FAKTA OM BÅGSVETSNING
BÅGSVETSNING
Läromedlet Fakta om Bågsvetsning är en av fyra faktaböcker om bågsvetsning. Övriga faktaböcker i bågsvetsning är:
BÅGSVETSNING
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Fakta om MMA-svetning Fakta om MIG/MAG-svetsning Fakta om TIG-svetsning Boken Fakta om Bågsvetsning beskriver de moment som är gemensamma för de olika svetsmetoderna, medan övriga faktaböcker redogör för respektive bågsvetsmetod. Läromedelsserien är avsedd att användas både till grundutbildning och påbyggnadsutbildning.
Best.nr 47-08502-6
Tryck.nr 47-08502-6-02
IVAR HENRIKSSON THOMAS HÄLLMAN LIBER Fakta - omslag.indd 1
12-03-07 11.57.27
IVAR HENRIKSSON/THOMAS HÄLLMAN
BÅGSVETSNING FAKTABOK
LIBER
Fakta - s 1-125.indd 1
09-07-08 14.09.04
Förord Fakta om Bågsvetsning ingår i en serie läromedel som är anpassade för utbildning av europasvetsare enligt riktlinjerna utfärdade av European Federation for Welding, Joining and Cutting (EWF) och International Institute of Welding (IIW) samt för svetsutbildning enligt gymnasieskolans kursplaner. Läromedlen passar också för arbetsmarknadsutbildningar, företags interna och andra vuxenutbildningar. Läromedlen behandlar bågsvetsmetoderna MMA, MIG/MAG och TIG. Fakta om bågsvetsning behandlar allt som är gemensamt för de olika bågsvetsmetoderna. Det som är specifikt i de olika bågsvetsmetoderna återfinns i de tre faktaböckerna, Fakta om TIG, Fakta om MMA och Fakta om MIG/MAG. Fakta om bågsvetsning är avsedd att tillsammans med de tre metodspecifika faktaböckerna ge de kunskaper som behövs för att utföra övningarna och lösa arbetsuppgifterna på arbetsbladen i arbetsböckerna för de olika bågsvetsmetoderna. Fakta- och arbetsböckerna utgör tillsammans med Materiallära för svetsare en komplett läromedelsserie för att utbilda europesvetsare i de olika bågsvetsmetoderna upp till högsta EWFnivån, rörsvetsare. Det finns tre nivåer; kälsvetsare, plåtsvetsare och rörsvetsare.
Ivar Henriksson Thomas Hällman
Fakta - s 1-125.indd 3
09-07-08 14.09.04
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Innehåll 1 Svetsning Skarvsvetsning och påsvetsning Trycksvetsning Smältsvetsning Gassvetsning 2 Vanliga bågsvetsmetoder Ljusbågsfysik Tändning av ljusbågen Metallbågsvetsning MMA-svetsning Stativsvetsning med belagd elektrod Pulverbågsvetsning Gasbågsvetsning MIG- och MAG-svetsning TIG-svetsning Plasmasvetsning
7 7 7 8 9 11 11 14 16 16 17 18 19 20 21 22
3 Elektriska grundbegrepp
25
Material Atomernas byggnad Joner Ledare och isolatorer Laddningsbärare Ström Spänning Resistans Strömarter Likström Växelström Samband mellan ström, spänning och resistans Ohms lag Effekt
25 25 26 26 26 27 27 28 28 28 29
4 Strömkällor Växelströmsmaskiner Svetstransformatorn Likströmsmaskiner Svetslikriktare Omriktare Svetsomformare Anslutning av svetsledare och återledare – val av polaritet Polkopplare Inställning av svetsströmmen Fjärrinställningsdon Strömkällors kapacitet – intermittensfaktor Värmeutveckling i strömkällan Svetsströmmen och bågtiden
30 30 30 31 33 33 34 34 34 36 37 37 38 38 39 39 40
Spänningen Maximal ström Intermittensfaktor Ström- och spänningsförhållanden i svetskretsen Tomgångsspänning Bågspänning Arbetsspänning Spänningsfall i svetsledarna Statisk karakteristik Fallande karakteristik (konstant ström) Flack karakteristik (konstant spänning)
40 40 41 42 42 42 43 44 44 45 46
5 Miljö och säkerhet Arbetsmiljöverket Skyddsombud Utrymningsvägar Personlig skyddsutrustning Svetshjälm (svetsvisir) Svetsglas Försättsglas Automatiska svetsglas Svetshjälm med frisklufttillförsel Strålning Svetsljus Svetsrök Punktutsug Ozon Buller Åtgärder mot buller Hörselskydd Brandfaran Avskärmning Elfaran Elektriska strömmens verkningar Värmeverkan Strömmens fysiologiska verkan Magnetisk verkan – magnetfält Arbetsplatsens utformning Verktyg och hjälpmedel Svetsbåset Ergonomi Arbetsteknik En bra svetsarbetsplats Arbetsorganisationen Tekniska hjälpmedel
48 48 48 48 49 49 50 50 50 51 52 52 53 54 55 55 55 57 57 58 59 59 59 60 61 62 62 62 63 63 64 64 66
6 Svetsförband, fogar och svetslägen
67
Svetsförband Fogar Kälfog och kälsvets Fogbenämningar
67 69 69 70
Fakta - s 1-125.indd 4
09-07-08 14.09.04
INNEHÅLL
Fogberedning Rengöring och allmänna praxis Klippning Termisk skärning Vattenskärning Spånskärande bearbetning Slipning Häftning, fixturer Under svetsning Fixturer Häftsvetsning av kälsvetsar. Häftsvetsars längd och inbördes avstånd Exempel på instruktion för häftsvetsning av rör inom Offshoreindustrin Häftsvetsning av stumsvetsar Rotstöd Svetsbeteckningar Begreppen ”pilsida” och ”andra sida” Svetssymboler Svetslägen Beteckningar för svetslägen Svetslägen för stumsvetsar i plåt Svetslägen för kälsvetsar i plåt Svetslägen för stumsvetsar i rör Svetslägen för kälsvetsar i rör 7 Svetsbarhet Väl svetsbart Begränsat svetsbart Ej svetsbart Svetsbarhet hos kolstål, kol-manganstål och mikrolegerade stål Spänningar – deformationer Utvidgning och krympning Krympspänningar Krympningens verkan Åtgärder för att motverka deformation Sträckenergi 8 Kvalitet Kvalitet Kvalitetspolicy Kvalitetssystem Kvalitetsstyrning Kvalitetssäkring Kvalitetshandbok Certifiering Speciella processer Kontroll Ackreditering Kvalitet, svetsning SS-EN ISO 3834/SS-EN 729, för kvalitetsstyrning av svetsarbete
71 71 72 73 73 74 74 75 75 75 76 77 78 78 80 80 82 84 87 87 87 88 89 90 91 92 92 92 92 94 94 95 95 96 99 102 102 103 104 104 104 105 106 107 107 108 109 109
SS-EN 719 Tillsyn vid svetsning Svetsning efter svetsdatablad
110 112
9 Acceptansgränser för diskontinuiteter och formavvikelser
113
SS-ISO 5817 Diskontinuiteter Korta eller långa diskontinuiteter och formavvikelser Sprickor Kraterspricka Bindfel Tändmärke Svetssprut Ofullständig inträngning Inneslutningar Porer och utsträckta håligheter Formavvikelser Smältdike Svetsråge för stumsvetsar Svetsråge för kälsvetsar För stort a-mått För litet a-mått Rotvulst Lokal genomrinning Valv i rot Överrunnen svets Ej utfylld svets och undansjunken svets Katetavvikelse Dålig passning vid kälsvets Kantförskjutningar för plåt och längssvetsar Kantförskjutningar för rundsvetsar på rör 10 Kontroll och provning Oförstörande provning Radiografering Ultraljudprovning Magnetpulverprovning Penetrantprovning Virvelströmsprovning (Induktiv provning) Tätkontroll, läcksökning och provtryckning Tätkontroll Läcksökning Provtryckning Mekanisk provning Dragprovning Slagprovning Bockprovning Brytprovning Hårdhetsprovning
114 114 114 115 115 115 115 116 116 116 117 117 117 117 118 119 120 121 121 121 122 122 122 123 124 125 126 128 128 129 131 132 133 135 135 136 137 137 137 139 139 140 140
Fakta - s 1-125.indd 5
09-07-08 14.09.04
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Makroundersökning Utmattningsprovning 11 Svetsarprövning ISO 15614 Syftet med en svetsarprövning SS-EN 287 serien SS-EN 287-1 Smältsvetsning i stål Definitioner Symboler och förkortningar Stumsvetsar och kälsvetsar för plåt och rör Materialgrupper Tillsatsmaterial Svetslägen Behov av flera svetsmetoder för samma svetsförband. Giltighetsområden för olika svetstyper, allmänt Svetsningsbetingelser Provningsmetoder Acceptansfordringar Omprovning Giltighetstid Certifikat/Intyg Arbetskunskap Arbetsgång vid svetsprov Vanliga fel som kan förekomma under ett svetsprov Allmänna råd för att lyckas bra vid svetsarprövningar
141 141 142 142 142 144 145 145 146 148 148 149 150 152 152 154 154 155 155 155 156 156 157 159 160
12 Kvalificering av svetsdatablad 161 Syftet med ett svetsprocedurgodkännande 161 SS-EN 288 serien 161 Vanlig arbetsgång för provsvetsning enligt SS-EN 288-3, pWPS 162 Förklaring av utryck – intyg (blanketter) pWPS, WPAR, WPS, AI 163 Svetsmetoder 164 Referensstandarder som används i samband med SS-EN 288-3 164 Definitioner/nyckelord 165 Provstycken 168 Materialgrupper 169 Blandsvetsar 169 Godstjocklekar 170 a-mått för kälsvetsar 170 Giltighetsområde för rör och rörknutar 170 Svetslägen 171
Svetstyp Svetsmetod Tillsatsmaterial Typ av ström Sträckenergi/värmetillförsel Förhöjd arbetstemperatur Mellansträngstemperatur Efterföljande värmebehandling Speciellt för de olika svetsmetoderna Omprovning 13 Återblick på haverier Alexander Kielland Haveriet Orsaken till haveriet Haverier av ett flertal bulkfartyg Orsaken till haveriet 14 Modern svetsproduktion Öresundsbroprojektet Tillverkning av broelement Tillverkning av brospann Tolerans Personal Krav på svetsarens kompetens Svetsskola Uppföljning av svetsarnas arbete Svetsmetoder Förhöjd arbetstemperatur Fogtyper Fogberedning Kvalitet och kontroll Material Svetsgodsvolym 15 Standardiseringen inom svetsningsområdet Internationella standardiseringen CEN SIS Svetskommissionen EWF/IIW Urval av SS-EN och SS-ISO standarder med direkt eller indirekt anknytning till bågsvetsning Vad olika förkortningar för standarder betyder Standarder som berör bågsvetsning Register
172 172 173 174 174 174 174 174 174 176 178 178 179 181 181 183 183 184 186 189 189 190 190 191 191 192 193 193 193 194 194 195 195 195 196 196 197 199 199 200 204
Fakta - s 1-125.indd 6
09-07-08 14.09.05
1
Svetsning
Skarvsvetsning och påsvetsning Med svetsning menas vanligen ett sätt att sammanfoga olika arbetsstycken till en sammanhängande enhet. När två eller flera delar svetsas samman kallas det skarvsvetsning. Svetsning kan också innebära att man tillför (svetsar) tillsatsmaterial på ett arbetsstycke utan att några detaljer sammanfogas. Avsikten är då att öka arbetsstyckets dimensioner eller att påföra arbetsstycket ett ytskikt med speciella egenskaper. Detta kallas på svetsning.
Skarvsvetsning Skikt 2
Både skarvsvetsning och påsvetsning kan utföras med en mängd olika metoder. Gemensamt för alla svetsmetoder är att energi måste tillföras så att arbetsstycket blir varmt på det ställe där svetsen ska vara. Värme kan tillföras med hjälp av till exempel gaslåga, elektrisk ström eller friktion. Beroende på hur sammanbindningen sker delas svets metoderna in i två huvudgrupper:
Skikt 1
Skikt 3
Skikt 2 Påsvetsning/flerlagersvets
– Trycksvetsning. – Smältsvetsning.
Trycksvetsning Om man tillför så mycket värme att endast förbindningsytorna blir mjuka och lätt formbara (välltemperatur) kan man åstadkomma en förbindning. Men då krävs också en yttre tryckkraft som pressar samman delarna samtidigt som välltemperaturen uppnås. Alla svetsmetoder som arbetar enligt den principen tillhör huvudgruppen trycksvetsmetoder.
Fakta - s 1-125.indd 7
09-07-08 14.09.07
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Före svetsning
Svetsning
Efter svetsning
Principen för trycksvetsning
Vanliga trycksvetsmetoder är sömsvetsning, pressvetsning, punktsvetsning och brännsvetsning.
Smältsvetsning Vid smältsvetsning tillför man så mycket värme att förbindningsytorna smälter och flyter samman. Oftast används ett tillsatsmaterial som smälter samman med grundmaterialet. Förbindningen kan då göras utan någon yttre tryckkraft. Vid smältsvetsning får inte luft komma i kontakt med den smälta metallen. Luft gör att det bildas slagg och porer i svetsen. Före svetsning
Svetsning
Punktsvetsning
Efter svetsning
Principen för smältsvetsning
De vanligaste smältsvetsmetoderna framgår av schemat på motstående sida.
Fakta - s 1-125.indd 8
09-07-08 14.09.09
1 SVETSNING
Smältsvetsning Gassvetsning
Bågsvetsning
Metallbågsvets ning
Gasbågsvets ning
Manuell metall bågsvetsning
MIG-svetsning
Stativsvetsning belagd elektrod
MAG-svetsning
Puverbåg svetsning
TIG-svetsning Plasma svetsnig Svetsning med rörelektrod
Gassvetsning Vid gassvetsning används acetylen som brännbar gas. Acetylengasen blandas med oxygen (syrgas) i en svetsbrännare och antänds vid brännarens mun-
Smältsvetsmetoder översikt
Gassvetsutrustning
Fakta - s 1-125.indd 9
09-07-08 14.09.11
FAKTA OM BÅGSVETSNING
stycke. Gaslågan ger tillräcklig värme (ca 310 °C) för att smälta grundmaterialet. Den tränger undan omgivande luft och innehåller dessutom reducerande gaser som skyddar smältan från att oxidera. Tillsatsmaterial i form av tråd förs in i smältan där den smälter samman med grundmaterialet. Gassvetsning kan tillämpas vid svetsning av de flesta metalliska grundmaterial. Utvecklingen av andra svetsmetoder har medfört att användningsområdet för gassvetsning har minskat. Gassvetsning används i huvudsak för montagesvetsning av rör i fjärrvärmeoch VVS-anläggningar samt för reparationssvetsning.
Tillsatsmaterial Fog Smälta
Grundmaterial
Svetsställe
Svets
Gassvetsning
Smältbadet skyddas från luftens oxidering av svets lågans reducerande zon och av ytterflamman. Två olika metoder används vid gassvetsning, frånoch motsvetsning. Vid frånsvetsning riktas lågan från den färdiga svetsen och vid motsvetsning riktas lågan mot den färdiga svetsen. Vid svetsning av stål som är 3 mm eller tunnare används vanligen frånsvetsmetoden. Svetsning av stål som är över 3 mm godstjocklek används vanligen motsvetsmetoden. Ett exempel på där motsvetsmetoden används är svetsning av fjärrvärmerör.
10
Fakta - s 1-125.indd 10
09-07-08 14.09.11
2
Vanliga bågsvetsmetoder
Bågsvetsning är ett gemensamt namn för alla svets metoder som har en elektrisk ljusbåge som värme källa. För de allra flesta bågsvetsmetoderna gäller att ljusbågen tänds mellan en metallelektrod och arbetsstycket (överförd båge). Temperaturen i ljusbågen är 5 0007 000 ºC. Energin i ljusbågen får grundmaterialet att smälta där ljusbågen överförs till arbetsstycket. Till vissa metoder används en smältande elektrod som samtidigt utgör tillsatsmaterial. Andra metoder arbetar med en elektrod av material som inte smälter. I det senare fallet får tillsatsmaterial tillföras utifrån. Bågsvetsmetoderna delas in i två huvudgrupper: – Metallbågsvetsning. – Gasbågsvetsning.
Eftersom ljusbågen är viktig för bågsvetsprocessen inleds detta kapitel med en förenklad och kortfattad redogörelse för det fysikaliska skeendet i ljusbågen. Den som inte är insatt i elektricitetslärans grunder rekommenderas att först läsa kapitel 3 Elektriska grundbegrepp. För mer ingående studier av ljusbågsteorin hänvisas till Karlebo svetshandbok.
Ljusbågsfysik För att etablera en elektrisk ljusbåge krävs två elektroder och en elektrisk spänning mellan dessa. Vidare krävs att utrymmet mellan elektroderna är elektriskt ledande. Ljusbågen är tecken på att strömkretsen är sluten och att elektrisk ström passerar mellan elektroderna. Den ena elektroden är +pol och benämns anod, den andra är -pol och benämns katod. Vid båg11
Fakta - s 1-125.indd 11
09-07-08 14.09.13
FAKTA OM BÅGSVETSNING
svetsning är vanligtvis arbetsstycket ansluten till en av dessa. Som exempel visas nedan en ljusbåge som brinner i argonatmosfär mellan en elektrod av volfram och ett arbetsstycke (TIG-båge). A1
B
Katod
A2 Anod
Elektronmoln
Elektronrörelse Jonrörelse
U
Spänning U = Total bågspänning Ua1 = Katodspänningsfall Ub = Spänningsfall beroende på båglängd Ua2 = Anodspänningsfall
Ua1 Ub Ua2
Båglängd
Spänningsfördelning i ljusbågen
Volframelektroden utgör katod (–pol) och arbetsstycket är anod (+pol). Spänningsfallet i bågen (båg spänningen) är ca 10 volt. Från volframelektrodens spets (katoden) frigörs elektroner (negativt laddade) som på grund av spänningen mellan elektroderna rör sig i riktning mot anoden. Under färden i det elektris ka fältet accelereras elektronerna och efter en viss sträcka, a1, är deras rörelseenergi så stor att de kan påverka argonatomerna i bågrummet. Under sträckan b kommer argonatomerna att joniseras, det vill säga förlora minst en elektron och övergå till att bli positivt laddade joner. Förloppet kallas stötjonisering. Elektronerna kommer hos vissa av de angripna ato12
Fakta - s 1-125.indd 12
09-07-08 14.09.14
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
merna att ändra bana, vilket innebär ändring av atomernas energiinnehåll som i sin tur resulterar i det kraftiga ljuset. Elektronerna rusar vidare mot anoden där de bromsas upp och deras rörelseenergi övergår till värmeenergi. På motsvarande sätt accelereras jonerna som bildats under sträckan b mot katoden, vars temperatur och därmed förmågan att emittera (ge ifrån sig) elektroner upprätthålls. Elektronbom bardemanget är intensivare än jonbombardemanget och därför blir anoden mer uppvärmd än katoden. Det är förklaringen till att värmefördelningen i en likströmsbåge är 70/30, det vill säga 70 % på +polen och 30 % på -polen. I en växelströmsbåge, där polariteten och därmed strömriktningen växlar med viss frekvens (vanligtvis nätfrekvensen 50 Hz), är värmeför delningen 50/50 mellan polerna. LIKSTRÖM
70 %
30 %
30 %
70 %
VÄXELSTRÖM
50 % 50 %
Värmefördelning i ljusbågen beroende på strömart och polaritet
Exemplet vi har använt är en ljusbåge i argonatmosfär. Om istället andra gaser används ändras också bågspänningen. Helium ger högre bågspänning än motsvarande ljusbåge i argon. Helium har högre så kallad jonisationsenergi. Nära katoden och anoden, a1 och a2, uppträder spänningsfall (se bild på föregående sida). Summan av dessa är den lägsta spänning under vilken en ljusbåge inte kan upprätthållas. Den totala bågspänningen är dessutom beroende av bågens längd b. Ökas båglängden stiger bågspänningen. Det kan också uttryckas så att ju längre avstånd mellan katod och anod desto högre 13
Fakta - s 1-125.indd 13
09-07-08 14.09.15
FAKTA OM BÅGSVETSNING
spänning erfordras för att upprätthålla ljusbågen. Naturligtvis finns ett maximiavstånd där bågen inte kan överbryggas. Kurvorna för lägsta och högsta bågspänningen som funktion av strömmen, ljusbågens existens- eller arbetsområde, visas i figuren nedan. Spänning
Max
Min Ström
Ljusbågens arbetsområde
Tändning av ljusbågen Elektrisk ström är ett flöde av elektroner, det vill säga elektroner som vandrar från atom till atom i den elektriska ledaren. Om det i en strömkrets sker brott i en ledare så att ett luftgap uppstår, bryts elektronflödet och därmed strömmen. För att i luft etablera ett elektronflöde genom så kallat överslag krävs en spänning av storleksordningen 5 000 V/mm luftgap. Genom att jonisera bågrummet är det möjligt att vid mycket lägre spänningar, till exempel en svetsströmkällas tomgångsspänning, få överslag som resulterar i en ljus båge. Luft är svår att jonisera medan exempelvis argon är väsentligt mer lättjoniserad. Att bilda lättjoniserade gaser är en viktig uppgift för elektrodhöljet eller svetspulvret vid metallbågsvetsning liksom för skyddsgasen vid gasbågsvetsning. För att tända ljusbågen tillämpas vid bågsvetsning i huvudsak tre principer: – Kontakttändning. – HF-tändning. – Pilotbåge. 14
Fakta - s 1-125.indd 14
09-07-08 14.09.17
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
Kontakttändning Om en metallelektrod (katod) värms kommer den att emittera elektroner. Man kan tänka sig ett elektronmoln vars intensitet ökar med temperaturen hos elektroden. Det gäller alltså att få elektrodspetsen varm. Genom att föra elektroden i kontakt med arbetsstycket (anoden) kortsluts strömkretsen. Elektrodspetsen kommer då, tack vare resistiv (elektriskt motstånd) uppvärmning, att snabbt emittera elektroner. Sker detta i en atmosfär av lättjoniserad gas kan strömkällans tomgångsspänning få igång elektron- och jon bombardemanget av anod och katod och strömkretsen är sluten. Ljusbågen är tänd och dess energi beror på strömstyrkan och bågspänningen. Bågspänningen är i sin tur avhängig båglängden. Kontakttändning tillämpas vid alla varianter av me tallbågsvetsning samt vid MIG- och MAG-svetsning. Vid bågsvetsmetoder som arbetar med automatiskt frammatad elektrod underlättas tändningen om elektroden snedklippes.
HF-tändning HF-tändning används framförallt vid TIG-svetsning. Tack vare HF-strömmen kan TIG-bågen tändas utan att volframelektroden behöver sättas i kontakt med arbetsstycket, vilket minimerar risken för volframinneslutningar i svetsen. HF står för hög frekvens och betyder att en högfrekvent och högspänd växelström används som hjälp att tända bågen. Denna tändström alstras med hjälp av en speciell högfrekvensgenerator som ingår i strömkällan. Tack vare hög spänning och hög frekvens kan HF-strömmen åstadkomma överslag mellan elektrod och arbetsstycke i luft. Strömstyrkan är däremot så liten att HF-strömmen är helt ofarlig. I och med att en gnista slår över mellan elektroden och arbetsstycket joniseras gasen som finns i bågrummet. I samma ögonblick kommer elektron- och jonbombardemanget igång och bågen tänds. HF-strömmen kan nu brytas vilket strömkällans automatik ombesörjer. 15
Fakta - s 1-125.indd 15
09-07-08 14.09.17
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Vid TIG-svetsning med sinusformad växelström (svetsning av aluminium) måste HF-ström överlagras (finnas med samtidigt) svetsströmmen hela tiden för att bågen ska brinna stabilt. Pilotbåge En nackdel med HF-tändning är att HF-strömmen kan störa elektronisk utrustning som finns i närheten av strömkällan. Därför har en metod som arbetar med en pilotbåge utvecklats främst för TIG- och plasmasvetsning. En ljusbåge med låg effekt tänds mellan huvudelek troden och en elektrod som är inbyggd i gaskåpan. Tack vare pilotbågen joniseras gasen så att huvudbågen tänds när elektroden kommer i närheten (5–10 mm) av arbetsstycket.
Metallbågsvetsning Vid metallbågsvetsning används en smältande metallelektrod som avger det tillsatsmaterial som behövs. Till metallbågsvetsning räknas MMA-svetsning (manuell metallbågsvetsning), stativsvetsning med belagd elektrod och pulverbågsvetsning.
MMA-svetsning Med metallbågsvetsning avses vanligtvis handsvetsning med belagd elektrod, det vill säga manuell metallbågsvetsning eller, som man alltmer börjar benämna metoden, MMA-svetsning. Benämningen MMAsvetsning kommer från engelskans Manual Metal Arc Welding. – MMA = Manual Metal Arc Welding Elektroden ansluts till en elektrodhållare som med en ledare (svetsledare) är kopplad till en strömkälla. Strömkällan lämnar den ström som är nödvändig för ljusbågen. Det finns strömkällor av olika typer och storlekar. Se kapitlet Strömkällor. När bågen tänds smälter elektroden och avger tillsatsmaterial. 16
Fakta - s 1-125.indd 16
09-07-08 14.09.19
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
Strömkälla
Återledar klämma
Elektrodhållare
Belagd elektrod
Svetsledare
MMA-svetsning
Återledare
MMA-metoden används för alla svetsbara stål och i viss omfattning även för svetsning av icke-järn-metaller. Metoden tillämpas för godstjocklekar från ca 2 mm och uppåt i alla tänkbara konstruktioner. Som exempel kan nämnas fartygs- och stålbyggnadskonstruktioner. MMA-svetsning beskrivs mer ingående i boken Bågsvetsning – Fakta om MMA.
Stativsvetsning med belagd elektrod Stativsvetsning är en mekaniserad form av handsvets ning som används för långa kälsvetsar stående hori sontalt. Det så kallade stativet är konstruerat så att tyngdkraften sätter an elektroden mot arbetsstycket och för den framåt i svetsriktningen. Vid stativsvetsning används långa högutbyteselektroder (700 mm), som ger stor svetsgodsmängd. Stativsvetsning ger hög produktivitet då en svetsare kan betjäna flera stativ samtidigt. Tidigare användes metoden mycket inom varvsindustrin men numera har den ersatts av andra högproduktiva svetsmetoder.
Stativsvetsning med belagd elektrod
17
Fakta - s 1-125.indd 17
09-07-08 14.09.20
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Pulverbågsvetsning Pulverbågsvetsning är en automatsvetsmetod där en eller flera obelagda elektroder utgör tillsatsmaterialet. Förutom elektroden tillförs svetsstället ett svetspulver som har samma uppgifter som höljet på en belagd elektrod. Elektroden matas med hjälp av ett matarverk ned i svetspulvret där bågen brinner. En del av svetspulvret smälter och bildar en skyddande slagg ovanpå svetsen. Svetspulver som inte har smält sugs upp och används på nytt.
Svetsriktning Ström källa
Trådbobin Matarverk
Slagg
Svetsgods
Pulverbe hållare Pulver
Grundmaterial
Princip för pulverbågsvetsning
Svetspulvren är på samma sätt som höljet för belagda svetselektroder indelade i sura, rutila och basiska typer. Pulvret påverkar det färdiga svetsgodsets håll fasthetsegenskaper på samma sätt som elektrodhöljet vid MMA svetsning. Legeringsämnen kan tillföras svetssmältan dels genom svetstråden och dels genom pulvret. Genom att välja lämpliga elektroder och svetspulver kan man svetsa både olegerade och lege rade stål. Pulvren delas också in efter tillverknings metod; smält pulver alternativt agglomererat pulver. Strömkällorna som används för pulverbågsvetsning kan ha flack eller fallande karakteristik. Se avsnittet Statisk karakteristik. 18
Fakta - s 1-125.indd 18
09-07-08 14.09.21
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
Både likströms- och växelströmsmaskiner används. Strömkapaciteten varierar från ca 800 ampere upp till 1600 ampere. För att underlätta tändning av ljusbågen brukar svetselektroden snedklippas så att den blir vass. Pulverbågsvetsning används i stor omfattning inom varvsindustrin men även vid serietillverkning av andra grova konstruktioner som till exempel balkar och rör. Metoden är användbar endast för svetsning horisontalt (PA+PB). Arbetsmiljön är förhållandevis god. Svetsröken är obetydlig och ljusbågen syns inte eftersom den täcks av ett slagg- och pulvertäcke. Svetsoperatören behöver inte ha speciella skyddskläder, vanlig verkstadsklädsel räcker gott.
Pulverbågsvetsning
Se mer om pulverbågsvetsning i Karlebo svetshandbok.
Gasbågsvetsning För att undvika att omgivande luft kommer i kontakt med den smälta metallen används vid flera bågsvetsmetoder speciella skyddsgaser som tillförs svetsstället under svetsningen. Några metoder arbetar med inerta gaser, det vill säga gaser som inte påverkar den smälta metallen. Exempel på sådana gaser är argon och helium. Andra bågsvetsmetoder har aktiv gas, vanligast blandningar med argon och koldioxid (CO2 , kolsyra), som skyddar svetsstället. Alla bågsvetsmetoder där en skyddsgas används går under det gemensamma namnet gasbågsvetsning. Till gasbågsvetsning räknas: – MIG-svetsning. – MAG-svetsning. – TIG-svetsning. – Plasmasvetsning. 19
Fakta - s 1-125.indd 19
09-07-08 14.09.23
FAKTA OM BÅGSVETSNING
MIG- och MAG-svetsning Principen för MIG- och MAG-svetsning är densamma varför samma svetsutrustning används för båda metoderna. Vid MIG-svetsning används en inert gas, medan MAG-svetsning arbetar med en aktiv gas. Alla gasblandningar som innehåller aktiv gas är aktiva. – MIG = Metal Inert Gas – MAG = Metal Active Gas Skillnaden mellan MIG- och MAG-svetsning ligger i den skyddsgas som används. Gasblandningar som innehåller både inert och aktiv gas, exempelvis argon och koldioxid används i stor utsträckning och metoden kallas då för MAG-svetsning. Grundmaterialets sammansättning är avgörande vid valet av skyddsgas. Svetsutrustningarna arbetar enligt följande princip: En elektrod matas med hjälp av ett matarverk från en rulle fram till svetspistolen. I svetspistolen tillförs elektroden ström som får bågen att brinna och elektroden att smälta. Även skyddsgasen tillförs via svetspistolen. Eftersom elektroden matas in i smältan automatiskt brukar svetsutrustningarna för MIG- och MAG-svetsning ibland benämnas halvautomater. Trådbobin
Matarverk
Gas
Elektrod
Kontaktdon Ström källa
Gaskåpa
Gaszon Ljusbåge
Princip för MIG- och MAG-svetsning
20
Fakta - s 1-125.indd 20
09-07-08 14.09.26
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
MIG-svetsning används för svetsning av aluminium och koppar medan MAG-svetsning i första hand används för olegerade och legerade stål. Metoderna är användbara för godstjocklekar från 0,5 mm och uppåt varför de flesta svetsande industrier har funnit stor användning för dem. Som exempel kan nämnas bilindustrin. Svetselektrod Svetsning kan ske med antingen trådelektrod (homogen elektrod) eller rörelektrod. Se mer om tillsatsma terial i boken Bågsvetsning – Fakta om MIG/MAG.
TIG-svetsning Vid TIG-svetsning används en volframelektrod som inte smälter i ljusbågen. Bågen brinner mellan volframelektroden och arbetsstycket varvid svetsställets fogytor smälter samman. Om tillsatsmaterial behövs tillförs detta i smältan framför ljusbågen. Elektrodspetsen, smältan och tillsatsmaterialet skyddas mot oxidering av skyddsgasen, som strömmar ut ur TIGbrännarens gaskåpa. Skyddsgasen är en inert gas, vanligen argon.
Gasregulator med flödes mätare
– TIG = Tungsten Inert Gas (Tungsten = volfram) Gasflaska
Kylaggre gat
Gaskåpa Färdig svets
Smältbad Skyddsgas
Ström källa
Tillsatsmaterial Volfram elektrod
TIG-brännare
Ljusbåge
TIG-svetsning TIG-svetsutrustning
Återledare
21
Fakta - s 1-125.indd 21
09-07-08 14.09.29
FAKTA OM BÅGSVETSNING
TIG-svetsmetoden går att tillämpa på praktiskt taget alla svetsbara material. Största användningsområdet är svetsning av aluminium och rostfritt stål. Metoden är mest lämpad för tunt material. Vid godstjocklekar över 5–6 mm är ofta andra svetsmetoder mer ekonomiska. TIG-svetsning beskrivs mer ingående i boken Bågsvetsning – Fakta om TIG.
TIG-svetsning av rostfritt rör
Plasmasvetsning Plasma är ett tillstånd hos en gas som genom upp hettning sönderdelats i sina minsta beståndsdelar, det vill säga molekyler, atomer, elektroner och joner. Plasmat bildas när en gas (plasmagasen) leds genom ljusbågen. Som plasmagas används vanligen argon. Förutom plasmagasen användas en annan gas för skydd av smältan. Som skyddsgas används ofta blandningar av argon och hydrogen (väte) eller argon och helium. Det går även att använda en och samma gas både som plasmagas och skyddsgas. Plasmasvetsning kan jämföras med TIG-svetsning men har högre energiinnehåll i ljusbågen och bättre ljusbågstabilitet. Liksom vid TIG-svetsning används en volframelektrod. För att tända plasmaljusbågen används en pilotbåge som brinner mellan elektroden och gasdysan. Pilotbågen, som tänds med hjälp av en HF-generator, joniserar bågrummet så att plasmabågen (huvudbågen) lätt kan tändas. 22
Fakta - s 1-125.indd 22
09-07-08 14.09.30
2 VANLIGA BÅGSVETSMETODER
Det finns två olika system för plasmasvetsning; överförd ljusbåge och icke överförd ljusbåge. Överförd ljusbåge innebär att volframelektroden är kopplad till svetskretsens minuspol och arbetsstycket till pluspolen, det vill säga på samma sätt som TIGsvetsning med likström. Icke överförd ljusbåge innebär att volframelektroden är kopplad till svetskretsens minuspol medan pluspolen är kopplad till gasdysan.
Volframelektrod Plasma gas Ström källa
Kylvatten Skydds gas
Gaskåpa Arbetsstycke
Princip för plasmasvetsning
Den geometriska skillnaden mellan plasmaljusbågen och TIG-ljusbågen är att plasmabågen är nästan cylindrisk jämfört med TIG-bågen som är mycket mer konisk. Det gör att plasmasvetsning inte är lika känslig för båglängdsvariationer som TIG-svetsning. Plasmametoden har den mest energirika ljusbågen och har en temperatur på 15 000–30 000 °C. Genom att anpassa strömmen, plasmagasflödet och svetshastigheten kan man få ett ”tryck” i bågen som gör det möjligt att utnyttja den så kallade ”key-hole-tekniken”. Det innebär att plasmat pressar sig igenom smältan och ger ett litet hål som förflyttas med smältan längs fogen. Tack vare avsaknaden av spalt flyter det smälta materialet ihop i hålets bakkant. Key-hole-tekniken garanterar genomsvetsning och gör det möjligt att svetsa ofasade stumfogar i förhållandevis tjockt gods med ingen eller mycket liten tillförsel av tillsatsmaterial. 23
Fakta - s 1-125.indd 23
09-07-08 14.09.31
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Svetsning med plasma delas in i tre klasser med avseende på strömintervallet:
Plasma
Mikroplasmasvetsning, 0,1-15 ampere. Godstjocklekar från ca 0,1 mm och upp till 1 mm. Mediumplasmasvetsning, 15-100/120 ampere. Godstjocklekar från ca 0,2 mm och upp till 3 mm. Key-hole-plasmasvetsning, över 100 ampere. Godstjocklekar från ca 2 mm och uppåt. Strömkällor för plasmasvetsning är av samma typ som de som används till TIG- och MMA-svetsning, det vill säga de har fallande karakteristik (konstant ström). Se avsnittet Statisk karakteristik.
Plasmasvetsning med key-hole-teknik
Plasmasvetsning ger hög svetshastighet och hög kvalitet hos svetsgodset. Metoden kan används i samma metaller som svetsas med TIG-metoden. Största användningsområdet är mekaniserad svetsning av rostfria stål. Där kommer key-hole-tekniken bäst till sin rätt och gör det möjligt att svetsa godstjocklekar upp till 8 mm med hög produktivitet och mycket god kvalitet. Se mer om plasmasvetsning i Karlebo Svetshandbok.
Plasma gas Skydds gas
Överförd ljusbåge
Icke överförd ljusbåge
Överförd respektive icke överförd ljusbåge vid plasmasvetsning
24
Fakta - s 1-125.indd 24
09-07-08 14.09.32
ISBN 978-91-47-08502-6 © 1999 Ivar Henriksson/Thomas Hällman och Liber AB Omslag: Robert Leistner Grafisk form och layout: Teknikredaktörerna AB Redaktör: Sture Sahlström Omslagsfoto: Susanne Björkman Illustrationer: Ingvar Andersson Bildleverantörer: Thomas Hällman sid 19, 130, 133, 171, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 190 ESAB Sverige sid 8, 22, 48, 147 Hörnell sid 50, 51 Pullmax Ursviken AB sid 72 AGA Gas 73 Water Jet sid 73,74 AB Nordiska Wemag sid 75 Svetskunskap i Sverige AB sid 75 Öresundskonsortiet sid 182 SIS Förlag sid 151, 153, 169, 170, 171, 172 standarderna är återgivna med vederbörligt tillstånd, officiellt gällande är endast senast av SIS publicerad utgåva Andra upplagan 3 Repro: Exaktaprinting AB, Malmö Tryck: People printing, Kina 2012 Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering,utöver lärares och elevers rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. Intrång i upphovsmannens rättigheter enligt upphovsrättslagen kan medföra straff (böter eller fängelse), skadestånd och beslag/förstöring av olovligt framställt material. Såväl analog som digital kopiering regleras i BONUS-avtalet. Läs mer på www.bonuspresskopia.se. Liber AB 113 98 Stockholm. Tfn 08-690 92 00. www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30, Fax 08-690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se
Fakta - s 1-125.indd 2
12-03-08 12.46.49
FAKTA OM BÅGSVETSNING
BÅGSVETSNING
Läromedlet Fakta om Bågsvetsning är en av fyra faktaböcker om bågsvetsning. Övriga faktaböcker i bågsvetsning är:
BÅGSVETSNING
FAKTA OM BÅGSVETSNING
Fakta om MMA-svetning Fakta om MIG/MAG-svetsning Fakta om TIG-svetsning Boken Fakta om Bågsvetsning beskriver de moment som är gemensamma för de olika svetsmetoderna, medan övriga faktaböcker redogör för respektive bågsvetsmetod. Läromedelsserien är avsedd att användas både till grundutbildning och påbyggnadsutbildning.
Best.nr 47-08502-6
Tryck.nr 47-08502-6-02
IVAR HENRIKSSON THOMAS HÄLLMAN LIBER Fakta - omslag.indd 1
12-03-07 11.57.27