Svetsprocessen förklarad i detalj
Med svetsning avses fogning eller sammansmältning av arbetsstycken genom uppvärmning och/eller tryck, så att de bildar en enhet. Värmekällan vid svetsning är vanligen en elektrisk ljusbåge där strömmen kommer från en svetsströmkälla. Svetsning med ljusbåge kallas bågsvetsning.
Sammansmältningen kan åstadkommas enbart av värmen från ljusbågen som smälter samman delarna. Den här metoden används bland annat vid TIG-svetsning.
Normalt smälts ett tillsatsmaterial in i svetsfogen, antingen från en tråd/rörelektrod genom en svetspistol (MIG/MAG-svetsning), eller med en manuellt matad svetselektrod. Vid denna metod måste tillsatsmaterialet ha ungefär samma smältpunkt som grundmaterialet.
Innan svetsningen påbörjas ska arbetsstycket fogberedas till en lämplig svetsfog, till exempel en V-fog. Under svetsningen smälter ljusbågen samman fogens kanter och tillsatsmaterialet och bildar därvid ett smältbad.
För att svetsförbandet ska hålla måste smältbadet skyddas från oxidering och påverkan från den omgivande luften, till exempel med skyddsgaser eller slagg. Skyddsgasen matas in i smältbadet via svetspistolen. Svetselektroden är även överdragen med ett material som bildar en skyddande gas och slagg över smältbadet.
De mest svetsade materialen är metaller såsom aluminium, stål och rostfritt stål. Men även plast kan svetsas. Vid plastsvetsning är värmekällan het luft eller ett elektriskt motstånd.
Ljusbågen
Ljusbågen består av en elektrisk urladdning mellan svetselektroden och arbetsstycket. Ljusbågen skapas när en tillräckligt hög spänningspuls (trigger ignition) genereras mellan arbetsstyckena. Vid TIG-svetsning skapas ljusbågen när en tillräckligt hög spänningspuls (trigger ignition) genereras mellan arbetsstyckena eller när svetselektroden kortsluts mot svetsgodset (strike ignition).
Den elektriska spänningen laddas ur som en blixt under ett åskväder och gör att elektronerna kan strömma genom luftgapet. Urladdningen alstrar temperaturer på flera tusen grader, ända upp till 10 000 ⁰C. Därför måste arbetsstycket anslutas med en återledare till strömkällan innan svetsningen påbörjas.
Vid MIG/MAG-svetsning skapas en ljusbåge när tillsatsmaterialet vidrör ytan på arbetsstycket och en kortslutning sker. Den effektiva kortslutningen av strömmen smälter änden på tillsatsmaterialet och en ljusbåge bildas. För att åstadkomma en jämn och stark svetsfog måste ljusbågen vara stabil. Vid MIG/MAG-svetsning är det därför viktigt att svetsspänningen och trådmatningshastigheten anpassas till grundmaterialet och dess tjocklek.
Dessutom inverkar svetsarens teknik på ljusbågens stabilitet och därmed svetsförbandets kvalitet. Avståndet mellan svetselektroden och fogen samt jämn framföringshastighet av svetspistolen är betydelsefulla faktorer för ett lyckat svetsresultat. Förmågan att bedöma vilken spänning och trådmatningshastighet som krävs är ett tecken på svetsarens kompetens.
Moderna svetsmaskiner har emellertid många inbyggda hjälpmedel som hjälper svetsaren, som till exempel att kunna spara tidigare inställningar eller använda färdiga synergiprogram, vilka underlättar vid valet av svetsparametrar för den uppgift som ska utföras.
Skyddsgas vid svetsning
Skyddsgasen spelar ofta en viktig roll för svetsningens produktivitet och kvalitet. Som namnet anger skyddar gasen det stelnande smältbadet från att reagera med luftens syre och att förorenas av främmande partiklar och fukt i luften. Föroreningar kan förorsaka porer och försämra svetsförbandets hållbarhet genom att dess geometri förändras. Skyddsgasen kyler även svetspistolen. De vanligaste skyddsgaserna är argon, helium, koldioxid och syrgas.
Skyddsgasen kan vara inert eller aktiv. En inert gas reagerar inte alls med smältbadet, medan en aktiv gas deltar i svetsprocessen genom att den stabiliserar bågen och säkerställer en jämn överföring av tillsatsmaterial till fogen. Inert gas används vid MIG-svetsning (Metal-arc Inert Gas), medan aktiv gas används vid MAG-svetsning (Metal-arc Active Gas).
Ett exempel på en inert gas är argon, som inte reagerar med den smälta svetsen. Det är den vanligaste skyddsgasen vid TIG-svetsning. Koldioxid och syrgas reagerar dock med den smälta svetsen, liksom en blandning av koldioxid och argon.
Helium (He) är också en inert skyddsgas. Helium och helium/argon-blandningar används vid TIG- och MIG-svetsning. Helium ger bättre sidointrängning och medger högre svetshastighet än argon.
Koldioxid (CO2) och syrgas (O2) är aktiva gaser, så kallade syresättningskomponenter, som används för att stabilisera ljusbågen och säkerställa jämn överföring av tillsatsmaterial vid MAG-svetsning. Proportionerna mellan dessa gaser i skyddsgasen bestäms av ståltypen.
Normer och standarder vid svetsning
Ett flertal internationella normer och standarder gäller för svetsprocesser liksom för konstruktion och funktion hos svetsmaskiner och tillbehör. De innehåller definitioner, anvisningar och begränsningar för procedurer och maskinkonstruktioner för att öka säkerheten i processer och maskiner samt säkerställa produktkvaliteten.
Ett exempel på detta är den allmänna standarden IEC 60974-1 för bågsvetsmaskiner. De tekniska bestämmelserna för leverans och produktutformning, mått, toleranser och märkning anges i standarden SFS-EN 759.
Säkerhet vid svetsning
En mängd riskfaktorer förknippas med svetsning. Ljusbågen avger ett extremt starkt ljus och ultraviolett strålning som kan skada ögonen. Sprut och stänk av smält metall och gnistor kan förorsaka brännskador och eldsvåda. Svetsröken kan vara skadlig att andas in.
Dessa faror kan dock undvikas genom noggranna förberedelser och användning av lämplig skyddsutrustning.
Brandrisken kan minimeras genom förhandskontroll av omgivningen på svetsplatsen och borttagning av brännbara material i dess närhet. Dessutom måste brandsläckare alltid finnas tillgängliga. Utomstående får inte komma in i riskområdet.
Ögon, öron och hud ska skyddas med lämplig skyddsutrustning. En svetshjälm med mörkt glas skyddar ögonen, håret och öronen. Svetshandskar i läder och en kraftig, brandsäker klädsel skyddar armar och kropp från gnistor och hetta.
Svetsrök kan undvikas med hjälp av god ventilation på arbetsplatsen.
Läs mer om säkerhet vid svetsning
Svetsmetoder
Svetsmetoderna kan indelas efter sättet på vilket svetsvärmen alstras och hur tillsatsmaterialet matas till fogen. Välj metod beroende på det material som ska svetsas, materialets tjocklek, erforderlig produktionseffektivitet och önskat visuellt kvalitetskrav på den färdiga svetsfogen.
De vanligaste svetsmetoderna är MIG/MAG-svetsning, TIG-svetsning och manuell metallbågssvetsning (MMA). Den sistnämnda är den äldsta, mest kända och allmänt använda på byggarbetsplatser och utomhusanläggningar där kraven på åtkomlighet är höga.
Den långsammare TIG-svetsmetoden ger exceptionellt rena och snygga svetsar och används därför när svetsarna kommer att bli synliga eller när speciell noggrannhet krävs.
MIG/MAG-svetsning är en mångsidig metod där tillsatsmaterialet inte behöver matas separat till smältbadet. I stället förs tillsatsmaterialet, som är omgivet av skyddsgasen, genom svetspistolen direkt till smältbadet.
Andra svetsmetoder har utvecklats för särskilda behov såsom laser-, plasma-, punkt-, pulverbågs-, ultraljuds- och friktionssvetsning.
