9789147099399

svets handbok

Karlebo Svetshandbok är en överskådlig och grundläggande handbok i svetsning, som behandlar samtliga dagens svetsprocesser.

Boken har anpassats till IIW & EWFs riktlinjer för internationell svetsutbildning.

Karlebo-Serien består av kvalificerade tekniska handböcker, som blivit ett begrepp inom svensk industri och undervisning. I Karlebo-Serien ingår bl a Karlebo Handbok och Materiallära.

svetshandbok Best.nr 47-09939-9 Tryck.nr 47-09939-9

KARLEBO-SERIEN

Omslag Svetshandbok.indd 1

10-01-12 15.12.59

ISBN 978-91-47-09939-9 © 2010 Klas Weman och Liber AB Fjärde utgåvan 1 Tryck: Kina 2010

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen! Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden.

BONUS-avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare t ex kommuner/universitet.

Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm Tfn 08-690 90 00 www.liber.se Kundservice tfn 08-690 93 30, fax 08 690 93 01 E-post kundservice.liber@liber.se

Handbok_Ch-01-02.indd 2

12/7/09 4:45:53 PM

Förord Denna handbok i svetsning har tillkommit på initiativ av Svetskommissionen med önskemål om en modern svensk handbok inom området. Innehållet i boken har anpassats till IIWs krav för den internationella svetsutbildningen för att kunna utnyttjas som lärobok. Tanken är också att det ska vara en värdefull uppslagsbok för yrkesverksamma inom svetsbranschen.

Boken ersätter den sedan gammalt välkända Sandvikens handbok, Svetsning, av Berthold Lundqvist samt det kompendium, Vanliga svetsmetoder av Hans Norinder m.fl., som i flera år utnyttjats på KTH, Svetsteknologi.

Flera personer har varit värdefulla medhjälpare vid arbetet med boken, bl.a. kan nämnas: Anders Bergqvist, ESAB, har medverkat som författare av det inledande kapitlet samt kapitlen om motståndssvetsning och hårdpåsvetsning.

Claes Olsson, TechStrat, har skrivit kapitlet om konstruktiv formgivning.

Claes-Ove Pettersson, Sandvik, har bearbetat avsnittet om rostfria stål.

Curt Johansson, SAQ, har skrivit kapitlet om kvalitet.

Gunnar Lindén, Air Liquide, har bearbetat och uppdaterat kapitlet om svetsekonomi från Sandvikens handbok. Han har också tillsammans med Ingvar Sallow hjälpt till med bedömning av uppläggning och innehåll av hela boken.

För hjälp med granskning av det tekniska innehållet vill jag också tacka Lars-Erik Stridh som lämnat värdefulla bidrag till utformningen av kapitlet om rörtrådsvetsning, Peter Nerman som specialist på plasmasvetsning och Kenneth Håkansson som bidragit med värdefulla synpunkter på pulverbågsvetsning.

I denna fjärde utgåva har tillägg och uppdateringar gjorts i flera kapitel för den senaste teknikutvecklingen. Referenser till nya standarder och materialkvalitéer har uppdaterats. Jag vill här gärna tacka Stefan Borg, Joakim Hedegård, Gunnar Lindén, Tony Nilsson, Claes Olsson, Claes-Ove Pettersson och Daniel Stemne för hjälp med granskning och synpunkter.

Askersund i januari 2010 Klas Weman

Handbok_Ch-01-02.indd 3

12/7/09 4:45:53 PM

Innehållsregister 1

Allmänt om svetsmetoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6

Historik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Definitioner och nomenklatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Översikt av de vanligaste svetsmetoderna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Val av svetsmetod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Elektroteknisk översikt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Mätning av svetsdata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2

Gassvetsning

2.1

Utrustning

3

Bågsvetsning

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7

Ljusbågen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Strömkällor för bågsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 TIG-svetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Plasmasvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 MIG/MAG-svetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Metallbågsvetsning med belagd elektrod. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Pulverbågsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

4

Trycksvetsmetoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8

Motståndssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Friktionssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Högfrekvenssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ultraljudsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Explosionssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Magnetpulssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kalltrycksvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Diffusionssvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

Övriga svetsmetoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6

Elektroslaggsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Elektrogassvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bultsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lasersvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Elektronstrålesvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Termitsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

138 146 149 149 150 151 153 153

154 155 156 157 162 164

6

Skärmetoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

6.1 6.2 6.3

Termisk skärning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Vattenstråleskärning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Fogmejsling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

7

Ytbeläggningsmetoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

7.1

Påsvetsning med rostskyddande beläggning . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

4

Handbok_Ch-01-02.indd 4

12/7/09 4:45:53 PM

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

7.2 7.3

Hårdpåsvetsning Termisk sprutning

8

Mekanisering och robotsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . 182

8.1 8.2 8.3 8.4

Smalspaltsvetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bågsvetsning med robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mekaniserad TIG-svetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kvalitetskrav vid mekaniserad svetsning . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Lödning

9.1 9.2 9.3

Allmänt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Mjuklödning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Hårdlödning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

10

Svetsbarhet för stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

10.1 10.2 10.3

Olegerat stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Höghållfasta stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Rostfria stål . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

11

Konstruktiv utformning av svetsade produkter . . . 222

11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9

Inledning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Svetsbeteckningar på ritningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Svetsklasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Svetsegenspänningar, svetsdeformationer . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Konstruktiv utformning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Dimensionering av svetsförband . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Analys av statiskt belastade svetsförband . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Utmattningsbelastade svetsade konstruktioner . . . . . . . . . . . . . .

Referenser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

Kvalitetssäkring och kvalitetsstyrning . . . . . . . . . . . 251

12.1 12.2 12.3 12.4 12.5

Kvalitetskrav för svetsning (SS-EN ISO 3834) . . . . . . . . . . . . . .

Tillsyn vid svetsning (SS-EN ISO 14731) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Svetsprocedurkvalificering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Svetsarprövning (SS-EN 287) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Oförstörande provning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

Svetsekonomi

13.1 13.2 13.3 13.4

Svetskostnadsberäkningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Några svetsekonomiska begrepp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Kostnadsberäkning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mekanisering, automatisering, robotisering . . . . . . . . . . . . . . . .

182 184 190 192

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

222 222 226 227 229 240 241 244 249

252 254 256 262 265

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 267 268 270 274

Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .275

5

Handbok_Ch-01-02.indd 5

12/7/09 4:45:54 PM

6

Handbok_Ch-01-02.indd 6

12/7/09 4:45:54 PM

1 Allmänt om svetsmetoder 1.1 Historik Metoder för att sammanfoga metaller har varit kända i tusentals år. Smeder har i alla tider använt sig av vällning, varvid stålet har upphettats till nära smältpunkten och bearbetats med hammare. Denna metod kunde användas enbart för vanliga olegerade järn och den största kundgruppen var bönderna, vars jordbruksredskap ständigt var i behov av reparation. Detta var den enda typ av “svetsning” som förekom fram till 1880-talet.

Först då kunde man börja utveckla svetsteknologin tack vare upptäckten av nya värmekällor med högre temperaturer än dem man tidigare lyckats uppnå i de kolbäddar smederna använt. Detta gjordes med hjälp av elektricitet. På 1830-talet upptäckte engelsmannen Michael Faraday att man kunde omvandla mekanisk energi till elektrisk med hjälp av en enkel transformator och en generator. Man kom så småningom underfund med att om man ledde en ström genom två stål som tryckts samman skulle övergångsmotståndet mellan dessa göra att en så hög värme utvecklades att de ”smälte ihop” på de punkter där strömmen gick.

Detta är grundprincipen för motståndssvetsning. Först ut med denna metod var amerikanen Thomson som i mitten på 1880-talet tog fram den första brukbara motståndssvetsmetoden med vilken han sammanfogade tråd- och stångformiga delar med varandra. Denna metod kallas stuksvetsning.

Efter sekelskiftet kom så metoder som fungerade enligt den här principen men som används för att foga samman överlappande plåtar. Dessa kunde delas upp i tre kategorier; punktsvetsning, pressvetsning och söm-

Punktsvetsning

Stuksvetsning

Figur 1. Motståndssvetsmetoder.

7

Handbok_Ch-01-02.indd 7

12/7/09 4:45:54 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

svetsning. De används idag inom industrier som arbetar med relativt tunn plåt som t.ex. bilindustrin och vitvaruindustrin. Principen används även till brännsvetsning som fungerar ungefär som stuksvetsning men används för grövre material, exempelvis kätting.

1881 presenterade ryssen Benardos sin ”kolbågsmetod”. Denna gick ut på att arbetsstycket kopplades till den ena polen på en strömkälla medan en kolstav kopplades till den andra. En elektrisk ljusbåge passerade då mellan staven och arbetsstycket som avgav en så hög energi att ett metalliskt tillsatsmaterial kunde smältas ned. Detta är principen för bågsvetsning. En landsman till Benardos, Nicolai Slavianoff, arbetade vidare på metoden och patenterade 1890 en metod där man istället för en kolstav använder en metallstång. Denna smältes då ner i svetszonen och fungerade därmed både som elektrod och som tillsatsmaterial. Slavianoffs metod var den som blev mest använd och den nyttjades mest till reparationer, främst på fartyg.

Svetsen skyddades emellertid inte från inträngande luft och man fick stora problem med porer och dålig hållfasthet.

Figur 2. Benardos patenterade metod för svetsning med en kolstav.

1906 fick svensken Oscar Kjellberg patent på den belagda elektroden. Han använde svetsning till reparationer men var missnöjd med de resultat han fick och experimenterade därför med att belägga elektroden med ett material som smälter och bildar en skyddande slagg. Resultatet blev häpnadsväckande och bildade grunden för det som idag är ett av världens största svetsföretag, ESAB (Elektriska Svetsnings AB). Kvalitetshöjningen gjorde det möjligt att använda svetsning till mer än nödtorftig reparation och 1920 sjösattes ESAB IV, ett av världens första helsvetsade fartyg som man idag kan se på Göteborgs Maritima Center.

8

Handbok_Ch-01-02.indd 8

12/7/09 4:45:54 PM

1.1 HISTORIK

I början användes enbart likström vid svetsning och man utnyttjade stora batterier som strömkällor till svetsexperimenten. 1905 tog AEG i Tyskland fram en likströmsgenerator som lämpade sig för svetsning. Den första omformaren vägde runt ett ton och tog stor plats. Utvecklingen gick emellertid snabbt och redan på 20-talet kunde man börja använda växelström, vilket var en fördel eftersom transformatorerna var mindre och billigare än omformarna samt krävde mindre energi.

Figur 3. Elsvetsning i Milano 1925.

Manuell handsvetsning med belagda elektroder eller MMA-svetsning (Manual Metal Arc-welding) blev den helt dominerande svetsmetoden i början och i Sverige förblev den dominerande fram till och med att varven avvecklades i början på 80-talet.

Redan på 20-talet började man experimentera med andra metoder. Målet var att reducera den tid som gick åt till att byta elektroder och knacka slagg. I Amerika gjordes försök med att bygga en maskin där elektroden bestod av tråd som kontinuerligt matades fram till en ljusbåge som skyddades mot oxidation av en ädelgas, företrädesvis argon. Metoden kallade man för halvautomatisk eller MIG-svetsning (Metal Inert Gas) och den slog 9

Handbok_Ch-01-02.indd 9

12/7/09 4:45:55 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

igenom på 40- och i början på 50-talet. Problemet med metoden var att ädelgaserna var dyra att framställa. Detta löstes genom att man istället använde CO2 som skyddsgas. Gasen är delvis kemiskt aktiv och metoden döptes till MAG-svetsning (Metal Active Gas). Nu för tiden används ofta också en blandning av Ar och CO2.

Under 2:a världskriget blev det inom flygplansindustrin nödvändigt att svetsa i material som magnesium och aluminium. I den amerikanska flygindustrin tog man då fram en metod som byggde på en spetsig volframelektrod som inte förbrukades. Man kunde svetsa med eller utan tillsatsmaterial. Om man valde att svetsa utan lade man bara plåtarna tätt ihop och smälte ihop kanterna på dem. Ville man ha tillsatsmaterial tillfördes detta för hand. Metoden kallades TIG-svetsning (Tungsten Inert Gas) och används idag vid svetsning i rostfria rör o.dyl.

Gassvetsningen utvecklades i Frankrike i slutet av 1800-talet. De gasblandningar man dittills känt till hade en flamtemperatur på runt 2000 °C. Detta var inte tillräckligt för att göra metoden praktiskt användbar vid svetsning. Så småningom upptäckte man emellertid att en blandning av syre och acetylen hade en förbränningstemperatur på över 3100 °C. Denna upptäckt, tillsammans med förfinade metoder att framställa rent syre och framtagandet av en användbar brännare, den s.k. Fouchébrännaren, gjorde det möjligt att praktiskt använda metoden för svetsning. Explosionsrisken vid transport och lagring av acetylenet var dock stor varför många var skeptiska mot att använda gassvetsning. Man gjorde upptäckten att aceton kunde lösa stora mängder acetylen, men säkerheten blev inte tillfredsställande förrän Gustaf Dalén år 1906 lyckades experimentera fram en explosionssäker massa, den s.k. AGA-massan, vilken består av granulerat träkol, asbest och kiselgur.

Ett annat användningsområde för oxygen-acetylenblandningen blev skärning. Detta bygger på en fransk upptäckt från 1776 att järn kan antändas och förbrännas i ett oxygenflöde vid ca 1200 °C. Metoden vidareutvecklades och i och med den konstruktion på skärbrännare som togs fram av Charles Picard 1904 så kunde man skära regelbundna snitt och få skarpa kanter. Därmed hade man fått ett enormt viktigt redskap i den framväxande industrin.

10

Handbok_Ch-01-02.indd 10

12/7/09 4:45:56 PM

1.2 DEFINITIONER OCH NOMENKLATUR

1.2 Definitioner och nomenklatur 1.2.1 Definitioner Här beskrivs några viktiga definitioner som hämtats från Svetsteknisk Ordlista som utgivits av Svetskommissionen.

Svetsning Åstadkommande av förbindning mellan ett arbetsstyckes delar − med eller utan tillsatsmaterial − eller mellan arbetsstycke och tillsatsmaterial, genom energitillförsel i form av lokal uppvärmning till minst grundmaterialets smälttemperatur, genom plastisk lokal flytning eller genom atomär diffusion.

Smältsvetsning Svetsmetod där arbetsstyckets delar lokalt värms till smältning och får sammansmälta med eller utan tillsatsmaterial men utan tryck.

Trycksvetsning Svetsmetod med eller utan uppvärmning, där tryck används för att utföra svetsen.

Svets (ej svetsfog), genom svetsning åstadkommen förbindning.

Fog, svetsfog Ett för svetsning avsett, ofta särskilt utformat ställe mellan ett arbetsstyckes olika delar, vilka hålls i ett visst inbördes avstånd när svetsningen börjar.

Påsvetsning (ej påläggsvetsning), påförande av tillsatsmaterial på en yta genom svetsning.

Svetsbarhet Den egenskap hos ett metalliskt material som, vid användning av en given svetsmetod för ett givet ändamål, gör att en kontinuerlig metallisk förbindning kan åstadkommas medelst ett lämpligt förfarande, varvid svetsen ska uppfylla de krav som ställs på svetsens lokala egenskaper och på dessas inflytande i den konstruktion, i vilken den ingår.

11

Handbok_Ch-01-02.indd 11

12/7/09 4:45:56 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

1.2.2 Fogtyper Fogtypen väljs bl.a. med hänsyn till svetsmetod och godstjocklek. Man söker en fogutformning som tillfredsställer erforderliga hållfasthets- och kvalitetskrav utan en onödigt stor fogvolym. Svetskostnaderna ökar med fogvolymen och en ökad värmetillförsel (sträckenergi) kan ge problem med slagseghet och deformationer. Även fogberedningen kan vara kostsam, vid t.ex. stumfogar som V- eller U-fog. Det kan därför vara fördelaktigt med fogtyper där man som fogytor kan utnyttja arbetsstyckets delar, efter en enkel skärning eller klippning.

Exempelvis är kälfog en av de mest använda fogtyperna.

Några viktiga benämningar på fogens delar framgår av figur 4.

Fogvinkel Fasvinkel Toppsida Fogyta Rätkant Rotsida

Spalt

Figur 4. Fogterminologi.

Stumfog, I-fog med spalt

V-fog

Dubbel V-fog

T-förband med kälfogar

Överlappsförband

U-fog

TK-fog

TJ-fog

Figur 5. Några vanliga fogtyper.

12

Handbok_Ch-01-02.indd 12

12/7/09 4:45:56 PM

1.2 DEFINITIONER OCH NOMENKLATUR

1.2.3 Svetsläge Man skiljer mellan i princip fyra olika svetslägen som kan förekomma vid samtliga typer av svetsförband, nämligen horisontalläge, liggande vertikalläge, underupp och stående vertikalläge. Stående vertikalläge kan utföras med svetsning nedåt resp. svetsning uppåt, se figur 6. För svetsning i kälfogar skiljer man dessutom mellan stående horisontalläge och liggande horisontalläge, se figur 7.

Figur 6. Definition av svetslägen för stumsvetsar enligt SS-EN 287-1. Inom parentes anges beteckning enligt AWS.

Figur 7. Definition av svetslägen för kälsvetsar enligt SS-EN 287-1. Inom parentes anges beteckning enligt AWS.

13

Handbok_Ch-01-02.indd 13

12/7/09 4:45:56 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

1.2.4 Viktiga kriterier Det finns ett antal olika begrepp för mätning av en svetsmetods lämplighet i en viss given situation. Insvetstalet, bågtidsfaktorn och utbytet är värden på metodens produktivitet medan sträckenergin kan användas för att uppskatta förutsättningarna för god svetskvalitet.

Insvetstalet anger den mängd metall som per tidsenhet tillförs arbetsstycket och räknas under den tid som svetsningen pågår. Det påverkas framförallt av strömstyrkan men också av svetsmetoden som används.

Insvetstalet kan höjas även genom tillförsel av kall tråd (tråd som det ej går någon ström igenom utan som tillförs från sidan) eller tillskott av järnpulver i elektrodhöljet (vid MMA-svetsning) eller i fluxpulvret (vid pulverbågsvetsning). Vid MIG- eller pulverbågssvetsning kan man kan använda ett långt trådutstick (30−70 mm). Elektroden förvärms då innan den når ljusbågen och kan då smälta av snabbare.

För belagda elektroder har insvetstalet som anges i elektrodhandböckerna så gott som alltid tagits fram vid maximal rekommenderad strömstyrka.

MMA MMA högutbyte MMA utbyte 200% MIG/MAG

Höghastighetssvetsning

MIG/MAG rörelektrod Pulverbåge 0

5

10

15

20

25 kg/h

Figur 8. Insvetstal.

Sträckenergi har betydelse för svetsens avkylningshastighet och beräknas för bågsvetsmetoder enligt nedan: U · I · 60 Q = ________ v · 1000 · k där

Q = sträckenergi (kJ/mm) U = spänning (V) I = strömstyrka (A)

Faktorn k: MMA: 0,8 MIG/MAG: 0,8 Pulverbåge: 1,0 TIG: 0,6 v = stränghastighet (mm/min) k = Termisk verkningsgrad enligt SS-EN 1011-1

14

Handbok_Ch-01-02.indd 14

12/7/09 4:45:58 PM

1.2 DEFINITIONER OCH NOMENKLATUR

Observera att vid pulsad svetsning kan man inte direkt utnyttja formeln för sträckenergi. Detta fall beskrivs närmare på sidan 38.

En låg sträckenergi innebäzr snabbare avkylning. Vid svetsning i stål med hög kolekvivalent och grov tjocklek kan man behöva använda sig av förhöjd arbetstemperatur för att undvika härdsprickor. För hög sträckenergi ger dålig slagseghet. Vid svetsning i tunnare material i vanligt konstruktionsstål är ofta svetsmetoder med låg sträckenergi att föredra med tanke på svetsspänningar och deformationer som annars lätt ställer till med problem.

EB Laser Plasma Elektronstråle MIG/MAG TIG Pulverbåge Belagda elektroder Gassvetsning 1

2

3

4

5

kJ/mm

Figur 9. Sträckenergi vid svetsning i 4 mm plåt.

Energitäthet (egentligen effekttäthet) anger hur koncentrerad värmetillförseln är. En låg energitäthet innebär att det tar längre tid att nå smältpunkten, vilket i sin tur ger en långsammare process och problem med värme som sprider sig med risk för deformationer, alltså en högre sträckenergi. Fördelen med metoder som har låg energitäthet är emellertid att de medger god kontroll över svetsresultatet även vid manuell svetsning.

TIG MIG Plasma Laser Elektronstråle 0,1

1

10

100

1000

10 000 kW/mm2

Figur 10. Energitätheten för några svetsmetoder.

Användning av metoder med hög energitäthet, exempelvis laser- och elektronstrålesvetsning, tillåter svetsning med hög hastighet och låg sträckenergi och därigenom också små deformationer. Karakteristiskt för dessa metoder är också en smal fog och därmed stora krav på noggrann styrning.

Metoderna med de högsta energitätheterna har därför mekaniserad styrning.

15

Handbok_Ch-01-02.indd 15

12/7/09 4:45:58 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

Ett annat sätt att utnyttja hög energitäthet är att tillföra energin under kort tid. Detta utnyttjas vid bl.a. vid punktsvetsning, bultsvetsning och pulsad TIG-svetsning. Fördelen är även här att man med förhållandevis låg energi förmår att värma fogytorna till smältpunkten utan att alltför mycket värme hinner ledas bort till omgivningen.

Figur 11. Inträngningsbild för några metoder med olika energitäthet.

Bågtidsfaktorn anger förhållandet mellan den verkliga bågtiden, dvs. den tid då ström passerar genom elektroden, och svetsarens totala arbetstid.

Utbyte. Med utbyte menas förhållandet mellan vikten på det tillsatsmaterial som kommit svetsen till godo och vikten på den nedsmälta svetstråden.

Om en del av elektroden försvinner i form av sprut eller rök blir utbytet mindre än 100 %. I högutbyteselektroder ingår järnpulver i höljet och det innebär att utbytet kan bli upp emot 200 %.

1.3 Översikt av de vanligaste svetsmetoderna Svetsmetoderna kan med hänsyn till hur sammansvetsningen sker delas in i två huvudgrupper, nämligen trycksvetsning och smältsvetsning, se figur 12. Vid trycksvetsning utnyttjas tryck för att utföra svetsen, med eller utan värme. Vid smältsvetsning upphettas fogytorna till smälttemperatur, varefter de smälts samman med eller utan tillsatsmaterial.

16

Handbok_Ch-01-02.indd 16

12/7/09 4:45:58 PM

1.3 ร VERSIKT AV DE VANLIGASTE SVETSMETODERNA

Figur 12. Schematisk รถverblick รถver de vanligaste svetsmetoderna.

17

Handbok_Ch-01-02.indd 17

12/7/09 4:45:59 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

Gassvetsning Vid gassvetsning utnyttjas den ovanligt höga flamtemperatur som erhålls vid förbränning av gaserna acetylen (C2H2) och oxygen (O2). Metoden har, på grund av konkurrens från ljusbågsvetsmetoder, minskat i betydelse men används fortfarande vid installations- och montagearbeten.

TABELL 1. Gassvetsning.

Produktionsaspekter

Krav på objekt

Produktivitet

Låg

Krav på grundmaterial

Hanterlighet

Hög

Fogberedning

Ja

Inträngning

Låg

Fogrengöring

Ja

Normal

Passningskrav

Lågt

Risk för genombränning

Svetskvalitet Utseende Seghet, hållfasthet Sträckenergi Utbildningsbehov

Medel

Miljö Bra Medel Mycket hög Lågt

Rök Värme

Lite Acceptabelt

Strålning

Låg

Underhållskostnad

Låg

18

Handbok_Ch-01-02.indd 18

12/7/09 4:46:15 PM

1.3 ÖVERSIKT AV DE VANLIGASTE SVETSMETODERNA

Manuell metallbågsvetsning Svetsning med belagda elektroder, förkortas ofta MMA (Manual Metal Arc). Bågsvetsmetod där ljusbågen smälter ned en stavformad elektrod som är belagd med ett hölje. Höljet är så sammansatt att det ger erforderligt skydd och de rätta egenskaperna vid svetsningen.

TABELL 2. MMA-svetsning.

Produktionsaspekter

Krav på objekt

Produktivitet

Medel

Hanterlighet

God

Fogberedning

Ja

Inträngning

Medel

Fogrengöring

Ja

Stor

Passningskrav

Normala

Risk för genombränning

Svetskvalitet

Krav på grundmaterial

Normala

Miljö

Utseende

Medel

Rök

Seghet, hållfasthet

Hög

Värme

Sträckenergi

Hög

Strålning

Utbildningsbehov

Litet

Underhållskostnad

Ja Acceptabel Ja Låg

19

Handbok_Ch-01-02.indd 19

12/7/09 4:46:16 PM

1 ALLMÄNT OM SVETSMETODER

Gasmetallbågsvetsning En ljusbåge smälter en kontinuerligt frammatad elektrod i en skyddsgas.

Beroende på val av skyddsgas används benämningen MIG (Metal Inert Gas) om det är en helt inert gas eller MAG (Metal Active Gas) om det helt eller delvis är en aktiv gas (vanligen CO2) som åtminstone i någon mån kan reagera med den smälta metallen.

TABELL 3. MIG/MAG-svetsning.

Produktionsaspekter

Krav på objekt

Produktivitet

Hög

Hanterlighet

Medel

Fogberedning

Ja

Inträngning

Medel

Fogrengöring

Normal

Ja

Passningskrav

Normala

Risk för genombränning

Krav på grundmaterial

Svetskvalitet Utseende Seghet, hållfasthet Sträckenergi Utbildningsbehov

Normala

Miljö Bra Medel Låg Medel

Rök

Normal

Värme

Ja

Strålning

Ja

Underhållskostnad

Hög

20

Handbok_Ch-01-02.indd 20

12/7/09 4:46:16 PM

1.3 ÖVERSIKT AV DE VANLIGASTE SVETSMETODERNA

TIG-svetsning TIG står för Tungsten Inert Gas. Gasbågsvetsning med en elektrod av volfram som inte smälter vid svetsningen. Skyddsgasen är inert, bl.a. för att inte den heta elektroden ska ta skada. Tillsatsmaterial kan vid behov tillföras från sidan. Metoden används ofta vid krävande svetsning i bl.a. rostfritt stål och aluminium.

TABELL 4. TIG-svetsning.

Produktionsaspekter

Krav på objekt

Produktivitet

Låg

Krav på grundmaterial

Hanterlighet

Medel

Fogberedning

Ja

Inträngning

Medel

Fogrengöring

Ja

Risk för genombränning

Liten

Passningskrav

Höga

Svetskvalitet Utseende

Höga

Miljö Mycket bra

Rök

Seghet, hållfasthet

Bra

Värme

Sträckenergi

Hög

Strålning

Utbildningsbehov

Stort

Underhållskostnad

Låg Acceptabel Ja Medel

21

Handbok_Ch-01-02.indd 21

12/7/09 4:46:17 PM

svets handbok

Karlebo Svetshandbok är en överskådlig och grundläggande handbok i svetsning, som behandlar samtliga dagens svetsprocesser.

Boken har anpassats till IIW & EWFs riktlinjer för internationell svetsutbildning.

Karlebo-Serien består av kvalificerade tekniska handböcker, som blivit ett begrepp inom svensk industri och undervisning. I Karlebo-Serien ingår bl a Karlebo Handbok och Materiallära.

svetshandbok Best.nr 47-09939-9 Tryck.nr 47-09939-9

KARLEBO-SERIEN

Omslag Svetshandbok.indd 1

10-01-12 15.12.59