TIG-svejsning

Svejsning

Brimas er specialister i svejsning og har specialiseret sig i svejsning og bearbejdning af rustfri stål, aluminium og jern.
I den følgende tekst kan du læse mere om svejsning og de forskellige typer af svejseprocesser.

Historie

Den tidligste svejseproces er modstandssvejsning, der udvikledes i 1886 i USA. Allerede året efter blev kulbuesvejsningen udviklet i Rusland. Kort efter, i 1891 og af en anden russer, blev denne metode videreudviklet til at benytte smeltelige metalelektroder. I 1902 blev gassvejsning udviklet af en svensker, ligesom en anden svensker i 1905 videreudviklede de smeltelige metal-elektroder til de beklædte elektroder, der kendes i dag.

Svejseprocessen havde svært ved at vinde indpas i industrien, og først under 2. Verdenskrig kom det store gennembrud, da man i USA masseproducerede handelsskibe, de såkaldte Liberty-skibe, med elektrosvejsning som alternativ til den traditionelle nitteproces.

Herefter begyndte industriens krav at drive den videre udvikling, og mere automatiske processer blev udviklet, fx pulversvejsning i midten af 1940'erne. TIG-processen blev ligeledes udviklet i denne periode, MIG/MAG-processen i 1950'erne, elektronstrålesvejsning i 1957, og lasersvejsning sidst i 1960'erne.

Generelt om svejsning

Svejsning af metal er en termisk sammenføjningsproces til permanente samlinger. Svejsningen udføres typisk ved, at emnerne opvarmes lokalt til deres smeltetemperatur, hvorved det smeltede materiale flyder sammen. Efter størkning fremkommer samlingen, der benævnes svejsningen. Svejsning kan udføres i punktsvejsning eller som strenge, der ofte betegnes en svejsesøm. I specielle tilfælde kan en svejsning dække en hel flade. Processen kan udføres med eller uden brug af tilsatsmateriale.

Svejsesømme

Svejsesømme inddeles i to grupper:

Stumpsømme, hvor emnerne støder op til hinanden og danner en lige vinkel (180°), og kantsømme, hvor emnedelene indbyrdes danner en ret vinkel (90°). Mellemrummet mellem de dele, der skal svejse sammen, benævnes fugen. Fugegeometrien kan udformes forskelligt og benævnes efter det bogstav, den ligner, fx en I-, V-, Y- eller X-fuge. Nogle fugeprofiler kan svejses fra den ene side, andre skal svejses fra begge sider.

Opfyldning af svejsefuger kræver ofte flere svejsestrenge, hvilket specielt er tilfældet ved svejsning af store godstykkelser. I tilfælde af svejsninger der kræver flere svejsestrenge, svejses alle svejsestrenge ikke nødvendigvis med samme svejsemetode.

Det smeltede materiale skal beskyttes imod oxygenangreb, idet smeltet metallisk materiale ved høje temperaturer vil gå i forbindelse med luftens oxygen og skabe oxider. Oxiderne har en negativ indflydelse og påvirkning på svejsningens egenskaber og er derfor uønskede.

Ved at forhindre oxygen i at komme i forbindelse med smeltebadet, i forbindelse med svejsningen eller blot med det opvarmede materiale, kan oxiddannelse helt eller delvist undgås. Der kan for eksempel anvendes en gas (beskyttelsesgas) til fortrængning af oxygen, eller der kan anvendes et materiale, der hindrer oxygens adgang til det opvarmede materiale. Oxidationsbeskyttelse kan desuden være nødvendig på bagsiden af svejsningen, da emnet også opvarmes her. Hertil anvendes der baggas, dvs. en beskyttelsesgas, der interagerer med svejsningen fra bagsiden.

Smeltesvejsning

Den største gruppe inden for smeltesvejsning er lysbuesvejsning. Ved denne proces tilføres varme ved hjælp af en elektrisk lysbue, der fremkommer ved, at afstanden mellem svejseemnet og svejseværktøjet (svejseelektroden) ioniseres og derved bliver elektrisk ledende. Opvarmningen foregår ved den elektriske strøm, der herved løber imellem elektroden og svejseemnet.

Et eksempel er elektrodesvejsning med beklædt elektrode; dette er den ældste af de eksisterende lysbuesvejseprocesser fra 1905 og den mest anvendte metode til sammensvejsning af stål. I denne proces består svejseværktøjet af en elektrode, der smeltes af lysbuen. Det smeltede materiale vandrer med strømmen over på emnet, hvor det blandes med det smeltede materiale.

Belægningen smeltes og indkapsler det smeltede elektrodemateriale, indtil dette rammer svejseemnet. Her danner det en slaggehinde oven på smeltebadet. Efter afkøling af svejsningen kan slaggen fjernes. Beklædte elektroder findes med forskellig legeringssammensætning både med hensyn til elektrodematerialet og beklædningen.

Elektrodematerialets sammensætning bestemmes af, hvilke materialer der ønskes samlet. Beklædningsmaterialets sammensætning er bestemt af dets evne til at beskytte imod oxidation samt af de ønskede egenskaber og det ved opvarmningen berørte materiale. Elektrodesvejsning har stor anvendelse, da det kræver enkelt udstyr, og fleksibiliteten er meget stor. Processen er specielt velegnet til stillingssvejsning.

Pulversvejsning

Pulversvejsning minder meget om elektrodesvejsning med beklædt elektrode. Her anvendes pulver til oxidationsbeskyttelse. Pulveret består af samme materiale som belægningen på de beklædte elektroder, men tilsættes separat. Lysbuen og smeltebadet er helt dækket af pulveret, hvoraf noget smelter i processen og efterlader en slagge. Det øverste lag pulver berøres ikke af varmen og kan genbruges.

Pulversvejsning har en meget stor afsmeltningsydelse og anvendes derfor ofte til store godstykkelser. Processen er ikke velegnet til stillingssvejsning, idet den kræver en vandret anlægsflade for pulveret og smeltebadet.

Beskyttelsesgas-svejsning

Beskyttelsesgas-svejsning er en lysbuesvejsning, hvor en beskyttelsesgas bliver blæst ud af svejseværktøjerne og ned på svejsningen. Gasstrømmen forhindrer oxygen i at komme i berøring med det smeltede materiale. Metoden omfatter MIG-, MAG- og TIG-svejsning

MIG-MAG-svejsning generelt

Gasmetalbue-svejsning eller beskyttelsesgas-svejsning, som vi oftest siger her i landet, er en lysbuesvejseproces, som udnytter varmen i en elektrisk lysbue, som brænder mellem en kontinuerligt tilført tråd-elektrode og emnet. Under processen afsmelter elektroden, og svejsemetallet overføres til emnet.

Smeltebadet beskyttes hele tiden af et gasdække, som har til opgave at beskytte både den afsmeltende elektrode og smeltebadet mod luftens oxygen og nitrogen. Hvis disse gasser kommer ind i beskyttelsesgas-atmosfæren, kan det bl.a. medføre porøsitet i svejsningen. Ydre forstyrrelser omkring svejsestedet, som fx træk fra åbne døre og vinduer, kan forårsage, at beskyttelsesgassen blæser bort. Også ventilationsluftstrømme i værkstedet eller luftkølede strømkilder kan påvirke svejsestedet og dermed beskyttelsesgassen. Beskyttelsesgas-svejsning deles gerne ind i to undermetoder, alt efter hvilken beskyttelsesgas, der anvendes.

Fordele ved MIG-MAG-svejsning

Der er fordele og ulemper ved de forskellige svejseprocesser. Fordelene ved MIG-MAG svejsning er følgende:

  • Metoden er økonomisk god på grund af en høj svejsehastighed, og fordi der kan holdes lang lysbuetid, idet elektrodeskift undgås
  • Metoden giver mulighed for rationelt at svejse såkaldt vanskeligt svejsbare materialer
  • Svejsning kan udføres i alle stillinger
  • Lysbuen og svejsestedet er fuldt synligt
  • Som regel er der kun lidt efterbearbejdning af svejsningen

Ulemper ved MIG-MAG-svejsning

Nogle af MIG-MAG-svejsningens ulemper er følgende:

  • Metoden er meget sårbar over for træk fra ventilationssystemet i værkstedet, åbne døre og vinduer samt ventilatorer på luftkølede svejseanlæg
  • Risiko for grove svejsefejl som bindefejl og lignende, hvis svejseren ikke er uddannet, så hun/han har et indgående kendskab til processen og dennes svejseparametre
  • Større udgifter til inddækning af svejsestedet ved udendørs arbejde
  • Større investering i svejseudstyr
  • Større udgifter til vedligeholdelse af svejseudstyr

MIG-MAG-svejsning anvendes hovedsageligt på

  • Aluminium
  • Almindeligt blødt stål
  • Rustfast stål
  • Kobber og kobberlegeringer

Desuden egner metoden sig godt for magnesium, nikkel og en del andre metaller og legeringer heraf.

MIG-svejsning

Ved MIG-svejsning (Metal Inert Gas) afsmeltes elektroden, og der anvendes en inaktiv gas, fx argon eller helium, der ikke reagerer med smeltebadet.
MIG-svejsning er svejsning i en ædelgas-atmosfære, dvs. svejsning under en beskyttelsesgas, som ikke kan reagere med andre stoffer. Det er bl.a. argon og helium, hvoraf argon er den mest anvendte på vore breddegrader. Sædvanligvis kaldes processen MIG-svejsning, også når ædelgassen er blandet med små mængder O2, CO2, H2 eller lignende.

MAG-svejsning

Ved MAG-svejsning (Metal Active Gas) anvendes ud over en afsmeltende elektrode en aktiv gas (oftest CO2) denne proces er også kendt under navnet CO2-svejsning. MIG/MAG-processen stammer fra USA, hvor den i 1950 introduceredes til aluminiumsvejsning. Den anvendes i dag mest til aluminium, rustfrit stål og kobber.
MAG-svejsning er svejsning i en atmosfære af reagerende gasser, eller som det også hedder, under dække af en aktiv gas. Dette betyder, at gassen spaltes i lysbuen, og i større eller mindre grad reagerer med smeltebadet. Som aktiv beskyttelsesgas anvendes fortrinsvis CO2, hvorfor processen også går under navnet CO2-svejsning.

TIG-svejsning

Benævnelsen TIG er en forkortelse af Tungsten Inert Gas.
T - Tungsten er betegnelse for wolfram. Wolfram er et metal, der har et smeltepunkt på over 3.300 °C, dvs. mere end dobbelt så højt som smeltepunktet på de metaller, man normalt svejser i.
IG - Inert Gas er betegnelsen for inaktiv gas, dvs. en gasart, som har den egenskab, at den ikke indgår i kemiske forbindelser med andre stoffer.
I Tyskland benævnes metoden ofte WIG-svejsning, hvor W står for wolfram. TIG-svejsning er den internationale og danske standardiserede betegnelse for svejsemetoden. I henhold til DS/EN 24063 er svejsemetoden angivet med nr. 141.

Princippet for TIG-svejsning

TIG-svejsning er en elektrisk lysbue-svejsemetode, hvor smelteenergien kommer fra en elektrisk lysbue, der brænder mellem emnet og wolframelektroden. Elektroden, lysbuen og smeltebadet beskyttes under svejsningen mod den atmosfæriske lufts skadelige virkninger af en inaktiv beskyttelsesgas. Beskyttelsesgassen ledes ved hjælp af en gaskop ned omkring svejsezonen, hvor den fortrænger den atmosfæriske luft. TIG-svejsning adskiller sig fra de øvrige lysbue-svejsemetoder ved, at elektroden ikke smelter og derved ikke forbruges som tilsatsmateriale. Det er ofte nødvendigt at benytte tilsatsmateriale.

TIG-lysbuen

Som nævnt kommer smelteenergien ved TIG-svejsning fra en lysbue, der brænder mellem wolframelektroden og svejseemnet. Tilførslen kan foretages manuelt eller maskinelt. Ved TIG-svejsning med jævnstrøm er wolframelektroden som regel tilsluttet den negative pol og svejseemnet den positive pol. Når lysbuen tændes, sker der i henhold til elektronteorien en vandring af negativt ladede elektroner og positivt ladede ioner. Elektronerne bevæger sig fra minuspolen til pluspolen, mens ionerne bevæger sig i modsat retning. I lysbuen sker der herved sammenstød mellem elektronerne og ionerne, og derved dannes der varmeenergi.

Elektronstrømmen fra elektrodens spids sker med meget stor hastighed, og når de rammer imod svejseemnet, udvikles der derved megen varmeenergi. Når ionstrømmen rammer imod elektrodens spids, udvikles der derimod ikke den samme mængde varmeenergi. Elektrodespidsen, der er koblet på minuspolen, påvirkes med ca. 30 % af den samlede varmeudvikling, mens de resterende 70 % påvirker svejseemnet, der var tilkoblet pluspolen.

Vekselstrøm

Vekselstrøm karakteriseres ved, at spændingen skifter polaritet et vist antal gange, normalt 100 gange pr. sekund. Elektroden er positiv i en halvperiode, og i den samme halvperiode er svejseemnet negativt. I næste halvperiode er det omvendt. Hvilket bevirker, at varmeenergien fordeler sig med 50 % på elektroden og 50 % på svejseemnet.

Anvendelse

TIG-svejsning har et meget stort anvendelsesområde på grund af dens mange fortrin, følgende kan nævnes:

  • Den giver en koncentreret opvarmning af svejseemnet
  • Den holder smeltebadet effektivt beskyttet med inaktiv beskyttelsesgas
  • Den kan være uafhængig af tilsatsmateriale
  • Tilsatsmaterialet behøver ikke at være fint forarbejdet, blot legeringen er i orden
  • Der er ikke behov for efterbearbejdning af svejsningen, da der ikke dannes slagge eller sprøjt
  • Man kan svejse vanskeligt tilgængelige svejsesømme

Anvendelsesområder

TIG-svejsning anvendes ofte, hvor der er høje krav til svejsningens kvalitet, som fx inden for:

  • Offshoreindustrien
  • Pharmaindustrien
  • Levnedsmiddelindustrien
  • Den kemiske industri

Aluminiumssvejsning

Aluminium adskiller sig fra andre metaller ved, at den aluminiumsoxid, der dannes på dets overflade, har et smeltepunkt, der er ca. tre gange højere end aluminiums smeltepunkt, hvilket gør det meget vanskeligt at svejse, da oxidhinden skal brydes, før aluminiummet. Derfor anvendes vekselstrømssvejsning (AC) når der svejses i aluminium.
Ved svejsning i aluminium stilles der enormt høje krav til renligheden af materialet. Såfremt materialet ikke er helt rent, vil der opstå svejsefejl.

Svejsning med vekselstrøm anvendes til svejsning af:

  • Aluminium og aluminiumlegeringer
  • Magnesium og magnesiumlegeringer

TIG-svejsning i aluminium

Wolframelektroden er her positiv i en halv periode og negativ i den næste halv periode, hvilket betyder, at varmeenergien fordeler sig med 50 % på wolframelektroden og 50 % på arbejdsstykket.

MIG-svejsning i aluminium

MIG-svejsning i aluminium foregår på samme måde som svejsning i rustfrit stål. Den væsentligste forskel er, at der som i TIG-svejsning i aluminium svejses med vekselstrøm for at kunne bryde igennem oxidhinden.

Plasmagas-svejsning

Plasmagas-svejsning er en afart af TIG-processen. Her tilsættes en plasmagas (argon, helium eller nitrogen) gennem en dyse omkring elektroden, hvorved lysbuen indsnævres, og der opnås en højere temperatur og en mere fokuseret lysbue. Processen er velegnet til svejsning af større materialetykkelser end TIG-processen, ligesom den er god til stillings-svejsning.

Rørtråds-svejsning

Rørtråds-svejsning er en proces, hvor svejseelektroden er udformet som et rør, hvori der er fyldt pulver. Dette pulver har til opgave at virke oxidationsbeskyttende og er af samme beskaffenhed som beklædningen ved de beklædte elektroder. Processen kan udføres med og uden brug af beskyttelsesgas, og den har en høj produktivitet.

Lasersvejsning

Ved lasersvejsning foregår opvarmningen vha. laserlys; der anvendes også her en beskyttelsesgas eller vakuum. Lasersvejsning har den store fordel, at varmekilden er meget koncentreret, hvilket giver mulighed for at opnå stor indtrængningsdybde i forhold til den anvendte energimængde og derved bl.a. opnå mindre kastning af emnerne. Afhængigt af den anvendte laser er processen mere eller mindre velegnet til stillings-svejsning.

Gas-svejsning

Gas-svejsning (autogensvejsning) er en svejseproces, hvor opvarmningen foregår vha. en gasflamme. Ved at indstille forbrændingen med det korrekte over- eller underskud af oxygen fås korrekt beskyttelse af forskellige metaller. Processen anvendes som reparations-svejsning med forskellige brandgasser som fx propan, metan og acetylen.

Tryksvejsning

Inden for tryksvejseprocesserne er modstands-svejsning, som er en fællesbetegnelse for punkt-, pres-, søm- og stuksvejsning, den største gruppe. Fælles for disse processer er, at emnerne trykkes sammen vha. elektroder, hvorigennem der sendes en lavspændt strøm af stor styrke, således at emnerne lokalt i berøringspunktet opvarmes til omkring smeltepunktet.
Benævnelserne adskilles af emne- og elektrodeudformning. Således er sømsvejsningen kontinuert udført punktsvejsning. En stuksvejsning er lig en pressvejsning blot med anvendelse af en større kraft.

Punktsvejsning

Punktsvejsning og sømsvejsning er velegnede til svejsning af pladeformede emner. Punktsvejsning har især vundet stor udbredelse inden for bilindustrien, hvor samling af bilkarosserier foregår automatisk med svejserobotter, som udfører flere tusinde punktsvejsninger på karosseriet.

Sømsvejsning anvendes til svejsning af overlappende, pladeformede emner. Pres- og stuksvejsning er egnet til vilkårligt udformede emner som fx tråde og profiler.

Friktions-svejsning

En anden tryksvejseproces er friktions-svejsning, som anvendes til samling af rotationssymmetriske emner. Det ene emne roteres, mens det andet fastholdes. Emnerne bringes i kontakt med hinanden, hvorved de opvarmes af den opståede friktion. Når den ønskede temperatur er opnået, bremses det roterende emne og presses med stor kraft imod det fastholdte emne, hvorved der opstår en samling.

Koldtryks-svejsning

Ved koldtryks-svejsning trykkes emnerne sammen uden forudgående opvarmning.

Eksplosions-svejsning foregår ved, at emnerne stødes sammen med stor fart, hvorved delene samles. Den høje hastighed opnås ved at skyde den ene del imod den anden vha. en sprængladning.

Undervands-svejsning

Et specialtilfælde inden for anvendelse af svejsning er undervands-svejsning, der især anvendes i forbindelse med olie- og gasudvinding. Metoden udvikledes for alvor i begyndelsen af 1960'erne, da havbaseret olieudvinding tog fart.

Undervands-svejsning kan udføres vådt eller tørt. Våd undervands-svejsning er lysbuesvejsning udført med særlige elektroder, hvor lysbuen er i direkte kontakt med det omgivende vand. Dette kan udføres af dykkere i dybder ned til 50 meter. Tør undervands-svejsning udføres i et kammer, der omslutter svejseemnet og tømmes for vand, hvorefter svejseprocessen kan foregå på sædvanlig vis. Der kan arbejdes med tørprocessen i en hvilken som helst dybde, dog afhængigt af det trykskrog, der benyttes.

Svejseparametre

De forskellige svejseprocesser kan optimeres mht. de procesrelaterede svejseparametre. I forbindelse med en beskyttelsesgas-svejsning er de vigtigste parametre strøm, spænding og trådfremføringshastighed, mens det ved en modstandssvejsning er strøm, spænding og sammentrykningskraft. Ved en lasersvejsning er de vigtigste svejseparametre den anvendte effekt samt fokuseringen af strålen.

De forskellige processer har forskellige anvendelsesområder afhængigt af bl.a. det materiale, der skal svejses, udformning af svejsningen, styktal, dimensioner, styrkekrav, korrosionskrav m.v.

Specielt er varmepåvirkningen af emnematerialet forskellig; den har stor indflydelse på svejsningens kvalitet, idet det omgivende materiale påvirkes af opvarmningen. Den varmepåvirkede zone kaldes HAZ (Heat Affected Zone). I denne zone har materialet ændrede egenskaber specielt mht. styrke og korrosion. Påvirkningen er størst tæt ved svejsningen og aftager væk fra denne.

Temperaturforskellene i emnet kan også give anledning til termiske spændinger, der kan resultere i kastninger og formændringer. Det kan imødegås ved at forvarme emnerne, varmebehandle dem efter svejsningen eller anvende langsom afkøling.

Klassifikation og prøvning

Svejsninger kan klassificeres efter mængden og størrelsen af de forekommende fejl, fx kraterrevner, lange porer, indeslutninger eller mangelfuld indtrængning. For at kontrollere om en svejsning opfylder kravene til den specificerede klasse, kan den testes vha. ikke-destruktiv prøvning, fx røntgenundersøgelse, hvirvelstrøms-prøvning, ultralyd eller ved penetrationsmetoden.

Der kan endvidere anvendes destruktive test på prøvestykker, der udsættes for samme svejseprocedure som selve konstruktionen, hvorefter de skæres igennem, præpareres og inspiceres i mikroskop. Der kan også udføres destruktive styrketest ved at bryde svejste prøver ved fx trækprøvning eller slagsejhedstest.

Fysiske simuleringer af svejsninger kan udføres med maskiner, hvor det især er svejseparametre samt HAZ, der simuleres og inspiceres. Numerisk simulering af svejsninger anvendes især til optimering af svejseprocesser.


Læs mere



MIG-MAG-svejsning
Pulversvejsning
Smeltesvejsning

Vil du vide mere
om Svejsning

Kontakt os på:

7625 9030

Send email