Skillnadsbox

Svetsning är en snabb och pålitlig sammanfogningsteknik som nästan har ersatt andra permanenta sammanfogningsprocesser. Den kan definieras som en sammanfogningsprocess genom vilken två eller flera material kan sammanfogas permanent med eller utan användning av värme, tryck och fyllmedel. Den kan överväldigande användas för att sammanfoga inte bara metaller utan även andra typer av material, inklusive plast och keramik. För att tillgodose behovet av att sammanfoga en mängd olika material på olika sätt finns det ett stort antal svetsprocesser som i stort sett kan klassificeras som fusionssvetsning och fastkärnsvetsning. Fusionssvetsning är en svetsning där värme appliceras externt för att smälta ner de fientliga ytorna på grundmetallen och bilda en sammansmältning. Värme kan tillföras på olika sätt, t.ex. med hjälp av ljusbåge, gaslåga, motståndsuppvärmning, hög energistråle etc.

Därmed faller alla processer för bågsvetsning, gassvetsning, motståndssvetsning och svetsning med hög energistråle inom ramen för fusionssvetsning. Vid bågsvetsning bildas en elektrisk båge mellan en spetsig elektrod och de ledande basmetallerna. Denna ljusbåge är den främsta värmekällan för att smälta fästytor och tillsatsmetaller. Det finns en hel del sådana processer – alla följer samma grundprincip men skiljer sig avsevärt åt när det gäller förfarande, fördelar, begränsningar och möjliga användningsområden. Skyddad metallbågsvetsning (SMAW), gasmetallbågsvetsning (GMAW) och gasvolframbågsvetsning (GTAW) är tre sådana bågsvetsningsprocesser – var och en av dem har vissa fördelar jämfört med andra. Skillnaderna mellan svetsprocesserna SMAW, GMAW och GTAW diskuteras nedan.

Förbrukningsbara och icke-förbrukningsbara elektroder: Elektroden är en integrerad del av varje bågsvetsningsprocess för att upprätta och upprätthålla ljusbågen. Sådana elektroder kan vara av två typer – förbrukningsbara och icke-förbrukningsbara. En förbrukningselektrod smälter under svetsningen på grund av ljusbågsuppvärmningen och lägger sig därefter på svetspärlan som slutligen blir en integrerad del av skarven. I motsats till detta smälter en icke förbrukningsbar elektrod inte under svetsningen och förblir intakt. En viss bågsvetsningsprocess använder endast en typ. När det gäller elektrodens förbrukningsbara och icke-förbrukningsbara karaktär, är jämförelsen mellan SMAW-, GMAW- och GTAW-svetsmetoderna listad nedan.

• SMAW-förbrukningsbar elektrod.
• GMAW-förbrukningsbar elektrod.
• GTAW-icke-förbrukningsbar elektrod.

Användning av tillsatsmetall: Det krävs fyllnadsmetall för att fylla ut rotgapet. När rotspalten är betydligt större (>2 mm) och/eller kanten är förberedd ska fyllnadsmaterial appliceras. Med förbrukningselektroder smälter själva elektroden och lägger sig på svetssträngen. Det behövs alltså inget ytterligare fyllmedel. En sådan elektrod fungerar som fyllmedel och elektrodens matningshastighet kan styras för att manipulera fyllmedelsavsättningen. En icke förbrukningsbar elektrod tillför däremot inget fyllmedel till svetssträngen. Om fyllmedel krävs måste det alltså tillföras separat.

• SMAW – Inget ytterligare fyllmedel krävs. Elektroden fungerar som fyllmedel.
• GMAW-Ingen ytterligare fyllmedel krävs. Elektroden fungerar som fyllmedel.
• GTAW-Elektroden kan inte förbrukas. Så ytterligare fyllmedel i form av en stång med liten diameter tillförs endast när det behövs, genom att det ständigt matas in under bågpelaren.

Kontinuerlig karaktär av elektrod/fyllmedel: Tillsatsmaterialet, antingen i form av elektrod eller ett separat material, smälter kontinuerligt och lägger sig på svetskanten. Således förkortas dess längd gradvis med svetstiden. Om denna fyllningslängd är kort måste den ofta bytas ut mot en ny. Detta minskar produktionshastigheten och avbryter processen. Å andra sidan kan ett långt fyllmedel kontinuerligt matas in i svetszonen under en längre tid utan avbrott. En sådan metod är produktiv men kräver lagring av dyrt tillsatsmaterial i stora mängder.

• SMAW-Filler-cum-electrode är i form av en rak stav med liten diameter och en längd på 2 – 3 fot. Den måste därför bytas ut ofta och processen måste avbrytas.
• GMAW-Filler-cum-electrode är i form av en tråd med liten diameter som är upprullad på en trådbassäng. En ganska lång trådelektrod förvaras i denna pool, vilket gör att svetsningen kan utföras kontinuerligt under en längre tid utan mellanliggande avbrott för byte av elektrod. Elektroden matas kontinuerligt med hjälp av mekaniserade arrangemang.
• GTAW-elektroden kan inte förbrukas. Extra fyllmedel kommer vanligen i form av en kort stång med liten diameter och kräver därför täta stopp för byte av fyllmedel. Svetsning kan dock utföras kontinuerligt om inget tillsatsmaterial används.

Företrädesvis svetsningssätt: Bågsvetsning kan utföras i tre olika lägen. Som tidigare nämnts är det inte nödvändigt att tillföra fyllmedel när rotspalten är mycket liten eller grundmaterialen är tunna. När svetsningen utförs utan tillförsel av fyllmedel kallas det för autogent läge. Om fyllmedel appliceras och fyllmedlets metallurgiska sammansättning liknar grundkomponentens, kallas det homogent läge. Om den metallurgiska sammansättningen av fyllnadsmaterialet skiljer sig väsentligt från den ursprungliga komponentens sammansättning kallas det för heterogent läge. Olika svetsprocesser är lämpliga för olika lägen.

• SMAW-Filler är inneboende i denna process på grund av den förbrukningsbara elektroden. Därför är autogent läge inte möjligt. Den är lämplig för huvudsakligen homogen svetsning.
• GMAW-Liknande SMAW, fyllmedel är inneboende i denna process på grund av den förbrukningsbara elektroden. Så autogent läge är inte möjligt. Den är lämplig för homogen och heterogen svetsning.
• GTAW-Elektroden är icke förbrukningsbar. Så autogent läge är möjligt; i själva verket är TIG-svetsning endast lämplig för detta läge. Den kan dock också användas för homogen och heterogen svetsning genom att utnyttja optimala processparametrar.

Elektrodmaterial: Elektrodematerialet för varje ljusbågssvetsningsprocess måste ha några grundläggande egenskaper, t.ex. god elektrisk ledningsförmåga, god elektronemissionsförmåga, önskad smältpunkt osv. Det är värt att nämna att tillsatsmetallen måste vara kompatibel med modermetallen, annars kommer de inte att blandas ordentligt, vilket leder till felaktig svetsning. När det gäller förbrukningselektroder bör elektrodmaterialet alltså väljas utifrån kompatibilitet med grundmetallen. Med icke-förbrukningselektroder bör fyllnadsmaterialet väljas baserat på kompatibilitet med basmetallen, medan elektroden bör tillverkas av sådant material med hög smältbarhet.

• SMAW-elektroder tillverkas mestadels av järnhaltiga material. Den har endast ett fåtal varianter när det gäller elektrodmaterial. Den lämpar sig därför endast för homogen sammanfogning av järnkomponenter.
• GMAW – Ett stort antal olika elektrodmaterial finns på marknaden. Även om de flesta elektroder är järnhaltiga kan deras metallurgiska sammansättning varieras för att uppnå önskat resultat.
• GTAW-Denna elektrod är tillverkad av enbart volfram. Detta är oberoende av basmetall eller fyllnadsmetall eftersom elektroden inte kan förbrukas. Volfram har den högsta smältpunkten (3422 °C). Andra önskade egenskaper kan också manipuleras genom att lägga till legeringsämnen i små proportioner. Till exempel kan torium, lantanoxid, ceriumoxid, zirkoniumoxid etc. tillsättas tillsammans med volfram för att förbättra olika svetsegenskaper, t.ex. elektronemissionsförmåga, elektroderosion etc.

Belagd eller naken elektrod: Elektroden kan beläggas för att skydda den mot oxidation eller atmosfärisk kontaminering. Förutom skydd mot oxidation ger beläggning också andra fördelar, t.ex. tillförsel av skyddsgas, minskning av stänk, stabilisering av ljusbågen, inducering av kemiska element i svetskulorna osv. En belagd elektrod är dock dyr och benägen att skadas med tiden. Olika processer använder olika typer av beläggning, var och en med önskad funktion.

• SMAW-Använder tjock flussbelagd elektrod. Förutom att skydda elektroden levererar detta flussmedel skyddsgas.
• GMAW-Ingen flussmedelsbeläggning finns på elektroden. En tunn beläggning av stabilt material appliceras dock för att skydda elektrodmaterialet från oxidation.
• GTAW-Använder naken volframelektrod. Ingen beläggning appliceras på elektroden.

Skyddsgastillförsel: Skyddsgas tillförs vid bågsvetsning för att avlägsna syret från svetszonen och skapa ett hölje av inerta gaser som omger svetskulan. Dess primära funktion är att skydda den varma svetspärlan från oxidation. Sådan skyddsgas kan tillföras direkt från en gasflaska eller indirekt genom att andra kemiska element sönderdelas under svetsningen.

• SMAW-Fluxbeläggning av elektroden sönderdelas under svetsningen och producerar skyddsgas. Ingen separat skyddsgas appliceras separat.
• GMAW-skyddsgas (inert eller aktiv) tillförs från gasflaska.
• GTAW-skyddsgas tillförs från gasflaska.

Spridningsproblem: Spridning är små droppar av smält filermedel som produceras på grund av spridning av ljusbågen och som kommer ut från svetszonen. Detta sprut orsakar förlust av tillsatsmetall och därmed en ojämn tillsatsdeponeringshastighet som ibland leder till olika svetsfel, inklusive negativ förstärkning och dimensionella felaktigheter. Det försämrar också utseendet och kräver slipning efter svetsning för att avlägsnas.

• SMAW-producerar överdrivet mycket stänk även med optimal uppsättning processparametrar.
• GMAW-It producerar också stänk, men kan minskas genom att använda optimal uppsättning processparametrar.
• GTAW-It är i stort sett fri från stänk.

Manuellt och automatiskt: Skyddad metallbågsvetsning utförs manuellt och kallas därför även manuell metallbågsvetsning (MMAW). Gasmetallbågsvetsning kan lätt automatiseras där elektrodetråd kontinuerligt matas från spolen med hjälp av ett mekaniserat arrangemang och samtidigt flyttas brännaren av ett annat automatiskt fordon. Gasvolframbågssvetsning utförs vanligen manuellt, men kan också automatiseras, särskilt när det gäller förflyttningen av brännaren. En automatiserad process är snabb och mer produktiv, men den manuella processen är mer flexibel och har praktiskt taget ingen begränsning i fråga om plats för tillämpning.

Produktivitets- och kvalitetsfrågor: SMAW ger inte en god kvalitet på fogarna. Därför används den främst för hushållsändamål och allmänna industriella behov. Frekventa byten av elektroder orsakar avbrott i processen och är därför inte lämplig för längre svetsningsbehov. GMAW är mycket produktiv och kan utföras kontinuerligt under lång tid. Den kan lätt automatiseras. Dess volymdeponeringshastighet är också mycket hög. Det är därför lämpligt när det finns en bred rotspalt, när kanter förbereds i U- eller V-form, när det finns krav på längre sammanfogning eller till och med för plätering. Även om den är mindre känslig för defekter är fogkvaliteten inte särskilt bra. Spridning försvårar också svetsstråleutseendet. När det gäller kvalitet är GTAW bäst bland de tre. Den ger överlägsna skarvar med ett utmärkt utseende. Den är mindre utsatt för defekter, men avsättningshastigheten eller svetshastigheten är jämförelsevis låg.

Vetenskaplig jämförelse mellan skyddad metallbågsvetsning (SMAW), gasmetallbågsvetsning (GMAW) och gasvolframbågsvetsning (GTAW) presenteras i den här artikeln. Författaren föreslår också att du går igenom följande referenser för bättre förståelse av ämnet.