Vad är svetsning?

Svetsning är processen att foga material där de värms upp till smältpunkten vid anslutningspunkten, vilket skapar en stark, obrytbar fog. En fogningsprocess som säkerställer en sömlös struktur av materialen i de delar som ska fogas, med värme, tryck eller en kombination av båda för att skapa en permanent förbindelse. Det används i stor utsträckning inom olika industrier, såsom byggnation, skeppsbyggnad och fartygsreparationer, tillverkning inom olika industrier, fordonsreparation och mer.

Under svetsning värms materialen upp till smältpunkt eller kopplas med tryck och bildar en stabil förbindelse när de kyls. I vissa fall används även metallfyllning för att fylla anslutningsstället.

De viktigaste typerna av svetsning:

1. MMA / SMAW – Elektrisk bågsvetsning med elektroder:

• Elektroden smälter och metallen bildar en skarv, medan beläggningsgaserna skyddar svetsområdet från atmosfäriska influenser. Den största fördelen – god avkastning med små investeringar.
• Denna teknik används i stor utsträckning inom tung industri samt vid olika reparations- och underhållsarbeten.

2. MIG / MAG (GMAW) – halvautomatisk svetsning med elektrodtrådsskyddande gaser – inerta (argon) eller aktiva (koldioxid) gaser – i miljön:

• Används i stor utsträckning för svetsning av stål, rostfritt stål och aluminiumkonstruktioner.
• MIG (Metal Inert Gas) – använder inert gas, såsom argon.
• MAG (Metal Active Gas) – använder aktiverad gas, såsom CO₂ eller blandningar.

3. TIG (GTAW) - Wolfram-inert gas-svetsning (TIG) är en metod känd för precis sammanfogning av metaller:

• Använde volframelektroder för att skapa en het båge för att smälta metall, till skillnad från konventionell svetsning.
• Använder en handbrännare och skyddsgas, oftast argon.
• Den används för svetsning av rostfritt stål, aluminium, koppar och andra icke-järnmetaller med en tjocklek på 0,3 mm till 4 mm.

4. PAW - Plasmabågsvetsning:

 Plasmabågsvetsning är en komplex bågsvetsningsteknik där en koncentrerad plasmastråle används för att smälta och koppla ihop metaller. Den utvecklades som en prestation jämfört med TIG-svetsning och kan erbjuda bättre noggrannhet och kontroll.

• När en elektrisk båge används som värmekälla skapar plasmabågen en hög temperatur, vilket gör att mantelmaterialet smälter och sätter sig på grundmaterialet.
• Används vanligtvis i fall där det finns ökade krav på kvaliteten på den svetsade skarven, till exempel vid svetsning av höglegerade stål och titan.
• Idealiskt för tunna material och mikrosvetsning.

5. Gassvetsning (Oxygas-svetsning) med stänger:

• De särskiljande egenskaperna hos brännbara gaser avgör deras användning.
• Vid gassvetsning används syre och förbränningsgas, vilket ger hög temperatur och kontrollerad låga.
• Används vid svetsning av icke-legerings- och låglegerat stål.
• Vid gassvetsning används acetylen och rent syre eller doftande syre i princip
• En traditionell metod som fortfarande används vid rörreparationer.

6. Resistanssvetsning (kontaktsvetsning) – ett effektivt och snabbt sätt att koppla ihop metalldelar, där material värms lokalt med elektrisk ström och det uppvärmda området komprimeras, vilket uppnår ett plast- eller smält tillstånd:

• Fordon: Den bredaste tillämpningen – punktsvetsning av karosser, paneler och ramar i massproduktion.
• Hushållsapparater: Tillverkning av kylskåp, tvättmaskiner, mikrovågsugnar och andra metallhus.
• Elektronik och batterier: Koppla batterikontakter (t.ex. i elverktyg) och montera precisa delar.
• Hermetiska tankar: Tillverkning av bränsletankar, kylare och rör med sömsvetsning.
• Metallkonstruktioner: Tillverkning av armeringsnät, galler och staket, samt svetsning av muttrar/skruvar på plåtar.

7. Lasersvetsning – en metod som använder en laser som värmekälla. Smält delar eller hela tvärsnittet av arbetsstycket. Och under vissa förhållanden härdar den för att skapa en organisk svetsmetod.

• Principen är att använda en laserstråle för att värma arbetsstycket till smält tillstånd för att skapa avdunstningshål eller smältpooler.
• Används främst för svetsning av tunna material och precisa delar.
• Används för högprecisions- och höghastighetsarbete inom industrier som bil- och flygindustrin, medicin och elektronik, där visuellt rena, hållbara skarvar utan termisk deformation av materialet krävs

8. Ultraljudssvetsning – en process där delar kopplas samman med högfrekventa (20–40 kHz) mekaniska vibrationer. Till skillnad från resistanssvetsning skapas värme här genom friktion mellan molekyler, och inte genom elektrisk ström.

• Att koppla ihop plastdelar: Snabb och ren montering av fodral, leksaker och förpackningar utan lim eller skruvar.

• Elektronik och batterier: Koppla samman fina ledningar, chip och batterikontakter utan att orsaka farlig överhettning.
• Medicinska och hygieniska produkter: Hermetisk produktion av ansiktsmasker, filter och steril förpackning med högfrekventa vibrationer.

Valet av typ av svetsning beror på:

• Materialets typ och tjocklek:

1. Motståndssvetsning är idealisk för stålplåtar (kroppar, höljen).
2. Ultraljudssvetsning är bäst lämpad för termoplaster och mycket tunna, icke-järnhaltiga metaller (folie, trådar).

• Volym och produktionshastighet:

1. Båda metoderna är utformade för massproduktion. Om det är nödvändigt att tillverka tusentals delar per timme väljs fullautomatiserad resistiv eller ultraljudsutrustning.

• Anslutningskrav:

1. Om mekanisk styrka krävs för stora konstruktioner väljs resistanssvetsning.
2. Om renhet och noggrannhet (medicin, elektronik) eller täthet utan överhettning av materialet krävs, väljs ultraljud.

Materialens teknologiska svetsbarhet och fogens integritet bestäms av deras uppsättning fysikalisk-kemiska egenskaper, där den metallurgiska kompatibiliteten mellan fasövergångar, skillnaden i termisk expansionskoefficienter och oxidationskinetik är avgörande, vilket direkt påverkar risken för bildande av kristallisationsprickor och koncentrationen av restspänningar i skarven. Variationer i värmeledningsförmåga och specifik resistans bestämmer den nödvändiga energitätheten för lokal smältning, medan kemisk heterogenitet hos legeringar kan skapa lager av spröda intermetalliska föreningar, vilket avsevärt begränsar tillämpningen av traditionella termiska fusionsprocesser på specifika metallkombinationer.

Metaller som kan svetsas:

För traditionella och industriella svetsprocesser är metaller med god teknologisk svetsbarhet bäst lämpade, vilket säkerställer en stabil fogstruktur och minimal risk för fel.

Lågkol- och låglegeringsstål används mest för svetsning, eftersom de har låg risk för sprickbildning och en förutsägbar termisk reaktion. Stål med högre kolhalt kräver förvärmning för att förhindra skörhet i konstruktionen. Rostfritt stål är väl svetsbart, men kräver noggrann kontroll av värmetillförseln för att bibehålla skarvens korrosionsskyddande egenskaper.

Av de icke-järnhaltiga metallerna svetsas aluminium och dess legeringar oftast, även om de kräver en specifik skyddsgasmiljö eller växelström för att förstöra oxidlagret. Koppar och dess legeringar (till exempel mässing) är svetsbara, men deras höga värmeledningsförmåga kräver hög energikoncentration, medan titan endast kan svetsas i en inert gasatmosfär för att förhindra dess skörhet under luftens påverkan.

1. Stål – (kol och legering):
   • Lågkolstål: Den mest använda och lättaste svetsningstypen med utmärkt foghållfasthet och minimal risk för sprickor.
   • Legerat stål: Kräver särskild temperaturkontroll (uppvärmning och långsam kylning) för att förhindra att metallstrukturen blir spröd.
   • Rostfritt stål: Svetsbart väl, men kräver noggrann värmehantering för att undvika deformation av delar och bibehålla korrosionsskydd.
2. Aluminium och dess legeringar:

• Oxidlager: Ytan täcks med en solid Al₂O₃-film med mycket hög smältpunkt (~2000°C), som måste rengöras eller tvättas mekaniskt med växelström (AC) innan svetsning.
• Hög värmeledningsförmåga: Aluminium avlägsnar värme från svetsområdet mycket snabbt, så hög energitäthet och ofta förvärmning av hela delen krävs.
• Risk för porositet och sprickor: Materialet är mycket känsligt för väte och föroreningar som kan skapa porer eller varma sprickor under kylning, så en särskilt ren skyddsgasmiljö (argon) krävs.

3. Koppar och brons:

• Extrem värmeledningsförmåga: Koppar leder värme upp till 10 gånger snabbare än stål, så mycket hög strömeffekt och ofta förvärmning av hela delen (upp till 300–600°C) krävs för att ens smälta alls.
• Hög flytning: I smält tillstånd är koppar och brons mycket flytande, vilket gör det svårt att bilda vertikala eller överliggande skarvor, så de svetsas vanligtvis endast horisontellt.
• Kemisk aktivitet och porer: Metallen reagerar lätt med syre och väte och bildar gasbubblor (porer) under kylning, så en skyddande gas med högsta renhet (argon eller helium) krävs.

4. Titan:

• Gasabsorption och sprödhet: Titan absorberar syre, kväve och väte från luften vid höga temperaturer (över 430°C) som en "svamp", vilket gör svetsen ömtålig och oanvändbar.
• Absolut skydd: Perfekt skydd mot inert gas (vanligtvis argon) krävs, inte bara för svetsbadet, utan även för den varma botten av skarven och den redan fasta, men fortfarande heta skarven.
• Ytsterilitet: Innan processen är det nödvändigt att eliminera ett kemiskt eller mekaniskt oxidlager och eventuella fettämnen (även fingeravtryck) för att undvika kontaminering och porositet i skarven.

5. Nickel och dess legeringar:

• Svetsning av nickel och dess legeringar (till exempel Monel, Inconel, Hastelloy) är avgörande inom kemi- och flygindustrin på grund av deras värmebeständighet och korrosionsbeständighet.
• Kontroll av låg fusionsdjup: Nickelsmältbadet är "vissnat" (dåligt flödande), vilket gör det svårare att uppnå full rotsmältning och kräver exakt brännarkontroll.
• Risk för heta sprickor: Materialet är känsligt för föroreningar som svavel, fosfor och bly, vilket orsakar sprickbildning vid kylning, så steril renhet krävs före svetsning.
• Värmepåverkningszon: Nickellegeringar är känsliga för överhettning, vilket kan minska deras korrosionsbeständighet, så svetsning bör göras med låg värmetillförsel och snabb kylning.

6. Gjutjärn

• Termisk sprickning: Vid snabb uppvärmning eller kylning tenderar gjutjärn att spricka, så delen måste antingen värmas upp till 300–600°C ("varmsvetsning") eller svetsas med mycket korta skarvar, vilket förhindrar att metallen värms upp ("kallsvetsning").
• Strukturella förändringar: För snabb kylning i svetsområdet skapar "vitt gjutjärn" – ett extremt hårt och sprött lager, som sedan är omöjligt att bearbeta med borr eller fräsfräs.
• Specialmaterial: Elektroder med hög nickelhalt används för en kvalitetsanslutning, eftersom de är mer plastiska och kan absorbera metallens inre spänningar, vilket hindrar skarven att gå av.

7. Magnesium och dess legeringar:

• Risk för antändning: Magnesiumspån och fina partiklar kan lätt antändas, så processen kräver strikt temperaturkontroll och en steril arbetsmiljö för att undvika brandrisk.
• Oxidlager och porositet: Liksom aluminium är magnesium täckt av en oxidfilm som måste krossas av växelström (AC), men magnesium är ännu känsligare för väte, vilket kan orsaka uttalad porositet under kylning.
• Låg smältpunkt och deformation: Eftersom magnesium smälter vid relativt låga temperaturer (~650°C) och har en hög termisk expansionskoefficient, deformeras delar mycket snabbt under svetsning eller kan "flyta ut" (smälta igenom).

Metaller som är svåra eller omöjliga att svetsa:

Metaller är vanligtvis svåra att svetsa på grund av sina kemiska egenskaper, höga värmeledningsförmåga eller oxidation. Svetssvårigheter bestäms av en kombination av faktorer, inklusive materialegenskaper, gemensam design, svetsmiljö och processkrav.

1. Galvaniserat stål:

• Zink avdunstar under svetsning (Avdunstad zink skapar bubblor i svetsbadet)
• Svetsbart, men zinkbeläggningen avger giftiga ångor, vilket gör arbetet farligt, därför krävs ventilation och skydd.

2. Led:

• Bly smälter redan vid ~327 °C, så under svetsning överhettas det snabbt och blir svårt att kontrollera: smälter lätt igenom, svår att behålla form, instabil svetsprocess
• Bly är en mycket mjuk metall, så svetsplatsen är inte tillräckligt stark: lätt deformerad, låg styrka, fogen är inte hållbar. Används vanligtvis vid lödning, inte svetsning.
• Vid blyhantering frigörs skadliga ångor, vilket kan leda till blyförgiftning: vid farlig inandning krävs ventilation, skyddsutrustning måste användas

3. Volframs:

• Volfram smälter vid ~3422 °C, vilket är en av de högsta temperaturerna bland metaller: en mycket hög temperatur krävs, det är svårt att säkerställa enhetlig smältning och kräver specialutrustning.
• Volfram är en hård, men också ömtålig metall: spricker lätt under svetsning, tål dåligt termiska påfrestningar och kräver uppvärmning.
• Vid höga temperaturer oxiderar volfram lätt: oxider bildas som skadar skarven, skyddande gas (till exempel argon) krävs.

4. Zink och dess legeringar:

• Zink smälter vid ~419 °C och börjar redan koka vid ~907 °C.  Den avdunstar snabbt under svetsning, vilket gör det svårt att kontrollera processen, vilket leder till att gaser och defekter bildas.
• Avdunstat zink skapar bubblor i svetsbadet, vilket gör att porer bildas, styrkan minskar och sprickor blir mer sannolika.
• Vid svetsning av zink eller dess legeringar frigörs skadliga ångor, vilket kan orsaka metallrökfeber och farlig inandning.

5. Plastiserade och porösa metaller (t.ex. någon kombination av legeringar):

• Plastiserade och porösa metaller (till exempel olika legeringar) är ofta inte enhetliga i sammansättning. I ett material skiljer sig smältpunkterna olika och smältningen är ojämn, vilket leder till svårigheter att få en kvalitetsfog.
• På grund av strukturens porositet samlas gas under svetsning och håligheter och håligheter bildas, vilket minskar den mekaniska styrkan.
• Plastiserade material kan ändra sina egenskaper under temperaturens påverkan. De deformeras under svetsning, spänning bildas och det finns en hög risk för sprickor efter avkylning.

6. Krom i sin rena form:

• Krom smälter vid ~1907 °C, så svetsning kräver mycket hög temperatur, vilket gör det svårt att smälta materialet jämnt och processen försvårar.
• Rent krom är en hård men ömtålig metall, så under svetsning spricker den lätt och tål dåligt de termiska påfrestningar som uppstår vid uppvärmning och kylning.
• Under svetsningen reagerar krom med syre och bildar oxider, vilket försämrar skarvens kvalitet, så en skyddsgas behövs för att minska bildandet av defekter.

7. Högkolmetaller:

• Metaller med hög kolhalt (till exempel högkolhaltiga stål) är mycket känsliga för sprickor under svetsning, eftersom en kraftig temperaturförändring skapar interna påfrestningar.
• Högt kolinnehåll bidrar till bildandet av en fast och spröd struktur efter kylning, vilket minskar materialets motståndskraft mot belastningar.
• Svetsning av sådana metaller kräver särskild behandling, såsom förvärmning och kontrollerad kylning för att minska risken för fel.

Vad påverkar sannolikheten för svetsning?

• Oxidation: Vissa metaller, såsom aluminium och titan, oxiderar mycket snabbt; Vid höga temperaturer bildas ett stabilt oxidlager på deras yta, vilket stör metallernas bindning och kan skapa en söm av dålig kvalitet, vilket kräver noggrann rengöring av ytan och skyddsgas.
• Värmeledningsförmåga: Metaller med hög värmeledningsförmåga, såsom koppar, avger snabbt värme från svetsområdet; Detta gör det svårt att nå och upprätthålla den nödvändiga temperaturen, ökar energiförbrukningen och kan leda till otillräcklig smältning.
• Metalllegeringar: Vissa legeringar kan vara inkompatibla med varandra; Olika smältpunkter, kemisk sammansättning och struktur kan leda till ojämn smältning, bildandet av spröda faser eller sprickor, vilket avsevärt minskar svetsens styrka och kvalitet.