler. Elektroden gir derfor ikke fyllmiddel som eventuelt må tilsettes separat. For TIG brukes inert dekkgass som er argon, helium eller en blanding av disse. Helium gir dypere sveisefuge. Vannkjøling av sveisepistolen er nødvendig ved høy strøm. Metoden krever erfarne sveisere og er relativt langsom. Kan brukes for alle metaller men er vanlig for rustfritt stål og lettmetaller som aluminium og titan og presisjonssveising på fly, lette sykler og militært utstyr.

• Plasmasveising har mye til felles med TIG, men bruker en gass i plasmatilstand. Dette gir svært stabil lysbue, men krever ytterligere erfaring og presisjon og er best egnet for automatisk mekanisk presisjonssveising. Den tillater høyere hastighet, dypere fuge og større frihet i materialer.

• SAW (Submerged Arc Welding) brukes for høye sveisehastigheter der lysbuen brenner under et lag fluksmateriale. Fluksmaterialet er ofte slik sammensatt at det sprekker og skaller av ved størkning og krever lite etterarbeid. Dette gir høy produktivitet og brukes spesielt ved automatisk sveising på grove arbeidsstykker som kjeler og tanker og rør.

[rediger] Gassveising

Den vanligste metoden for gassveising foregår med en brenner som kombinerer acetylen og oksygen, sveisegass, og kalles forenklet acetylensveising. Det har lenge vært en populær sveisemetode, men er mindre egnet for industriell serieproduksjon. Den brukes håndtverksmessig for sveising av rør, og mindre reparasjonsarbeider og krever mindre presisjon ved sveising av tynt gods enn lysbuesveising. Utstyret består av gassflasker med trykkregulator og en sveisebrenner som blander gassene og vedlikeholder sveiseflammen. Temperaturen når omkring 3100°C og det brukes fyllmateriale i form av en separat sveisetråd. Gassveising varmer et større område av arbeidsstykket og kan gi større deformasjoner og restspenninger i arbeidsstykkene.,

Andre gasskombinasjoner er acetylen-luft og hydrogen-oksygen. Gassveising brukes også ved sveising av termoplast men da med vanlig oppvarmet luft ved noen få hundre grader.

[rediger] Punktsveising

Punktsveising kalles også motstandssveising og brukes normalt ved sammenfesting av tynne plater. Kontakteletroder klemmer mot hver side av platene som sveises. Det brukes svært høy strøm, typisk 1000 - 100 000 Ampere i korte pulser som smelter arbeidsstykket i kontaktpunktet. Metoden er effektiv og gir liten grad av deformasjon og forurensing, men er begrenset til overlappende plater og tråd opp til 3 mm tykkelse der man har tilgang til begge sider. Metoden er mye brukt for platekonstruksjoner som bilkarosserier og kabinetter og er velegenet for automatisk produksjon med roboter.

En variant er sømsveising som bruker rullende elektroder istedenfor punkteletroder og gir en kontinuerlig sveiseskjøt.

[rediger] Strålesveising

Strålesveising bruker laserstråler eller elektronstråler. Forskjellen er i energitilførselen som kommer fra en laser eller fra elektroner som akselereres i et elektrisk felt i vakuum. Metoden har høy utstyrskostnad, men begge gir en konsentrert stråle som kan gi en smal og tilstrekkelig dyp svaisefuge med meget høy hastighet. Metoden krever en automatisert produksjon og brukes derfor for store serier i høy hastighet.

[rediger] Andre sveisemetoder

• Sveising med ultralyd tilfører arbeidssykket lydenergi over 20 KHz. Arbeidstykkene som er presset sammen vil smelte sammen. Metoden brukes for elektriske kontaktpunkter mellom aluminium og kobber og er meget vanlig for plaster.
• Trykksveising skjer ved at materialene presses sammen i kontaktpunktet med høyt trykk. Energien får materialet til å flyte sammen, og brukes for eksempel for å sammenføye ulike metaller som stål og aluminium.
• Termittsveising bruker en blanding av jernoksyd og aluminium som antennes. Blandingen produserer rent jern og aluminiumoksyd og meget kraftig varme.og har for eksempel vært brukt for sveising av jernbaneskinner ved at det flytende jernet renner i en form mellom skinneendene som smelter sammen.

[rediger] Beskyttelsestiltak

Arbeidstilsynet fører tilsyn med arbeid etter Forskrift om sveising, termisk skjæring, termisk sprøyting, kullbuemeisling, lodding og sliping (varmt arbeid). ^[3] og deres veiledninger ^[4]

[rediger] Helseskader

Helseskader fra sveising kommer både av lys, hete og metalldamper/støv lyd og belastning:

• Lys både fra sveiseflammer og elektrisk lysbuesveising krever øyebeskyttelse. Skarpt lys vil medføre sveiseblindhet, som er blinde flekker på netthinnen, som både er smertefullt og kan medføre permanent synsskade. Ved elektrisk lysbuesveising ligger mye av energien i ultrafiolett stråling som lett forårsaker sveiseblindhet og forbrenninsskader på huden som ligner solbrenthet. Elektrisk lysbuesveising krever derfor sveiseglass med høy tetthetsgrad og skjerming av huden. Nyere sveisehjelmer har ofte automatisk nedblending som raskt tilpasser tetthetsgraden når sveisingen pågår.
• Varme fra sveiselysbue, sveiseflamme eller smelte gir både indirekte varmestråling (infrarød stråling) og direkte varme fra kontakt med varmt materiale og sprut. Det er derfor påkrevet med spesielle beskyttelsesklær som sveisehansker, maske og forkle.
• Damper foråsaker helseskader først og framst på øyet, ved innånding, men også gjennom hud Dette kan gi en rekke helseskader som allergier, lungeskader (støv på lungen) og metallforgiftning i kroppen. Kortvarig viser virkningen av sterk eksponering for metalldamp seg som såkalt metallfeber som kjennetegnes ved feber, muskelsmerter, frysninger, kvalme og slapphet. Langtidsvirkninger av metall og plast er støvlunge, kreft, nerveskader osv. Det er derfor påkrevet med punktavsug og filtrering av avgasser fra sveising, eventuelt pustemaske ved enkelte stoffer.
• Belatningsskader ved løfting og håndtering forebygges ved løfte og fastspenningsanordninger.
• Støy ved enkelte typer sveising som f.eks smisveising krever hørselvern.

[rediger] Brann

Som ved alt arbeid som krever høy temperatur (varmt arbeid) er det risiko for alvorlige brann- og eksplosjonsulykker. Prosedyrer og rutiner for utførelse av varmt arbeid skal innarbeides i virksomhetens internkontroll. Denne skal gi regler for tildekking, renhold, brannvakt, slokking og lignende.

[rediger] Referanser

1. ^ John D. Verhoeven (2001) «The Mystery of Damascus Blades» – Scientific American Magazine, nr. January 2001 [6 sider].
2. ^ Sveising og sveisemetallurgi i stål. NTNU (2006). Besøkt 22. januar 2007.
3. ^ Forskrift om sveising, termisk skjæring, termisk sprøyting, kullbuemeisling, lodding og sliping (varmt arbeid). Lovdata (1. mars 1998(1998-03-01 )). Besøkt 22. januar 2007.
4. ^ Veiledning om varmt arbeid. Arbeidstilsynet (2003). Besøkt 22. januar 2007.

• The Procedure Handbook of Arc Welding (1994). Cleveland: Lincoln Electric.