Difference Box

Svejsning er en hurtig og pålidelig sammenføjningsteknik, der næsten har erstattet andre permanente sammenføjningsprocesser. Den kan defineres som en sammenføjningsproces, hvorved to eller flere materialer kan samles permanent med eller uden anvendelse af varme, tryk og fyldstof. Den kan i vid udstrækning anvendes til sammenføjning af ikke kun metaller, men også andre typer materialer, herunder plast og keramik. For at imødekomme behovet for at sammenføje en lang række forskellige materialer på flere måder findes der et stort antal svejseprocesser, der kan klassificeres bredt som fusionssvejsning og faststofsvejsning. Fusionssvejsning er en svejsning, hvor der tilføres varme udefra for at smelte de overflader af grundmetallet, der er i kontakt med hinanden, så der dannes en sammensmeltning. Varme kan tilføres på forskellige måder, f.eks. ved hjælp af lysbue, gasflamme, modstandsopvarmning, højenergistråle osv.

Som følge heraf falder alle lysbuesvejsning, gassvejsning, modstandssvejsning og svejseprocesser med højenergistråle ind under fusionssvejsning. Ved lysbuesvejsning dannes der en elektrisk lysbue mellem en spids elektrode og de ledende grundmetaller. Denne lysbue er den primære varmekilde til smeltning af svejseflader og fyldmetaller. Der findes en hel del sådanne processer – alle følger det samme grundprincip, men varierer betydeligt med hensyn til fremgangsmåde, fordele, begrænsninger og mulige anvendelsesområder. SMAW (Shielded metal arc welding), GMAW (gas metal arc welding) og GTAW (gas wolfram arc welding) er tre sådanne lysbuesvejsningsprocesser – hver af dem har visse fordele i forhold til de andre. Forskellene mellem SMAW-, GMAW- og GTAW-svejseprocesserne gennemgås nedenfor.

Forbrugelig og ikke-forbrugelig elektrode: Elektrode er en integreret del af enhver lysbuesvejseproces for at etablere og opretholde den elektriske lysbue. Sådanne elektroder kan være af to typer – forbrugsbare og ikke-forbrugsbare. En forbrugselektrode smelter under svejsning på grund af lysbueopvarmning og aflejrer sig efterfølgende på svejseperlen, som til sidst bliver en integreret del af svejsningen. I modsætning hertil smelter en ikke-forbrugselektrode ikke under svejsningen og forbliver intakt. En bestemt lysbuesvejsningsproces anvender kun én type. Med hensyn til elektroder, der kan forbruges og ikke forbruges, er sammenligningen mellem SMAW-, GMAW- og GTAW-svejseprocesser anført nedenfor.

• SMAW-forbrugselektrode.
• GMAW-forbrugselektrode.
• GTAW-non-forbrugselektrode.

Anvendelse af tilsatsmetal: Fyldmetal er påkrævet til at levere for at udfylde rodspalten. Når rodspalten er væsentligt større (>2 mm) og/eller kanten er forberedt, skal der påføres fyldstof. Med en forbrugselektrode smelter selve elektroden og aflejrer sig på svejseperlen. Det er således ikke nødvendigt at tilføre yderligere fyldstof. En sådan elektrode opfører sig som fyldstof, og elektrodens tilførselshastighed kan styres for at manipulere fyldstofaflejringshastigheden. En ikke-forbrugelig elektrode tilfører derimod ikke noget fyldstof på svejseperlen. Hvis der er behov for fyldstof, skal det således tilføres separat.

• SMAW – Der er ikke behov for yderligere fyldstof. Elektrode fungerer som fyldstof.

GMAW – Der kræves ikke yderligere fyldstof. Elektrode fungerer som fyldstof.

• GTAW-Elektroden kan ikke forbruges. Så ekstra fyldstof i form af en stang med lille diameter tilføres kun, når det er nødvendigt, ved konstant at tilføre det under buesøjlen.

Kontinuerlig karakter af elektrode/fyldstof: Fyldstoffet, enten i form af elektrode eller et separat materiale, smelter kontinuerligt ned og aflejrer sig på svejseperlen. Således afkortes dens længde gradvist med svejsetiden. Hvis denne fyldstoflængde er kort, skal den ofte udskiftes med en ny. Dette reducerer produktionshastigheden og afbryder processen. På den anden side kan et langt fyldstof kontinuerligt tilføres svejsezonen i længere tid uden afbrydelser. En sådan metode er produktiv, men kræver stor oplagring af dyrt fyldstof.

• SMAW-Filler-cum-elektrode er i form af en lige stang med en lille diameter på 2 – 3 fods længde. Den kræver således hyppig udskiftning og afbrydelse af processen.
• GMAW-Filler-cum-elektrode er i form af en tråd med en lille diameter, der er viklet på en trådpulje. En ret lang trådelektrode opbevares i denne pulje, og svejsning kan således udføres kontinuerligt i længere tid uden mellemliggende afbrydelser for elektrodeudskiftning. Denne elektrode tilføres kontinuerligt ved hjælp af mekaniserede anordninger.
• GTAW-elektrode kan ikke forbruges. Yderligere fyldstof kommer normalt i form af en kort stang med lille diameter og kræver derfor hyppige stop for at skifte fyldstof. Svejsning kan dog udføres kontinuerligt, hvis der ikke anvendes fyldstof.

Foretrukken svejsetilstand: Lysbuesvejsning kan udføres i tre forskellige tilstande. Som tidligere nævnt er det ikke nødvendigt at tilføre fyldstof, når rodspalten er meget lille, eller grundmaterialerne er tynde. Når svejsning udføres uden tilførsel af fyldstof, betegnes det som autogen tilstand. Hvis der påføres fyldstof, og fyldstoffets metallurgiske sammensætning svarer til grundkomponentens sammensætning, betegnes det som homogen tilstand. Hvis fyldstoffets metallurgiske sammensætning afviger væsentligt fra grundkomponentens sammensætning, betegnes det som heterogen tilstand. Forskellige svejseprocesser er velegnede til forskellige tilstande.

• SMAW-Filler er iboende i denne proces på grund af den forbrugsbare elektrode. Så autogen tilstand er ikke mulig. Den er velegnet til hovedsageligt homogen svejsning.
• GMAW-Som ligner SMAW, er fyldstof iboende i denne proces på grund af forbrugselektroden. Så autogen tilstand er ikke mulig. Den er velegnet til homogen og heterogen svejsning.
• GTAW-Elektroden er ikke-forbrugelig. Så autogen tilstand er mulig; faktisk er TIG-svejsning kun egnet til denne tilstand. Den kan dog også anvendes til homogen og heterogen svejsning ved at udnytte et optimalt sæt procesparametre.

Elektrodemateriale: Elektrodemateriale: Elektrodemateriale til enhver lysbuesvejsningsproces skal have nogle få grundlæggende egenskaber som f.eks. god elektrisk ledningsevne, god elektronemissionsstyrke, ønsket smeltepunkt osv. Det er værd at nævne, at fyldmetallet skal være kompatibelt med grundmetallet, da de ellers ikke blandes ordentligt, hvilket fører til defekt svejsning. Med forbrugselektroder skal elektrodematerialet således vælges på grundlag af kompatibilitet med grundmetallet. Med ikke-forbrugselektroder skal fyldstofmaterialet vælges på grundlag af kompatibilitet med grundmetallet, mens elektroden skal være fremstillet af et sådant materiale med høj smeltning.

• SMAW-elektroder er for det meste fremstillet af jernholdige materialer. Det har kun få forskellige elektrodematerialer. Den er således kun egnet til homogen samling af jernholdige komponenter.
• GMAW-Der findes et bredt udvalg af elektrodematerialer på markedet. Selv om de fleste elektroder er jernholdige, kan deres metallurgiske sammensætning varieres for at opnå det ønskede resultat.
• GTAW-Denne elektrode er kun fremstillet af wolfram. Dette er uafhængigt af grundmetal eller fyldstofmetal, da elektroden ikke kan forbruges. Wolfram har det højeste smeltepunkt (3422 °C). Andre ønskede egenskaber kan også manipuleres ved at tilsætte legeringselementer i små proportioner. F.eks. tilsættes thorium, lanthanoxid, ceriumoxid, zirconiumoxid osv. sammen med wolfram for at forbedre forskellige svejseegenskaber som f.eks. elektronemissionsstyrke, elektroderosion osv.

Belagt eller nøgen elektrode: Elektrode kan være belagt for at beskytte den mod oxidation eller atmosfærisk forurening. Ud over beskyttelse mod oxidation giver belægning også andre fordele som f.eks. tilførsel af beskyttelsesgas, reduktion af stænk, stabilisering af lysbuen, induktion af kemiske elementer i svejseperlen osv. En overtrukket elektrode er imidlertid dyr og tilbøjelig til at blive beskadiget med tiden. Forskellige processer anvender forskellige typer belægning, som hver har en ønsket funktion.

• SMAW-anvender tyk fluxbelagt elektrode. Ud over at beskytte elektroden leverer dette flux også beskyttelsesgas.
• GMAW-Ingen fluxbelægning er tilgængelig på elektroden. Der påføres dog en tynd belægning af stabilt materiale for at beskytte elektrodematerialet mod oxidation.

GTAW-anvender nøgen wolframelektrode. Der påføres ingen belægning på elektroden.

Afskærmningsgasforsyning: Beskyttelsesgas tilføres ved lysbuesvejsning for at fjerne ilten fra svejsezonen og skabe en indkapsling af inerte gasser omkring svejseperlen. Dens primære funktion er at beskytte den varme svejseperle mod oxidation. En sådan beskyttelsesgas kan tilføres direkte fra en gasflaske eller indirekte ved at opløse andre kemiske elementer under svejsning.

• SMAW-Flux-belægning af elektrode opløses under svejsning og producerer beskyttelsesgas. Der anvendes ikke separat beskyttelsesgas separat.
• GMAW-Skærmgas (inert eller aktiv) leveres fra gasflaske.
• GTAW-Skærmgas leveres fra gasflaske.

Sprøjtningsproblem: Stænk er små dråber af smeltet filermetal, der produceres som følge af spredning af lysbuen og kommer ud fra svejsezonen. Dette stænk forårsager tab af fyldmetal og dermed uensartet fyldstofudfældning, hvilket nogle gange fører til forskellige svejsefejl, herunder negativ forstærkning og dimensionel unøjagtighed. Det hæmmer også udseendet og kræver slibning efter svejsning for at fjerne det.

• SMAW-producerer overdrevent meget stænk, selv med et optimalt sæt procesparametre.
• GMAW-Det producerer også stænk; det kan dog reduceres ved at udnytte et optimalt sæt procesparametre.
• GTAW-Det er for det meste fri for stænk.

Manual og automatisering: Skjoldet metalbuesvejsning udføres manuelt, og derfor kaldes det også manuel metalbuesvejsning (MMAW). Gasmetalbuesvejsning kan let automatiseres, hvor elektrodetråden kontinuerligt føres fra spolen ved hjælp af et mekaniseret arrangement, og samtidig flyttes brænderen af et andet automatisk køretøj. Gaswolframbuesvejsning udføres almindeligvis manuelt, men kan også automatiseres, især hvad angår bevægelsen af brænderen. En automatiseret proces er hurtig og mere produktiv, men den manuelle proces er mere fleksibel og har praktisk talt ingen begrænsninger med hensyn til anvendelsessted.

Produktivitets- og kvalitetsproblemer: SMAW giver ikke en god kvalitet af forbindelsen. Derfor udføres den hovedsagelig til husholdningsbrug og generelle industrielle krav. Hyppig udskiftning af elektroder forårsager afbrydelser i processen og er derfor ikke egnet til længerevarende svejsebehov. GMAW er meget produktivt og kan udføres kontinuerligt i lang tid. Det kan let automatiseres. Dens volumenaflejringshastighed er også meget høj. Det er derfor velegnet, når der er en bred rodspalte, når kanterne er forberedt i U- eller V-form, når der er behov for længere samlinger eller endda til pladering. Selv om den er mindre udsat for defekter, er dens fugekvalitet ikke særlig god. Stænk er også en hindring for svejseperlens udseende. Med hensyn til kvalitet er GTAW den bedste af de tre svejsninger. Den giver en overlegen svejsning med et fremragende udseende. Den er mindre udsat for defekter, men aflejrings- eller svejsehastigheden er forholdsvis lav.

Denne artikel indeholder en videnskabelig sammenligning mellem lysbuesvejsning med beskyttet metal (SMAW), gasmetalbuesvejsning (GMAW) og gaswolframbuesvejsning (GTAW). Forfatteren foreslår også, at du gennemgår følgende referencer for at få en bedre forståelse af emnet.