Hvad er svejsning?

Svejsning er processen, hvor materialer samles, hvor de opvarmes til smeltepunktet ved forbindelsesstedet, hvilket skaber en stærk, ubrydelig samling. En samlingsproces, der sikrer en sømløs struktur af materialerne i de dele, der skal sammenfødes, ved brug af varme, tryk eller en kombination af begge dele for at skabe en permanent forbindelse. Det anvendes bredt i forskellige industrier, såsom byggeri, skibsbygning og skibsreparation, fremstilling i forskellige industrier, køretøjsreparation og mere.

Under svejsning opvarmes materialerne til smeltepunkt eller forbindes ved tryk og dannes, når de køles, en stabil forbindelse. I nogle tilfælde bruges metalfyld også til at fylde forbindelsesstedet.

De vigtigste typer svejsning:

1. MMA / SMAW – Elektrisk lysbuesvejsning med elektroder:

• Elektroden smelter, og metallet danner en samling, mens belægningsgasserne beskytter svejseområdet mod atmosfæriske påvirkninger. Den største fordel – godt afkast med små investeringer.
• Denne teknologi anvendes bredt i tung industri samt i forskellige reparations- og vedligeholdelsesopgaver.

2. MIG / MAG (GMAW) – halvautomatisk svejsning med elektrodetrådsbeskyttelsesgasser – inerte (argon) eller aktive (kuldioxid) gasser – i miljøet:

• Bredt anvendt til svejsning af stål, rustfrit stål og aluminiumskonstruktioner.
• MIG (Metal Inert Gas) - bruger inert gas, såsom argon.
• MAG (Metal Active Gas) - bruger aktiveret gas, såsom CO₂ eller blandinger.

3. TIG (GTAW) - Wolfram-inert gas (TIG) svejsning er en metode kendt for præcis sammenføjning af metaller:

• Brugte wolframelektroder til at skabe en varm lysbue til smeltning af metal, i modsætning til konventionel svejsning.
• Bruger en håndbrænder og beskyttelsesgas, som regel argon.
• Den bruges til svejsning af rustfrit stål, aluminium, kobber og andre ikke-jernholdige metaller med en tykkelse på 0,3 mm til 4 mm.

4. PAW - Plasmabuesvejsning:

 Plasmabuesvejsning er en kompleks lysbuesvejsningsteknik, hvor en koncentreret plasmajet bruges til at smelte og forbinde metaller. Det blev udviklet som en bedrift sammenlignet med TIG-svejsning og kan tilbyde bedre præcision og kontrol.

• Når en elektrisk lysbue bruges som varmekilde, skaber plasmabuen en høj temperatur, hvilket resulterer i, at beklædningsmaterialet smelter og sætter sig på bundmaterialet.
• Bruges normalt i tilfælde med øgede krav til kvaliteten af den svejsede samling, for eksempel ved svejsning af højlegerede stål og titanium.
• Ideelt til tynde materialer og mikrosvejsning.

5. Gassvejsning (Oxygas-svejsning) med stænger:

• De karakteristiske egenskaber ved brændbare gasser bestemmer deres anvendelse.
• Ved gassvejsning anvendes ilt og forbrændingsgas, som giver høj temperatur og kontrolleret flamme.
• Bruges til svejsning af ikke-legerings- og lavlegeret stål.
• I gassvejsning bruges acetylen og rent ilt eller lugtet ilt grundlæggende
• En traditionel metode, der stadig bruges til rørreparationer.

6. Modstandssvejsning (kontaktsvejsning) - en effektiv og hurtig måde at forbinde metaldele på, hvor materialer opvarmes lokalt med elektrisk strøm, og det opvarmede område komprimeres, hvilket opnår en plastisk eller smeltet tilstand:

• Bilindustri: Den bredeste anvendelse – punktsvejsning af karrosserier, paneler og rammer i masseproduktion.
• Husholdningsapparater: Fremstilling af køleskabe, vaskemaskiner, mikrobølgeovne og andre metalhuse.
• Elektronik og batterier: Forbindelse af batterikontakter (f.eks. i elværktøj) og samling af præcise dele.
• Hermetiske tanke: Fremstilling af brændstoftanke, radiatorer og rør ved brug af sømsvejsning.
• Metalkonstruktioner: Fremstilling af armeringsnet, gitter og hegn samt svejsning af møtrikker/skruer til plader.

7. Lasersvejsning – en metode, der bruger en laser som varmekilde. Smelt en del eller hele tværsnitet af emnet. Og under visse betingelser hærder den for at skabe en organisk svejsemetode.

• Princippet er at bruge en laserstråle til at opvarme emnet til en smeltet tilstand for at skabe fordampningshuller eller smeltebassiner.
• Bruges primært til svejsning af tynde materialer og præcise dele.
• Bruges til højpræcisions- og højhastighedsarbejde i industrier som bil- og luftfartsindustrien, medicin og elektronik, hvor visuelt rene, holdbare samlinger uden termisk deformation af materialet er nødvendige.

8. Ultralydsvejsning – en proces, hvor dele forbindes ved hjælp af højfrekvente (20–40 kHz) mekaniske vibrationer. I modsætning til modstandssvejsning skabes varme her ved friktion mellem molekylerne og ikke ved elektrisk strøm.

• Sammenkobling af plastikdele: Hurtig og ren samling af etuier, legetøj og emballage uden lim eller skruer.

• Elektronik og batterier: At forbinde fine ledninger, chips og batterikontakter uden at forårsage farlig overophedning.
• Medicinske og hygiejneprodukter: Hermetisk produktion af ansigtsmasker, filtre og steril emballage ved brug af højfrekvente vibrationer.

Valget af type svejsning afhænger af:

• Type og tykkelse af materialet:

1. Modstandssvejsning er ideel til stålplader (kroppe, huse).
2. Ultralydsvejsning egner sig bedst til termoplaster og meget tynde, ikke-jernholdige metaller (folie, ledninger).

• Volumen og produktionshastighed:

1. Begge metoder er designet til masseproduktion. Hvis det er nødvendigt at fremstille tusindvis af dele i timen, vælges fuldautomatisk resistivt eller ultralydsudstyr.

• Forbindelseskrav:

1. Hvis mekanisk styrke kræves for store konstruktioner, vælges modstandssvejsning.
2. Hvis renhed og nøjagtighed (medicin, elektronik) eller sæthed uden overophedning af materialet er nødvendig, vælges ultralyd.

Materialernes teknologiske svejsbarhed og samlingens integritet bestemmes af deres sæt af fysikokemiske egenskaber, hvor den metallurgiske kompatibilitet af faseovergange, forskellen i termiske udvidelseskoefficienter og oxidationskinetik er afgørende, hvilket direkte påvirker risikoen for dannelse af krystallisationsrevner og koncentrationen af restspændinger i samlingen. Variationer i termisk ledningsevne og specifik modstand bestemmer den nødvendige energitæthed for lokal smeltning, mens kemisk heterogenitet af legeringer kan skabe lag af sprøde intermetalliske forbindelser, hvilket væsentligt begrænser anvendeligheden af traditionelle termiske fusionsprocesser på specifikke kombinationer af metaller.

Metaller, der kan svejses:

Til traditionelle og industrielle svejseprocesser egner metaller med god teknologisk svejsning sig bedst, hvilket sikrer en stabil samlingsstruktur og minimal risiko for fejl.

Lavkulstof- og lavlegerede stål anvendes mest til svejsning, da de har lav risiko for revner og en forudsigelig termisk reaktion. Stål med højere kulstofindhold kræver forvarmning for at forhindre skrøbelighed i konstruktionen. Rustfrit stål er godt svejset, men kræver præcis kontrol af varmeforsyningen for at opretholde samlingens korrosionsbeskyttende egenskaber.

Af de ikke-jernholdige metaller svejses aluminium og dets legeringer oftest, selvom de kræver et specifikt beskyttelsesgasmiljø eller vekselstrøm for at ødelægge oxidlaget. Kobber og dets legeringer (for eksempel messing) kan svejses, men deres høje termiske ledningsevne kræver en høj koncentration af energi, mens titanium kun kan svejses i en inert gasatmosfære for at forhindre dets skrøbelighed under luftpåvirkning.

1. Stål - (kulstof og legering):
   • Lavkulstofstål: Den mest udbredte og lettest svejsede type med fremragende samlingsstyrke og minimal risiko for revner.
   • Legeret stål: Kræver særlig temperaturkontrol (opvarmning og langsom afkøling) for at forhindre, at metalstrukturen bliver sprød.
   • Rustfrit stål: Godt svejset, men kræver præcis varmehåndtering for at undgå deformation af dele og bevare antikorrosionsegenskaber.
2. Aluminium og dets legeringer:

• Oxidlag: Overfladen er dækket af en fast Al₂O₃-film med et meget højt smeltepunkt (~2000°C), som skal rengøres mekanisk eller vaskes med vekselstrøm (AC) før svejsning.
• Høj termisk ledningsevne: Aluminium fjerner varme fra svejseområdet meget hurtigt, så høj energitæthed og ofte forvarmning af hele delen er nødvendig.
• Risiko for porøsitet og revner: Materialet er meget følsomt over for brint og urenheder, der kan skabe porer eller varme revner under afkøling, så et særligt rent beskyttelsesgasmiljø (Argon) er nødvendigt.

3. Kobber og bronze:

• Ekstrem termisk ledningsevne: Kobber leder varme op til 10 gange hurtigere end stål, så meget høj strømstyrke og ofte forvarmning af hele delen (op til 300-600°C) er nødvendig for overhovedet at kunne smelte.
• Høj flydende tilstand: I smeltet tilstand er kobber og bronze meget flydende, hvilket gør det vanskeligt at danne lodrette eller overliggende samlinger, så de svejses som regel kun i horisontal position.
• Kemisk aktivitet og porer: Metallet reagerer let med ilt og brint og danner gasbobler (porer) under afkøling, så en beskyttende gas med højeste renhedsgrad (argon eller helium) er nødvendig.

4. Titanium:

• Gasabsorption og sprødhed: Titanium optager ilt, nitrogen og brint fra luften ved høje temperaturer (over 430°C) som en "svamp", hvilket gør svejsningen skrøbelig og ubrugelig.
• Absolut beskyttelse: Perfekt beskyttelse af inert gas (normalt argon) er nødvendig, ikke kun til svejsebadet, men også til den varme bund af samlingen og den allerede faste, men stadig varme samling.
• Overfladesterilitet: Før processen er fjernelse af et kemisk eller mekanisk oxidlag samt eventuelle fedtstoffer (selv fingeraftryk) for at undgå forurening og porøsitet i sømmen.

5. Nikkel og dets legeringer:

• Svejsning af nikkel og dets legeringer (for eksempel Monel, Inconel, Hastelloy) er afgørende i kemisk og luftfartsindustri på grund af deres varme- og korrosionsbestandighed.
• Lav fusionsdybdekontrol: Nikkelsmeltebadet er "visnet" (dårligt flow), hvilket gør det sværere at opnå fuld rodsmeltning og kræver præcis brænderkontrol.
• Risiko for varme revner: Materialet er følsomt over for urenheder som svovl, fosfor og bly, hvilket forårsager revner under afkøling, så steril renhed er nødvendig før svejsning.
• Varmepåvirkningszone: Nikkellegeringer er modtagelige for overophedning, hvilket kan reducere deres korrosionsbestandighed, så svejsning bør udføres med lav varmetilførsel og hurtig afkøling.

6. Støbejern

• Termisk knækkning: Under hurtig opvarmning eller afkøling har støbejern tendens til at sprænges, så delen skal enten opvarmes til 300-600°C ("varmsvejsning") eller svejses med meget korte samlinger, så metallet ikke opvarmes ("koldsvejsning").
• Strukturelle ændringer: For hurtig afkøling i svejseområdet skaber "hvidt støbejern" – et ekstremt hårdt og sprødt lag, som derefter er umuligt at behandle med en bor eller fræse.
• Specielle materialer: Elektroder med højt nikkelindhold bruges for en kvalitetsforbindelse, da de er mere plastiske og kan absorbere metallets indre spændinger, så samlingen ikke knækker.

7. Magnesium og dets legeringer:

• Risiko for antændelse: Magnesiumspåner og fine partikler kan let antændes, så processen kræver streng temperaturkontrol og et sterilt arbejdsmiljø for at undgå brandfare.
• Oxidlag og porøsitet: Ligesom aluminium er magnesium dækket af en oxidfilm, der skal knuses af vekselstrøm (AC), men magnesium er endnu mere følsomt over for brint, hvilket kan forårsage udtalt porøsitet under afkøling.
• Lavt smeltepunkt og deformation: Da magnesium smelter ved relativt lave temperaturer (~650°C) og har en høj termisk udvidelseskoefficient, deformeres dele meget hurtigt under svejsning eller kan "flyde ud" (smelte igennem).

Metaller, der er svære eller umulige at svejse:

Metaller er normalt vanskelige at svejse på grund af deres kemiske egenskaber, høje termiske ledningsevne eller oxidation. Svejsevanskeligheder bestemmes af en kombination af faktorer, herunder materialegenskaber, fælles design, svejsemiljø og proceskrav.

1. Galvaniseret stål:

• Zink fordamper under svejsning (fordampet zink skaber bobler i svejsebadet)
• Svejsbar, men zinkbelægningen udsender giftige dampe, hvilket gør arbejdet farligt, derfor kræves ventilation og beskyttelse.

2. Lead:

• Bly smelter allerede ved ~327 °C, så under svejsning overopheder det hurtigt og bliver svært at kontrollere: smelter let igennem, svært at holde form, ustabil svejseproces
• Bly er et meget blødt metal, så svejsestedet er ikke stærkt nok: let deformerbart, lav styrke, samlingen er ikke holdbar. Bruges normalt til lodning, ikke svejsning.
• Når blyet kastes, frigives skadelige dampe, som kan føre til blyforgiftning: ved farlig indånding kræves ventilation, og beskyttelsesudstyr skal bruges

3. Volframs:

• Wolfram smelter ved ~3422 °C, hvilket er en af de højeste temperaturer blandt metaller: en meget høj temperatur er nødvendig, det er vanskeligt at sikre ensartet smeltning, og der kræves specialudstyr.
• Wolfram er et hårdt, men også skrøbeligt metal: det revner let under svejsning, tåler dårligt termiske belastninger og kræver opvarmning.
• Ved høje temperaturer oxiderer wolfram let: der dannes oxider, der beskadiger sømmen, og beskyttelsesgas (for eksempel argon) er nødvendig.

4. Zink og dets legeringer:

• Zink smelter ved ~419 °C og begynder allerede at koge ved ~907 °C.  Det fordamper hurtigt under svejsning, hvilket gør det vanskeligt at kontrollere processen, hvilket resulterer i, at gasser og defekter dannes.
• Fordampet zink skaber bobler i svejsebadet, hvilket resulterer i, at porer dannes, styrken falder, og revner er mere sandsynlige.
• Når man svejser zink eller dets legeringer, frigives skadelige dampe, som kan forårsage metalrøgfeber og farlig indånding.

5. Plastificerede og porøse metaller (f.eks. en kombination af legeringer):

• Plastificerede og porøse metaller (for eksempel forskellige legeringer) er ofte ikke ensartede i sammensætning. I ét materiale er smeltepunkterne forskellige, og smeltningen er ujævn, hvilket resulterer i vanskeligheder med at opnå en kvalitetssøm.
• På grund af strukturens porøsitet ophobes gas under svejsning, og der dannes hulrum og hulrum, hvilket reducerer den mekaniske styrke.
• Plastificerede materialer kan ændre deres egenskaber under påvirkning af temperatur. De deformeres under svejsning, spænding dannes, og der er stor risiko for revner efter afkøling.

6. Krom i sin rene form:

• Krom smelter ved ~1907 °C, så svejsning kræver en meget høj temperatur, hvilket gør det vanskeligt at smelte materialet jævnt og gør processen vanskelig.
• Rent krom er et hårdt, men skrøbeligt metal, så under svejsning revner det let og modstår dårligt de termiske belastninger, der opstår under opvarmning og køling.
• Under svejsning reagerer krom med ilt og danner oxider, hvilket forringer samlingens kvalitet, så en beskyttelsesgas er nødvendig for at reducere dannelsen af defekter.

7. Højkulstofmetaller:

• Metaller med højt kulstofindhold (for eksempel højkulstofstål) er meget følsomme over for revner under svejsning, da en kraftig temperaturændring skaber interne spændinger.
• Højt kulstofindhold bidrager til dannelsen af en fast og sprød struktur efter afkøling, hvilket reducerer materialets modstandsdygtighed over for belastninger.
• Svejsning af sådanne metaller kræver særlig behandling, såsom forvarmning og kontrolleret køling for at reducere risikoen for fejl.

Hvad påvirker sandsynligheden for svejsning?

• Oxidation: Nogle metaller, såsom aluminium og titanium, oxiderer meget hurtigt; Ved høje temperaturer dannes et stabilt lag oxid på deres overflade, som forstyrrer metallernes binding og kan skabe en samling af dårlig kvalitet, hvilket kræver grundig rengøring af overfladen og beskyttelsesgas.
• Termisk ledningsevne: Metaller med høj termisk ledningsevne, såsom kobber, afgiver hurtigt varme fra svejseområdet; Dette gør det svært at nå og opretholde den nødvendige temperatur, øger energiforbruget og kan føre til utilstrækkelig smeltning.
• Metallegeringer: Nogle legeringer kan være inkompatible med hinanden; Forskellige smeltepunkter, kemisk sammensætning og struktur kan føre til ujævn smeltning, dannelse af sprøde faser eller revner, hvilket væsentligt reducerer svejsningens styrke og kvalitet.