Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus R 5. Sammenføjning. Rustfrit stål, nikkel og titan

Transkript

1 Efteruddannelse i Materialeteknologi Kursus R 5 Sammenføjning Rustfrit stål, nikkel og titan Kursusmateriale udviklet under lov 271 om efteruddannelse i et samarbejde melle m Danmarks Ingeniørakademi, Dansk Teknologisk Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter Ris ø 1995

2 Sammenføjnin g Rustfrit stål, nikkel og tita n 1. udgave, 1. oplag Undervisningsministeriet Lov 27 1 Grafisk design : Grethe Jensen og Inger Vedel, DTI Grafi k Sats : Lollands-Postens Bogtrykkeri, Marib o Tryk: Omslag : Reproset, København Indhold : DTI Tryk, Taastru p Dansk Teknologisk Institu t DTI Forla g ISBN Kopiering i uddrag er tilladt med kildeangivelse

3 Sammenføjnin g Rustfrit stål, nikkel og titan Forord 11 Forord til A5 1 3 Referencer Indledning Faste Sammenføjninger Svejsning Lodning Limning 23 2 Elektriske grundbegreber Elektrisk effekt Elektricitet Elektrisk modstand Strømarter til lysbuesvejsning Vekselstrøm Jævnstrøm Svejsestrøm og lysbue 30 3 Beskyttelsesgasser Beskyttelsesgassernes funktioner Beskyttelsesgassers specifikke egenskaber Almindeligt anvendte gasser Argon Helium Hydrogen Kuldioxid Nitrogen Blandgasser Baggasser Formiergas Nitrogen-baggas Argon/ hydrogen-baggas 42

4 4 Varmepåvirkning af det svejste materiale Struktur og egenskaber i svejsemetal og HAZ Martensitisk rustfri stål Ferritiske rustfrie stål Austenitiske rustfrie stål Duplex rustfrit stål Nikkel og nikkellegeringer Titan og titanlegeringer Tilsatsmaterialevalg og fugegeometri Martensitiske rustfrie stål Ferritiske rustfrie stål Austenitiske rustfrie stål Duplex rustfrit stål Nikkel og nikkellegeringer Titan og titanlegeringer Retningslinier for valg af svejsedata og for udførelse Martensitisk rustfrit stål Ferritiske rustfrie stål Austenitiske rustfrie stål Duplex rustfrit stål Nikkel og nikkellegeringer Titan og titanlegeringer Varmebehandling efter svejsning Martensitiske rustfrie stål Ferritiske rustfrie stål Austenitiske rustfrie stål Duplex rustfrit stål Nikkel og nikkellegeringer Titan og titanlegeringer Specielle metallurgiske skader ved svejsning Metalindtrængning, LME 72 5 Nedsættelse af korrosionsbestandigheden ved overfladefejl Jernafsmitning Glødeskal og slagger på svejsesømme Anløbning Utilstrækkelig overfladefinish 85

5 5.2 Efterbehandling af svejsesøm Mekanisk efterbehandling Kemisk efterbehandling Svejseudrustning Indledning Udstyr der anvendes til person- og miljøbeskyttelse Personlige værnemidler Miljøværn Udstyr der anvendes ved forberedelse til svejsning Positioneringsudstyr Clamps Udstyr der anvendes til udførelse af svejsning Udstyr til lysbuesvejsning med beklædte elektroder Udstyr til pulversvejsning Udstyr til MIG/MAG-svejsning Udstyr til TIG-svejsning Udstyr til plasmasvejsning Udstyr til lasersvejsning Udstyr til elektronstrålesvejsning Svejseprocedurer Forord Standarder og svejseprocedurer Certificering af svejsere Forord EN 287, del 1 og 2 : Svejsestandarder og konstruktionsnormer Kvalitetsstyring - svejseprøve og certificering Forberedelse til certificering Forkortelser i EN del 1 og Svejseprocesser Fugetyper Prøveemner Dimensioner Materialetyper 137

6 8.6.6 Beklædte elektroder: Typer Prøvesvejsningens udførelse Svejsestillinger Udførelse af svejseprøve WPS og pwps Svejsecertifikaters gyldighedsområder Svejsecertifikaters gyldighedsperiode Forlængelse af certifikaters gyldighedsperiode Lysbuesvejsning med beklædte elektroder Historie Beklædte svejseelektroder Elektrodetyper Elektrodebeklædning Kernetråden Materialetransport gennem lysbuen Indmeltningsforhold Svejsning af rustfrit stål Generelt Rustfrie ståls svejsbarhed Svejsning af nikkel Generelt MIG/MAG-svejsning Historie Funktionsprincip Generelt Strømkilder- og karakteristiker ved MIG/MAG-svejsning Svejsemaskiner til MIG/MAG-svejsning Principer for materialeovergange ve d MIG/MAG-svejsning Synergisk pulssvejsning Forprogrammering af MIGIMAG-svejsedata Generelt Programmering, gennemførelse og kontrol med svejsedata 169

7 10.4 MIG/MAG-svejsning af rustfrit stål Generelt Praktisk anvendelse af MIG/MAG-processen ti l svejsning af rustfrit stål Tilsatsmaterialer og beskyttelsesgasser til svejsning a f rustfrit stål med MIG/MAG-processen MIG-svejsning af nikkel MIG-svejsning af titan TIG-svejsning Historie Funktionsprincip TIG-svejsepistol TIG-lysbuen TIG-svejsning med pulserende lysbue TIG-svejseprocessens udnyttelse TIG-svejsning af rustfrit stål Generelt Proceshåndtering ved TIG-svejsning af rustfrit stål Udnyttelse af pulsprincipet ved TIG-svejsning af rustfrit stål Gasbeskyttelse ved TIG-svejsning af rustfrit stål Automatiseret TIG-svejsning af rustfrit stål Orbital TIG-svejsning af rustfrit stål TIG-svejsning af nikkel TIG-svejsning af titan Plasmasvejsning Historie Funktionsprincip Plasmadysen Plasmalysbuen Pilotlysbuen Lysbuekarakteristik 199

8 12.3. Plasmasvejseprocessens udnyttelse Karakteristiske træk ved plasmametoden Plasmasvejsning af rustfrit stål Plasma-keyhole svejsning af rustfrit stål Lasersvejsning Historie Funktionsprincip Lysdannelse Lysforstærkning Opbygningsprincip Laserstrålen Lasertyper COz lasere Nd-YAG- lasere Anvendelsesområder Generelt Svejsning Rustfrit stål Lasersvejsning af rustfrit stål Lasersvejsning af nikkellegeringer Lasersvejsning af titan Elektronstrålesvejsning Indledning Svejseudstyr Funktionsprincip Svejsning Materialer, egnet til sammenføjning med elektronstrålesvejsning Fugeforberedelse ved EB-svejsning Sammenfatning af svejseparametrenes indvirkning p å indtrængning og bredde af svejsning ved EB-svejsning Generelle forhold ved planlægning af EB-svejsning 240

9 15 Pulversvejsning Historie Princip og anvendelse Svejseparametrenes indflydelse Tilsatsmaterialer Anvendelse og økonomi Pulversvejsning af rustfrit stål Lodning Historie Definitioner Proceshåndtering Beskyttelse imod oxidering Tilførsel af lod Loddemetoder Kolbelodning Flammelodning Ovnlodning Induktionslodning Modstandslodning Lodning i loddebad Loddetilsatsmaterialer Loddenes egenskaber Loddenes egnethed Sølvlod Kobberlod Messinglod Oxidationsbeskyttelse med flus Limning Indledning Procesbeskrivelse Anvendelse af limprocessen Udformning af limsamlinger Klargøring af limfuger 289

10 17.4 Limtyper Termoplastiske limtyper Termohærdene lim Elastomere lim Kvalitetsstyring af limprocessen 29 4 Stikord 29 7

11 Forord Denne lærebog indgår i et omfattende, modulopbygget system af efteruddannelseskurser,»efteruddannelse i Materialeteknologi«, som har til formål at ruste dansk erhvervsliv til at arbejde optimalt med såvel nye som kendte materialetyper. Systemet dækker således alle materialetyper fra støbejern, stål, rustfrit stål, aluminium og diverse metallegeringer ove r plast, fiberforstærket plast og sandwichmaterialer til keramiske og pulvermetallurgiske materialer. For hver materiale - type vil der være kurser i relevante emner som grundlæggende materialekendskab, materialevalg, forarbejdning og konstruktion, nedbrydningsformer og tilstandskontrol. Tanken med det modulopbyggede efteruddannelsessyste m er, at virksomheder - eller enkeltpersoner - har mulighe d for at sammensætte et kursusforløb, som er tilpasset det aktuelle behov, hvad enten det drejer sig om at gå i dybde n med et materialeområde, eller man ønsker at udvide sin e kvalifikationer til flere materialetyper fx inden for et emn e som forarbejdningsprocesser. Det er naturligvis vores håb, at denne lærebog enten i forbindelse med det pågældende kursus - eller ved selvstudium - vil være et godt bidrag til en så - dan opgradering af kvalifikationerne hos den enkelte. For at bogen kan tjene både som kursusmateriale, opslags - bog og kilde til supplerende viden, er den forsynet med mange figurer, der underbygger teksten, samt margentekste r og indeks, der letter opslag. I forbindelse med kurser vil bogen blive ledsaget af en arbejdsmappe indeholdende supple - rende materialer, øvelsesvejledninger og opgaver. Kurserne er udviklet i et konsortium bestående af Danmark s Ingeniørakademi (maskinafdelingen), Dansk Teknologis k Institut, FORCE Institutterne og Forskningscenter RISØ sam t en række danske virksomheder. En række medarbejdere i virksomhederne har bidraget til udviklingsarbejdet i form af klarlægning af behov og løbende vurdering af materialet ve d deltagelse i følgegrupper. Udviklingsarbejdet er foretaget 11

12 med støtte fra Undervi aningsministeriet (Lov 271 Lov o m Efteruddannelse), og 1-,!runder har Indsatsgruppen for Materialeteknologi samt dt. :ilknyttede referees ligeledes ydet e n god indsats med hent 1k på afstemning mellem erhvervsli - vets behov og materialets indhold. Taastrup, oktober 1994 På konsortiets vegne Lorens P. Sibbese n (projektadministrator) 12

13 Forord til R 5 Lærebogen danner grundlag for undervisningen på undervisningsmodulet R5: Sammenføjning af rustfri stål, nikkel og tita n Sammen med en arbejdsmappe beregnet til egne notater o g opsamling af supplerende udleveret kursusmateriale, inde - holdende notatpapir og skemaer for undervisningstilrettelæggelsen, udgør bogen det materiale der anvendes på kursusmodulet. Kursets formål er, at give en grundig indføring i sammenføjningsprocessernes funktionsprinciper, anvendelsesmuligheder, samt de styrke-, materialemæssige og økonomisk e faktorer der knytter sig til anvendelsen af den enkelte proces. Endvidere er det formålet, at give en grundig indføring i de n fagterminologi der knytter sig til processerne, samt vigtig e dele af de anvisninger og standardmæssige forskrifter, der er en integreret del af kvalitetsstyringen i forbindelse med anvendelsen af processerne. Ved udarbejdelsen af materialet har følgende forfattere medvirket : Kapitlet om beskyttelsesgasser - Palle Aastrup FORCE Institutterne. Kapitlerne om varmebehandling og svejsning - J. Vagn Han - sen FORCE Institutterne Materialets øvrige kapitler - Arnold Djuraas FORCE Institutterne. Brøndby, juli Asmus Diederichsen Civilingeniør Arnold Djuraas Svejsetekniker/uddannelseskonsulent 13

14

15 Referencer Under udarbejdelsen af lærebogsmaterialet til modul A5 - sammenføjning af aluminium, R5- sammenføjning af rustfri t stål, nikkel og titan, og S5- sammenføjning af stål, højstyrke - stål og støbejern, er der anvendt billedmateriale og tekstforklaringer, velvilligt udlånt til forfatterne, af: Svejsemaskinfabrikken MIGATRONIC A/S, Fjerritslev. ESAB A/S, Trekronergade København. HN AUTOMATIC A/S, Hjulmagervej Vejle. Som grundlag for lærebogens øvrige beskrivelser, herunde r tekst, figurer og tabeller, er der anvendt materiale fra fagtids - skrifter, tekniske publikationer lærebøger m.m., samt forfatternes egne notater eller optegnelser fra foredragsvirksomhed, artikler m.m. Følgende materialer har dannet grundlag for udarbejdelse n af bogen : Das Verhalten der Stähle beim Schweißen Teil I : Grundlagen, Deutscher Verlag für Schweißtechni k Der Schutzgas Schweisser Teil I : Wig-Schweißen/Plasmaschweißen, Deutscher Verlag für Schweißtechni k Der Schutzgas Schweisser Teil II : MIG/MAG-Schweißen, Deutscher Verlag für Schweißtechni k Handbuch des Unterpulverschweißsens, Teil I/II, Deutscher Verlag für Schweißtechni k Handbuch der Schweißverfahren Teil I : Lichtbogenschweißverfahre n Deutscher Verlag für Schweißtechni k Der Schweißlichtbogen, ein technologisches werkzeug, Deutscher Verlag für Schweißtechni k Mogens Bertung : Manipulationsmuligheder me d MIG/MAG-processen, FORCE Institutterne publikation nr. :

16 ESAB Welding handbook : Filler materials for manual and automatic welding, ESAB AB Göteborg Sweden MNC handbok nr. : 15 : Svetsning av stål, SIS Stockhol m Elektronstrålesvetsning-metodik och användingsområden, IVF, Sveriges mekanforbund Stockholm Arnold Djuraas : Håndbog for svejsere - beskrivelser af svejsemetallurgiske forhold, FORCE Institutterne - publikation nr.: Håndbok, høyfast stål i bærende kostruksjoner, VERITEC, Høvik, NTNF, Norge Erik Kongshavn : Brugervejledning til EN-standard 288-3, FORCE Institutterne - publikation nr.: Submerged-Arc Welding, The Welding Institute Abington Hall, Cambridge CBI 6A L David Belforte - Morris Levitt : The Industrial Laser Annual Handbook, Penn Well Books, Laser Focus, Tulsa Oklahoma US A Arnold Djuraas: TIG-svejsning af kobberror under montage, FORCE Institutterne - publikation nr. : Welding Guide, Böhler Welding Technology, VEW, Welding Technology Departmen t Wissenswertes für den Schweißer, Böhler Schweisstechnik Stig Jönsson: TIG-svetsning, ITK Läromedel, Sweden Steen Erik Nielsen: Svejsning med højeffektlaser indenfor skibsbygningsindustrien, FORCE Institutterne - publikation nr. : Steen Erik Nielsen : Lasersvejsning - en introduktion, FORCE Institutterne - publikation nr. : P. Ettrup Petersen : Svejsning, Teknisk forlag, Københav n Elektrisk sveising, NKS-forlaget, Norge 16

17 Christopher Dawes, CEng : Laser welding - A practical guide, Abington Publishing, England Training in submerged arc welding, Hobart School of Welding Technology, Troy, Ohio US A Arnold Djuraas og Johannes Søberg : Rørsvejsning med basiske elektroder, FORCE Institutterne - publikation nr. : Knud Rasmussen, HN-automatic : Besk. gassen som værkt. ved MIG/MAG- og TIG-svejsn. Artikel, Svejsning, DSL-udg., juni 1992 Handbuch - Schweißzusatzwerkstoffe, Messer Griesheim GmbH, Informationsabteilung, Frankfur t am Main, Deutschlan d Günter Aichele : Schutsgasschweissen, Verfahren, Anwedung, Wirtschaftlichkeit, Messer Griesheim GmbH, Informationsabteilung, Frankfur t am Main, Deutschland Erik Rasmussen, Palle Aastrup, Bent Clemmenses, Jen s Klæstrup Kristensen og Karl Nielsen : Welding of Structura l High Strength Steels, FORCE Institutterne - publikation nr. : Thomas Aaboe Jensen : Cladding of Hastelloy C on mil d steel, using a Nd-Yag-laser, FORCE Institutterne - publikation nr. : Steen Erik Nielsen : State of Art High Power Laser, for Materials Processing, FORCE Institutterne - publikation nr. : Steen Ussing: Svejsning af rustfrit stål med pulverfyldt rør - tråd og puls-mig, FORCE Institutterne - publikation nr. : Lars Ravnholt Jensen : Plasma-keyhole svejsning af I-sømme i rustfrit stål, FORCE Institutterne - publikation nr. : Palle Aastrup : Arbejdsområder for MIG-svejsning af kantsømme i aluminium, FORCE Institutterne - publikation nr. : Birger Hansen : Europæiske standarder for svejsning og prøvning, 1992/93, FORCE Institutterne - publikation nr. :

18 Thomas Aaboe Jensen: Tyndplade lasersvejsning, materialemæssige forhold, FORCE Institutterne publikation nr.: Birger Hansen: Anvendelse af de europæiske standarder fo r svejsning, Del 1, Principer for anvendelsen, FORCE Institutterne publikation nr.: Birger Hansen : Henvisninger i EN 287 og EN 288, FORCE Institutterne publikation nr. : Birger Hansen : Anvendelse af de europæiske standarder for svejsning, Del 1 : Fortegnelser over standarder, FORCE Institutterne publikation nr.: Palle Aastrup : Automatisering af lysbuesvejsning, FORCE Institutterne publikation nr.: Egon Frank Hansen : Brugervejledning og uautoriseret oversættelse af EN-standard EN 287 del-1, certificering af svejsere smeltesvejsning af stål, og EN 287 del-2, certificering af svejsere smeltesvejsning af aluminium, FORCE Institutterne publikation nr.: Palle Aastrup : TIG- og plasmasvejsning, FORCE Institutterne publikation nr.: Erik Ejersted : Svejseteknologi svejseprocesser m.m., FORCE Institutterne publikation nr.: Kaj Wøldike Sørensen: Svejsning af duplex rustfrie stål, FORCE Institutterne publikation nr.: Erik Petersen og Erik Ejersted : Svejsning af lavtlegerede varmebestandige rør, FORCE Institutterne publikation nr.: Birger Hansen : Specifikation af svejsearbejder, FORCE Institutterne publikation nr.: Jens Roedsted Christensen, Asmus Diederichsen, Paul Eriksen, Erik Beck Hansen, Jørgen Skotte og Erik Østgaard : Synergisk puls-mig-svejsning, FORCE Institutterne publikation nr.: Arnold Djuraas : Brugen af celluloseelektrode-tilsatsmateriale. Typiske svejsefejl, årsagen til disse samt fejlforebyggelse, FORCE Institutterne publikation nr.: Erik Ejersted : Svejseteknologi kvalitet og økonomi, FORCE Institutterne publikation nr.:

19 Jens Klæstrup Kristensen : Elektronstrålesvejsning i dag - gennemgang af ford. og egensk., FORCE Institutterne - publikation nr.: Jan Thernøe : Store fremskridtsperspektiver i limning, FORCE Institutterne - publikation nr.: Carsten Lykke Sørensen : Limning af metaller, Tekn.publikation nr. : TR Stig Jönsson: MIG /MAG-svetsning grundbok, Liber Läromedel, Stockholm Sweden 19

20

21 Indledning 1 Sammenføjning af materialer er, og har altid været, et betydningsfuldt produktionsled i næsten alle former for industri. Almindeligvis kan der skelnes mellem to sammenføjningskategorier : Løsbare sammenføjninger Faste sammenføjninger. Til første kategori hører alle former for samlinger/sammenføjninger, der umiddelbart kan adskilles uden brug af destruktive værktøjer. Til den næste kategori hører alle de former for samlinger/ sammenføjninger, der udelukkende lader sig adskille me d hjælp af destruktive værktøjer af en eller anden art. Faste sammenføjninge r De faste sammenføjningsmetoder er beskrevet med tre kategorier ; svejsning, lodning og limning hvor metoderne, hver for sig, er medtaget på baggrund af egnethedsvurdering ti l sammenføjning af de respektive materialer De følgende kapitler vil omtale de hyppigst anvendte metoder til fast sammenføjning af konstruktionsdele af rustfrit stål, nikkel og titan og de sammenføjningsmetoder der vi l blive gennemgået i denne lærebog er : Lysbuesvejsning med beklædte elektroder Gassvejsning MIG/MAG-svejsning TIG-svejsnin g Plasmasvejsnin g Lasersvejsnin g Elektronstrålesvejsnin g Pulversvejsning Lodnin g Limning 21

22 Der findes naturligvis flere mere eller mindre almindelige svejseprocesser som eks. MBL- og friktionssvejsning, etc. Da de nævnte processer i reglen anvendes under helt specielle produktionsforhol, vil de ikke blive nærmere omtalt i denn e lærebog og procesbeskrivelser af disse, må derfor hentes i speciallitteraturen. De 8 første, faste sammenføjningsmetoder, benævnes unde r fælleskategorien svejsning, mens de 2 sidstnævnte tilhører hver sin kategori, lodning og limning. Alle tre kategorier har indbyrdes forskellige egenskaber, med hensyn til styrke og modstandsdygtighed overfor såvel mekaniske, tryk, temperatur og mediemæssige påvirkninger. Svejsning og limning Sammenføjningsmetoder, omtalt under betegnelserne : svejs - ning, lodning og limning, kan kort beskrives som i efterfølgende indledende kapitler : Svejsning Svejsning anvendes til sammenføjning af materialer, eller på - lægning af materialer, under indvirken af varme eller kraft, eller begge dele samtidigt. I den såkaldte bindingszone smeltes materialet og- eller plastisk deformeres. Svejsning kan opdeles i : Smeltesvejsning Tryksvejsning Ved smeltesvejsning forbindes emnerne ved anvendelse a f varme uden at tilføre kraft og ved tryksvejsning anvendes der kraft eller både varme og kraft Lodning Lodning er en metode til fast sammenføjning af metaller, med anvendelse af et opsmeltet tilsatsmateriale. Processen kan kort beskrives således : Til loddeprocessen benyttes et tilsatsmateriale med et laver e smeltepunkt end det materiale man ønsker at sammenføje, hvilket vil sige at lodning sker uden opsmeltning eller plastisk deformation af grundmaterialet. Ved opvarmning af grundmaterialet, til en temperatur der 22

23 ligger lige over tilsatsmaterialets smeltetemperatur, arbejdstemperatur, bringes dette derved til vædning, hvilket vil sig e at det flyder ud og danner metallisk binding mellem de emner man ønsker at sammenføje. Den metalliske binding sker ved diffusion og adhæsion mellem grundmateriale og lod, hvorved der dannes et legeringslag kaldet bindingszonen. Loddeprocessen kan generelt deles i 2 hovedgrupper, afstemt efter loddetilsatsmaterialernes arbejdstemperaturområder, kaldet : Blødlodnin g Hårdlodning Blødlodning finder sted ved arbejdstemperaturer under 500 C og hårdlodning ved arbejdstemperaturer over 600 C. I intervallet mellem de 500 og 600 C, er et temperaturområde kaldet "Soldering gap", frit oversat fra eng. : Loddegabet. Dette betyder, at der i et temperaturområde på ca. 100 C, ikke eksistere r lod med arbejdstemperaturer indenfor dette interval. Næsten alle loddetilsatsmaterialer er såkaldte eutektikum, d.v.s. metallegeringer bestående af 2 til flere metaller med forskelligt smeltepunkt, f.eks. Cu/Ag eller Cu/Ni legeringer. Betegnelsen eutektisk betyder let smeltelig, efter græsk eutekos, af eu = godt og tekein = smelte. Limning Limning er en metode til fast sammenføjning af mange forskellige materialer, f.eks. tekstiler, træ, sten, glas og metaller. Som faglig betegnelse for processen kan man benytte båd e limning og klæbning, men den korrekte betegnelse for materialet lim, er i dag klæbestof. Ved klæbning eller limning forstås den proces der udføres for, at sammenføje to faste emner med et ikke-metallisk materiale. Bindingen mellem emnerne opnås ved, at påføre klæbestoffet i et lag mellem disse, hvorved der gennem klæbe - stoffets indre sammenhængskraft, kohæsionen, opnås adhæsion, klæbning, mellem emnerne. Klæbningen binder de to emner sammen til en fast enhed, uden at deres oprindelig e struktur berøres. 23

24 Visse klæbestoffer indgi r i kemisk forbindelse med limemnernes overflade, hvorved der kan skabes særligt stærk e samlinger, men i almindelighed kan limene/klæbestofferne betegnes som neutrale materialer der forbinder emners over - flader, uden at deres stru ur ændres væsentligt. Førhen fandtes der kun klæbestoffer af animalsk eller organisk oprindelse som eks.: Benlim eller hudlim, der bestod af æggehvidestoffer udvundet af førnævnte animalske produkter, der efterfølgende behandledes kemisk, og forskellig e koldlime eller klistre af vegetabilsk oprindelse, som stivelse, dekstrin og gummi arabicum. De fleste såkaldte naturlime, er i dag fortrængt af syntetiske klæbestoffer. De syntetiske produkter omfatter, blandt mange, limtyper som kaldes : Fenolformaldehydlim Polyvinylkloridlim Silikoneli m Metalacrylat Polyuretanlim Epoxyli m 24

25 Elektriske grundbegreber 2 Proceserne; MIG/MAG-, TIG-, Plasma-, Pulver-, og lysbuesvejsning med beklædte elektroder, der er almindeligt an - vendt i industrien, går allesammen under den teknisk betegnelse : Lysbuesvejseprocesser. Lys b u esvej se p roce sse r Elektrisk effekt 2. 1 Ved alle lysbuesvejseprocesserne er det en nødvendighed, a t man er i stand til at manipulere med svejsestrøm, (ampere) Svejsestrøm (ampere ) og lysbuespænding, (volt). Størrelsen af de to faktorer er for- Lysbuespænding (volt ) skellig, afhængig af svejseproces og emne. Det typiske for alle svejsestrømme er at de er store, fra nogle få ampere op til flere hundrede. Svejsespænding ligger ty - pisk mellem ca. 15 og 50 volt. Herudover kræver visse svejse - processer en højere tændspænding. Normal elektrisk energi, der kan tages fra det almindelig e forsyningsnet, er kendetegnet ved høj spænding, fra 220 ti l 380 volt, og en relativ lav strømstyrke. Derfor skal der indskydes svejsemaskiner for at kunne regulere de omtalt e strøm og spændingsforhold. Elektrisk effekt (Watt), udtrykkes ved formlen : U (Volt) x I (Ampere) og man kan med en høj spænding og lille strøm - styrke eller lav spænding og høj strømstyrke, opnå ganske samme effekt som eksemplerne : Netside : Svejseside : U 380 x I 30 = Watt U 38 x I 300 = Watt Med indkobling af svejsemaskiner, sker der en omtransformering mellem el-forsyningsnettet og svejsestrømkredsen, der resulterer i en lavere spænding og en højere strøm. End - videre danner svejsemaskinen en sikring imod de, for forsyningsnettet, ødelæggende kortslutninger der er en naturli g og uundgåelig følge af lysbuesvejsning. Omtransformeret strøm fra forsyningsnettet (primærstrømmen), til en lavere spænding på svejsestrømmen (sekundær- Primærstrømme n sekundærstrømme n 25

26 strømmen), tilgodeser de procesbetingede krav til denne o g formindsker de el-sikkerhedsmæssige risikomomenter fo r svejseopratørerne Atomkerne r Elektrone r loner Elektricitet Omkring en atomkerne kredser negativt ladede elektrone r med stor hastighed. Disse er ordnede i afstukne baner, ford i der mellem atomkernen og de kredsene atomer, eksisterer e n tiltrækningskraft der holder dem fast i banerne. Elektrone r kan, af forskellige årsager, komme ud af deres bane, hvilket kan medføre at kernen får overskud eller underskud af elektroner. Når atomer bliver enten negative eller positive, bliver de elektrisk aktive og kaldes herefter for ioner. Får et legeme overskud af elektroner bliver det negativt ladet og på grund af en indbyrdes frastødning, der eksisterer mellem elektronerne, vil disse forsøge at sprede sig. Man kan sige, at d e "udøver et vist tryk". Elektrisk leder Neutralt legeme Er det nævnte legeme en såkaldt elektrisk leder, eksempelvi s af kobber, og dette berører et såkaldt neutralt legeme, vi l føromtalte "tryk" forårsage, at elektronerne vil forsøge a t vandre over i dette. Man kan sige at der hersker en trykforskel mellem det ladede og det neutrale legeme, der gør a t elektronerne forsøger at gennemføre en "trykudligning" ve d at vandre fra det ene legeme til det andet. Trykforskellen kal - des for spænding og den, ved passagen, dannede elektron - strøm for strøm. For bedre at anskueliggøre definitionerne strøm og spæn - ding, kan man forestille sig, at den elektriske leder er en rør - ledning, der gennemstrømmes af vand. Trykket i røret vil herefter svare til den elektriske spænding og gennemstrømningen pr. tidsenhed til strømmen. Ved et givet tryk er vandmængden afhængig af rørets tværsnit og beskaffenhed, hvilket nøje svarer til, at den elektrisk e strøm i en leder, ved en bestemt spænding, er afhængig a f dennes tværsnit og materialebeskaffenhed. Materialer, der let tillader elektroner at forskyde sig, når d e Elektriske ledere udsættes for spænding, kaldes derfor for elektriske ledere og Isolatorer materialer hvor elektronerne er mere stabilt bundne for isola - 26

27 torer. Alle metaller er mere eller mindre gode elektriske ledere og tilsvarende gode isolatorer er bl.a. materialerne glas, porcelæn, plast og gummi. Man kan opstille en slags "egnethedstabel" for gode elektriske ledere, ved at beskrive den stigende modstand, tallen e fra 1 til 4, for metallerne : 1. Sølv af økonomiske årsager ikke anvendt som kabelmateriale til svejsnin g 2. Kobber stærk leder og meget anvendt til kabler, herunder sekundærkabler til svejsning 3. Aluminium god leder. Anvendes både til almindelige - og svejsekabler/sekundærkabler 4. Jern relativ ringere elektrisk ledende egenskaber. Mod - stand, 7 gange større end kobber Elektrisk modstand Ved at lade en elektrisk strøm passere igennem en ledning, frembringes en trykforskel, en spænding, mellem ledningen s endepunkter, samtidigt med at strømmen møder en hvis modstand. Det må herefter være klart, at jo større modstand der er i lederen des mindre bliver strømmen hvis spændingen er konstant. Afhængighedsforholdet mellem spænding, strøm og mod - stand er, af fysikeren Ohm, udtrykt i en lov kaldet Ohms lov, der siger at den elektriske strøm (I) i en leder, er lig spæn - dingen (U) divideret med modstanden (R). 2.3 Ohms lo v Sættes Ohms lov op i en ligningsform får man : I R U Modstand måles altså i Ohm (SI), og kender man blot to af Ohm (S2 ) størrelserne I, U eller R, er det let at beregne den tredie ved at omskrive ligningen til følgende form : U = R I, eller R = I Da materialer har forskellig elektrisk modstand, er det selvfølgeligt interessant at præcisere et givet materiales specifikke modstand, den såkaldte resistivitet. Denne specifikke Specifikke modstan d Resistivitet 27

28 modstand betegnes med det græske bogstav, p der udtale s Rho. p angives som modstand målt i a, for et stykke af en leder der måler 1 m og har et effektivt tværsnit på 1 mm2 Er længden af en elektrisk leder I m og det effektive tværsnit A mm2, bliver modstanden i lederen: R = 1 p x Når en elektrisk strøm passerer gennem sekundærkablerne fra en svejsemaskine, udsættes disse for en opvarmning de r er afhængig af den elektriske"modstand i kablerne. Derfor er beregning af elektrisk modstand af stor betydning for, udregninger af elektriske kablers evne til at transportere svejsestrøm. Størrelsen af svejsestrømmen, kabellængderne og kablerne s tværsnit Da modstanden i kablerne, som bekendt er afhængig af båd e kabelmaterialet og kablernes effektive tværsnit og at denn e modstand stiger med kabellængden, er det vigtigt at dimensionere kablerne efter de aktuelle forhold, hvilket vil sige : Størrelsen af svejsestrømmen, kabellængderne og kablerne s tværsnit. Ved lysbuesvejsning med beklædte elektroder, regnes der normalt med et nødvendigt kabeltværsnit på 1 mm2 pr. 6 amp, for kabler på ca m. Anvendes længere kabler, ska l der kompenseres for denne "tommelfingerregel" ved at øge disses tværsnit. Talværdien for p er, for de forskellige materialer, angivet i teknisk litteratur, hvor denne eksempelvis er 0,0175 for kobber. Talværdien angives normalt ved en materialetemperatu r på 20 C. Skal man eksempelvis beregne modstanden i et sekundærkabel på 6 m, fremstillet af kobber og med et tværsnit på 5 0 mm2, anvender man formlen : R = p 1 A 28

29 Udregningen tager sig sådan ud : R = 0, = 0,0021. Den beregnede ohmske modstand er således 0,0021. For langt de fleste materialer er modstanden afhængig a f temperaturen og et givet materiales modstandsforandrin g ved forskellige temperaturer angives som temperaturkoefficienten a (alfa). Temperaturkoefficiente n a (alfa) Modstanden Rt = R 20 [1 + a (t - 20) ] Strømarter tii lysbuesvejsning Vekselstrøm Den normale strøm, leveret fra el-forsyningsnettet, er veksel - strøm der flyder gennem forsyningskablerne i vekslende retning. Vekselstrøm kaldes således, fordi den varierer melle m en maksimumværdi, den positive maksimumværdi, i de n ene retning og en ligeså stor maksimumværdi, den negative maksimumværdi, i den anden. Fremstillet grafisk tager et et simpelt strøm/tid diagram, for vekselstrøm sig ud som p å fig Vekselstrøm leveres i vesteuropa med en frekvens på 50 Hz, hvilket betyder, at den skifter fra positiv maksimumsværdi til negativ maksimumsværdi 100 gange pr. sekund. Man kan derfor ikke tale om en plus- eller minuspol for vekselstrøm s vedkommende, hvilket bl.a. gør at sekundærkabeltilslutningerne på vekselstrømstransformatorer til svejsning levere r den samme slags svejsestrøm. Da primærforsyningen af strøm, til svejsemaskiner, almindeligvis tappes fra det normale forsyningsnet, skal denne, for de fleste lysbuesvejseprocessers vedkommende, omformes ti l jævnstrøm, hvilket sker i selve svejsemaskinen. I den tungere industri, f.eks. værfts- og den sværrere konstruktionsindustri anvendes vekselstrøm som svejsestrøm næsten udelukkende til lysbuesvejsning med beklædte elektroder. Herudover anvendes vekselstrøm, som svejsestrøm, også til TIG-svejsning af aluminium og aluminiumslegeringer Positive maksimumværd i Negative maksimumværd i Figur 2. 1 Strøm/tid diagram for veksel - strøm. Som vist, stiger strømme n fra 0 til en positiv maksimumværdi, aftager til 0, skifter retnin g og stiger til en negativ maksimumværdi, hvorefter den aftager ti l 0 igen. Den tid der medgår til et henholdsvis negativt og positivt forløb kaldes en periode elle r frekvens (Hz). 29

30 Jævnstrø m Jævnstrøm der, som nævnt, ikke leveres gennem det normale el-forsyningsnet i Vesteuropa, kaldes således fordi den flyder igennem en leder, med en bestemt styrke og i en bestemt retning. Man kan tegne et grafisk billede af jævnstrøm, ved at fremstille det som strøm/tid diagram. Se fig W O Y 4' E t` N Ti d Figur 2. 2 Strøm/tid diagram for jævn - strøm. Ved at afsætte tiden horisontalt og strømstyrken vertikalt, vil strøm/tid diagrammet fo r jævnstrøm danne en horisonta l linie, for tiden, med vertikal angivelse af strømstyrken. Som ma n ser ligger vekselstrømmen alti d på samme side af den horisontale 0-linie. Jævnstrøm anvendes som svejsestrøm til den overvejend e del af alle lysbuesvejseprocesser, f.eks. : MIG/MAG-, TIG- og Plasmasvejseprocesserne Svejsestrøm og lysbu e Som svejsestrøm anvendes, som tidligere nævnt både veksel - strøm og jævnstrøm, eller varianter heraf. Det karakteristiske ved en lysbue, der er baseret på vekselstrøm er, at den er relativ "urolig", på grund af de svingninger der er tilstede i strømmen. Jævnstrøm forekommer derimod stabil og "rolig" i lysbue n på grund af den jævnt flydende elektronstrøm. Dette natur - ligvis kun når der ikke anvendes pulserende lysbue, hvilket sommetider er en betingelse for en del specielle svejsearbejder, eller ved MIG/MAG-svejsning, i det såkaldte kortbue - område. Svejselysbue En svejselysbue kan karakteriseres som en selvstændig ud - ladning med lav brændspænding, og når en lysbue er tændt, kan den vedligeholdes uden såkaldte "ydre ioniseringskilder". Den totale spænding, Ubue, over en svejselysbue i statisk ligevægt, (her ses der bort fra længdesvingninger forårsaget af 30

31 bl.a. dråbeafsmeltninger f.eks. ved MIG/MAG-svejsning), e r en funktion af såvel strømmen, Ibue, gennem buelængden lbue U bu e = funktion (I bue, lbue) I lysbuen sker der det, at molekyler spaltes til atomer, der består af en positiv kerne, samt et antal negative elektroner. Nogle af elektronerne bliver revet fra og atomet er nu bleve t til en positiv ion. Elektronerne bevæger sig med stor hastighed fra minus polen, katoden, til plus polen, anoden, der heved opvarmes kraftigt. Ionerne bevæger sig den modsatte vej, fra anoden, men i et langsommere tempo, hvorved katoden ikke opvarmes så kraftigt som anoden. Molekyler der spaltes til atomer ioner og elektroner danner lysbueplasma. Plasma, sommetider kaldet den fjerde tilstand, betyder at et stof har ændret form over : Fast flydende gasformig, til plasmatilstand. Fig illustrer formændringen. Molekyler Positiv io n Katoden - Anode n Plasma, den fjerde tilstan d A y Io n O0 r OH Plasmatilstan d eks. H+ + O+ + elektroner Figur 2. 3 Stoffets forandring fra molekylær tilstand til plasmatilstand C Elektro n - ---H Atomar tilstand eks. H C Frigjorte atome r Molekylar tilstand eks. H2O (is, vand, vanddamp ) Molekyle 31

32 Som man vil se er der forskellig opvarmning af elektroden, afhængig af om denne'har funktion som anode eller katode. Ved svejsning med vekselstrøm som svejsestrøm, er der i principet ens opvarmning af begge poler. Lysbuens funktion ved de forskellige lysbuesvejseprocesser, afhængig af gassammensætninger, pulsationsteknik, elektrodetype, etc., vil blive beskrevet nærmere under omtalen af d e respektive processer. 32

33 Beskyttelsesgasser 3 Beskyttelsesgasser er fællesbetegnelsen på forskellige gasser, eller gasblandinger, der anvendes til svejsning, hovedsagelig t i forbindelse med lysbueprocesserne MIG/MAG, TIG o g plasmasvejsning, men også ved andre svejseprocesser som eks. lasersvejsning. Gasbeskyttelse optræder imidlertid også i andre svejsemæssige sammenhænge. Ved gassvejsning med oxygen/acetylen, danner forbrændingsprodukterne "flammesløret", som beskytter smelten imod den atmosfæriske luft. Ved lysbuesvejsning med beklædte elektroder udvikles der beskyttelsesgas - ser af elektrodebeklædningen. Beskyttelsesgasserne kan have som formål, såvel at beskytte det smeltede materiale og elektroden mod den atmosfærisk e luft, som at indvirke på selve svejseprocessen. Det forekommer imidlertid også, at anvendelsen af en gas eller blandgas, alene har til formål at yde beskyttelse mod den atmosfæriske luft. Et typisk eksempel er anvendelsen af gas til beskyttels e af bagsiden af en svejsesøm. Kapitlet om beskyttelsesgasser omhandler beskyttelsesgasse r anvendt i forbindelse med MIG/MAG og TIG-svejsning. Beskyttelsesgasser anvendt i andre processammenhænge, vi l blive beskrevet i respektive afsnit, eksempelvis omhandlend e plasma- eller lasersvejsning. Beskyttelsesgassernes funktioner Ved MIG-, (Metal Inert Gas), MAG-, (Metal Aktiv Gas), o g TIG-, (Tungsten Inert Gas) svejsning er en af beskyttelsesgassernes funktioner som før nævnt, at beskytte elektrode o g smeltebad imod den atmosfæriske luft (nitrogen, oxygen og vanddamp). Denne funktion kan umiddelbart tilgodeses ved anvendelse af en inaktiv gas som argon eller helium, men helt så enkelt er valget ikke, når der også er procesteknisk e og økonomiske aspekter at tilgodese Metal Inert Ga s Metal Aktiv Gas Tungsten Inert Ga s 33

34 Ved valg af gas- eller gasblanding skal man tage hensyn til dens betydning i sammenhæng med en række faktorer, de r hver for sig indvirker på slutresultatet af svejsearbejdet: Grundmaterialets sammensætning, struktur, dimensioner og egenskaber iøvrig t Tilsatsmaterialets sammensætning Svejsesømmens indbrændingsprofil Svejsesømmens overfladeprofil Svejsesømmens overfladetilstand MIG/MAG-procesvarianten (kortbue, spraybue eller pulsering) Omfanget af svejsesprøjt ved MIG/MAG- svejsnin g 3.2 Beskyttelsesgassers specifikke egenskabe r Beskyttelsesgasserne har en række specifikke egenskaber. Som væsentlige i denne sammenhæng kan betragtes gassernes ionisations- og dissociationsenergi samt varmeledningsevnen. Forskellige gasser og gasblandinger vil have forskellige egenskaber. lonisationsenergien Ionisationsenergien for en gas er et udtryk for den energi, de r Ion skal tilføres for at omdanne et atom til ion og elektron. Ioni- Elektronvolt sationsenergien måles som regel i elektronvolt (ev). 1 ev svarer til Joule. Dissociationsenergien varmeledningsevnen Dissociationsenergien for en gas er et udtryk for den energi, der skal tilføres for at omdanne et molekyle til sine atomare bestanddele. Omdannelsen kan ske i flere dissociationstrin. Eksempelvis omdannes CO 2 i første trin til CO + 0 2, derefte r omdannes CO til C + 0 og 02 til 0 + O. Varmeledningsevnen skal primært betragtes i sammenhæng med den gas, som befinder sig udenfor den egentlige lysbue, idet kølevirkningen af den omgivende gas på lysbuen er e n væsentlig parameter for lysbuens form og øvrige karakteristikker. Med en fler-atomig (molekylær) beskyttelsesgas vil der i e t grænselag op til lysbuen være gang i dissociationsprocessen, 34

35 som kræver energitilførsel. Dissociation kan således bidrag e væsentligt til varmeafledningen fra en lysbuen. Kemis k tegn Massefylde (luft=1,293) [Kg/m3] Relativ massefyld e til luft Varmeledningsevn e [W/m K] Ionisationsenerg i [ev] Dissociations - energ i [ev] Reaktionsforhold ved svejsnin g Argon Ar 1,784 1,380 0,016 15,8 - Inakti v Helium He 0,178 0,138 0,143 24,6 - Inakti v Kuldioxid CO 2 1,977 1,529 0,015 14,4 Forskellig e reaktioner Oxiderend e Oxygen 0 2 1,429 1,105 0,024 13,6 5,1 Oxiderend e Nitrogen N2 1,251 0,968 0,024 14,5 9,8 Reaktionstræg Hydrogen H2 0,090 0,070 0,171 13,6 4,5 Reducerende Figur 3. 1 Beskyttelsesgassernes specifikke egenskaber ved 0 C og 1 ato ( bar) W/cm2 0,16 Figur 3. 2 Spidserne på kurverne for molekylære gasser illustrerer dissociationens bidrag til varmelednin g 0,12 0,08 > c a c ~ v 0,04 i ~ 0 // \ i / ~ ~ N / / i ~ ` / ' ~ / % \~.. N 2 Ar- --- j Temperatu r C Almindeligt anvendte gasser Almindeligt anvendt som beskyttelsesgas eller som komponent i en beskyttelsesgasblanding er argon (Ar), helium (He), kuldioxid (CO2 ), oxygen (02), nitrogen (N 2) og hydrogen (H 2 ). CO 2, 0 2, N2 og H 2 er molekylære gasser Molekylære gasser Argon Argon som er en inaktiv en-atomig gas, udvindes fra atmosfærisk luft efter samme principper som udvindingen af oxy

36 Blandgasser, kombinationsgasser gen og nitrogen. Det er den mest anvendte beskyttelsesgas i forbindelse med MIG/MAG- og TIG-svejsning. Enten som monogas eller som hovedkomponent i gasblandinger (blandgasser eller kombinationsgasser). Argon er tungere end luft, det vil sige, at den efter udløbet fra svejsebrænderen vil søge nedad. Det er for beskyttelsen af smeltebadet en absolut fordel ved svejsning på vandrette flader. Argon er i sammenligning med andre gasser en dårlig varmeleder, d.v.s. med argon forekommer den mindste køling af lysbuen. Det indbærer, at en lysbue i argon vil indstille si g med en større overflade (større bredde) end en tilsvarende lysbue i en gas med større varmeledningsevne. Til TIG-svejsning benyttes i langt de fleste tilfælde argon so m monogas (99,995% ren). Som følge af sin inaktivitet påvirke r den hverken wolframelektroden eller smeltebadet. Til MIG-svejsning benyttes argon som monogas hovedsageligt ved svejsning af kobber og kobberlegeringer, aluminium og aluminiumlegeringer samt nikkel og nikkellegeringer. Ve d svejsning af stål viser en argon lysbue sig så urolig, at den i praksis ikke benyttes. Det har vist sig, at forudsætningen for en stabil MIG/MAG lysbue med + pol på elektroden er, a t der på smeltebadets overflade forefindes en passende mængde oxider med relativt højt smeltepunkt. MIG/MAG-svejsning med gas med højt argon indhold resulterer i et indbrændingsprofil med udpræget vinglas- eller fingerform Heliu m Helium (He) udvindes fra nogle få forekomster i jorden. De t gør naturligvis gassen relativ dyr. Helium er som argon en enatomig inaktiv gas. Den er modsætning til argon betydeligt lettere end luft og vil derfor ved udstrømningen fra svejsebrænderen stige tilvejrs. Det betyder i praksis, at det med anvendelse af helium er nødvendigt at anvende relativt stort gasflow. Helium har ved stuetemperatur ca. 10 gange større varmeledningsevne end argon og ionisationsenergien er tilsvarende næsten 2 gange større. Det medfører i praksis ved TIG- 36

37 svejsning, at en lysbuen under ren helium kan være vanskeligere at etablere. En tilsætning af blot en mindre mængde argon, om ikke andet blot i tændingsøjeblikket, kan benytte s for at lette etableringen af TIG-lysbuen. Heliums store varmeledningsevne medfører at helium-lysbuen er betydeligt indsnævret i sammenligning med en argonbue, og at svejsespændingen for samme svejsestrøm blive r meget højere end ved anvendelse af argon. Helium-lysbuen fremtræder derfor som en kraftigere varmekilde. Ved MIG - svejsning vil helium være tilbøjelig til at give svejsesprøjt. Helium benyttes primært som komponent i blandgasser, fo r at afpasse energikoncentrationen i lysbuen efter jobbet og fo r at skabe bedre betingelser for jævn overgang mellem svejsesømmens overflade og grundmaterialet. Hydrogen Hydrogen (H2 ) er en to-atomig gas, som kan udvindes ved kemisk proces eller elektrolysse. Hydrogen er endnu lettere end helium. Det er imidlertid ikke en inaktiv gas, men virker reducerende på forekommende oxider. Hydrogen er brænd - bar og eksplosionsfarlig i rette blandingsforhold med luft. Ve d svejsning anvendes den kun som komponent i blandgasser. Varmeledningsevnen ved stuetemperatur er større end for helium. Ved de høje tempe-raturer, som forekommer omkring en lysbue, får varmeledningen et betydeligt bidrag fr a dissociationen af den to-atomige gas. Følgelig er hydrogen i blandgasser betydeligt mere effektiv end helium som regulator af lysbuens energi (fig. 3.3). Metallurgisk set er hydrogen bandlyst i forbindelse me d mange metalliske materialer. Undtagelser er austenitiske rustfrie stål, nikkel og visse nikkellegeringer, hvortil beskyt - telsesgassen vil kunne indeholde indtil 5-10% hydrogen. TIG-Indbrændingsprofil Figur 3.3 Indbrændingsprofiler ved TIG - svejsning med Ar, 2 forskellig e Ar/He-blandgasser og en Ar/H 2 blandin g 100%Ar 50%Ar + 50%H e 13V 15V 100%H e 21V 95%Ar + 5%H 2 14V 37

38 3.2.5 Kuldioxi d Kuldioxid (CO 2) er en fler-atomig gas, som udvindes af atmosfærisk luft. CO2 er tungere end både luft og argon. Som følge af, at der ved dissociation frigøres oxygen, virker CO2 oxiderende (forbrændende) ved de høje temperaturer som er kendetegnede for lysbuesvejsning. CO2 kan således ikke anvendes til TIG-svejsning af hensyn til wolframeletroden. Varmeledningsevnen af CO2 svarer ved stuetemperatur til argon, men ved de høje temperaturer omkring lysbuen giver dissociationen anledning til betydelig varmeafledning fra lysbuen. CO2 anvendes i stor udstrækning stadigt som monoga s (ublandet) ved MAG-svejsning af ulegerede stål, især i forbindelse med pulverfyldte rørtråde. Benævnelsen CO2-svejsning benyttes ligefrem som synonym for den teknisk korrekte betegnelse MAG-svejsning. Kuldioxids beskyttelse af svejseprocessen mod den atmosfæriske luft understøttes af, at gassen i forbindelse med dissociationen ekspanderer kraftigt, der indtræffer en volumen-forøgelse. MAG-svejsning med massiv tråd under dække af CO 2 giver i modsætning til svejsning med argonrig beskyttelsesgas et afrundet indbrændingsprofil (fig. 3.4), Det er i mange sammenhænge fordelagtigt for undgåelse af koldløbninger. En af ulemperne, ved at anvende ren CO 2, kan være at der dannes forholdsvis meget svejsesprøjt. Figur 3.4 Typisk indbrændingsprofil fo r MAG-svejsning med ren CO 2 og med en blanding af 82% Ar o g 18% CO 2 MAG-Indbrændingsprofi l 100%CO2 82%Ar + 18%CO 2 38

39 Nitrogen Nitrogen (N 2) er en to-atomig gas, som udvindes af den atmosfæriske luft og er en anelse lettere end luften. Den kan ved høj temperatur gå i forbindelse med forskellige stoffer og kan give anledning til poredannelse i svejsemetal. Hertil kommer, at der i forbindelse med lysbuesvejsning dannes nitrøse gasser (NO), som er helbredsskadelig. Følgelig benyt - tes nitrogen kun i begrænset omfang til beskyttelse af svejseprocessen. Nitrogens varmeledningsevne ved stuetemperatur er højere end for argon. Dissociation af N2 yder sit bidrag til varmeafledningen fra lysbuen. Anvendelsen af nitrogen til svejsning er udelukkende knyttet til svejsning af kobber med godstykkelse på 3-4 mm og derover. Såvel i forbindelse med MIG-svejsning som med TIGsvejsning. Denne specielle anvendelse hænger sammen med at energikoncentration i en lysbue under nitrogen er så stor, at den i stor udstrækning kan kompensere for den store varmeafledning i kobbermaterialet. Svejseforløbet kan virke noget uroligt, men kan stabiliseres ved tilsætning af argon. Der eksperimenteres ved svejsning af visse typer ferrit-austenitiske rustfrie stål (Duplex-stål) med tilsætning af få procen t nitrogen i argon. Nitrogen er en stærk austenitdanner, hvorfor den kan være medvirkende til at opnå det ønskede ind - hold af austenit i svejsesømme i sådanne stål. Blandgasser Betegnelsen blandgasser, dækker gasblandinger med to eller flere gaskomponenter Ved TIG-svejsning vil en blandgas normalt være på to-komponent basis med argon som den ene komponent. Den anden komponent er som regel enten helium eller hydrogen. Tilsætningen af hydrogen til argon kan typisk være mellem 2% og 10%. Anvendte blandingsforhold mellem argon og helium er normalt koncentreret omkring 3 niveauer : 75% Ar/25% He. 50 % Ar/50% He og 25% Ar/75% He. Sådanne blandinger bruge s 39

40 ved så el TIG- som MIG-svejsning. Fig. 3.5 illustrerer effekten af'fe-tilsætning til argon. Figur 3. 5 Forskel i indbrændingsprofil ve d svejsning med Ar og en Ar/He blandin g MIG Indbrændingsprofi l 100%Ar 280A/25V 50%Ar + 50%He 280A/28 V Ved MAG-svejsning er der hyppigst tale om to-komponent gasser, men gasser med 3 eller 4 komponenter anvendes i stigende omfang, dog ikke i forbindelse med pulverfyldte rørtråde. To-komponent gasser har, for MAG-svejsning af stål, argon som hovedkomponent CO2 eller O2 som den anden. Tre-komponent gasser kan omfatte blandinger af Ar, CO 2 o g 02 eller af Ar, He og CO2. Fire-komponentgasser består af Ar, He, CO2 og O2 eller af Ar, He, CO2 og H Baggasser Betegnelsen baggasser dækker gasser eller gasblandinger, der anvendes til beskyttelse af bagsiden af en svejsesøm. Størst omfang af anvendelsen af baggas finder sted ve d svejsning af rustfrie stål for at undgå afbrænding (oxidering ) af krom ved overfladen af såvel svejsesøm som varmepåvirket grundmateriale. Korrosionsbestandigheden af overfladerne nedsættes drastisk, såfremt kromindholdet reducere s ved forbrænding. Ved svejsning af titan er dækning af bagsiden med en inaktiv gas absolut nødvendig såvel af korrosions- som af styrke - mæssige hensyn. Også ved svejsning af nikkel og dets lege - ringer og af kobber og kobberlegeringer må der anvende s baggasdækning. Ved svejsning af ulegerede stål er det påkrævet med beskyttelse af bagsiden, hvis glødeskal skal und- 40

41 gås. I almindelighed gælder det, at baggas stabiliserer bag - siden af en rodstreng dermed giver svejseoperatøren bedr e mulighed for gennemføre et ensartet og roligt svejseforløb. En vigtig pointe ved anvendelse af baggas er at sikre at den atmosfæriske luft fortrænges helt af baggassen fra rummet bag svejsømmen. Ved strengeste krav til bagsiden af austenitiske rustfrie stålrør forlanges, at restindholdet af oxygen i den beskyttende atmosfære ikke overstiger 25 ppm (25 part s pr. million = %), når hæftning og svejsning påbegyndes. Argon kan altid anvendes som baggas. Andre muligheder er formiergas (N2 + H2), ren nitrogen og argon med tilsætning af hydrogen. Der ses bort fra helium, som følge af gassens høje pris. Formiergas Normalt forstås ved formiergas en blanding af nitrogen og hydrogen med blandingsforhold 90/10. Blandingsforhold som 80/20 kan dog også forekomme, men indebærer risiko for dannelse af knaldgas ved opblanding med luft. Hydrogenandelen i gassen synes at have en reducerend e virkning ved de overfladetemperaturer, der giver anledning til anløbning af bagsiden af en svejsesøm. Det vil sige, at H2 øjensynligt forbinder sig med restoxygenen i baggasdækningen. Det er en almindelig erfaring, at anvendelse af formierga s ved svejsning af austenitiske rustfrie stål giver anledning til lettere gennemsvejsning af rodstrengen og til bedre formning af bagvulsten end ved brug af argon som baggas. Formiergas er ikke anvendelig som baggasdækning ve d svejsning af materialer, som ikke kan forliges med hydrogen og/eller nitrogen. Eksempelvis titan, kobber, titan-stabiliserede stål, rustfrie stål, hvor nitrogen påvirker ferrit-austenit forholdet, samt hydrogenfølsomme ulegerede eller lavtlegerede stål. Nitrogen-baggas Nitrogen ses sjældent anvendt alene som baggas. Årsagen kan være, at nitrogen ikke altid leveres med tilstrækkelig lav t 41

42 restindhold af oxygen og vanddamp. I princippet kan gassen benyttes ved svejsning af kobber og iøvrigt, hvor formierga s kan anvendes Argonlhydrogen-baggas Argon/hydrogen blandinger er mere sjældent anvendt so m baggas. Som regel kun i situationer, hvor der i forvejen anvendes argon/hydrogen blanding til svejsning. Det vil normalt være dårlig økonomi at anvende denne gasblanding. 42

43 Svejsemetallurgi og varmepåvirkning 4 af det svejste materiale Ved smeltesvejsning opvarmes metallet i sagens natur o p over dets smeltepunkt. Afhængig af svejseproces, legerings - sammensætning og emnets geometri opnår smeltebadet en overtemperatur, der kan nå op over C. Det er i kapitel 2 gennemgået hvilken elektrisk effekt, som afgives fra svejsebrænderen. Med en effektivitetsfaktor, som afhænger af procestype (bl.a. beskyttelsesgastypen i TIG o g MIG), kan en tilnærmet værdi for den afsatte effekt (heat input) i svejsefugen beregnes. Beregning kan eksempelvis følge EN 1011 (hvor faktoren fx for TIG angives til 0,6). Se også afsnit Hvorledes varmen breder sig ud i grundmaterialet beregnes efter formel 4-1 og 4-2. Over C Varmeudbredelse To-dimensional varmeledning (typisk stumpsøm i pladetykkelser af samme størrelsesorden som smeltebadet) : T-To = Q exp 4~?t du47r X c p t (4-1 ) T = øjeblikstemperatur i en given afstand x fra svejsesømmen til tiden t To = pladens temperatur, evt. forvarmningstemperatu r d = pladetykkels e A = varmeledningskoefficient (J/cm s C ) c = specifik varmekapacitet (J/g C ) p = vægtfylde, densitet (g/cm3 ) a = termisk diffusivitet cm2 /s = p. c Q = heat input J/c m Tre-dimensional varmeledning (påsvejsning, eller svejsesøm - me i tykke plader) : T-To Q = p 4a. t 27r A t ex (4-2) r = den radielle afstand fra svejsesømme n iøvrigt som foregående 43

44 Ved to-dimensional varmeledning kan temperaturen i HA Z beregnes udfra maksimaltemperaturen Tmax og afkølingshastigheden udtrykt ved afkølingstiden fra 800 C til 500 C, t8_5 : Ot 8-5 (500-To ) 2 (800 -To)2- Ot ex 8_5 (500-To ) 2 (800-To) 2 - T-To p (4-2a ) 300 (1300-2To)t 1, (1300-2T o)(tmazto) Beregninger af denne art findes i stigende grad som regne - programmer til PC. HAZ er den zone hvor struktur og/eller egenskaber ændres Kornvækst er altid uønsket Kort beskrevet vil det være således, at en relativ smal zon e langs svejsesømmen gennemløber en temperaturcyklus me d en hurtig opvarmning til maksimaltemperatur Tmax. efterfulgt af en langsommere afkøling. Tmax. er naturligvis aftagende med afstanden til svejsesømmen. Den zone hvor T max. og tiden ved den høje temperatur er tilstrækkelig til at giv e ændringer i mikrostruktur og/eller egenskaber, betegnes de n varmepåvirkede zone eller HAZ (Heat Affected Zone). I den varmeste zone vil der som hovedregel altid ske en større elle r mindre vækst i kornstørrelsen. Kun i specielle legeringer svejst med høj effektkoncentration, f.eks. elektronstråle- o g lasersvejsning, kan kornvækst helt undgås. Kornvækst er altid uønsket, fordi det forringer de mekaniske egenskaber og i visse tilfælde også korrosionsegenskaberne. I de fleste austenitiske legeringer er en hvis kornvækst dog uden væsentli g indflydelse på egenskaberne. Legeringer, som kan hærdes til martensit, vil i regelen opnå hel eller delvis martensitisk struktur i HAZ. Det er sålede s nødvendigt at svejse med nøje fastlagte parametre for a t undgå hærderevner og hydrogenrevner og få tilstrækkeli g sejhed i HAZ. Udskillelseshærdbare/modningshærdbare legeringer vil få både en opløsningsglødet zone (som muligvis modner natur - ligt med tiden), og en overmodnet zone. Visse legeringer vil desuden kun - ne udvikle sprødhed som følge a f ældning Kolddeformerede metaller vil dels få udglødet deformations - hærdningen, og dels rekrystallisere i en zone i HAZ. Visse legeringer (typisk V-legerede eller N- og P-forurenede typer) vil desuden kunne udvikle sprødhed som følge af ældnin g 44

45 eller ældningslignende ændringer i metallet. Kolddeformerede emner af følsomme legeringstyper vil lettere udvikle ældning end emner, som er varmdeformerede eller rekrystalliserede henholdsvis udglødede. Bratkølede emner vil ofte være bragt i en tilstand, der ikke e r den stabile ligevægtstilstand. De kan derfor ændre tilstand mod den stabile ved opvarmning, f.eks. under svejsning. Eksempelvis kan en legering som efter bratkøling er en-faset, under svejsningen udskille en eller flere faser som partikler eller korn i HAZ. Tilsvarende udskillelser kan i øvrigt forekomme i svejsemetallet ved for langsom afkøling. En gennemgang af de mes t almindelige typer udskillelser : Karbider, sigmafase, chifas e og nitrider samt 475 C-sprødhed (ferritfasetransformation) findes i kapitel 14, modul R2 ; "Nedbrydning Rustfrit stål, nikkel og titan". Det er væsentligt at slå fast, at de fleste typer af udskillelser dels kan føre til sprødhed og dels kan gøre materialet korrosionsfølsomt ved at binde f.eks. krom og molybdæn, ma n kalder det at materialet sensibiliseres. Den lokale opvarmning af materialet og den heraf følgende lokale længdeudvidelse fører til høje spændinger og deformationer omkring svejsesømmene. De højtlegerede austenitiske materialer som rustfrit stål og nikkellegeringer giver spe - cielt høje spændinger som følge af større længdeudvidelses - koefficient, lavere varmeledningsevne og relativ høj styrk e ved højere temperaturer. Austenitiske legeringer udvikle r høje restspændinge r Spændingsfordelingen under svejsesømmens afkøling er vist i figur

46 Figur 4. 1 a) Restspændingsfordelingen i e n stumpsøm med frie pladeender. b) Opbygningen af svejserestspændinger tværs over en svejse - søm, som funktion af tiden.) Temperatur fordeling Temperatur tri n Termisk Akkumuleret spænding ved termisk temperatur spændin g tri n Tid t = 0 sek t = 25 sek -Ik3r)otd- 1\1kil t = 50 se k og, tilsvarende, for t = 100 og 300 sek IVk» 1\Ail Restspændinge r Resttrækspændinger op til flyde - spændingen i svejsemetal og e n del af HAZ Der må således regnes med resttrækspændinger op til flyde - spændingen i svejsemetal og en del af HAZ. Trækspændinger i svejsesømmen kan føre til uønskede deformationer under belastning eller opvarmning, eller bidrage til initiering a f udmattelse og spændingskorrosion. Kun ved afspændingsglødning (som kan være uheldig i de højtlegerede materialer) 46

47 eller deformation, f.eks. overhamring eller shot peening, ka n restspændingsniveauet sænkes. Struktur og egenskaber i svejsemetal og HAZ. Typisk sammensætning på martensitiske, ferritiske, austenitiske og duplex rustfrie stål er vist i bilag Martensitisk rustfri stål Martensitiske rustfrie stål er generelt svejsbare under forud - sætning af, at der anvendes specielle svejseprocedurer. Med øget kulstofindhold vil der være stigende risiko for såve l hærderevner som sensibilisering ved karbiddannelse. Nitro - gen kan føre til sensibilisering som følge af nitridudskillelse. Martensitiske rustfrie stål kan svejses med forvarmning o g eventuelt en efterfølgende varmebehandling. Martensitiske rustfrie stål er følsomme for hydrogenrevner, hvilket der skal tages hensyn til i svejseproceduren. Automatkvaliteter kan give specielle problemer med hydrogenreaktioner med svovl og selen. Ferritiske rustfrie stål Svejsbare ferritiske stål fordeler sig typisk i tre grupper: Stå l med 10,5-14% Cr eventuelt med væsentlige aluminium og titanindhold og lavt kulstofindhold; stål med ca. 18% Cr even - tuelt med 2% molybdæn og stål med 26% Cr og 1% Mo. De to sidstnævnte forudsætter ekstra lavt indhold af kulstof o g nitrogen (ELI-stål) og er ofte stabiliseret med titan eller niob. Ældre typer med højt krom- og kulstofindhold er generel t vanskelige svejsbare, primært p.g.a. risiko for sensibiliserin g overfor interkrystallinsk korrosion. Der kan for visse legeringer opstå en lille mængde martensit En lille mængde martensit er ac - ved svejsning, men dette påvirker som regel ikke egenska- ceptabelt ved lavt kulstofindhol d berne væsentligt, såfremt kulstofindholdet er lavt. Der er inden for de seneste år fundet anvendelse for en ferritisk-martensitisk legering med 11-12% Cr (f.eks. Cromweld 3Cr12). Materialet har egenskaber som rustfrie stål i en ræk - 47

48 I ke relativt milde korrosionsmiljøer og er prismæssigt fordel - agtig i sammenligning med 18/8 austenitisk rustfrit stål. Der findes specielt for de højest legerede typer en risiko for sigma-og chifaseudskillelser ved uhensigtsmæssige svejseprocedurer. Det største problem for alle typer af ferritiske rustfrie stål er kornvækst, som medfører drastisk fald i sejheden i HAZ. Ferritiske rustfrie stål potentielt hydrogenfølsomme, I øvrigt er ferritiske rustfrie stål potentielt hydrogenfølsom - me, hvilket der skal tages hensyn til i svejseproceduren Austenitiske rustfrie stål Gruppen af austenitiske rustfrie stål er meget bred, fra de traditionelle 18/8-typer over syrefaste, svovlsyrebestandige til meget højtlegerede typer med høj bestandighed i kloridholdige medier, som f.eks. varmt havvand. Med kromindhold fra 18 til 24%, nikkelindhold fra 8 til ca. 30%, molybdænindhold fra 0 til 7% og nitrogentillegering vi l der være vidt forskellige problemer inden for gruppen. Kornvækst er i regelen et ubetydeligt problem, eftersom d e austenitiske stål har høj sejhed og ingen omslagstemperatur. Meget store korn kan dog føre til sejringsfænomener, so m sænker korrosionsbestandigheden. Udskillelse af karbider sensibilisering kan være et problem, såfremt kulstofindholdet er over ca. 0,03%, uden at der er stabiliseret med titan (Ti? 5 x% C) eller niob (Nb > 10 x% C). Ikke stabiliserede stål med kulstofindhold over 0,03-0,05% vil, som det ses i figur 4.2, efter relativ kort tids opvarmning til C blive følsomme for interkrystallinsk korrosion d.v.s. sensibiliseres. Sensibilisering medfører iøvrigt også en forøget risiko for lokalkorrosion som følge af grubetæringer eller spaltekorrosio n Diagrammet er udviklet ved forsøg med 18/8-rustfrit stål, men er ligeledes anvendeligt som retningsgivende vurdering af forholdene i syrefaste stål. Efter længere tids opvarmning i temperaturområdet C kan der ske udskillelse af den sprøde jern-kromforbindelse sigmafase. Tiden til udskillelse falder med stigend e 48

49 ,05 0,05 6 0,052 Figur 4.2 Karbidudskillelse i et omfang som giver risiko for interkrystallinsk korrosion i 18/8-typen a f rustfrit stål, et TTS-diagram. (TTS- Tid-Temperatur-Sensibilisering). 0,030 0,019 10s 1 min 10 1 h h krom- og molybdænindhold, men kan forlænges med tillegering af nitrogen. Kromsejring og molybdænsejring, f.eks. i en ferritfase i svejsemetallet, kan føre til sigmafase under svejsning. Samtidig gør dette, at meget højtlegerede stål har specielle problemer. F.eks. kan 254 SMO og 654 SMO kun svejse s uden sigmadannelse ved at HAZ stabiliseres af nitrogen i grundmaterialet og svejsemetallet stabiliseres ved at svejs e med tilsatsmateriale med højt nikkelindhold. Sigmafase, og i øvrigt en række andre sekundære faser som kan opstå sammen med sigma, kan føre til nedsat korrosionsbestandighed som følge af mekanismer helt parallelt til karbid-sensibilisering. Desuden kan større mængder af den sprøde fase medføre lav duktilitet. Urenheder som svovl og fosfor medfører risiko for varmrev - ner primært i svejsemetallet som centerlinierevner og krater - revner. Større indhold i grundmaterialet kan føre til revner på korngrænserne i HAZ. Varmrevner i svejsemetallet modvirkes primært ved at holde svovl og fosfor lavt, men også ved valget af tilsatsmateriale. Sammensætningen af smeltebadet skal sikre, at der netop sker fuld størkning, som delta - ferrit, der kan opløse mere svovl og fosfor. I den afkøled e svejsesøm vil dette ses som 3-10% ikke omdannet ferrit. Valg af tilsatsmateriale og opsmeltningsgrad kan udføres ud fra Shaeffler-DeLong diagrammet, se afsnit 4.3. I øvrigt kan en varmrevnerisiko modvirkes ved at svejse med lav højde breddeforhold i fugen evt. ved brug af mindre og flere strenge eller ved at svejse med en pulsstyret proces. I højtlegerede typer bør man altid svejse med pulseret lysbue, se iøvrigt af - snit

50 4.2.4 Duplex rustfrit stå l Duplex, der blot betyder to-faset, anvendes som betegnels e for ferrit-austenitiske legeringer med nominelt 50% af hver fase. I den varmeste zone af en svejsesøm omdannes som regel a l materiale til ferrit (deltaferrit) og under afkøling omdannes en større eller mindre mængde af deltaferrit til austenit. Hvor stor en mængde austenit der gendannes, afhænger primært af legeringsindholdet (mængde af austenitdannere primært N, Ni) og afkølingshastigheden. Ferritprocenten skal ligge i intervallet 30-70%. Lokale variationer kan være afgerende for korrosionsbestantligheden Temperaturområdet fra C og op til C ikke kan anbefales Optimale egenskaber fås omkring 50% af hver fase. Over ca. 70% ferrit opstår der risiko for lavere sejhed og lavere korrosionsbestandighed, og under ca. 30% ferrit bliver risiko for kloridbetinget spændingskorrosion væsentligt forøget. Ma n skal derfor afstemme tilsatsmateriale og svejseparametre i svejseproceduren således, at ferritprocenten ligger i interval - let 30-70%. Det generelle ferritindhold kan måles med specielle kalibrerede apparater eller ved mikrostrukturundersøgelse, d.v.s. metallografisk, se ISO 8249 og 11 W Doc IX Lokale variationer i ferritindholdet i f.eks. HAZ eller enkelte strenge kan kun vurderes metallografisk. Disse va - riationer kan være af afgørende betydning fo r korrosionsbestandigheden. Duplex stålenes relative høje krom- og molybdænindhol d medfører, at stålene er følsomme for sigmafasedannelse. Nitrogentillegering er derfor nødvendig både for at stabiliser e austenitdannelsen i svejsesømme og for at hindre sigmafasedannelse. Det er dog en forudsætning for nitrogens gunstige indvirkning, at ferritindhold under ca. 70% opnås, og at ferritkornene er relativt små, i modsat fald udskilles nitrider i ferritfasen, og dette vil medføre fald i såvel sejhed som korrosionsbestandighed. Helt eller delvist ferritiske stål vil være følsomme for 475 C - sprødhed, hvorfor varmebehandling og drift i temperatur - området fra C og op til C ikke kan anbefales. Ved tilstrækkelig lavt ferritindhold og lav ferritkornstørrelse er hydrogenfølsomheden formentlig begrænset, f.eks. er der med held svejst duplex 2205 med 5% hydrogen i beskyttelsesgassen i en TIG-proces og formiergas (90N210H 2) er upro- 50

51 blematisk, ja endog anbefalelsesværdig (på grund af N 2), som baggas. Nikkel og nikkellegeringer Nikkellegeringer er generelt svejsbare og kan loddes, såfremt der tages specielle hensyn til f.eks. gasbeskyttelse. Visse modningshærdbare legeringer (AlTi og til dels Cu-legerede), som svejses i opløsningsglødet tilstand, kan dog revne i HA Z ved en mekanisme betinget af styrkeøgning og deraf følgen - de nedsat duktilitet samt spændinger under afkøling. En oversigt over svejsbarhedsproblemer er vist i figur Nikkellegeringer er generelt svejsbare % 6 - (D Alloy 713 C O IN 10 0 Figur 4. 3 Anslået svejsbarhed af visse udskillelseshærd bare nikkellegeringer, baseret på aluminium- o g titanindhold. ) O Duranicke130 1 Vanskeligt svejsbare Mone l K-500 O Udimet 500 Nimonic 80A O\ v [lene 4 1 Svejsbare Inconel X-750 O 0 1 Titaniu m M252 O WOaspaloy\ Inconel X-750 \ \ \ % Urenheder, som f.eks. svovl og fosfor, vil som for austenitis k rustfrit stål medføre problemer med varmrevner primært i svejsemetallet (centerlinierevner, kraterrevner) men ved høj e indhold også i HAZ (genopsmeltningsrevner). Kalcium, Cerium, aluminium og titan kan selv i små mængder føre ti l slaggeøer eller -pletter på smeltemetallet. Disse slagger kan medføre indeslutninger/bindingsfejl i flerstrenget svejsning. Indflydelse af overfladeslagger på korrosionsbestandighede n er ikke klarlagt, men der vil formentlig kunne være en nega- 51

52 tiv effekt både ved lokale galvaniske forhold, og ved tildækningskorrosion, hvis belægningerne er delvist løse. Kulstofindholdet bør være lavt, i modsat fald kan det føre ti l problemer, såfremt legeringen ikke indeholder tilstrækkelige mængder titan eller niob Ren titan og legeringer af a o g nær a-type er umiddelbart svejsbar e Desto mere p desto ringere duktilitet ß-legeringer og a-ß-legeringe r med høj b-andel er kun delvist svejsbare Titan og titanlegeringe r Ren titan og legeringer af a og nær a-type er umiddelbart svejsbare, såfremt forurening med jern, kulstof, oxygen o g hydrogen og nitrogen undgås. Mikrostrukturen og egenskaber er uændret i zoner, hvor maksimaltemperaturen ikke har været over ca. 540 C. I zoner som har været over 540 C, men under stabilitetsgrænsen for P-fasen, sker en udligning både af spændinger og af en eventuel kolddeformationshærdning. I den varmeste del af HAZ svarer egenskaberne til svejsemetallet. a-(3-legeringer ænd - rer generelt egenskaber, desto mere (3 desto ringere duktili - tet. Ti-6AL-4V har relativt gode svejseegenskaber, og Ti-10V- 2Fe-3A1 er svejsbar (her som følge af finkornsegenskaber). 3-legeringer og a-(3-1egeringer med høj ß-andel er kun delvist svejsbare. For høj mængde (3-fase i svejsemetal og HA Z medfører lav duktilitet og risiko for revner. Titan kan generelt ikke svejses til andre metaller ved normale lysbueprocesser (undtagen dog Zr, Nb, Ta og Hf). Årsagen hertil er dannelse af sprøde intermetalliske faser. Forurening med gasser fra atmosfærisk luft, fra forgasning af olie, fedt og snavsrester samt oxygen fra metallets egen oxid - film kan føre til sprødhed. Alle dele af emnet som opvarmes over ca. 240 C, skal beskyttes med ren tør inert gas for at hindre indtrængning af oxygen, hydrogen og nitrogen. I modsætning til hydrogenproblemer i stål kan hydrogen i titan ikke klares ved forvarmning og efterfølgende varmbehandling ved relativ lav temperatur. Hydrogen danner stabile faser (hydrider) i titan. I øvrigt kan større indhold af forureninger medføre porer i svejsemetallet. Kornvækst i titanlegeringer kan i visse tilfælde være et problem i a-legeringer, eftersom kornstørrelsen kun kan mindskes igen ved kolddeformation og rekrystallisering. 52

53 Tilsatsmaterialevalg og fugegeometri 4.3 Valget af tilsatsmateriale til rustfrit stål, nikkel- og titanlegeringer kan foretages ud fra en række hensyn, primært til korrosions- og mekaniske egenskaber. For austenitiske rustfrie stål kan der desuden være hensynet til at begrænse risikoen for varmrevner som afgørende faktor. I de fleste tilfælde vil selv tilsvarende (arts egne) tilsatsmateri - aler være overlegerede på et eller flere legeringsstoffer. Overlegering er nødvendig for at sikre, at svejsemetallet er lid t mere korrosionsbestandigt end grundmaterialet selv med d e sejringer, som kan forekomme i en størknestruktur. Svejsning uden tilsatsmateriale eller med stumper af plade eller rør vi l som hovedregel give en lavere korrosionsbestandighed. Tilsatsmaterialer standardiseres i dag enten efter AWS, (5.4 for elektroder, 5.9 for TIG- og MIG-tråde, 5.22 for rørtråde) ; DIN (8556 for elektroder og TIG- og MIG-tråde, fo r rørtråde), eller ISO I fremtiden skal der formentlig specificeres efter EN-standarder. - Tilsvarende tilsatsmaterialer e r overlegerede på et eller flere le - geringsstoffe r - Standardiseres efter AWS, DI N eller IS O Martensitiske rustfrie stål Der anvendes i vid udstrækning type 410 tilsatsmateriale til at svejse såvel AISI 410 som AISI 403, 414 og 420 martensiti - ske stål. Støbegods som CA-6NM svejses med et 410 NiMotilsatsmateriale. I "som svejst" er svejsemetallet sprødt og bør varmebehandles, alternativt svejses med austenitisk tilsatsmateriale type 308, 309 eller 310, der kan anvendes uden varmebehandling. Bemærk at HAZ alligevel kan kræve varmebehandling. Ikk e modningshærdbare nikkel baserede (Ni-Cr og NiCrFe) til - satsmaterialer kan også anvendes, men er dyrere. Ferritiske rustfrie stål Ferritiske rustfrie stål svejses principielt med enten tilsvarende tilsatsmateriale, austenitisk rustfrit stål eller nikkellegeringer. Det kan anbefales at søge råd hos stålleverandøren, specielt ved sammensvejsning af forskellige stål. Type 409 og 430 og i mindre udstrækning typerne 442 og 44 6 (dog kun som beklædte elektroder) forefindes. Type 430 kan 53

54 findes i alle normale former for tilsatsmateriale. Ringe meka - niske egenskaber i HAZ begrænser anvendelsen af ferritisk e stål til svejste konstruktioner. Det begrænsede omfang a f svejste konstruktioner begrænser også udbuddet af tilsats - materiale. ELI-stålene kan svejses med tilsvarende tilsatstråd, men i praksis anvendes ofte austenitiske elektroder, eventuelt med et højt ferritindhold, f.eks. 309 MoL. Nikkellegeringer, som f.eks. ENiCrFe-3, anvendes ofte, specielt hvor nikkel- elle r kobber-nikkellegeringer indgår i samlingen For de højtlegerede er det nødvendigt at overlegere tilsatsmaterialet kraftigt for at stabilisere austenitstrukturen og derme d sikre optimale korrosionsegen - skabe r % ferrit for optimal varmrevnesikkerhe d Austenitiske rustfrie stå l Austenitiske rustfrie stål, specielt de lavere legerede typer svejses som hovedregel med tilsvarende type tilsatsmateriale. Højere legerede typer, f.eks. 6-7% molybdæn-stål som 25 4 SMO og 654 SMO, udviser stor tendens til udskillelse af sekundære faser. Tendensen fremmes af sejringer i det størknende smeltebad. Både sekundære faser og sejring svække r korrosionsegenskaberne, og det er derfor nødvendigt a t overlegere tilsatsmaterialet kraftigt for at stabilisere austenitstrukturen og dermed sikre optimale korrosionsegenskaber. Austenitiske 6% molybdæn stål som 254 SMO svejses derfor med Inconel 625 tilsatsmateriale og 654 SMO med en legering lig Hastelloy C-276. Sammensætningen af tilsatsmateriale til de lavere legerede typer fra 18/8 til 904L er i regelen valgt således, at 3-10% fer - rit i det størknede svejsemetal kan tages som udtryk for optimal varmrevnesikkerhed. Mindre ferritindhold kan betyde for lav sikkerhed, og mere end ca. 10% øger risikoen for ska - der som følge af eventuel selektiv korrosion eller sigmafasedannelse. Anbefalede fugegeometrier er vist i figur 4.4. Shaeffler-DeLong diagrammet vi - ser strukturen i svejsemetal afkølet med en normal afkølingsha - stighed Hvilken struktur et tilsatsmateriale, eller en opsmeltning og størkning af grundmateriale vil give, ses af et Shaeffler-De- Long diagram. Diagrammet er, som tidligere nævnt, udvikle t til at vise strukturen i svejsemetal med en given sammensætning og afkølet med en normal afkølingshastighed. Grundmaterialet, der i leveringstilstanden er opløsningsglødet og bratkølet, kan således godt have en lidt anden struktur end 54

55 Pladetykkelse mm Fugefor m < 2, 5 ~ry~~~~ \\\\H\\ < , 5 Plade - tykkels e mm Fugeform 'R8 ItN, `t 1, 5 15 Figur 4. 4 Anbefalede fugegeometrier ti l austenitisk rustfrit stål. Ude n spalteåbning. Mindre spalteåbninger kan anvendes og anbefales til højtlegerede tilsatsmateriale r < , < 16 /~/'',,-y ~~ y-,, I~~~` ~J' < t 30 0 R8 \ 1 6 < 25 1, 5 < < 4 % / ~2 5 < = 2 < 12 i\i~;;\\~ 1,5 _ 1, 0 < 8 vist i diagrammet. Eksempelvis er 18/8-stål i regelen fuld austenitisk, og opsmeltet og størknet metal bliver delvis ferritisk, med 3-5% ferrit. Diagrammet, som er vist i figur 4.5, er inddelt i martensit-, austenit-, og ferritfaseområder og blandingszoner. På akserne har man henholdsvis kromækvivalent og nikkelækvivalent, som giver en vægtet faktor for henholdsvis ferrit- og austenitstabiliserende elementer. Kromækvivalent og nikkelækvivalent giver en vægtet faktor fo r henholdsvis ferrit- og austenitstabiliserende elemente r 5 5

56 Figur 4. 5 Shaeffler-DeLong diagram for mikrostruktur i svejsemetal Krom ækvivalent, %Cr + 1,5 %Si + %Mo Austenit-ferritområdet er detaljeret opdelt med angivelse a f såvel ferritprocent som enheden ferritnummer, se figur 4.6. Figur 4. 6 DeLong diagram for ferrit-austenit blandingsområd e Krom ækvivalent, %Cr + %Mo + 1,5 - %Si + 0,5 N b Ferritnummer (FN) er en enhed, som har relation til kalibrered e målemetoder Ferritprocenten kan, som tidligere nævnt, i praksis kun tilnærmelsesvis opmåles metallografisk, hvorimod ferritnummer (FN) er en enhed, som har relation til kalibrerede målemetoder, jfr. f.eks. ISO 8249 og IIW Doc IX I det mest interessante område omkring 3-5% er der ingen væsentli g forskel på de to enheder. 56

57 Diagrammet anvendes oftest som kontrol af en given svejsesøm. Udover grundmaterialernes- og tilsatsmaterialets kemiske sammensætning skal man kende eller anslå opblandingsforholdet i den valgte fugegeometri for at kunne finde svejse - metallets struktur. Et tilsatsmaterialevalg kan enklest foretages ved kontrol af kvalificerede gæt. Anvendelsen af diagrammet kan vises ved at se på forholdene i en sammen - svejsning af kulstofstål og syrefast rustfrit stål, hvor der øn - skes 3-10% ferrit i svejsemetallet, se figur 4.7. Anvendelse af Shaeffler-DeLon g diagrammet Figur 4. 7 Anvendelsen af Shaeffler-De - Long diagrammet til at vurdere et tilsatsmaterialevalg til sammenføjning af kulstofstål og S S Krom ækvivalent, %Cr + %Mo + 1,5 %Si + 0,5 %N b 3 0 Først placeres de to grundstoffer kulstofstål -1- og syrefas t rustfrit stål SS Smeltes lige store mængder op (symmetrisk svejsesømsgeometri) bidrager de tilsammen med e n metalblanding svarende til pkt Der skal herefter vælge s et ferrit-austenitisk tilsatsmateriale til højre for linien som an - giver 10% ferrit (henholdsvis 10 FN). Forsøgsvis anvendes ER 309 MoL (f.eks. Avesta P5, Sandvik LR eller tilsvarende) pkt Strukturen af det samled e svejsemetal (forudsat homogent) kan findes på linien 3-4. E r fugegeometrien valgt således, at 2/3 af svejsemetallet er tilsats, og resten er 1/6 kulstofstål og 1/6 SS 2353, findes struk- 57

58 turen i pkt. 5. Hvis man er i tvivl om hvilket trediedelspunk t man skal aflæse så husk : Strukturen vil altid ligge nærmest det, der er mest af. Her fås således ca. 6 FN. Såfremt svejsemetallet skal være umagnetisk, eller ferrit er korrosionsmæssigt uacceptabel, vælges der naturligvis et tilsatsmateriale, som jfr. diagrammet giver en ren austenit ve d givne blandingsforhold Duplex rustfrit stå l Ferritprocent mellem 30 og 70 Tilsatsmateriale til duplex stål vælges som tidligere nævn t med henblik på at sikre optimal fasetransformation deltaferrit til austenit. Der skal opnås mere end 30% austenit (men samtidig mindre end 70%). I korthed vælges således : TIG Manuelle elektroder SAF L LR SAF L/ L / L R SAF L LR For 2205 gælder det naturligvis, at det højest legerede tilsatsmateriale vælges, når den højeste korrosionsbestandighe d ønskes. Anbefalede fugegeometrier fremgår af tabel 4.1. I sammenligning med austenitiske materialer svejses me d bredere spalte og større fugevinkel både for at sikre tilstræk- kelig indtrængning og for at sikre tilstrækkelig opblanding mellem tilsatmateriale og grundmateriale. Bredere spalte og større fugevinkel 5 8

59 Tabel 4.1 Fugegeometri ved ensidigt svejste stumpsømme i duple x rustfrit stå l a) ensidig svejs t I-fug e MM A TI G MIG V-fug e t mm < <_3 d mm U-f ug e b) dobbeltsidig svejsnin g I-fug e MMA TI G MIG V-f uge t mm d mm 1,5-3 1,5-3 1,5-3 d Dobbelt V-fug e Dobbelt U-fuge t d k r a mm mm mm mm m m M MA > SAW >

60 Nikkel og nikkellegeringer Nikkel og nikkellegeringer svejses generelt med elektrode - trådtyper svarende til grundmaterialet. Materialekombinationer svejses ofte med Ni-Cr-Fe-, Ni-Cr-Mo- eller Ni-Mo-til - satsmateriale. Visse legeringer er følsomme for porer i svejsemetallet, hvorfor tilsatsmateriale er tillegeret desoxiderende elementer. Sikrer mindst 50% tilsatsmateria- Generelt anbefales at svejse med en fugegeometri og en op- smeltning, som sikrer, at mindst 50% er tilsatsmateriale. Fugevinkel og rodspalte skal være større end for austenitis k rustfrit stål p.g.a. et mere tyktflydende smeltebad og ringer e vædningsegenskaber. le Et specielt hensyn gælder spalteåbning i relation til baggas. Det gælder for nikkellegeringer som for andre højtlegered e materialer, at renlighed, d.v.s. også rengøring af f.eks. tilsatstråde, er af afgørende betydning for kvaliteten Titan og titanlegeringer Titan og titanlegeringer svejses generelt med tilsatsmaterial e svarende til grundmaterialet. Ulegerede tilsatsmaterialer, med den standardiserede sammensætning, kan tåle en vis forurening uden at miste duktilitet. Derfor anvendes disse udover til ren titan også til titanlegeringer, såfremt der ikke er specielle krav til styrken i svejs - emetallet. Til lavtemperaturformål, hvor grundmaterialet har et ekstra lavt indhold af urenheder, skal også tilsatsmaterial e have ekstra lavt indhold af disse urenheder. Fugegeometrier svarer stort set til dem som anvendes for stål, men afhænger naturligvis af legeringstype og svejseproces, et specielt hensyn gælder spalteåbning i relation til baggas. Forurening med fremmede metaller skal undgås Fuger tildannes maskinelt, men således at forurening med fremmede metaller, f.eks. stål fra tidligere forarbejdning, undgås. Det skal endnu en gang slås fast, at både fuge- og tilsatsmateriale skal være tørt og omhyggeligt rengjort. Det bemærkes, 60

61 at en tilsatstråd med revner eller andre overfladefejl ka n være umulig at rengøre. Retningslinier for valg af svejsedata og for udførelse Rustfrit stål vil som følge af bl.a. kroms store reaktivitet med oxygen altid skulle beskyttes mod luftens indvirkning på Beskyttes såvel fugesiden so m såvel fugesiden som på rodsiden. I visse tilfælde kan beklæd- rodside n te elektroder og rørtrådssvejsning i sig selv beskytte rode n gennem en tilstrækkelig stor spalte. Som hovedregel skal der dog beskyttelsesgas på rodsiden (baggas), for at smeltebadet Altid beskyttelsesgas på rodsiden får tilstrækkelig gode flyde- og vædningsegenskaber. Skal (baggas) for at smeltebadet få r baggassen sikre optimal korrosionsbestandighed uden efter- tilstrækkelig gode flyde- og væd - behandling, skal der stilles høje krav til gassens renhed, til ningsegenskabe r brug af værktøj eller anden afgrænsning, samt til skylletid, gasflow og tryk. En optimal korrosionsbestandighed kræver ligeledes bl.a. fuld gennemsvejsning og porefrihed til den korrosionspåvirkede overflade, se i øvrigt afsnit 5. Specielle forhold for de enkelte stål- og legeringstyper e r gennemgået i det følgende. 4.4 Martensitisk rustfrit stål Stål med kulstofindhold under 0,1% kan svejses uden egentlig forvarmning, blot skal temperaturen være over C for at sikre en tør fuge. Med stigende kulstofindhold øges behovet for forvarmning. Op til 0,2% kulstof forvarmes til C. Fra 0,2% kulstof og opefter forvarmes minimum ti l C, og der opretholdes en tilsvarende "interpass"- temperatur (d.v.s. der forvarmes løbende for at oprethold e temperaturen under svejsning) Med stigende kulstofindhol d øges behovet for forvarmnin g Varmetilførslen, heat input, kan være svarende til processernes normale niveau, dog anbefales et højere heat input for d e højeste kulstofindhold. For de laveste kulstofindhold er efterfølgende varmebehandling anbefalelsesværdigt, men ikke strengt påkrævet. Allerede fra 0,1-0,2% C anbefales langsom afkøling. Fra 0,2% kulstof bør der varmebehandles efter svejsning. 61

62 4.4.2 Ferritiske stål bør ikke forvarmes Ferritiske rustfrie stå l Legeringer med stabil ferritisk struktur bør ikke forvarmes ud over stuetemperatur, da dette blot øger tendensen ti l kornvækst. Visse legeringer kan danne martensit på korngrænserne. Disse stål kan med fordel forvarmes til C. Der bør holdes så lav en interpass temperatur som muligt (hvis der forvarmes, er dette naturligvis samtidig de n laveste interpass temperatur). Krombaserede tilsatsmaterialer (se afsnit 4.4) kræver laves t mulige lysbuelængde for at mindske afbrænding af krom og forhindre optagelse af nitrogen. Lang lysbuelængde og pendling kan medføre porøsiteter p.g.a. nitrogenoptagelse. De meget rene ELI-stål kan ikke elektrodesvejses med et tilsvarende tilsatsmateriale, men bør svejses med austenitisk rustfrit stål eller nikkelelektroder. TIG-svejsning med jævnstrø m og negativ elektrode anbefales. Argon, helium eller blandinger heraf, anbefales som beskyttelsesgas. MIG-svejsning udføres med jævnstrøm positiv elektrode. Argon med ca. 1% O2 anbefales til spraybueteknik og argo n med 2-5% CO2 til kortbue (dog ikke ELI-stål). Pulssvejsning vil ofte være en fordel til spraybuesvejsning. Pulversvejsning kan udføres med passende valg af tilsatsmateriale, pulver og parametre, men kornvækst kan være et problem. ELI-stålene kan ikke pulversvejses. Efterfølgende varmebehandling kan udføres, se afsnit Svovl- og fosforindhold og me - get store eller dybe smeltebade kan give problemer Austenitiske rustfrie stå l Svejsning af austenitiske rustfrie stål med stabilt fuldaustenitisk svejsemetal kan som nævnt give problemer med varm - revner. Specielt vil stål med højt svovl- og fosforindhold kun - ne give problemer. Meget store eller dybe smeltebade kan ligeledes give problemer. Varmrevner modvirkes normalt i 18/8- og syrefast rustfrit stål ved at sikre ferritisk størkning. I praksis ses dette som 3-10% deltaferrit, i det størknede svejsemetal. Hvor meget ferrit, som kan forefindes i det størknede afkølede svejsemetal, kan beregnes ved brug af Shaeffler - DeLong diagrammer, se afsnit Diagrammet er dog baseret på en normal afkølingshastighed. Større afkølingsha - stighed vil give højere ferritprocent/ferritnummer, hvorimod 62

63 en langsommere afkøling mindsker ferritnummeret. Ligeledes vil nitrogenoptagelse og evt. kromafbrænding, f.eks. ved for stor lysebuelængde, føre til lavere ferritnummer. Specielt hvis der af hensyn til korrosionsbestandigheden kræves 100% austenit eller ved svejsning af højtlegerede stål kan de t være nødvendigt at tage andre forholdsregler, f.eks. at vælge en fugegeometri, som giver et lavt højde/breddeforhold, samt svejse med styret gradvis strømsænkning for at styre den afsluttende størkning. Varmrevner modvirkes ligeledes ved at svejse med pulsprocesser. Ophæftning må, for at undgå at en eventuel fugespalte luk - ker, udføres stepvis, jfr. figur 4.8. a Korrek t 1 Fej l Figur 4.8 a) Korrekt og forkert ophæftningsrækkefølge. b) Anbefale t afstand mellem hæftninger. Hæftningerne bør ikke gøre s unødigt store b Pladetykkelse mm 1 1, over 6 Hæfteafstan d mm De austenitiske rustfrie stål svejses med lavest mulige varme - tilførsel (heat input) for at mindske kornvækst, og mindsk e risiko for udskillelse af skadelige karbider og intermetalliske faser. De højere legerede typer, f.eks 254 SMO, foreskrives ofte svejst med max. 1 kj/mm og maksimal mellemstrengstemperatur (interpass) på 100 C. Af samme årsag svejses, så - fremt det er muligt, oftest med TIG- eller evt. plasmasvejsning. Som følge af højere produktivitet vil man dog ofte, hvor det der muligt, vælge elektrode eller eventuelt pulversvejsning til større godstykkelser. Puls-MIG er ligeledes en brugbar proces. I TIG-processen svejses som regel med jævnstrøm negativ elektrode. Argon eller argon med op til 10-12% hydrogen anvendes på svejsebrænderen. Hydrogen øger indsmeltninge n og fører til at der kan svejses med større hastighed. Lavest mulige varmetilførse l (heat input) for at mindske risi - koen for udskillelse af skadelig e karbider og intermetalliske fase r Hydrogen øger indsmeltninge n og fører til at der kan svejse s med større hastighe d 63

64 Baggas af ren og tør argon eller ren og tør formiergas Ved flerstrengsvejsning med hydrogenholdig gas skal der al - tid svejses med lav interpass-temperatur, typisk < 100 C. Helium og argon-helium kan ligeledes anvendes. Baggassen bø r være ren og tør argon (< 5-10 ppm 0 2) eller ren og tør formiergas, d.v.s. en blanding af 90% nitrogen og 10% hydrogen. Formiergassen vil, såfremt den er ren (0 2 og H2O skal begg e være mindre end ppm), lettere give fuld beskyttels e sammenlignet med argon. Dog skal gasflowet ofte være højere med formiergassen for at hindre indtrængning af luft gen - nem utætheder i eventuelt baggasværktøj og gennem en eventuel fugespalte. Et udgangspunkt for indstilling af svejsemaskinen ved TIG kan ses i tabel 4.2. Tabel 4.2 Egnede startdata ved indregulering af TIG- og plasmasvejseprocesser i austenitiske rustfrie stå l Wolframelektrodediameter Jævnstrøm minuspol Vekselstrøm Gasflo w mm A A I/min. 1,00 < , , , , Der udføres almindeligvis ikke varmebehandling efter svejsning, dog kan der i særlige tilfælde udføres afspændings - glødning, se afsnit Tilstrækkelig transformation ti l 30-70% ferrit og samtidig undg å skadelige udskillelse r TIG anbefales Duplex rustfrit stå l Svejsning af ferrit-austenitisk duplex rustfrit stål tilrettelæg - ges med henblik på at opnå tilstrækkelig transformation ti l 30-70% ferrit og samtidig undgå skadelige udskillelser. Dette styres gennem fugegeometri, tilsatsmaterialevalg, gassammensætning og svejseparametre. De almindelige lysbueprocesser kan anvendes, men TIG anbefales, i det mindste ti l rodstrenge. 64

65 Indtrængningen kan øges ved at svejse med Ar-H2 blandinger (op til 5% H 2 vil normalt kunne anvendes uden risiko, hvis øvrige forhold er forskriftsmæssige). Den forøgede spalte fører til krav om højere gasflow-gastryk i baggassen for a t beskytte rodsiden. Tilsatsmaterialevalget og fugegeometri er behandlet i afsni t 4.3. Varmetilførslen afpasses efter emnets godstykkelse me n vælges inden for intervaller, som angivet i tabel 4.3. Tabel 4.3 Anbefalede svejseparametre for duplex rustfrit stå l Ståltype Alpha-numerisk Mellemstrengstemperatu r SAF ,5-2,5 kj/mm Ingen praktisk begrænsning, SAF ,5-2,5 kj/mm max. 250 C SAF ,2-1,5 kj/mm Max. 150 C Varme tilførslen skal afpasses efter materialets tykkelse o g svejsemetoden. Svejseparametre og fugegeometri skal i øvrigt planlægges således, at smeltebadet ikke bliver for stort, for derigennem a t opnå tilstrækkelig finkornet svejsemetalstruktur. Baggassen kan med fordel være formiergas, som udover effektiv beskyttelse modvirker nitrogentab fra smeltebadet og i visse tilfælde tilfører en lille mængde nitrogen til svejsemetallet. Nikkel og nikkellegeringer Nikkel og nikkellegeringer har et mere tykflydende smeltemetal, hvilket påvirker svejsningen. Modningshærdbare legeringer kan have lav duktilitet ved svejsning med tilsatsmateriale af samme type, eller laver e styrke ved brug af andre legeringer som tilsats. Probleme t løses ofte i designet af det svejste emne. I øvrigt kan de modningshærdbare legeringer give revner i HAZ ved høje rest - spændinger, f.eks. ved en stærkt indspændt geometri. Forvarmning udover C for at holde overfladen tør, anbefales generelt ikke. Varmetilførslen (heat input) holdes lav, ligesom mellemstrengstemperaturen (interpass-) typisk hol - Forvarmning anbefales generelt ikke 6 5

66 Mellemkøling kan forurene svej- des under ca. 100 C. Pas i øvrigt på med mellemstrengskø- ling, idet både olierester i trykluft og kalkrester m.m. fr a brugsvand kan forurene næste streng. sesommen I legeringer med titan eller aluminium skal eventuelle oxider på svejsesømmen fjernes for at undgå bindingsfejl mellem strengene. TIG svejsning udføres med jævnstrøm negativ elektrode. Beskyttelsesgassen kan være Ar, Ar-5H2, He eller Ar-He. Bag - gas skal anvendes for at hindre oxidation og anløbning. Nikkellegeringer kan også svejses med de øvrige lysbueprocesser, men elektroder anvendes som regel ikke til modningshærdbare legeringer. Det samme gælder i øvrigt for pulversvejsning. Højenergiprocesser som laser- og elektronstrålesvejsning er ligeledes velegnede Titan og titanlegeringer Titan og dets legeringer svejses enten med de gasbeskyttede lysbueprocesser, TIG, MIG og plasma eller med laser og elektronstrålesvejsning. TIG-svejsning er den mest udbredte proces TIG-svejsning er formentlig den mest udbredte proces, idet hovedparten af praktiske konstruktioner i titan har forholdsvis lille godstykkelse. Der svejses med jævnstrøm negativ elektrode. Smeltebadet er meget reaktivt med luft eller rester heraf i beskyttelsesgassen. Såvel oxygen, hydrogen, nitrogen som eventuel wolfram fra elektroden, kan føre til sprødhed i svejsesømmen. Titan svejses derfor med fuld beskyttelse på såve l fugeside som rodside. Mindre emner svejses i handskeboks, og større emner svejses med ekstra beskyttelse bag svejse - brænderen (Trailing Shield) og baggas. Emnet skal køles ti l under 400 C under fuld gasbeskyttelse. Gasserne skal vær e ren argon, helium eller Ar-He. Anvendes tilsatstråd skal den varme del holdes inde i beskyttelsesgassen. Sker der oxidation af tråden eller forurening ved berøring med wolframelektroden, skal trådenden klippes af og kasseres. I øvrigt skal lysbuen startes uden berøring med emnet. Afgørende for resultatet af svejsning er en meget høj renlighed Afgørende for resultatet af svejsning er en meget høj genlig- hed. Emnet og tilsatsmateriale skal rengøres umiddelbart fø r 66

67 svejsning, holdes tørt og kun håndteres med rene tørre handsker. Hvorvidt en svejsesøm er beskadiget ved reaktion med luft, d.v.s. primært med oxygen, vurderes ofte ud fra farvetoningen efter svejsning. Let bronzefarvet til en skinnende blå e r uønsket, men kan i regelen accepteres som resultat af en - strengs svejsesømme eller ved sidste streng i en flerstrengssvejsning. Et tyndt overfladelag bør dog pudses/slibes a f ved en sådan farvning. Meget tynde emner kan være beska - diget ved blåanløbning. Ved flerstrengssvejsning må den for - udgående streng ikke have ført til anløbning, når den næste streng svejses. Hvidlige og grå lag af oxider er uacceptable, og alt opsmeltet metal herunder må fjernes. Hvidlige og grå lag af oxider e r uacceptabl e Alfa-beta og beta-legeringer med begrænset svejsbarhe d svejses ofte i udglødet tilstand, eller opløsningsglødet og del - vist modnet tilstand. Enkelte legeringer kan med fordel for - varmes, og afspændingsglødes umiddelbart efter svejsning, eks. Ti-7Al-4Mo og 6A1-6V-2Sn forvarmes til C. Varmebehandling efter svejsning Varmebehandling efter svejsning udføres kun på legeringe r som i modsat fald ville have uacceptabel lav duktilitet/sejhed, eller hvor restspændinger er uacceptable for den sener e anvendelse. Varmebehandling er altid en omkostningskræ - vende proces. Samtidig rummer praktiske varmebehandlinger, specielt i montage- og reparationssammenhæng en risik o for fejl, som kan føre til alvorlige skader. Varmebehandlin g skal derfor kun udføres, når det er absolut nødvendigt. Der bør i videst muligt omfang beskyttes mod oxidation under varmebehandlingen. 4.5 Varmebehandling skal kun udføres, når det er absolut nødven - digt. Martensitiske rustfrie stål I martensitiske rustfrie stål varmebehandles normalt ente n for at anløbe hærdede zoner i HAZ og svejsemetal, og/eller for at afspændingsgløde. Kulstofindhold op til ca. 0,1% tillader svejsning uden efterfølgende anløbning. Mellem 0,1% og 0,2% kulstof køles emnet langsomt, hvorefter anløbning ka n udelades. Fra 0,2% kulstof og opefter bør emnerne anløbe s efter svejsning. Ved høje kulstofindhold kan det være nød- 67

68 Kan være nødvendigt at anløbe i umiddelbar forlængelse af svejsningen vendigt at anløbe i umiddelbar forlængelse af svejsninge n uden at køle helt ned i mellem. Følgende temperaturniveauer kan anbefales : Tabel 4.4 Varmebehandling af martensitiske rustfrie stål efter svejsnin g Type Normal anløbning Fuld udglødning AISI 403, 410 SS 2302, Ikke anbefalet 420 SS SS Ikke anbefalet 440-, A, B, C Ferritiske rustfrie stål Såfremt ferritiske rustfrie stål skal varmebehandles, bør de t kun ske ved en temperatur i området C for at undg å kornvækst. Der skal bratkøles fra varmebehandlingstemperaturen til under C Foreskrives normalt ikke varmebehandlet efter svejsning Austenitiske rustfrie stå l De austenitiske rustfrie stål foreskrives normalt ikke varme - behandlet efter svejsning, idet det øger risikoen for skadelige udskillelser. Hvis geometrien tillader det, vil en opløsnings - glødning, d.v.s. opvarmning til C (afhængig af legering) efterfulgt af bratkøling, forbedre egenskaberne. I praksis vil emnets størrelse eller risiko for deformationer o g kastninger som oftest gøre denne varmebehandling umulig. Afspændingsglødning kan dog være nødvendig for at mind - ske risikoen for bl.a. spændingskorrosion og/eller korrosionsudmattelse. En begrænset effekt, max % sænkning af spændingsni - veauet opnås i temperaturområdet op til C, hvorfra risikoen for udskillelse af skadelige faser øges. En effektiv afs - pændingsglødning uden risiko for skadelige udskillelse r kræver derfor i praksis en opløsningsglødning. Såfremt en mindre mængde udskillelse kan accepteres, f.eks. til mindre 68

69 aggressive miljøer, kan der varmebehandles kortvarigt i intervallet C. Tabel 4.5 Varmebehandling af austenitiske rustfrie stå l AISI Werkstoff Afspændings- Homogeniserings- Opløsnings- Kritisk type Nr. glødning glødning a ) glødning områd e C C / Dette er oftest Luft køling utilstrækkeligt ; opløsnings glødning anbefales C C Bratkøling Karbiddannelse i vand C Sigma-dannels e a ) Primært til støbegods, efterfølges af opløsningsglødnin g C C Bratkøling Sigma-dannelse i vand Specielle forhold gælder de modnings/udskillelseshærdbar e legeringer. Duplex rustfrit stål Generelt anbefales kun varmebehandling hvor en opløsnings- Foreskrives normalt ikke varme - glødning er nødvendig og mulig. Svejsning uden tilsatsmate- behandlet efter svejsnin g riale vil næsten altid medføre, at svejsesømmen skal opløs - ningsglødes for at få optimale korrosions- og mekaniske egenskaber. Opløsningsglødning foretages ved C afhængig a f legeringen, og bratkølingen ned til ca. 300 C skal være effektiv. En afspændingsglødning i det lave temperaturområd e må kun kortvarigt komme over 400 C, og effekten er begrænset. Nikkel og nikkellegeringer Varmebehandling er normalt ikke nødvendig efter svejsning, men visse legeringer kan med fordel afspændingsglødes til specielle korrosionsforhold Varmebehandling er normal t ikke nødvendig efter svejsning 69

70 Nikkel-molybdæn- og nikkel-silicium kan opløsningsgløde s for at få fuld korrosionsbestandighed i HAZ. Udskillelses-/modningshærdbare legeringer rummer en risi - ko for revnedannelse ved et ældningsfænomen under f.eks. afspændingsglødning Titan og titanlegeringe r Ved komplekse svejste geometrier og indspændte svejsesøm - me anbefales afspændingsglødning. Anbefalede temperaturer er : 70

71 Tabel 4.6 Udglødning og afspændingsglødning af titan og titanlegeringe r Udglødning Afspændingsglødnin g Legering Temperatur C Tid, h Kølemedium Temperatur C Tid, h Ren Ti ,1-2 Luft ,5-1 Alpha legeringe r Ti-5A1-2.5Sn ,2-4 Luft Ti 8A1 1Mo 1V 790 b) 1-8 Ovn ,25 Luft Ti-5A1-5Sn-2Mo-2Zr ,5-2 Luft Ti6A1-2Cb-1Ta-0,8Mo Luft ,25-2 Ti-6A1-4Zr-2Mo-2Sn 900 b ) 0,5 1 Luft 790 0,25 Luft Alpha-beta legeringer Ti-3A1-2,5V ,5-2 Luft ,5-2 Ti-6Al-4V Luft eller ovn Ti-7Al-4Mo Luft ,5-8 Ti-6A1-6V-2Sn Luft eller ovn Ti-6A1-6Mo-4Zr-2Sn Luft ,25-4 Ti-8Mn ,5-1 Ovn ti1540 C derefter luft ,25-2 Ti-IOV-2Fe-3A ,1-0,25 Luft ,5-2 Beta-legeringe r Ti-13V-11Cr-3A ,2-1 Luft eller vand ,5-6 0 Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn ,2-1 Luft eller vand ,1-0,25 Ti-8Mo-8V-3Al-2Fe ,1-0,25 Luft eller vand a. Luftkøling b. Dobbelt varmebehandlin g c. Anvendes som regel ikke i udglødet tilstan d Overfladerne skal være rene og beskyttede mod oxidation før opvarmning. Eventuelle overfladiske anløbninger fjernes efter varmehandling. 7 1

72 4.6 Specielle metallurgiske skader ved svejsning Udover skadelige struktur- eller faseændringer i materialet, og egentlig revnedannelse kan visse andre metallurgiske re - aktioner føre til skader Metalindtrængning, LM E En række lavt smeltelige metaller kan trænge ind i korngrænserne på andre metaller såfremt disse har trækspændinger i overfladen. Dette gør metallet sprødt i den påvirkede zone, og der tales derfor også om flydende metalforsprødning eller LME (Liquid Metal Embrittlement). Følgende metaller kan ved høj temperatur og under tilstræk - kelig høje trækspændinger, medføre indtrængning i f.eks. rustfrit stål : Zink, Zn; Kobber, Cu ; Antimon, Sb; Aluminium, Al; Bly, Pb og dets legeringer; Tin, Sn, bly-tin-lod ; Wismut, Bi; Cadmium, Cd ; Gallium, Ga; Indium, In; Lithium, Li; Tellur, Te; Kviksølv, Hg; Hårdlod og lejemetaller. Zink og kobber på overflade n kan medføre sprødhed elle r spontane revner I praksis kan specielt zink og kobber på overfladen op ti l svejsefugen medføre sprødhed eller spontane revner. Zinkstøvet i en korrosionsbeskyttende primer kan være nok. Revner i rustfrit stål ved påsvejsning af varmforzinkede afstivninger ses ofte. Lodning på emner med høje restspændinger efter klipning eller bukning kan ligeledes føre til LME. Reference r 1. Lærebøger til RI og R2. 2. "Metallurgie der Schweissung nicht rostender Stähle". Erik Folkhard, Springer-Verlag, Wien "Super Duplex Stainless Steels: Structure and Properties". Jacques Charles. Duplex Stainless Steels, '91, Oct. 1991, Beaune France. 4. "Stand und Entwicklungstendenzen auf dem gebeit der nicht rosten den Stähle". Thyssen Edelstahl, Tech. Ber. 1 5 Band, Mai 1989, Heft 1. 72

73 5. "Introduktion to the Physical Metallurgy of Welding". Kenneth Easterling. Butterworth, "Svejsning af rustfri stålrør. Beskyttelsesdækning og korrosionsbestandighed". J. Vagn Hansen. "Svejsning" nr. 1, "Svejsning af duplex rustfrit stål gasbeskyttelsens undvirkning på korrosionsbestandighed og mikrostruktur". J. Vagn Hansen og Torben Steen Nielsen, Dansk Metallurgisk Selskabs Vintermøde "Corrosion Resistance of Welds in Duplex Stainless Steels". T. Gooch. Duplex Stainless Steels '91, Oct Beaune France. 9. "Welding Duplex and Super-Duplex Stainless Steels". Le o van Nassau, H. Meelker, J. Hilkes. Duplex Stainless Steel s '91, Oct. 1991, Beaune France. 10. Welding Handbook. ASM. 11. "Vejledning i problemfri svejsning af rustfrit Duplex stål". Sandvik, s DAN, juni "Referenceatlas for renhed af baggas i rør af rustfri t stål". J. Vagn Hansen. FORCE Instituttet. Publ. nr "Guidelines for the Welded Fabrication of Nickel-Containing Stainless Steels for Corrosion Resistant Services". NiDi Reference Book EN "Recommendations for Arc Welding of Ferriti c Steels". 15. "A Summary of the Literature Describing Liquid Meta l Embrittlement". M. G. Nicholas m.fl. AERE Harwell, Oxfordshire, July

74 BILAG 1 Legeringssammensætninger standardiseret efter AISI. (Metals Handbook, Vol. 1, 10. ed., 1990) Sammensætning, %(a ) UNS Type designation C Mn Si Cr Ni P S Andet Austenitiske typer 201 S ,15 5,5-7,5 1,00 16,0-18,0 3,5-5,5 0,06 0,03 0,25 N 202 S ,15 7,5-10,0 1,00 17,0-19,0 4,0-6,0 0,06 0,03 0,25N 205 S ,12-0,25 14,0-15,5 1,00 16,5-18,0 1,0-1,75 0,06 0,03 0,32-0,40 N 301 S ,15 2,00 1,00 16,0-18,0 6,0-8,0 0,045 0, S ,15 2,00 1,00 17,0-19,0 8,0-10,0 0,045 0,03-302B S ,15 2,00 2,0-3,0 17,0-19,0 8,0-10,0 0,045 0, S ,15 2,00 1,00 17,0-19,0 8,0-10,0 0,20 0,15 min 0,6 Mo(b) 303Se S ,15 2,00 1,00 17,0-19,0 8,0-10,0 0,20 0,06 0,15 min Se 304 S ,08 2,00 1,00 18,0-20,0 8,0-10,5 0,045 0,03 304H S ,04-0,10 2,00 1,00 18,0-20,0 8,0-10,5 0,045 0,03 304L S ,03 2,00 1,00 18,0-20,0 8,0-12,0 0,045 0,03 304LN S ,03 2,00 1,00 18,0-20,0 8,0-12,0 0,045 0,03 0,10-0,16 N 302Cu S ,08 2,00 1,00 17,0-19,0 8,0-10,0 0,045 0,03 3,0-4,0 C u 304N S ,08 2,00 1,00 18,0-20,0 8,0-10,5 0,045 0,03 0,10-0,16 N 305 S ,12 2,00 1,00 17,0-19,0 10,5-13,0 0,045 0, S ,08 2,00 1,00 19,0-21,0 10,0-12,0 0,045 0, S ,20 2,00 1,00 22,0-24,0 12,0-15,0 0,045 0, S S ,08 2,00 1,00 22,0-24,0 12,0-15,0 0,045 0, S ,25 2,00 1,50 24,0-26,0 19,0-22,0 0,045 0,03-310S S ,08 2,00 1,50 24,0-26,0 19,0-22,0 0,045 0, S ,25 2,00 1,5-3,0 23,0-26,0 19,0-22,0 0,045 0, S ,08 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,045 0,03 2,0-3,0 Mo 316F S ,08 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,20 0,10 min 1,75-2,5 Mo 316H S ,04-0,10 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,045 0,03 2,0-3,0 Mo 316L S ,03 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,045 0,03 2,0-3,0 Mo

75 Type Sammensætning, %(a) UNS designation C Mn Si Cr Ni P S Ande t 316LN S ,03 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,045 0,03 2,0-3,0 Mo 0,10-0,16 N 316N S ,08 2,00 1,00 16,0-18,0 10,0-14,0 0,045 0,03 2,0-3,0 Mo 0,10-0,16 N 317 S ,08 2,00 1,00 18,0-20,0 11,0-15,0 0,045 0,03 3,0-4,0 M o 317L S ,03 2,00 1,00 18,0-20,0 11,0-15,0 0,045 0,03 3,0-4,0 M o 321 S ,08 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-12,0 0,045 0,03 5 x %C min Ti 321H S ,04-0,10 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-12,0 0,045 0,03 5 x %C min Ti 330 N ,08 2,00 0,75-1,5 17,0-20,0 34,0-37,0 0,04 0, S ,08 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-13,0 0,045 0,03 10 x %C min Nb 347H S ,04-0,10 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-13,0 0,045 0,03 8 x %C min - 1,0 max Nb 348 S ,08 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-13,0 0,045 0,03 0,2 Co 10 x %C min Nb 0,10 Ta 348H S ,040,10 2,00 1,00 17,0-19,0 9,0-13,0 0,045 0,03 0,2 Co 8 x %C min - 1,0 max Nb; 0,10 Ta 384 S ,08 2,00 1,00 15,0-17,0 17,0-19,0 0,045 0,0 3 Ferritiske typer 405 S ,08 1,00 1,00 11,5-14,5 0,04 0,03 0,10-0,30 Al 409 S ,08 1,00 1,00 10,5-11,75 0,50 0,045 0,045 6 x %C min - 0,75 max Ti 429 S ,12 1,00 1,00 14,0-16,0 0,04 0, S ,12 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 430F S ,12 1,25 1,00 16,0-18,0 0,06 0,15 min 0,6 Mo(b ) 430FSe S ,12 1,25 1,00 16,0-18,0 0,06 0,06 0,15 min S e 434 S ,12 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 0,75-1,25 M o 436 S ,12 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 0,75-1,25 Mo 5 x %C min - 0,70 max ; Nb 439 S ,07 1,00 1,00 17,0-19,0 0,50 0,04 0,03 0,15 Al 12 x %C min - 1,10 Ti 442 S ,20 1,00 1,00 18,0-23,0 0,04 0, S ,025 1,00 1,00 17,5-19,5 1,00 0,04 0,03 1,75-2,50 Mo 0,025 N 0,2 + 4(%C S ,20 1,50 1,00 23,0-27,0 0,04 0,03 %N) min - 0,8 max (Ti + Nb) 0,25 N Tabellen fortsættes

76 BILAG 1 Legeringssammensætninger standardiseret efter AISI. (Metals Handbook, Vol. 1, 10. ed., 1990) Sammensætning, % (a) UNS Type designation C Mn Si Cr Ni P S Andet Duplex (ferritisk-austenitisk type) type 329 S ,20 1,00 0,75 23,0-28,0 2,50-5,00 0,040 0,030 1,00-2,00 M o Martensitiske typer 403 S ,15 1,00 0,50 11,5-13,0 0,04 0, S ,15 1,00 1,00 11,5-13,5 0,04 0, S ,15 1,00 1,00 11,5-13,5 1,25-2,50 0,04 0, S ,15 1,25 1,00 12,0-14,0-0,06 0,15 min 0,6 Mo(b ) 416Se S ,15 1,25 1,00 12,0-14,0 0,06 0,06 0,15 min Se 420 S ,15 min 1,00 1,00 12,0-14,0 0,04 0, F S ,15 min 1,25 1,00 12,0-14,0 0,06 0,15 min 0,6 Mo(b ) 422 S ,20-0,25 1,00 0,75 11,5-13,5 0,5-1,0 0,04 0,03 0,75-1,25 Mo 0,75-1,25 W 0,15-0,3 V 431 S ,20 1,00 1,00 15,0-17,0 1,25-2,50 0,04 0, A S ,60-0,75 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 0,75 M o 440B S ,75-0,95 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 0,75 M o 440C S ,95-1,20 1,00 1,00 16,0-18,0 0,04 0,03 0,75 M o Udfældnings- hærdningstyper PH 13-8 Mo S ,05 0,20 0,10 12,25-13,25 7,5-8,5 0,01 0,008 2,0-2,5 Mo 0,90-1,35 Al 0,01 N 15-5 PH S ,07 1,00 1,00 14,0-15,5 3,5-5,5 0,04 0,03 2,5-4,5 Cu 0,15-0,45 Nb 17-4 PH S ,07 1,00 1,00 15,5-17,5 3,0-5,0 0,04 0,03 3,0-5,0 Cu 0,15-0,45 Nb 17-7 PH S ,09 1,00 1,00 16,0-18,0 6,5-7,75 0,04 0,04 0,75-1,5 Al (a) Enkelte værdier er maximum værdier, hvis ikke andet er anført. (b) valgfrie

77 BILAG 2 Werkstoffnummer og kortnavn for udvalgte rustfrie stå l Kemisk sammensætning (w/w % ) Werkstoff- Kortnavn nummer C Cr Mo Ni øvrigel > Ferritiske og Martensitiske stål X 6 Cr <- 0,08 12,0-14,0 X 6 CrAl ,08 12,0-14,0 A10,10-0,30 X 10 Cr ,08-0,12 12,0-14,0 X 15 Cr ,12-0,17 12,0-14,0 X20 Cr ,17-0,25 12,0-14,0 X 30 Cr ,28-0,35 12,0-14,0 X 38 Cr ,35-0,42 12,5-14,5 X 46 Cr ,42-0,50 12,5-14,5 X 45 CrMoV ,42-0,50 13,8-15,0 0,45-0,60 V 0,10-0,1 5 X 6 Cr ,08 15,5-17,5 X 6 CrTi ,08 16,0-18,0 Ti 7 x %C-1,2 0 X 4 CrMoS ,06 16,5-18,5 0,2-0,6 P 0,060 S 0,15-0,35 Mn 1, 5 X 12 CrMoS ,10-0,17 15,5-17,5 0,2-0,6 P 0,060 S 0,15-0,35Mn 1,5 X 20 CrNi ,14-0,23 15,5-17,5 1,5-2,5 Tabellen fortsætte s 77

78 BILAG 2 Werkstoffnummer og kortnavn for udvalgte rustfrie stå l Kemisk sammensætning (w/w % ) Werkstoff- Kortnavn nummer C Cr Mo Ni øvrigel ) Austenitiske stål X 5 CrNi <_ 0,07 17,0-19,0-8,5-10,5 X5CrNi ,07 17,0-19,0-11,0-13,0 X 10 CrNiS <_ 0,12 17,0-19,0 8,0-10,0 P <_ 0,06 0 S 0,15-0,35 X 2 CrNi <_ 0,030 18,0-20,0-10,0-12, 5 X 2 CrNiN <_ 0,030 17,0-19,0 8,5-11,5 N 0,12-0,22 X 6 CrNiTi <_ 0,08 17,0-19,0-9,0-12,0 Ti 5 x%c -0,8 0 X 6 CrNiNb <- 0,08 17,0-19,0-9,0-12,0 Nb 10 x %C-1,002 ) X 5 CrNiMo <_ 0,07 16,5-18,5 2,0-2,5 10,5-13, 5 X 2 CrNiMo <_ 0,030 16,5-18,5 2,0-2,5 11,0-14,0 X 2 CrNiMoN <_ 0,030 16,5-18,5 2,0-2,5 10,5-13,5 N 0,12-0,22 X 6 CrNiMoTi < 0,08 16,5-18,5 2,0-2,5 10,5-13,5 Ti 5 x %C-0,80 X 6 CrNiMoNb <_ 0,08 16,5-18,5 2,0-2,5 10,5-13,5 Nb 10 x %C-1,002 ) X 2 CrNiMoN <_ 0,030 16,5-18,5 2,5-3,0 11,5-14,5 N 0,14-0,22 S <_ 0,025 X 2 CrNiMo <_ 0,030 17,0-18,5 2,5-3,0 12,5-15,0 S <_ 0,025 X 5 CrNiMo <_ 0,07 16,5-18,5 2,5-3,0 11,0-14,0 S <_ 0,025 X 2 CrNiMo <_ 0,030 17,5-19,5 3,0-4,0 14,0-17,0 S <_ 0,025 X 2 CrNiMoN _ 0,030 16,5-18,5 4,0-5,0 12,5-14,5 N 0,12-0,22 S50,025 1)Når intet andet er angivet : P <_ 0,045%, S <_ 0,030%, Si <_ 1,0% samt for ferritiske og martensitiske: Mn 51,0%, austensitiske : Mn 5 2,0 % 2) Tantal er talt sammen med Niob. 78

79 BILAG 3 Oversigt over svensk standardiserede rustfri stål (dog kun smedelegeringer, og automatstål er heller ikke angivet). (MNC Handbok nr. 4, 4. ed., 1988). Ståltype SS-(SIS) C % Cr % Ni % Mo % Øvrige legeringsstål elementer % Ferritiske og max 0,08 12,0-13,5 max 1, 0 martensitiske ,09-0,15 12,0-14,0 max 1, 0 stå1 1 ) ,16-0,25 12,0-14,0 max 1, ,26-0,35 12,0-14,0 max 1, ,18-0,24 11,0-12,5 0,30-0,80 0,80-1,20 V 0,25-0,35 ; max 0,08 16,0-18,0 max 1, ,14-0,23 15,5-17,5 1,5-2, max 0,20 24,0-28,0 0,10-0, max 0,025 17,0-19,0 max 0,5 2,0-2,5 Ti min 0, (C + N), max 0,80 Martensit-au max 0,10 12,0-14,0 5,0-6, 0 stenitiske stål s ) max 0,05 15,0-17,0 4,0-6,0 0,80-1,5 Ferrit-austeni max 0,10 24,0-27,0 4,5-7,0 1,3-1, 8 tiske stå 1 e) max 0,030 18,0-19,0 4,3-5,2 2,5-3,0 N 0,05-0, max 0,030 21,0-23,0 4,5-6,5 2,5-3,5 N 0,10-0,20 Austenitiske max 0,12 16,0-19,0 6,5-9,5 max 0,80 stå12 ) max 0,07 17,0-19,0 8,0-11, max 0,05 17,0-19,0 8,0-11, max 0,08 17,0-19,0 9,0-12,0 3) Ti min 5 x (C + N), max 0, max 0,08 17,0-19,0 9,0-12,0 3) Nb +Ta mi n 10xC,max1, max 0,10 16,5-18,0 8,0-10,0 1,3-1, max 0,05 16,5-18,5 10,5-14,0 2,5-3,0 Tabellen fortsættes 79

80 BILAG 3 Oversigt over svensk standardiserede rustfri stål (dog kun smedelegeringer, og automatstål er heller ikke angivet). (MNC Handbok nr. 4, 4. ed., 1988). Ståltype SS-(SIS) C % stål Austenitiske max 0,05 4) stå 1e) max 0, max 0, max 0, max 0, max 0, max 0, ,05-0, max 0, max 0, max 0, ) max 0, max 0, max 0,025 Cr % Ni % Mo % Øvrige legeringselementer % 16,5-18,5 10,5-14,0 2,0-2,5 16,5-18,5 11,0-14,0 2,0-2,5 16,5-18,5 10,5-14,0 2,0-2,5 Ti min 5 x (C + N), max 0,8 0 17,0-19,0 9,0-12,0-16,5-18,5 11,5-14,5 2,5-3,0-24,0-26,05) 19,0-22,0 Si max 1,50 17,5-19,5 13,0-17,0 3,0-4,0 20,0-22,0 10,0-12,0 - N 0,14-0,20, Ce 0,03-0,08 17,0-19,0 8,0-11,0 - N 0,12-0,2 2 16,5-18,5 9,5-13,0 2,5-3,0 N 0,12-0,2 2 19,5-20,5 17,5-18,5 6,0-6,5 Cu 0,50-1,0, N 0,18-0,22 16,0-18,0 6,5-7,75 - Al 0,75-1,5 0 19,9-21,0 24,0-26,0 4,0-5,0 Cu 1,2-2, 0 26,0-28,0 30,0-34,0 3,0-4,0 Cu 0,6-1,4 1)For ferritiske og martensitiske stål : Si max 1,0%, Mn max 1,0%, P max 0,040%, S max 0,030%. For SS-stål 23 17: Si 0,10-0,50%, Mn 0,30-0,80%, P og S max 0,035%. For martensit-austenitiske stål : P max 0,045%. For SS-stål 23 87: Mn max 1,5%. 2) For ferrit-austenitiske og austenitiske stål : Si 1,0%, Mn max 2,0%, P max 0,0045%, S max 0,030%. For SS-stål 23 31: Si max 1,5%, Mn max 1,0%. For SS-stål : Si 1,4-2,0, Mn max 0,80% P max 0,040%. For SS-stål : P max 0,030%. For SS-stål 23 77: P max 0,030% og S max 0,020%. For SS-stål : Si max 0,80%, Mn max 1,0%, P max 0,030%, S max 0,010%. For SS-stål 25 84: P max 0,030%, S max 0,020%. 3) For rør max 13,0%. 4) For rør min 23,0%. 5) For tråd tillades max 0,07% C. 6) Udskilningshærdbart fjederstål. 80

81 BILAG 4 Almindeligt anvendte nikkellegeringers sammensætning Materiale Ni Cr Mo Co* W Cu Fe Ti Si* Mn* C* Ande t Ni Nikkel ,5 0,1 0,1 0,2 0,2 0,08 Nikkel ,5 0,1 0,2 0,2 0,0 1 Ni-Mo Hastelloy B 61,0 1,0* 28,0 2,5 5,5 1,0 1,0 0,05 Hastelloy B-2 66,0 1,0* 28,0 1,0 2,0 0,1 1,0 0,0 1 Ni-Cr-Fe Incoloy ,5 21, 0 Incone ,0 15,5 0,5* 8,0 0,5 1,0 0,1 5 Inconel X ,0 15,5 7,0 2,5 0,08 Al 0,7 Ni-Cr-M o Incoloy ,0 21,5 3,0 2,3 30,0,90 0,3 0,3 Al 0, 1 Incone ,0 21,5 9,0 2,5,20 0,3 0,3 0,0 5 Hastelloy G-30 40,0 29,5 5,0 2,0 2,50 1,7 15,0 0,8 1,5 0,03 Nb+Ta 0, 7 Hastelloy C ,0 15,5 16,0 2,5 3,75 5,5 0,1 1,0 0,01 V 0,35 * Hastelloy C-22 56,0 22,0 13,0 2,5 3,00 3,0 0,1 0,5 0,01 V 0,35 * Ni-Cu Mond ,5 31,5 1,3 0,3 1,0 0,1 5 Monel K ,5 29,5 1,0 0,60 0,3 1,3 0,13 Al2, 7 * max. indhold 8 1

82 BILAG 5 Sammensætninger af titanlegeringer efter amerikansk standard. Grad e Kvælstof, max 0,03 0,03 0,05 0,05 0,05 0,05 0,03 0,05 0,03 0,03 Kulstof, max 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,08 Brint, max 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,02 0,015 0,02 0,015 0,01 5 Jern max 0,2 0,3 0,3 0,5 0,4 0,5 0,3 0,35 0,2 0,3 Ilt, max 0,18 0,25 0,35 0,4 0,2 0,2 0,25 0,18 0,18 0,2 5 Aluminium 5,5-6,75 4,0-6,0 Vanadium 3,5-4,5 Tin 2,0-3,0 3,75-5,25 Palladium 0,12-0,25 0,12-0,25 Molybdæn 10,0-13,0 0,2-0,4 Zirkonium 4,50-7,5 0 Nikkel 0,6-0,9 Øvrig t Hvert stof, max 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0, 1 total max 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Titan rest rest rest rest rest rest rest rest rest res t Struktur a a a a a/ß a a ß a a 82

83 Nedsættelse af korrosions bestandigheden ved overfladefej l 5 Rustfrie ståls gode korrosionsbestandighed overfor en rækk e miljøforhold skyldes en meget tynd - men kemisk og mekanisk stærk - metaloxidhinde på stålet. Oxidhinden forhindre r videre korrosion i stålet, man siger at stålet passiverer, o g den kaldes derfor også passivhinden. Passivhinden består primært af kromoxid, men dens egenskaber er også påvirke t af molybdæn, kobber og nitrogen. Titans korrosionsbestandighed er på tilsvarende måde helt afhængig af en stærk passivhinde af titanoxid. Rustfrie ståls gode korrosionsbestandighed skyldes en metaloxid - hinde på stålet Passivhinde af titanoxi d Nikkellegeringer vil ofte have et større eller mindre indhold af krom for at stabilisere passivhinden. Nikkel i sig selv medfører langsommere udvikling af angreb, hvis passivhinde n nedbrydes. Korrosionsbestandigheden af metallegeringer med en passi - verende overfladeoxid vil være meget afhængig af, hvor stabil hinden er. Afgørende faktorer er finishen, renheden i lege - ringen og renheden i overfladen, således vil både en ru over - flade, en overflade med indesluttede oxider og slagger og en overflade med f.eks. jernpartikler kittet fast have væsentlig ringere korrosionsbestandighed. For rustfrie stål vil det som hovedregel gælde, at en gla t værksbejdset eventuelt koldvalset og bejdset overflade vil have næsten optimal korrosionsbestandighed. Målet me d fremgangsmåder i forarbejdningen frem til det endelige produkt vil være i videst muligt omfang, at bevare denne bestandighed. En glat værksbejdset eventuel t koldvalset og bejdset overflade vil have næsten optimal korrosionsbestandighe d Hvis fremstillingen afsluttes med en efterbehandling, f.eks. en bejdsning, er kravene naturligvis meget mindre, end hvi s komponenten sættes i drift uden efterbehandling. Detaljeret gennemgang af efterbehandlingsmetoder findes i modul R 3 "Overfladebehandling". I det følgende skal de hyppigste skadeårsager og forholds - regler omtales. 83

84 5.1.1 Jernafsmitning Afsmitning kan føre til grubetæring Mere eller mindre fastsiddende partikler af jern (partikler a f sort d.v.s. u-og lavtlegeret stål, slibestøv, svejsesprøjt) vil begynde at ruste så snart overfladen bliver fugtig. Dette fører til rustpletter på den rustfri overflade. Til anvendelse unde r milde korrosionsforhold, som f.eks. i ren atmosfærisk luft og brugsvand, er dette kun et kosmetisk problem. Under sværere korrosionsforhold kan nedbrydning af passivhinden under forureningspartiklen og det mere aggressive miljø so m opstår ved korrosion af jernpartiklen (lavere ph, højere Cl - koncentration og Fe3+-ioner) øge risikoen for, at egentlig e grubetæringer angriber det rustfrie stål. Afsmitning eller forurening (kontaminering) af overflader undgås bl.a. ved følgende forholdsregler : Undgå kontakt med sort stål i løftegrej, lagerreoler, værktø j m.m. Anvend plast eller træbelagt udstyr eller udstyr af rustfrit stål. Adskil produktion af sort og rustfrit stål. Anvend ikke samme værktøj m.m. på både sort og rustfrit. Skærm mod støv og sprøjt. Specificer emballering således at råvarerne er rene ve d modtagelsen. Mulige efterbehandlingsmetoder er kort skitseret i det efterfølgende afsnit Uden gasbeskyttelse vil rodsiden oxidere kraftigt ved svejs- ning, overfladen bliver grov og koksagtig. En mindre grad af gasbeskyttelse giver en geometrisk acceptabel svejsesø m men en tyk oxidbelægning (glødeskal). Elektrode- og rørtrådssvejsning giver desuden en risiko for slaggerester på svejsesømmene. Et højt urenhedsindhold i basismaterialet, kraftig oxideret eller snavset tilsatstråd henholdsvis snavse - de fugekanter kan føre til glasagtige slagger også på rodsi - den ved TIG-svejsning. En kraftig oxideret overflade er korrosionsfølsom Glødeskal og slagger på svejsesømm e Under visse forhold vil oxider og slagger være jernrige, og d e kan dermed initiere korrosion i lighed med jernafsmitning. Under andre forhold vil afkromning, som det er beskrevet i 84

85 afsnit 5.1.3, kunne starte korrosion. Endelig kan delvist ved - hæftende belægninger medføre spalte-/ tildækningskorrosion. Såfremt der ikke foretages efterbehandling, bør overfladern e beskyttes mod oxidation, og slaggeskabende processer und - gås. Selv med efterbehandling skal der dog etableres et vist minimum af beskyttelse for at hindre "koks" og få en fejlfri rod med god geometri. Et vist minimum af beskyttelse e r nødvendigt for at hinde "koks " og få en fejlfri rod med god geometr i Anløbnin g Opvarmning af rustfrit stål over C medfører øget oxidlagtykkelse, dette ses som en farvetoning fra gullig over blå til brun. Hvor kraftigt overfladen anløber afhænger a f oxygen- (ilt) indholdet i luften/gassen over overfladen, sam t tiden i hvilken overfladen er over C og maksima l temperaturen. I praksis vil dette sige : Gasbeskyttelsen, godstykkelsen og svejseparametrene. Oxiden, som primært er kromoxid, har et højere kromindhold end de sædvanlig e rustfrie stållegeringer, og eftersom diffusion af krom fra dybere lag er langsom op til C opstår et relativt kromfattigt lag i grænsen til oxiden. Ved huller og revner i oxide n kan grubetæringer starte og eventuelt udvikle sig til gennemtæringer i de anløbne zoner. Tykkelsen af det afkromed e lag er relativ ringe, i regelen mindre end nogle få pm. Såfremt der ikke foretages en effektiv efterbehandling, ska l anløbning forhindres/begrænses gennem en gasbeskyttelse, som bringer iltindholdet ned under typisk 5-25 ppm. Stærkere eller gentagne opvarmninger fører til lavere grænser, høje - re legeringsindhold i materialet til lidt højere (f.eks. 50 ppm for AISI 316). Anvisninger for krav, specifikation og kontro l af anløbning findes i FORCE Instituttets "Reference atlas". Alle overflader skal naturligvis være rene, affedtede og tørr e før svejsning. Kravet til en effektiv efterbehandling er, at både oxid/-anløbning og det afkromede lag fjernes Opvarmning i intervallet C medfører skadelig anløbnin g Kravet til en effektiv efterbehandling er, at både oxid/-anløbning og det afkromede lag fjerne s Utilstrækkelig overfladefinish Meget ru, f.eks. groft slebne overflader vil give lavere korrosionsbestandighed. Årsagen er dels at korrosionsfremmende stoffer fastholdes på overfladen, og dels at grater og mikro Meget ru overflader vil give lavere korrosionsbestandighed 85

86 rivninger kan danne mikrospalter, som forhindrer optimal passivering. En slibning af overfladen vil sædvanligvis blotlægge slagge r og mangansulfider, som medfører lavere korrosionsbestandighed. En slebet overflade vil derfor alt andet lige have en ringere korrosionsbestandighed end f.eks. en bejdset eller op - timalt elektropoleret. 5.2 Efterbehandling af svejsesøm Afrensning af en overflade som alene er forurenet (dekontaminering), vil i regelen kunne gøres med en salpetersyre, alternativt med en citron- eller fosforsyre. Effektiviteten kan forbedres ved en let opvarmning. Derimod kan glødeskal og anløbningsskader ikke fjernes blo t med salpetersyre, citronsyre eller fosforsyre. Der kan i disse tilfælde enten vælges en mekanisk efterbehandling (som med fordel kan efterfølges af en salpetersyrerensning) ; eller en kemisk efterbehandling en bejdsning Smergelslibnin g Mekanisk efterbehandlin g Oxider og afkromede lag kan fjernes ved smergelslibning (eventuelt i to trin afsluttende med min. korn 200). Det er afgørende, at overfladen ikke slibes varm d.v.s. ikke over 200 C. Sandblæsning med absolut rent (og dermed ikke recikuleret) sand kan anvendes, men efterfølgende salpetersyrerensning må anbefales. Glasblæsnin g Syrerensning Børstning oftest utilstrækkelig Glasblæsning kan fjerne oxider, men kun intensiv blæsning kan fjerne et afkromet lag fuldstændigt. Hvis det kan accepteres med hensyn til den krævede finish, kan efterfølgende salpetersyrerensning anbefales. I modsat fald kan man bejds e overfladen ren og herefter glasblæse for at opnå den krævede finish. Børstning må kun udføres med rustfri børster, og visse stålleverandører fraråder roterende børster. Børstning fjerner til dels tynde anløbninger, men lokale rester samt det afkromede lag medfører, at overfladen hyppigt fremtræder rusten på trods af børstningen. 86

87 Kemisk efterbehandling Oxider, anløbninger og afkromede lag fjernes mest effektivt Oxider, anløbninger og afkrome - med salpetersyre-flussyre bejdser. Bejdserne anvendes enten de lag fjernes mest effektivt med som pasta, eller som væskebad henholdsvis gennemskyl salpetersyre flussyre bejdse r ning. Det kan dog ikke understreges kraftigt nok, at denne bejdse er meget skadelig ved hudkontakt også med bliven- Bejdse er meget skadelig ve d de skader i vævet til følge. Der er derfor strenge krav til per- hudkontakt sonbeskyttelse, lagertilladelse og bortskafning af rester. Alternative bejdser som kan fjerne oxider/glødeskal, er all e saltsyreholdige. Dette bevirker dels en stor risiko for bejdseskader (overbejdsning) og dels for nedsat korrosionsbestandighed som følge af kloridrester på overfladen, i mikrospalter eller lignende. Det er derfor generelt ikke anbefalelsesværdigt at bejdse med disse syrer. Stor risiko med saltsyrebejdse r Flere sammenlignende undersøgelser er gennemført for a t beskrive den relative effektivitet af forskellige efterbehand - linger. Figur 5.1 viser resultaterne af en sådan undersøgelse foretaget af SANDVIK på AISI 316L. Tilsvarede SANDVIK resultater på SAF 2205 duplex rustfrit stål er vist på figur 5.2. Resultater af undersøgelser foretaget for en del år siden på Korrosionscentralen er vist på figur 5.3. Tilsvarende undersøgelser er gennemført på AISI 316 Ti, højtlegeret 6% Mo-rustfrit stål og en nikkellegering. Resultaterne af sådanne undersøgelser vil altid være stærk t afhængige af såvel de specificerede parametre som tilstande n før efterbehandling, hvordan efterbehandlingen aktuelt gennemføres, og hvilken korrosionstest emnerne prøves i. Det ses dog generelt, at den optimale efterbehandling er en bejdsning. Under visse omstændigheder kan resultatet af slibning f.eks. med korn 360 nærme sig det optimale. Slibning (eller eventuelt sandblæsning) plus bejdsning giver ligeledes et optimalt resultat, og ofte på kortere tid. 87

88 Figur 5. 1 Diagrammet viser, at rodsiden a f en svejsesøm i AISI 316L svejst uden baggas (ubesk. rod) har e n CPT på ca. 40 C i testmiljøet mod ca. 65 C på materialet i leveringstilstand. Mest effektive efterbehandling er bejdsning, som he r giver en CPT på ca. 55 C. D m cn å AISI 316 L Figur 5. 2 Indflydelse af slibefinish på korrosionsbestandigheden her ud - trykt ved pittingpotentialet (desto højere pittingpotential e des bedre). mv Slebet 1772 Slebet og bejdset 36 Slibning med korn Figur 5. 3 Effektiviteten af baggas og efterbehandlinger på TIG-svejsesømme i S (SAF 2205). 3% NaCl : + 300mV SC E Som svejst I A, Svejst med Ar+150ppm 0 2 og efterbehandle t 80 N N N ~. o å m E E E m 0. Q. å Q. E o o v -o v m ä c å å å 88

89 Reference r 1. Lærebøger til RI og R2. 2. "Metallurgie der Schweissung nicht rostender Stähle". Erik Folkhard, Springer-Verlag, Wien "Super Duplex Stainless Steels: Structure and Properties". Jacques Charles. Duplex Stainless Steels, '91, Oct. 1991, Beaune France. 4. "Stand und Entwicklungstendenzen auf dem gebeit de r nicht rosten den Stähle". Thyssen Edelstahl, Tech. Ber. 1 5 Band, Mai 1989, Heft "Introduktion to the Physical Metallurgy of Welding". Kenneth Easterling. Butterworth, "Svejsning af rustfri stålrør. Beskyttelsesdækning og korrosionsbestandighed". J. Vagn Hansen. "Svejsning" nr. 1, "Svejsning af duplex rustfrit stål gasbeskyttelsens undvirkning på korrosionsbestandighed og mikrostruktur". J. Vagn Hansen og Torben Steen Nielsen, Dansk Metallurgisk Selskabs Vintermøde "Corrosion Resistance of Welds in Duplex Stainless Steels". T. Gooch. Duplex Stainless Steels '91, Oct Beaune France. 9. "Welding Duplex and Super-Duplex Stainless Steels". Leo van Nassau, H. Meelker, J. Hilkes. Duplex Stainless Steels '91, Oct. 1991, Beaune France. 10. Welding Handbook. ASM. 11."Vejledning i problemfri svejsning af rustfrit Duplex stål". Sandvik, s DAN, juni "Referenceatlas for renhed af baggas i rør af rustfrit stål". J. Vagn Hansen. FORCE Instituttet. Publ. nr

90 13."Guidelines for the Welded Fabrication of Nickel-Containing Stainless Steels for Corrosion Resistant Services". NiDi Reference Book EN "Recommendations for Arc Welding of Ferriti c Steels". 15."A Summary of the Literature Describing Liquid Meta l Embrittlement". M. G. Nicholas m.fl. AERE Harwell, Oxfordshire, July

91 Svejseudrustning 6 Indledning Betegnelsen svejseudrustning dækker alle former for udstyr, der anvendes i forbindelse med udførelsen af en svejseoperation, både under forberedelsen, gennemførelsen, og ved en del af efterbehandlingen af de færdige svejsninger Endvidere kan betegnelsen også dække udstyr, der anvendes til beskyttelse af personer der direkte eller indirekte er impliceret i udførelsen af selve processen. Og endeligt kan udstyr, der skal bruges til beskyttelse imod processernes eventuelle skadelige indvirkning på det omgivende miljø, også betegne s som svejseudrustning. Da betegnelsen svejseudrustning dækker en uhyre sto r mængde forskelligartet udstyr ; man kan i den forbindelse blot forestille sig svejseopgaver udført i lukkede specialmiljøer på dybt vand eller under lignende ekstreme forhold, vi l kapitlet om svejseudrustning af praktiske hensyn være be - grænset til at omfatte korte beskrivelser af udstyr der anvendes : til person- og miljøbeskyttelse ved forberedelse til svejsnin g til udførelse af svejsnin g Af samme praktiske hensyn vil indholdet af billedillustrationer i kapitlet om svejseudrustning være relativt beskedent o g må derfor søges enten i speciallitteratur eller udstyrsfor - handleres prospekter. Udstyr der anvendes i forbindelse med efterbehandling af svejste samlinger dækker et meget stort antal forskelligtartede typer, alt efter hvilken behandlingsform der er foreskreven i den aktuelle situation. På grund af dette emnes stor e omfang og behandlingsmetodernes store forskelligartethed, vil reelle beskrivelser af de udstyrstyper der anvendes vær e så omfattende, at eventuelle ønsker vedrørende oplysninge r om disse, må henvises til specialliteratur. 91

92 6.2 Udstyr der anvendes til person- og miljøbeskyttelse Under betegnelserne person- og miljøbeskyttelse forekom - mer udstyr der, som beskrevet i indledningen, kan anvendes som værn imod svejseprocessernes eventuelle skadelige indflydelse på personers helbred og det omgivende miljø. Dette udstyr kan beskrives som : Personlige værnemidler Miljøværn Personlige værnemidle r Med personlige værnemidler menes beskyttelsesudstyr, de r bæres af eller er placeret i umiddelbar nærhed af personer der er beskæftiget med svejsning, med det formål at yde beskyttelse imod skadelige påvirkninger i forbindelse med ud - vikling af varme, støj, støv, stråling eller skadelige gasser fr a processen. Endvidere medhører udstyr der i større eller mindre omfang, er i stand til at yde personlig beskyttelse imo d forbrændinger eller læsioner af legemspartier. Afhængig af svejseprocessen, er det meget forskelligt hvilket udstyr der bæres af personer. Et typisk grundudstyr for personer der er beskæftiget med processerne lysbue-svejsning med beklædte elektroder, MIG/MAG- og TIG-svejsning, vil normalt være : Ikke brændbar arbejdsdragt, eller arbejdsdragt fremstillet af brandhæmmende stof, evt. suppleret med ærmestykker eller overtræksjakke af læder og gamacher af samme mate - riale. (Udrustningen kan i visse tilfælde ses suppleret med læderforklæde). Sikkerhedsfodtøj med beskyttelsesindlæg i svang og sål o g indlæg, gerne af stål, til forstærkning af tåpartiet. Svejsehandsker af læder eller skind. Svær læderkvalitet til processer med stor varmeudvikling og risiko for sprøjt o g lettere skindkvalitet til eks. TIG-svejsning med lave data, hvor varmestrålingen ikke er udpræget høj og hvor sprøj t ikke forekommer. Svejseskærm med farvede beskyttelsesglas, enten konstrueret som såkaldt håndskærm eller som skærm (hoved - skærm), til fastgørelse med rem om hoved/pandeparti. 92

93 Den bærbare grundudrustning kan yderligere suppleres me d åndedrætsværn, hvor svejsning foregår i dårligt ventilerede rum eller ved manglende mulighed for etablering af punkt - udsugningsaggregater. Betegnelsen åndedrætsværn stække r sig fra simple støvmasker, over ansigtsmasker med støv/gasfiltre til masker med frisklufttilførsel, i specielle tilfælde helmasker i lighed med såkaldt SCUBA-udstyr, Selfcontaine d Underwater Breathing Apparatus. Åndedrætsværn har ti l formål at yde beskyttelse imod støv, røg og gasser der udvikles under svejsning, og trænger ind i svejserens åndedrætszone. (Zone med udstrækning omkring svejserens skulder / hageparti.). Ved gassvejsning er det normale grundudstyr : Ikke brændbar arbejdsdragt, eller arbejdsdragt fremstille t af brandhæmmende stof, evt. suppleret med læderforklæ - de. Sikkerhedsfodtøj med beskyttelsesindlæg i svang og sål o g indlæg, gerne af stål, til forstærkning af tåpartiet. Arbejdshandsker af læder eller skind. Svejsebriller med farvede beskyttelsesglas, enten konstrueret med sidebeskyttelse, d.v.s. med skærm i hver side af brillen, til værn imod slibepartikler eller gnister, eller so m lukket helbrille. Grundudstyret til gassvejsning kan suppleres med åndedræts - værn som anført for lysbuesvejseprocesserne, men det er ikk e normalt at se sikkerhedsudstyr af sidstnævnte art i den industri der anvender processen, eksempelvis VVS-industrien. Under arbejde med de mekaniserede/automatiserede processer; pulver-, plasma- og elektronstrålesvejsning er grund - udstyret, om man så må sige mere "tvangfrit", idet operatørerne normalt ikke er i direkte berøring med processen. Det skal dog tilføjes at det for både pulversvejsning og plasma - svejsning kan anbefales at anvende hensigtsmæssige personlige værnemidler, udpluk af grundudstyret fra de øvrige pro - cesser, afhængig af den forekommende arbejdssituation. Under udførelse af elektronstrålesvejsning, er operatøren isoleret fuldstændigt fra processen, og det er helt normalt, at se operatører udstyret med en nærmest laboratoriemæssig på - klædning som eks. kittel eller let overtræksdragt. 93

94 I forbindelse med anvendelsen af lasere til industriel bearbejdning, er der udarbejdet regelsæt for personbeskyttelse. Arbejdstilsynet i Danmark henviser bla. til bekendtgørelse nr. 32, af 29. januar 1979, om arbejdstøj og personlige værne - midler, efter lov om arbejdsmiljø. At-meddelelse nr (Nov. 84), der er udarbejdet på grundlag af internationalt lovforslag af International Commission TC 76 (CO) 8, vedrørende: Radiation safety of laser products, equipment classification, requirements and users guide. Udsendt til kritik er de europæiske standarder, pren 207: Personal eye-protectors. Filters and eye-protectors against la - ser radiation. (DSF 83/15), og pren 208: Personal eye-protection. Eye protectors for adjustment work on lasers and lase r systems (laser adjustment eye-protectors). (DSF 83/15). Operatører ved laserprocessen, der er fuldautomatiseret, er normalt ikke i direkte kontakt med selve processen. Dette indebærer at grundudstyret normalt er specialbriller, der ska l beskytte bæreren imod refleksion og det må under streges, at beskyttelsesbriller der er godkendt i forbindelse med arbejd e med en bestemt type laser, ikke er egnet til beskyttelse imo d lys fra andre typer. Endvidere anvender operatørerne typisk en let overtræksbeklædning, suppleret med lette handsker ti l beskyttelse imod bestråling af nøgne hudpartier. Det skal bemærkes, at der til alle svejseprocesser, generelt foreligger udarbejdede europæiske standarder vedrørende personlige værnemidler. Afslutninsvis skal det nævnes, at begrebet el-sikkerhed o g foranstaltninger der skal forhindre personskader ved arbejde med elektrisk udstyr, er en naturlig og integreret del af emnet vedrørende personlige værnemidler. Alt elektrisk udsty r til svejseprocesserne, er i lighed med alle andre former fo r udstyr af denne art omfattet af regulativer vedrørende el-sikkerhed. I Danmark bl.a. gennem stærkstrømsregulativet, samt meddelelser fra el-rådet og arbejdstilsynet Miljøværn Begrebet miljøværn dækker generelt alt udstyr, der skal be - skytte natur og personomgivelser imod eventuelle skadelig e påvirkninger fra svejseprocesserne. Emnet indeholder et me - get stort og varieret spekter af udstyrskonstruktioner af for - 94

95 skellig art, strækkende sig fra totale indkapslinger af processerne, til relativt simple anordninger som stråleafskærmninger og div. punktudsugningaggregater. Anvendelse af svejseprocesser medfører altid, i større eller mindre omfang, relative risici for skadelige påvirkninger p å omgivelserne. Denne omstændighed nødvendiggør, at de r skal træffes foranstaltninger til imødegåelse af processernes, mere eller mindre, forudsigelige skadepåvirkninger. Det ska l i denne forbindelse nævnes, at der gennem den moderne industris historie, desværre er forekommet eksempler på uforsigtig og/eller utilsigtet anvendelse af svejseprocesser, de r har medført omfattende samfundsmæssige skader. Den del af jern- og metalindustrien der anvender svejseprocesserne, er erfaringsmæssigt opmærksom på de forhold de r kan begrænse risikoen for skader fra disse, og der findes ti l dette et stort antal regulativer, der skal overholdes af brugerne. Afsnitet om miljøværn omhandler en kort beskrivelse af ud - styr, der almindeligvis anvendes af industrien som miljø - værn, begrænset til omtale af materiel til strålingssikring og fjernelse af støj, støv, røg og gasser. Foranstaltninger/udstyr til brandbekæmpelse, giftudslip o.l. er undtaget fra omtale. Materiel der anvendes til strålingsbeskyttelse af omgivelser - ne ved svejseprocesser, vil normalt være : Simple afskærmninger, konstrueret af ikke transparent o g ikke brandbar plade eller stof, der enten fastgøres omkrin g arbejdsstedet, eller er konstrueret således at de besidder e n hvis mobilitet. Flexafskærmninger, der gerne er konstrueret som lette rør - stativer, monteret med enten ikke eller delvis transparent e lameller eller plader, typisk monteret på hjul. (Med delvi s transparente materialer menes at disse tillader uskadeligt lys at passere). Mere eller mindre komplicerede faste konstruktioner med strålingsværn indbygget. Ved laserprocesserne er der eksempelvis angivet faste retningslinier for indretningen a f arbejdsrum, herunder strålingssikring omkring laseren, s e fig

96 Figur 6. 1 Arbejdsstation og rum, indrettet til Nd-YAG-laser. Illustrationen vi - ser risikozonen som et skraveret felt. I praksis er denne zone tydeligt afmærket på gulv og vægge i rummet Sto p Vinduer blændet Laser Afskærmnin g (forhæng ) Sto p Afskærmning (fol`iiæng ) i ~////////////////. w / I ~ Figur 6. 2 Fotografi af FORCE Istitutternes 10 kw CO 2 laser. Billedet illustrerer at laserens operationsområd e er indhegnet af transparente plader fremstillet af polycarbonat, med en tykkelse, der nedsætte r gennem brændingshastighede n ved direkte stråling eller refleksion At fjerne eller bekæmpe støjgener fra svejseprocesserne, hører til de relativt simple opgaver for industrien. Det forholder sig i almindelighed således, at maskiner der anvendes i forbindelse med forberedelse af eller reparationsarbejde ved svejseoperationer, eksempelvis slibe-, skære- og fræsemaskiner, udgør det største støjmæssige problem og derfor sjældent kan karakteriseres som stammende fra selve processen. Det skal dog bemærkes at visse typer moderne svejsemaskine r genererer et lydtryk og en lydfrekvens fra lysbuen, der båd e 96

97 generer svejseren/svejseoperatøren og omgivelserne. Lydge - nerne ligger betænkeligt tæt på de lovbefalede støjgrænser. Dernæst kommer, at høreværn af forskellig konstruktion oprindeligt henhører under personlige værnemidler, hvorfo r således ansvaret for egen beskyttelse gerne er overladt til den enkelte svejser/operatør eller til personer der arbejder elle r passerer tæt ved processen. Undtaget fra de sjældne tilfælde, hvor det er fundet nødven - digt helt at lydisolere processen ; dette forekommer naturligvis kun ved ganske specielle helautomatiserede processer, anvendes typisk : Høreværn, med bøjle og ørekopper indeholdende lydisolerende materiale. ørepropper, fremstillet af enten hård- eller modellerbart lydisolerende materiale. Hørevær n øreproppe r Til bekæmpelse eller fjernelse af støv, røg og gasgener fra svejseprocesserne anvendes : Generelle rumudsugninger: Luftskifteanlæg der, med kraftige ventilatorer, udskifter luften i arbejdsrummene, me d det antal kubikmeter luft der er foreskrevet bl.a. af arbejdstilsynet. Disse anlæg er i reglen en fast del af bygningskonstruktionen, der enten er fremstillet som rørkonstruktioner ophængt på vægge, eller som kanaler indbygget i mure eller gulv. Luftskifteanlæggene er forbundet med speciell e filteranordninger, der forhindrer støvpartikler, røg og gasser, i at forurene miljøet udenfor bygningerne. Stationære punktudsugningsanlæg : Kraftige ventilatorer forbundet med røranlæg, der er konstrueret med en hvi s grad af fleksibilitet, således at sugemundstykker fra an - lægget let kan placeres tæt ved processen. Disse anlæg er ligeledes forbundet med filtre, til fjernelse af forurening in - deholdt i den luft der skal slippes ud i omgivelserne. Mobile punktudsugningsanlæg : Transportable udsugningsaggregater med indbyggede filtre og kraftige ventilatorer, der med fleksible slanger er forbundet med et mund - stykke der kan placeres tæt ved processen. For disse typer udsugningsudstyr gælder det, at man ikke må lade den filtrerede luft fra anlægget slippe ud i det rum hvorfra svejse - forureningen blev fjernet. Derfor anvendes denne type ku n 97

98 ved svejsearbejde i store haller med naturligt luftskifte, el - ler i fri luft hvor den filtrerede luft kan slippes ud i omgivelserne uden gener. Det skal anføres, at forurening i form af røg, støv og gasser fra svejseprocesserne er et problem der tages meget alvorligt af arbejdsmedicinerne og man er meget opmærksom på d e risikomomenter der er. Det er bl.a. konstateret, at der ved svejsning af rustfrit stål udvikles røg og gasser, der ved ind - ånding kan medføre kræftskader på personer. Det er derfo r af største betydning, at svejsere og svejseoperatører isolere s fra skadepåvirkning fra processerne, ved hensigtsmæssi g brug af udstyr der fjerner denne risiko. 6.3 Udstyr der anvendes ved forberedelse ti l svejsning I forbindelse med gennemførelsen af enhver svejseoperation, skal der forinden den egentlige udførelse træffes de nødven - dige forberedelser for svejsningens udførelse. Disse forberedelser kan være af mere eller mindre krævende art og af d e mere markante forberedelser kan nævnes indledende forberedelser som : Materialevurdering Udstyrsval g Valg af tilsatsmaterialer Fugeforberedelse Dette kapitel vil omhandle udstyr der tages i anvendelse nå r alle indledende forberedelser er gennemført og umidelbar t før det svejseudstyr, den svejsemaskine, der skal anvendes ti l at selve svejseoperationen, kan tages i brug. På det tidspunkt hvor svejsningen skal gennemføres, kræve s der at det eller de emner der skal svejses er tilgængelige o g forberedt til svejsningen, hvilket betyder at emnerne er fikse - ret og fastholdt i en i forvejen planlagt position. Udstyr der indsættes i denne fase af arbejdsoperationen ka n betegnes som henholdsvis : Positioneringsudstyr Clamps Positioneringsudstyr Clamps 98

99 Positioneringsudstyr Betegnelsen positioneringsudstyr dækker specialudstyr der, som navnet angiver, er konstrueret til at føre emner ind i en i forvejen tilrettelagt position, i forhold til lysbue, laser- o g elektronstråler o.l., således at svejseudstyret bringes i stand til at kunne udføre svejsning under de mest hensigtsmæssig e betingelser, i forhold i til udstyrets ydeevne og de indstilled e parametre. Positioneringsudstyr anvendes typisk, i forbindelse med svejseoperationer der udføres med fuldautomatiserede svejseprocesser, hvor emner der skal svejses, fikseres og fastholdes på udstyret før de af dette bliver anbragt i svejseposition. Ved robotsvejsning, kan man med lidt god vilje kalde robotten for et omvendt positioneringsudstyr idet denne anbringer svejseaggregatet i egnet svejseposition i stedet for emnet. Men det skal pointeres at, der ved robotstyrede svejseoperationer også kan anvendes positioneringsudstyr, hvis formål det er at bringe emner i stilling i forhold til robottens operationsområde, se fig Opstilling af po- Figur 6. 3 Tegning af detalje i FORCE Institutternes robotcenter. sitioneringsudstyr ved svejserobot 99

100 Dette kapitel omtaler typiske positioneringsudstyr der anvendes af jern- og metalindustrien i forbindelse med forskel - lige svejseopgaver. Ser man bort fra båndtransportlinier, der kun omtales ganske kort i dette kapitel, vil udstyrene afhængigt af emnets facon, geometri, størrelse og tyngde, almindeligvis kunne benævnes som : Rullebukke Svejseborde Rullebukke Svejsebord e Specielle industriopgaver i forbindelse med seriefabrikatio n af svejste emner, foregår i reglen ved hjælp af båndtransportører og- eller håndteringsrobotter, der anbringer emnerne i hensigtsmæssig position, i forhold til svejseaggregatet. Diss e specialudstyr er ofte kompliceret opbygget, på lange montagelinier i fabrikshaller, hvor der kan være anbragt flere svejseaggregater af forskellig type. Under ganske specielle forhold, kan emnegeometrier og materialer stille store krav til præcis afvikling af svejseforløb, evt. med indsættelse af op til flere forskellige svejseprocesser. Da disse operationer, for det meste kræver høj grad af præcision, afvikles de næsten udelukkende som fuldautomatiserede procesforløb, evt. med stærkt reduceret indsættelse af ma - nuel betjening. Under svejsning af runde beholdere og store rør anvendes såkaldte rullebukke, hvori emnet er placeret. Disse rullebukke er i reglen motoriserede, d.v.s. at der til et sæt rullebukke, hører en motordreven drivhjulssektion, der bringer emnet i passene rotation i forhold til svejseaggregatet. Ved fabrikation, bl.a. af svære ovnrør til cementovne, anbringes ophæftede eller clamp-fikserede ovnsvøb i svære motoriserede rullebukke. Herefter kan svejseprocessen, i reglen MAG- og/eller pulversvejsning, indsættes til svejsning a f både langsømme og rundsømme. Motoriserede rullebukke er altid udstyret med trinløs fartregulering, enten med kileremsgearing eller motorregulerin g over potientometre. Da det er af største betydning at svejsestedet er nøjagtigt positioneret under svejeaggregatet, ska l emnets rotationshastighed r.p.m., kunne reguleres indenfo r en meget smal margin på ganske få sekunder. Se fig

101 Figur 6.4 Svær motoriseret rullebu k En del svejseoperationer kræver at et emne skal kunne rotere i en ganske bestemt vinkel i forhold til svejseaggregatet, eller kunne fastholde emnet i en præcis vinkelposition. Til dette formål anvendes i almindelighed et såkaldt svejsebord. Denne type positioneringsudstyr findes i en mængde varianter, fra simple konstruktioner med manuelt betjent rotation og vinkelpositionering, til specielle udstyr hvor både rotatio n og vinkelpositionering er motordrevet, evt. tilsluttet computerstyring. Ved lasersvejsning, der kræver positionering af emner inden - for tolerancer på ganske få tiendelele mm., ved laveffekt-lasersvejsning få hundrededele, er det af største betydning a t emnet fikseres af udstyr med den fornødne præcision. De udstyr der kræves for at udføre denne meget vigtige detalj e af arbejdsoperationen vil ofte være i stand til at kunne placere emnerne korrekt indenfor en halv mm, evt. indenfor et pa r hundrededele. Se fig og

102 Figur 6. 5 Fotografier af flerakset positioneringssystem, ved 10 kw CO2 la - ser på FORCE Institutterne. Kor - dinatbord med påmonteret svejsebord, begge dele integreret i computerstyret system. Den viste opstilling, (fotograferet fra 2 si - der), er lasersvejsning af rustfrie keglestykker til rustfri flange. Koordinatbordet bringer emnet ind under laseren, samtidigt me d at svejsebordet kipper dette i vinkelposition. Emnet bringes i rotation ved svejseoperationens start, og efter endt svejsnin g standses rotationen. Emnet bringes tilbage til startposition, hvorefter det kan frigøre s Figur 6.6 Fotografi af 3-akset koordinat - bord, ved Nd-YAG-laser på FORCE Institutterne. Bordet e r forberedt for svejsning af mindre detalje på et emne, og monteret med opspænding mellem pinoler 102

103 Figur 6.7 a og b For at kunne imødegå de mang e forskellige krav til fremstillings - processernes præcision, er det nødvendigt minutiøst at forberede indretningen af arbejdsstationer med forskelligt positioneringsudstyr. Tegningen forestille r FORCE Institutternes 10 kw CO2 laser, indrettet med arbejdsstation og angivende hovedretingslinierne for opbygningen, i den fase hvor planlægningen af selve indretningen fandt sted I Indgående stråle fra lase r ~FERRANTI Sciakyj A

104 6.3.2 Clamps Betegnelsen clamps, eng. klamper eller klemmer, dækker værktøjer og udstyr der anvendes til at fastholde pladekanter eller emnedetaljer i en given position, umidelbart før den egentlige svejseoperation. Endvidere dækker betegnelsen også værktøj og udstyr, der anvendes for at reducere evt. følgevirkninger af svejseoperationerne, som deformationer o g kastninger. I dansk smedeindustri kunne man førhen og kan vel til en hvis grad stadigt, høre betegnelser for clamps som: "Elefantfødder", "brød", "grise" m.m. Men efter bl.a. Off-shore industriens indtog her i landet er betegnelsen clamps efterhånden blevet fast tilknyttet almindeligt dansk-teknisk sprogbrug. De gamle betegnelser forsvinder vel efterhånden helt, sel v om der nok vil være reminiscencer tilbage i visse dele af industrien i nogle år endnu, måske specielt i værft og beholderindustrien. De simpleste former for clamps der anvendes er skruetvinger. Enten specielle kraftige svejseskruetvinger eller tømrerskruetvinger. Af andre typer clamps er de såkaldte hæftejer n med kiler der kan stramme pladekanter op i indbyrdes niveau. Da der imidlertid forekommer situationer, hvor lette og forholdsvist simple redskaber som skruetvinger, eller lignend e redskaber, ikke opfylder de betingelser der knytter sig til opgaven, er der efterhånden udviklet og fabrikeret adskillig e forskellige typer clamps, herunder specielt mange forskellig e typer til rørindustrien. Rørindustrien har altid haft et stærkt behov for såkaldt kant - fiksering af rørene og der findes en mængde typer på marke - det, lige fra de simpleste manuelt betjente anordninger ti l komplicerede hydrauliske. Se fig. 6.8 og

105 Figur 6. 8 Simple manuelt betjent e rørclamp s 105

106 Figur 6. 9 Svær hydraulisk rørclam p 6.4 Udstyr der anvendes til udførelse af svejsnin g Dette afsnit i kapitlet om svejseudrustning, indeholder kort e beskrivelser af svejsemaskiner der anvendes af jern- og metalindustrien til svejsning af forskellige materialer og materialelegeringer. Følgende omtales svejseudstyr til de forskellige svejseproces - ser, der behandles i modul A5 : Sammenføjning, Aluminium, modul R5 : Sammenføjning, Rustfrit stål, nikkel og titan og modul S5 : Sammenføjning, Stål, højstyrkestål og støbejern, angivet med referencenumre og nomenklatur efter International standard : ISO 4063 Nomenclature of processes an d reference numbers for symbolic representation on drawings. Se fig Svejseprocesser. 106

107 Reference no. ISO Eng. Nomenclature of processe s Metal-arc welding with covered electrod e Gravity arc welding with covere d electrod e Submerged arc welding with wire electrod e Submerged arc welding with stri p electrod e Metal-arc inert gas weldin g Danske betegnelser fo r svejseprocesser : Lysbuesvejsning med beklædt elektrod e Stativ svejsning elle r graviationssvejsnin g Pulversvejsning med trådformet elektrod e Pulversvejsning med båndforme t elektrod e MIG-svejsnin g 135 Metal-arc active gas weldin g MAG-svejsnin g Flux cored wire metal-arc weldin g (with active gas shield) Flux cored wire metal-arc weldin g (with inert gas shield ) Tungsten inert gas arc weldin g MAG-svejsning med pulverfyldt rortrå d MIG-svejsning med pulverfyld t rørtrå d TIG-svejsnin g 15 Plasma arc weldin g Plasmasvejsnin g 751 Laser beam weldin g Lasersvejsnin g 76 Electronic beam weldin g Elektronstrålesvejsnin g 311* Oxy-acetylene welding Gassvejsnin g *) Udstyr til udførelse af gassvejseprocessen ISO 4063, ref. nr. : 311, oxyacetylene welding, kan ikke betegnes som maskinelt udstyr. Da omtalen af dette udstyr, samt processens relativ t smalle anvendelsesområde, er nøje beskrevet i kapitel 9, gas - svejsning, modul S5; Sammenføjning, Stål, højstyrkestål og støbejern, vil emnet ikke blive uddybet nærmere i dette kapitel. Figur Svejseprocesse r Udstyr til lysbuesvejsning med beklædte elektrode r Til denne proces anvendes i almindelighed forholdsvi s ukomplicerede og manuelt betjente svejsemaskiner. D.v.s. svejsemaskiner der aktiveres, indstilles og manipuleres af en person: Svejseren. Imidlertid er udviklingen af nye typer strømkilder i rivende fremgang, resulterende i at dette kapitel næsten kan betegnes som forældet mens det bliver skre - 107

108 vet. Denne betragtning kan iøvrigt gælde næsten alle typer svejsemaskiner generelt. Svejsemaskinerne afgiver svejsestrøm som : Jævnstrøm Pulserende javnstrøm Vekselstrø m Pulserende vekselstrøm Benævnelsen på svejsemaskiner til lysbuesvejsning er : Svejsetransformere (svejsestrøm = vekselstrøm. ) Svejseomformere (svejsestrøm = jævnstrøm.) Svejseensrettere (svejsestrøm = Jævnstrøm. ) Svejsetransformere Svejsetransformere er såkaldt enfasede, d.v.s. at de kun er tilsluttet en del af el-nettet, og selve transformerdelen består af to viklinger, der omslutter en jernkerne. Når der sendes en vekselspænding igennem den ene spole dannes et vekslend e magnetfelt, hvilke inducerer en vekselspænding i den anden. Hvis primærspolen eller "indgangsspolen" har flere viklinger end sekundærspolen "svejsespolen", vil spændingen for - mindskes proportionalt med vindingsantallet, samtidigt me d at den strømstyrke det bliver muligt at udtage, bliver lige s å mange gange større. Figur Svejsetransformator med luft - køling og trinvis regulering, ESAB's kendte og meget benytte - de "æg" Svejsestrømmen fra en transformer kan reguleres på to må - der; enten trinløst eller trinvis. Den trinvise regulering har tidligere været den mest anvendte, men efterhånden so m svejsemaskiner med trinløs regulering blev udviklet, kunn e behovet for finere regulering af svejsestrømmen efterkom - mes. Svejsestrømmen kan reguleres på flere måder ved : Udtag på sekundærspolen, der giver stærkt varierend e tomgangsspænding. Udtag på primærspolen. Anvendes især på små hobbysvejsetransformere. Seperat drosselspole med egen jernkerne. Drosselspoler på hovedkernen, der giver en meget fin sinuskurve og et stort spredningsfelt, hvilket kræver kabine t af isolerende materiale. 108

109 Bevægelig primærspole, der giver fine reguleringsegenskaber men er dyr at fremstille. Forskydelig jernkerne, der er den sidst udviklede og mes t anvendte. Typen kan i mange tilfælde udstyres med motoriseret fjernregulering af svejsestrømmen. Køling af transformeren sker ved enten luftcirkulation, eller på ældre transformere ved oliekøling. Svejseomformere er konstrueret som en jævnstrømsdynamo, der bliver drevet af en el-motor eller en eksplosionsmotor. Svejseomformere med el-motorer anvendes relativt sjældent i dag, da anskaffelsesprisen og reparationsomkostningerne ved disse anlæg er meget store, i forhold til andre strømkilder. Svejseomformere Motordrevne svejseomformere, d.v.s. omformere med ente n benzin eller dieselmotor anvendes derimod meget til montagearbejder, hvor det er vanskeligt at etablere primærstrøm. Heraf er de sidstnævnte, dieseldrevne omformere, de mes t populære, på grund af deres driftsstabilitet. Svejsestrømmen fra en omformer genereres ved, at denne s ankerviklinger ved rotation skærer et magnetfelt, hvorve d der induceres en vekselspænding. Denne ledes ud til kobber - lamellerne i kommutatoren, der virker som strømvender. Gennem sleebebørster/kul, bliver strømmen herefter ført ti l polerne som jævnstrøm. Indstillingen af svejsestrømmen sker ved hjælp af håndhju l med skalaindstilling. Skalaindstillingen på svejsemaskine r skal generelt betragtes som vejledende, idet det ikke er muligt, uden specielt måleudstyr, at angive præcise strømværdi - er ved svejsning. Svejseensrettere er den maskintype man ser mest til i svejseindustrien. Dette skyldes til dels de forholdsvist lave investe - rings- og reperationsomkostninger, dels de forskellige frem - ragende muligheder for manipulation med svejsestrømmen, der er forbundet med anvendelsen af denne maskintype, som eks. pulserende lysbue, hot start, o.s.v. Svejseensretter e Den maskintype der ses flest af er den såkaldte tyristorregulerede, der med den rivende udvikling der foregår hos maskinproducenterne, allerede så småt er ved at blive overhalet 109

110 af nye typer. Tyristerregulering foregår ved at et kredskort, hvis hovedkomponenter er tyristorer, er forbundet med e n hovedtransformators såkaldte diodebro, der afgiver den ens - rettede svejsestrøm. Ved at åbne og lukke tyristorerne, kan svejsestrømmen reguleres meget præcist, ligesom denne type maskine reagerer meget hurtigt på ændringer i lysbuen. Fig viser et diagram, forestillende princippet i en letvægtsensretter, en så - kaldt static converter. Figur Static converter. Netspændinge n på 50 Hz ensrettes, for derefte r at omdannes til en vekselspænd - ing på 400 til Hz. Denn e transformeres, ensrettes og ud - jævnes til en spænding der er passende for svejsnin g N Ensretter Static converter Vekselretter Trans- Ensretter formator T Glattefilte r (Rectifier) (Inverter) (Transformer) (Rectifier) (Filter) Figur Fotografi af tyristorreguleret svejseensretter af typen Migatronic LDE 400, hvor tallet 400 stå r for maskinens maksimale svejse - strøm. Denne maskintype er udstyret med såkaldt hot-start, samt muligheder for fjernregulering af svejsestrømmen. ) Udstyr til pulversvejsnin g Det væsentligste i et pulversvejseudstyr, udover strømkilden, er selve svejseenheden. Denne består i hovetræk af en tråd - rulle, motordrevne fremføringsruller, kontaktdyse, pulverbeholder og pulverdoseringsslange. Da man, alt efter opgaven, er i stand til at svejse med meget store stømstyrker, op ti l 110

111 over 1000 amp, kræver processen kraftige og stabile strømkilder med høj intermittens. Man kan anvende både vekselstrøm og jævnstrøm til proces - sen men jævnstrøm er langt den almindeligste strømart. (For videre orientering vedr. princippet for pulversvejsning : Se kapitel 14, pulversvejsning, modul S5, Sammenføjning, Stål, højstyrkestål og støbejern, eller kapitel 15, samme titel, modul R5, Sammenføjning, Rustfrit stål, nikkel og titan.) Figur Fotografi af ESAB-pulversvejseudstyr monteret i svejsekra n Udstyr til MIG/MAG-svejsning Udviklingen af udstyr til denne proces, er i lighed med d e svejsemaskiner der omtales under afsnitet om lysbuesvejsning med beklædte elektroder inde i en stadigt accellererende udvikling, hvoraf automatisering og eller robottisering a f processen blot er en del

112 Da automatisering/robottisering kræver stadigt mere af dis - se svejsemaskiners ydeevne, samt deres evne til at kunne glide ind i computerintgrerede fabrikationsforløb (CIM), er d e elektroniske komponenter i disse udstyr, efterhånden båd e avancerede og komplicerede. Dette ses bl.a. ved, at der i dag markedsføres MIG/MAG-svejsemaskiner med indbyggede elektroniske enheder, der er i stand til at kommunikere med datamater, samt elektronik der muliggør forprogammerin g af procesforløb både på en PC og på selve maskinens ege n indbyggede computerdel. I hovedtræk består svejsemaskiner til MIG/MAG-svejsning af en strømkilde til levering af jævnstrøm til processen, tråd - rulle, motordrevet trådfremføringsaggregat, gasregulerings - aggregat. Endvidere medhører sekundærjordkabel og så - kaldt "strømpe" indeholdende kabel til primærsvejsestrøm, styreledning, gasledning og evt. kølevandsledning. Kabelbundtet eller "strømpen" er samlet i en pistol med aktiveringsknap, samt evt. fjernreguleringsknap. Figur Fotografi af moderne svejsemaskine. Den viste maskine er e n Migatronic BDH 320 Commander, og er mærket tripple, hvilket be - tyder at strømkilden både er beregnet til lysbuesvejsning me d beklædte elektroder, TIG- o g MIG/MAG-svejsning 112

113 Svejsemaskinen Fig. 6.15, er konstrueret til at kunne svejs e såkaldt synergisk MIG/MAG-svejsning, hvilket betyder a t svejseprocessen styres med en nøgleparameter : Svejsestrømmen. Alle øvrige parametre, der har indflydelse på svejsningen reguleres automatisk. Maskinen er bl.a. udstyret med et avanceret betjeningspane l med display til ind- og udlæsning af data og funktioner, sam t trykknapfunktioner og programstyringsenhed, forbunde t med en indbygget computer. Udstyr til TIG-svejsning Svejsemaskiner til TIG-svejsning, er som MIG/MAG-svejsemaskinerne inde i en udviklingsfase, der betyder at de for - skellige fabrikater kan opvise stadigt mere avanceret udstyr. De maskiner der senest er udviklet, bygger i almindelighed på den såkaldte inverter-teknologi, hvilket bl.a. betyder at de foruden en formindsket vægt besidder helt specielle funktions- og reguleringsfaciliteter. De fleste maskiner kan udstyres med fjernregulering fra box eller fra TIG-pistolen. Maskinerne er normalt beregnet for både TIG- og lysbuesvejsning med beklædte elektroder og er i forbindelse med anvendelse til sidstnævnte proces udstyret med : Hot start funktion der bevirker, at der kan genereres en justerbar forstærkning af svejsestrømmen i lysbuens tændingsøjeblik. Arc-power funktion der er justerbar og bevirker at lysbuespændingen forstærkes ved forkortelse af lysbuelængden. Antifreeze funktion der bevirker at elektroden, under lys - buesvejsning med beklædte elektroder, forhindres i fast - frysning ved lav strøm og forkortelse af lysbuelængden. Af forskellige specialfunktioner beregnet for TIG-svejsnin g vil diise maskintyper ofte indeholde : Variabel slope-down der indebærer, at man er i stand til a t programere svejsestrømmen til at fade ud ved afslutningen af svejseforløbet. Såkaldt kraterfyldning. Gasforstrømning der bevirker at beskyttelsesgassen er fuldt etableret når lysbuen tændes. 113

114 Variabel gas-efterstrømningstid der indebærer, at man kan justere efterstrømning af beskyttelsesgas indenfor et bestemt tidsinterval, efter svejsningens ophør. Lift-TIG-funktion betyder at man først lader elektroden berøre emnet, hvorefter man ved aktivering af en knap p å håndtaget etablerer lysbuen ved at løfte elektroden fra emnet. HF-funktion hvor etablering af lysbuen sker såkaldt berøringsfrit. Funktionen bevirker at der startes en højfrekvent impuls ved tastning, der bevirker en hurtig ionisering af gassen. AC-balance der betyder at man kan forskyde vekselstrøm - mens halvperioder og har betydning ved svejsning af magnesium, hvor det er ønskeligt at forlænge plus- periode n for at sprænge dette materiales svære oxidlag. Ved svejsning af aluminium, kan man tilsvarende give minusperioden længere tid, for herved at generere større varme ned i materialet. AC-svejse frekvens der betyder at man er i stand til, at justere vekselstrømmens normale frekvens på 50 Hz opefter. På nogle maskintyper op til 500 Hz. Denne facilitet udnyttes for at stabilisere lysbuen, samt for at få større indtrængningseffekt. Figur Fotografi af moderne TIG-svejsemaskine. Den viste maskine er e n Migatronic TIG-Commander 440 AC/DC, hvilket betyder at den u d over at være beregnet til lysbuesvejsning med beklædte elektroder, kan anvendes som både jævn- og vekselsrøms TIG-svejsemaskine 114

115 Endeligt er der mange af de nyere TIG-svejsemaskiner der er udstyret med trykknaptastatur og digitaludlæsning på display, af parametre og indstillingstrin. Se fig TIG-svejsemaskinen, fig er blandt flere andre faciliteter, udstyret med et avanceret betjeningspanel med display til ind- og udlæsning af data og funktioner, samt trykknapfunktioner og programstyringsenhed, forbundet med en ind - bygget computer. I forbindelse med mange svejseopgaver, i særdeleshed ve d montagesvejsning, er det af stor betydning at udstyret er så mobilt- og vejer så lidt som muligt. Med udnyttelsen af inverter-teknologien er der udviklet TIG-maskiner, der så at sige kan "tages under armen". Figur Fotografi af moderne letvægts TIG-svejsemaskine af mærket Migatronic LDH 160 Inverter. Maskinen vejer 19 kg og kan levere en svejsestrøm/jævnstrø m på max. 160 amp. Med små lette argonflasker er vejen banet, fo r at kunne udføre montagesvejsninger med TIG-processen, unde r forhold hvor tungere udstyr ka n være besværligt at håndter e Udstyr til plasmasvejsning Ved svejsning med Plasmaprocessen der på nær mikroplasmavariationen, stort set kun anvendes ved automatisere t svejsning, benyttes i almindelighed strømkilder der i lighe d med flere af de andre omtalte svejseprocesser leverer jævn - strøm Enkelte vekselstrømsudstyr, der kan levere en såkaldt "syntetisk" vekselsstrøm d.v.s. firkantformet strømkurve, ses p.t. anvendt i mindre udstrækning. Der finder i realiteten endnu 115

116 ikke nogen større anvendelse af disse anlæg sted i jern- o g metalindustrien, men da udviklingen af specialudstyr til svejsning som før omtalt vil fortsætte, vil man helt sikkert kunne forvente en større udbredelse i fremtiden. (For videre orientering vedr. princippet for plasmasvejsning: Se kapite l 12, plasmasvejsning, modul R5, Sammenføjning, Rustfrit stål, nikkel og titan. ) Rundsøms- og langsømsautomater Da plasmasvejseprocessen er meget hurtig og produktiv er det derfor typisk, at der stilles meget store krav vedrørende præsision og stabilitet til det produktionsudstyr der anvendes for at styre denne. F.eks. de såkaldte rundsøms- og langsømsautomater der bl.a. anvendes i beholderindustrien. Se fig og Figur Fotografi af langsemsautomat til svejsning af rustfrie stålplader. Fabr. HN Automati c 116

117 Figur Nærbillede af plasma key-hol e svejsning i langsømsautomat, fabrikat HN Automatic. Under svejseforløbet fikseres pladekanter - ne af svære kobberlameller, de r presser pladekanterne ind imo d hinanden, samtidigt med at d e holder pladekanten centreret over bagskinne, med udfræset baggaskana l Udstyr til lasersvejsning Lasersvejsning er udover at det er en højenergiproces, me d meget høje produktivitetstal, også fuldautomatiseret og cornputerstyret. Implementering af processen i fabrikatione n kræver investeringer i milionklassen, bl.a. til anskaffelse a f computere, lasere og håndteringsudstyr, og man skal ogs å forberede sig på, at processen er relativ omkostningstung i starten af fabrikationen hvor der, hver gang en ny produktion skal iværksættes, skal investeres i afprøvning og indkø - ring af de nødvendige data til svejseoperationerne. De lasertyper der fortrinsvis anvendes til svejsning er CO2 og Nd-YAG-lasere og prisen på selve udstyret er afhængig a f hvilke udnyttelseskrav der stilles. Ved en grov sammenligning mellem de to lasertyper, kan man sige at ved effekter over 400 watt er tale om et relativt ensartet prisniveau, mens der ved lavere effekter kan regnes med billigere anskaffelses- 117

118 pris for CO2lasertyperne. En 500 watt CO2-laser koster ca. mellem kr. og som tommelfingerregel kan man sige, at en laser koster ca kr. pr watt i effektområdet mellem watt. Ud over anskaffelsen af selve laseren skal der som nævnt før, investeres i håndterings/positioneringsudstyr, computer e m.m.. Prisen for etablering af et komplet bearbejdningssystem kan meget let løbe op i, at laserens pris skal ganges me d en faktor 1-3, heri ikke inkluderet bygnings- og installations - mæssige omkostninger. Figur 6.20 Lasersvejsning med 10 Kw CO 2 - laser på FORCE Institutterne.) 118

119 (For videre orientering vedrørende lasersvejsning : Se kapite l 10, modul A5, Sammenføjning, Aluminium, kapitel 13, modul R5, Sammenføjning, Rustfrit stål, nikkel og titan, kapitel 12, modul S5, Sammenføjning, Stål, højstyrkestål og støbejern). Udstyr til elektronstrålesvejsning Udstyr til elektronstrålesvejsning er størrelsesmæssigt meget varierende og mere eller mindre avancerede, alt afhængig a f de krav der stilles til udstyrets kapacitet. Variationer giver sig bl.a. udtryk i udstyrets effekt, pumpeudrustning, kammervolumen, positionerings/håndteringsudstyr og styringssystem. De universalmaskiner der almindeligvis anvendes i industrien har normalt en effekt på ca kw og kammervolume n kan variere fra 0,5 til 6 m3, og rømningstiderne for vacuumkamrene varierer, meget afhængig af pumpeudrustningen fra ca. 1,5-2,5 min for rømning til 10-2 mbar og ca. 5-6 min fo r rømning til 10-2 mbar. I forhandlernes sortiment af udrustningsdele til elektronsvejsemaskiner, indgår en mængde varianter af udstyr til positionering af emner der skal svejses. Som eksempel kan ma n nævne koordinatborde for x-y bevægelser, samt ronderingudstyr til rotation omkring de vertikale akser, W X og WL bevægelser. Anskaffelsesprisen for elektronsvejsemaskiner er som for la - sere relativt høje, hvilket også spiller ind ved beregning af maskinomkostningernes størrelse. Disse afhænger af e n mængde faktorer af virksomhedsspecifik karakter, hvor kapital-, drifts- og indirekte omkostninger spiller en væsentlig rolle. Hertil skal lægges omkostninger ved skift, hvori indgå r rømning af vacuumkammer og opstillinger i fiksturer, sam t maskinens belægningsgrad. Ved beregning af eksempelvis kapitalomkostninger pr. år, skal man som ved anskaffelse af lignende kostbart udstyr, kalkulere med påvirkninger fra variablerne : Grundinvestering, forrentning og levetid. Grundinvesteringen består a f alle anskaffelsesomkostninger ved etableringen såsom trans - port, værktøjsudrustning og omkostninger ved montage ti l fuld funktionsklar stand. Specielle fiksturer beregnes do g ved udførelse af opgaver, som en del af tilbudsprisen. 119

120 Levetiden for udrustningen er svær at beregne men det er ikke helt forkert at kalkulere med år for et universaludstyr, når man tager i betragtning at levetidsvurderingen for konventionelle værktøjsmaskiner ligger nogenlunde på samme niveau. (For videre orientering vedrørende elektronstrålesvejsning: Se kapitel 11, modul A5, Sammenføjning, Aluminium, kapitel 14, modul R5, Sammenføjning, Rustfrit stål, nikkel og titan, kapitel 13, modul S5, Sammenføjning, Stål, højstyrkestå l og støbejern). Figur Fotografi af FORCE Institutterne s universal-elektronstrålesvejsemaskine. Vacuumkamrets volume n er på 0,5 m 3, hvilket stærkt begrænser størrelsen af de emne r der kan svejses. 120

121 Svejseprocedurer 7 Forord Med modtageres/bygherrers tiltagende interesse for kvalitetssikring, stilles svejseværkstederne i dag over for krav om, at kunne dokumentere kompetance til at udføre en given svejseopgave tilfredsstillende. Parallelt hermed er kraven e steget til, at der oftest skal foreligge en detaljeret svejseplan, der beskriver bearbejdningsmetoder, svejsefugeprofiler, til - pasningstolerancer, svejsedata, svejserækkefølgeplaner, varmebehandling, etc. Kort sagt, en af svejseværkstedet gennemført præ-kvalificering til opgaven, inden denne ka n påbegyndes. 7.1 Man kan sige, at svejsningens barndom ser ud til at være for - bi, og at den gammelkendte fremgangsmåde med at eksperimentere sig frem på den første del af produktionen, for så a t håbe på at det ikke går galt når bygherren udfører sin modtagekontrol, endegyldigt er afsluttet for væsentlige konstruktioner. Filosofien bag denne udvikling er, at man ikke kan re - parere men kun producere kvalitet ind i et produkt. Svejseprocedurer er en integreret del af et planlagt svejsearbejde, og en del af beviset for at data i procedurerne er efterfulgt, og at det færdigtsvejste produkt kan leve op til definerede styrkekrav, dokumenteres gennem udførelse af procedureprøver. De kendteste angivelser for procedureprøver er bl.a. beskrevet i diverse standarder som eks. : ASME Boile r and Pressure Vessel Code Section IX, TUF AD-Merkbladt - HPO, HP/1, HP/2, m.fl., og sidst i EN : Welding procedure tests, for the arc welding of steels, samt EN : Weld - ing procedure tests, for the arc welding of aluminium. Procedureprøve r Det skal nævnes rent en passant, at der i dag ikke findes ikke-destruktive prøvemetoder, (NDT-metoder), der er i stand til at måle om færdigtsvejste emner har de nødvendige styrkemæssige egenskaber, slagsejhed, etc. Procedureprøver er en del af modtagerens kvalitetstyring o g optræder i nær tilknytning til svejseplanlægningen generelt. Modtageren kan naturligvis præcist definere de procedure- 121

122 prøver der ønskes gennemført. Men oftere anvendes den fremgangsmåde, at kvalitetskravene til materialer og svejsesamlinger formuleres omhyggeligt i udbudsmaterialet, hvor - efter producenten/entreprenøren forelægger en materiale- o g svejseplan til godkendelse. Såfremt det af denne plan ikke entydigt fremgår, at arbejdet kan udføres til de stillede kvalitetskrav, må dokumentationen fremgå ved procedureprøvning. Formuleringen i et udbudsmateriale af nævnte art, vil ofte tage sig således ud: Det skal for følgende dele af konstruktionen, (beskr.), kunne dokumenteres at der med de valgte tilsatsmaterialer og svejsemetoder opnås svejsemetal og overgangszoner, der opfylder samme krav til styrke- og sejhedsegenskaber som dem der er stillet til grundmaterialet. Eventuelle procedureprøver udføres eksempelvis som beskrevet i standard DS/EN Prøvningsomfang og krav er følgende, (beskr.). Det er ikke altid, at man med udførelsen af ganske få procedureprøver, er i stand til at starte en produktion. Historien kan fortælle om uhyre udstrakte prøvningsprogrammer, hvor der indsættes store ressourcer før man med fuld tilli d kan starte en produktion. Som et kuriosum kan det nævnes, at der for en del år siden opstod et ønske om at kunne fremstille store undervandsbåde af særligt stærkt stål. Dette specielt stærke stål blev udviklet i forløbet af de første ca. fire år, hvorefter man brugte yderligere ca. fire år til den grundlæggende fastlæggelse a f stålenes svejselighed. Efter denne indledende forskning var tilendebragt, byggede man indenfor de næste to år, en fuld - skalamodel af en del af ubådskostruktionen, incl. jigs, fixturer etc. og underkastede denne et omfattende prøvningsprogram. Herefter kunne den egentlige produktion af bådene endeligt påbegyndes. (Ref. : K. Terei et ali : Welding and Fabrication of New High Tensile Shells for the Submarine in Ja - pan. Welding Progress in Japan, may 72.) 7.2 Svejseprocedure Standarder og svejseprocedure r En svejseprocedure, kan kort beskrives som et middel til at definere og fastlægge retningslinier for udførelse af en svejsning, hvor man ønsker sikkerhed for at denne er i stand til a t opfylde definerede kvalitetskrav. 122

123 I Danmark udgav Dansk Standardiseringsråd i 1987, DS 894 : Verifikation af svejseprocedurespecifikationer, almene begreber. Denne standard opstillede, med visse begrænsninger, regler for hvordan man frit kunne vælge mellem fem forskel - lige former for verifikation af en svejseprocedures egnethed. Denne standard har i de forløbne år givet rimeligt afballancerede muligheder for at eftervise svejseprocedurers egnethed, og er blevet anvendt meget af dansk industri siden udgivelsen. Med udgivelsen af EN 288-serien, der behandler specifikation af svejseprocedurer og eftervisning af disses egnethed, kan det konstateres at denne serie grundlæggende bygger på de principer der er angivet i DS 894. EN 288 opererer som DS 894 med fem former for eftervisning eller verifikation. De fem former for verifikation kan oplistes således : EN : Pre-production Welding Tes t EN : Welding Procedure Test, Steel s EN : Welding Procedure Test, Aluminiu m EN : Standard Welding Procedur e EN : Approved Welding Consumables EN 288-6: Previous Welding Experienc e For brugere af EN 288-3: Welding procedure tests, for the ar c welding of steels, eller EN : Weldig procedure tests, for the arc welding of aluminium, er det vigtigt at sætte sig ind i specifikationerne i EN : General rules for fusion welding. Formålet med denne standard er at definere generelle regler for specifikationer og godkendelser af svejseprocedurer for metalliske materialer. Figur 7.1 (side ) Eksempel på svejseprocedure-specifikation, side 1 og 2. Læg mærke ti l henvisningen til svejseprocedureprøve under verifikation i h.t. : (side 2). Det skal bemærkes, at proceduren også henviser til DS 894, hvilket var aktuelt da denne blev skrevet ud.) 123

124 FORCE Institutterne Park Alle 34 5 DK-2605 Brøndby SVEJSEPROCEDURE-SPECIFIKATION WPS nr. : ARD-TRR Side: 1 af 2 Udført af: Arnold Djuraas Dato : Bygherre : Ordre : Grundmateriale : Godstykkelse : Rørdiameter: A: DS 894 gruppe V (bem. 3) mm mm imod B: DS 894 gruppe V (bem. 3) mm mm Forvarme : Max. mellemstregns-temp.: 250 C Tørring m.v. af tilsatsmaterialer : Opbevares tørt! Stilling : s. 1: Alle s. 2 : Streng Svejse - proces I-fuge, fuld gennemsv. fra een side! Tråd/elektrode Dimension mm Kvalitetskrav : Svejsested : Fugetildannelse : Afrensning : Bagskinne : Opspænding: Hæftning : Hæftes i fugen Forvarme : C Længde : mm Antal strenge: 1 Antal/meter: Stilling : ISO 5817 karakter B Værksted, montage Mekanisk Rene og tørre fuger Ingen Clamps benyttes i samme omfang som i produktion Opfugning: Bem. Pulssv. G = 0,4 - P = 0,4 sek. Grundstrøm : Pulsstrøm : Klassifikation am p amp Gas / pulve r Gasflow: 101 /min Ingen tilsatstråd 99.99% Argon Streng Strøm Art A Trådhast. m/min. Kont. afst. Volt Hast. m/min / Str. længde mm Energ i MJ/m 1 DC Be m 124

125 FORCE Institutterne Park Alle 34 5 DK-2605 Brøndby SVEJSEPROCEDURE-SPECIFIKATIO N Udført af: Arnold Djuraas Baggas : Formier 90/10 Forbrug : 101/mi n Ekstra tilsatstråd/pulver : Inge n Placering af tråde : Efterfølgende varmebehandling: Ingen WPS nr.: ARD-TRR-0003 Side : 2 af 2 Dato : Materialeegenskaber : Svejsemetal : Varmepåvirket zone : Bemærkninger og andre oplysninger : DS 894 gruppe V : Austenitiske stå l Følgende stål er dækket af denne SPS : AISI/ASTM : 304, 304L, 316, 316L, 347 SS : 2333, 2343, W.-nr. : , , Denne WPS er udarbejdet med henblik på certificering af svejsere efter EN 287. Der er ikke taget stilling til procedurens anvendelighed,i forbindelse med specielle for - hold under produktion. Verifikation i.h.t. : Sv-procedure EN 0002 Standard/norm : Kunde specifikation : Vi bekræfter, at denne procedure- Vi bekræfter/attesterer, at denne svejseprocedure specifikation er egnet for vore er verificeret i henhold til ovenfor nævnte norm(er ) produktionsforhold og forventes at på grundlag af : føre til svejsninger med de ovenfor anførte egenskaber. Dato 6/9 9:4' Dato -/ Dato/underskrift Unde f Underskrif t ' s 63 Værksted Væsted Attesterende instans 4/1 125

126 EN : Stk 3. Definitions Efterfølgende henvises til EN : Stk 3. Definitions, de r bl.a. angiver definitioner på : EN 288-1, 3.1. Welding procedure: Specificeret beskrivelse af handlinger der skal følges for at udføre en svejsning, inkluderet: Referencer til materialer, forberedelse, forvarmning (om nødvendigt), metoder o g kontrol af svejsning og varmebehandling efter svejsnin g (om relevant), samt nødvendigt udstyr. EN 288-1, 3.2. Welding processes: Forklaring og nomenklaturer på svejseprocesser er i denne standard angivet efter ISO 857, og nummereringssystem for svejseprocesser er angivet efter ISO EN 288-1, 3.3. Preliminary welding procedure specificatio n (pwps) : En svejseprocedurespecifikation der ikke er afprøvet, hvilken formodes at angive passende anvisninger for udførelsen. Svejsning af prøvestykke der er nødvendig for godkendelse af svejseprocedurespecifikationen er beskrevet i en foreløbig (preliminar) svejseprocedurespecifikation. (pwps). EN 288-1, 3.4. Welding procedure specification (WPS) : Et dokument, der i detaljer anviser de forlangte variabler for specifik anvendelse og reproducerbarhed. EN 288-1, 3.4. Work Instuktion: Simplificeret specifikation af en svejseprocedure, direkte anvendbar i produktionen. EN 288, 3.6. Approved welding procedure specification: En specifikation, for hvilken svejseproceduren er blevet godkendt, overensstemmende med denne standard. (Godkendt ud fra en af de fem verifikationsformer der er angivet i EN 288.). EN 288, 3.7. Welding procedure approval record (WPAR) : En fortegnelse indeholdende samtlige relevante data fr a svejsning af et prøvestykke, ønsket for godkendelse af svejseprocedurespecifikation, samt alle resultater fra prøvningen af svejsningen. Note 1 : En eller flere WPAR'er kan være nødvendige for at godkende en WPS, ligesom en WPAR i visse tilfælde kan godkende flere WPS'er. Note 2: Den tidligere betegnelse for en WPAR var WPQR, Welding Procedure Qualification Record. 126

127 Certificering af svejsere 8 Forord Kvaliteten af et svejsearbejde, er afhængig af en mængd e mere eller mindre ligevægtige detaljer, der dog hver for si g skal vurderes i forholdet til de definitioner på kvalitet; de kvalitetskrav og medfølgende kvalitetsdokumentationer, der knytter sig til det pågældende svejste produkt I tilknytning til dokumentationer for bla. materialekvaliteter, hører det med til kvalitetsstyring af en produktion, at kunn e dokumentere manuelle svejsere- eller svejseoperatørers fagli - ge kompetancer. Betegnelsen svejser dækker en fællesbetegnelse for personer, der udfører manuel svejsning, eller personer der som svejse - re styrer halvautomatiserede svejseprocesser. Manuelle svejsere er personer der styrer og manipulerer svejseprocessen, ved manuel føring af elektrodeholder, svejsepi - stol- eller svejsebrænder. Svejseoperatører betegner personer der styrer udstyr ti l svejsning, som har delvis mekaniseret bevægelse melle m elektrodeholder, svejsepistol- eller svejsebrænder og emne. For at kunne styre afprøvningen af svejseres fagkompetanc e er der i dag angivet en række ensartede retningslinier fo r gennemførelsen, hvilket hidtil har været henvist til national e standarder. Dette i sig selv har virket forsinkende eller som - me tider direkte hæmmende for produktgodkendelser på internationalt plan, ved bl.a. at besværliggøre den indbyrde s nationale værdimålestok for svejseres godkendelser til ud - førelse af svejsearbejde. Skiftet fra nationale til fælleseuropæiske standarder for bl.a. certificering af svejsere, har medført at der nu er skabt grundlag for en ensartet bedømmelse af svejseres kvalifikationer i EF og EFTA-landene, ligesom de nye standarder efterhånden vil erstatte de tidligere nationale standarder. Sty - ringen af dette store kompleks af standarder sker via CEN, 127

128 Comite Europeen de Normalisation EN 287 del 1 EN 287 del 2 Comite Europeen de Normalisation, der er den europæiske komite for standardisering. Begrebet certificering af svejsere, defineret i EN 287 standardens dele, dækker i dag en fælleseuropæisk standardisere t afprøvning af svejseres faglige kompetancer, til at udføre smeltesvejsning i stål, EN 287 del 1 og i aluminium og alumi - niumslegeringer, EN 287 del 2. Standardens dele foreskriver retningslinierne for at afprøve svejseres faglige kvalifikationer, ved at anvise entydige retningslinier for færdighedsprøvning i at udføre et bestem t svejsearbejde, med en bestemt proces, i et bestemt materiale og under bestemte produktionsforhold, svejsepositioner, etc. Udover den fagpraktiske afprøvning af svejseres kompetancer anviser standardens dele endvidere forslag til prøvning og dokumentation for svejseres fagteoretiske kunnen. Dette er ikke udlagt som et entydigt forlangende, men afhænger af hvilke krav der stilles af de enkelte nationer, myndigheder, bygherrer etc. Approval testing of welders Inden udgangen af 90'erne, bliver flere standarddele send t ud i serien: Approval testing of welders. Fusion welding par t of : Copper and alloys. Nickel and nickel alloys Magnesium and magnesium alloys. Titanium and titanium alloys. Endeligt tilføjes EN-standard for: Approval testing of personnel for robotic and mechanised welding. 8.2 EN 287, del 1 og 2: 1992 Den fælleseuropæiske standards dele omfatter ved udgange n af 1992: EN 287 del 1, Approval testing of welders Fusion welding Part 1 : Steels, (certificering af svejsere smeltesvejsning, stål), og EN 287 del 2, Approval testing of welder s Fusion welding Part 2: Aluminium and aluminium alloys, certificering af svejsere smeltesvejsning, aluminium. 128

129 EN 287 omfatter svejseprocesser hvor svejserens manuell e færdigheder har afgørende indflydelse på svejsekvaliteten o g hvor standardiserede prøveemner kan anvendes. Standardens enkeltdele danner baggrund for gensidig anerkendelse mellem de respektive europæiske landes eksaminationscentre, med hensyn til godkendelse af svejseres faglig e kompetancer, indenfor de forskellige anvendelser. Med hen - syn til teoretisk afprøvning, kan der være særlige national e bestemmelser, eller produktaftager/bygherrebestemmelser, der vedhæfter krav om f.eks. skriftlig teoretisk eksamination. Skriftlig teoretisk eksaminatio n Alle prøver skal udføres overensstemmende med standar - dens indhold og bestemmelser, med mindre andre krav er specificeret i henhold til særlig konstruktionsstandard, hvo r disse krav i så fald er gældende. Et eksempel på særlige krav kan være en standard for kon - struktion og udførelse af trykbærende anlæg, hvor der stille s krav om udførelse af supplerende prøvesvejsninger af svejsesamlinger på afgreningsstykker, og/eller strengere krav ti l svejsekvaliteten. Supplerende prøvesvejsninger Prøvesvejsninger kan samtidigt bruges til godkendelser a f EN 288-svejseprocedurer, såfremt alle foreskrevne krav i.h.t. EN eller EN er opfyldt. I henhold til standarden, godkendes svejseres fagkompetancer fortløbende, såfremt de jævnligt udfører svejsearbejde indenfor det sområde i standarden de er afprøvet i og har opnået godkendelsesdokumentation for. Et EN 287 svejsercertifikat. EN 287 svejsercertifika t 129

130 Svejsercertifikat - EN 287 : 1992 Welder Approval Test Certificate- EN 287 : 1992 Betegnelse Designation Firma navn og adresse Menufacturer~ w.a... Prøvning afsluttet den Date of completed test Eksaminato r Examiner Svejsemetode weldog process Plade eller rø r Plate or pipe Sømtype Grundmateriale Parent rnaterlal Tilsatsmateriale/type Filler metal type Klassifikation Class/Iication Beskyttelsesgas Shielding gas Andet Other Godstykkelse (mm) Thickness of test piece (mm) Udv.rørdiameter (mm ) Outside pipe diameter (mm) EN T ßW W02 wm t3.s D108. H-L 045 ss nb Svejseværkstedet, Industrivejl41, 2506 Brøndby Arnold ~Hraa t FORCE-ID: SVC ö5 Aktuelle data Actual dete 141 TIO 7 PØ BW flute Weld WOVt3 CtMo 4 Creep nnetent ~taat SOH ER OCh S ki 'EV 18If Svejsers navn : Seren Svejstru p Welder's Name Fødselsdata 29.01,37 Svejser nr: Dateof birth Welder (dent. Godkendelsesområd e Range of approval 14 1 TIG P eller T Plate or pipe FW etter BW Fillet Weld or Butt Weld WO2 til WO1/ W0 2 Creep res. to CMn St Creep res. 'EV 17 H', 'EV 18 H ' ~~ FORCE INSTITUTTET Journal n /1 A nem No Identifikation af emn e Wantof test piece IA SS - SVC 35 Foto (hvis ønsket) Photo(it required) Argon I. EN 435 All inert gasses - Svelseprocedure Spedllkatbn. Welding Procedure. Specfcttron ss ARD-TRV-0 1 Svejsestilling N-.045 PA, PB,PC, PD, PE, PF, HL 045 Jobkendska b Wektkg position 46 bramled alle Ail. except downwards JobMrowledge Opfugning/Backing se, reb bs, sa, ob, mb, og, gg, gb BestAet Gougingbacklnq Simple Ø no backing Accepted Yderligere oplysninger i bilag Additional information. enclosure Prøv.metode Type of test Visual kontrol Visual examination Radiografisk p r Radiography test Ultralyd prowl. Ultrasonic test Magnetpulv.pr. Magn. particle Insp. Penetrant pr. Dye penetrant test Makro sni t Macro section Brudprøve r Fracture tesang Bøjeprøver Bend testing Markrapport nr: Field Report no Andre prøver' AØ tests A`en andeid. Acceprsandni A0c.kdt. Acc.l.vel 6otå.dgae pee Ax-MtfiWWbd EN etc) BestMt Accepted EN e Be-east Accepted Ikke provet Not tested Ikke prøvet Not rested Ikke prøvet Not tested Ikke prøvet Nat tested Ikke prewe:1 Nat tested - Yrke prellet Not tested Certifikat udstedt i.h.t 10.2,torlrengelse for yderligere 2 år (;e~naee Lined roc ro tag, pelagelpn tarn. [mowing 2 yea r Gyldigt til (dato): Validly of approval um Forlængelse for 6 mdr im.t. pht Prolongation for 6Øtils acc. to Dato Stilling eller titel Underskrift Date Position or title Signature Bemærkninger Remarks /1A Brøndby d Nej No Nej 'se evt. bilag for supplerende oplysninge r See separate sheet Menu/red Certllceringsansvadig (udstedelsesdato Certification Manager (date ofissue) Nej NO 310 DE 0e.94 MON Figur 8. 1 EN 287 svejsercertifikat 130

131 EN 287-standardens enkeltdele er gyldige efter deres nationale udstedelsesdatoer, hvilket for Danmarks vedkommende fandt sted i 1992, for EN 287, del 1 og 2. Svejsestandarder og konstruktionsnormer Standarder bruges ofte som grundlag for kvalitetsstyring af industriprodukter. For svejste produkter, der kan være man - ge forskellige ting, som f.eks. trykbeholdere, kedler, rørsystemer, stålkonstruktioner, hårde hvidevarer, transportmidler, etc., gælder det, at de overordnede krav er specificeret i myndighedsbestemmelser og de tekniske krav i konstruktions - normerne. Europæiske standarder for svejsning anvender den engelske betegnelse application standard, som betegnelsen for en konstruktionsnorm. Konstruktionsnormer indeholder en række detaljerede krav til de svejste produkter. Det sker eksempelvis tit, at en konstruktionsnorm stiller begrænsninger med hensyn til valg af fugetyper. Begrænsninger af den art, findes gerne i normens kapitel med den tekniske betegnelse konstruktiv udformning. Konstruktionsnormerne fastsætter ligeledes krav til et kvalitetssystem og svejseteknologi, i et kapitel omhandlende fremstilling. Inspektion og prøvning findes i et kapitel om kontrol. 8.3 Application standard Konstruktionsnorm Konstruktiv udformnin g Fremstilling Kontro l Danske konstruktionsnormer er i reglen meget kortfattede, hvorimod udenlandske normer tit indeholder meget detalje - rede krav. Som eksempel kan nævnes, at udenlandske normer for trykbærende anlæg, tit indeholder et stort katalo g over tilladte samlinger ved rørafgreningsstykker, rorstump - sømme ved flanger etc. I denne tid, fra 1992 til ca. år 2000, er et stort system af svejsestandarder under opbygning. Varetagelsen af denne opbygning, eller konstruktion af standarder om man vil, er bl.a.lagt i hænderne på eksperter nedsat i en komite ved navn CEN/TC 121, og målet for opbygningen er, at europæiske CENITC 12 1 konstruktionsnormer, af næsten enhver art, skal kunne bruge standarderne som henvisning. CEN/TC 121, er CEN/Techni - cal Commitee for welding and allied processes. CEN/Technical Commitee for wel - ding and allied processe s Det skal i fremtiden ikke være nødvendigt at have særlige svejsetekniske krav i normerne, idet sådanne krav vil kunn e 131

132 formuleres som henvisninger til svejsestandarder. Kapitler som "udførelse" og "kontrol" etc., bør i fremtiden blot være lister med henvisning til svejsestandarder. Se fig Kontrakt Lovmæssig e krav Svejsestandarder kan også bruges uden forbindelse med e n konstruktionsnorm, forudsat at de bruges direkte som hen - visning i kontrakter mellem fabrikanter og modtagere. Henvisninger vil således ske fra kontrakter. Se fig Konstruktionsnorm Kontrakt Lovmæssig e kra v Standarder fo r svejsning Standarder fo r svejsning Standarder fo r svejsnin g Figur 8.2 Henvisning fra konstruktionsnorm Figur 8. 3 Henvisning fra kontrakt Figur 8.4 Fabrikantens kra v Svejsestandarder kan endvidere anvendes direkte som kvalitetsstyring af egen-produktion, som produktivitetsfremmende og omkosningsreducerende værktøj af fabrikanter. Henvisninger til standarderne vil således findes i kvalitetsmanualer og andre specifikationer. Se fig Kvalitetsstyring svejseprøve og certificerin g Aflæggelse af svejseprøve efter anvisningerne i EN 287, er e n del af præ-kvalificeringen til udførelsen af et konstruktions - arbejde, hvori indgår svejste samlinger. Som bekendt har svejsning indvirkning på materialeegenskaberne i de svejste samlinger. Da disse egenskaber ikke bagefter kan bestemmes med ikke destruktive kontrolmetoder, det handler jo om bedømmelser af rent materialemæssige værdier som eks. hårdhed, slagsejhed m.m.,betyder det, at svejs - 132

133 ving tilhører det der i kvalitetsstandarderne EN og kaldes specielle "processer". Dokumentation for materialeegenskaber i svejsesømme, kan derfor kun ske indirekt e ved kvalitetsstyring af svejsearbejde. Et system for kvalitetsstyring af svejsearbejde på letsvejselig t materiale, hvor der ikke stilles særlige materialekrav, er relativt enkelt at etablere. Det er betydeligt mere kompliceret at opbygge et system for kvalitetsstyring af svejsearbejde p å vanskeligt svejsbare materialer, hvor der stilles høje krav ti l materialekvaliteten i de svejste samlinger. En beskrivelse af kvalitetsstyring af svejsearbejde er defineret på tre niveauer i EN 729, 2-, 3- og 4. Standarden omhandler EN 72 9 quality systems for welding : Part 1 Guide-lines for selection and use. Part 2 Fusion welding of metallic materials. Complete quality system. Part 3 Fusion welding of metallic materials. Standard quality system. Part 4 Fusion welding of metallic materials. Elementary quality system. EN 729-serien har flere formål, og kan bl.a. anvendes som hjælp til fabrikanterne ved opbygning af kvalitetssystem for svejsearbejde men også som basis for certificering af et kvalitetssystem for udførelse af svejsearbejde, efter EN eller Forberedelse til certificering Al forberedelse til certificering af svejsere begynder nødvendigvis med, at vurdere på hvilken måde man mest rationelt kan udnytte sine medarbejderressourcer i henhold til en given opgave Præ-kvalificering til svejseopgaver, som certificeringen a f svejsere blot er en del af, vil i tilfælde af tilbudsgivning, best å i at vurdere udbudsmaterialet. Indeholder dette materiale henvisninger til en norm? Er der direkte henvisninger i materialet vedrørende certificering af svejsere? 133

134 Henviser materialet til standarder for kvalitetsstyring a f svejsearbejde? Er der tale om produktdokumentation, vedrørende egenproduktion, og på hvilken måde vil man kunne formuler e aktivitetsmanualer og instruktioners indhold. Alt-ialt kan man vurdere forberedelser til certificering af svej - sere som en nøje gennemgang af opgaveart, volumen og der - til en formel tilrettelægning af certificeringsprocedurer, omfanget af antal arbejdsprøver, (certificeringer), spredning a f certifikater, d.v.s. hvilke svejsere skal have hvilken type certifikat og hvor mange skal evt have flere certifikater. Er der f.eks. tale om præ-kvalificering til rørarbejde på dele af mindre stålrørsystemer i trykbærende anlæg, kan opgave n være relativt ukompliceret. Ved arbejde af den art, henvises i almindelighed til afsnit i norm for trykbærende anlæg o g normen henviser til krav vedrørende certificering af svejsere, kontrolomfang etc. På større konstruktionsentrepriser, kan der være tale om flere forskellige aspekter, afhængig af bl.a. konstruktionens enkeltdele, styrkeklasse o.s.v. Endeligt kan der være tillægskra v til arbejdsprøveaflæggelser i specielle konstruktionsdetaljer. På konstruktioner hvor svejsning af afgreningsstykker er do - minerende eller indeholder specielle svejsninger på specielt tilannede afgreningers svejsefuger, kant- og eller stumpsømme, kan det være nødvendigt at indsætte jobtræning i svejsning af disse emnetyper. Afgreninger forekommer bl.a. i bærende konstruktioner som runde og firkantede hule profiler, til påsvejsning i alle vink - ler. Ved svejsning af disse profiler, i vinkler under 90, vil de t ofte være relevant med speciel jobtræning og supplerende aflæggelse af arbejdsprøve. WPS-Welding Procedure Specifi- cation I visse situationer, vil kravet være, at udføre supplerende arbejdsprøveaflæggelse og godkendelsesprøvning af afgreninger i h.t. EN 288-3, med fugegeometri overensstemmende med den aktuelle svejseprocedurespecifikation, (engels k WPS-Welding Procedure Specification). Prøveemnets udformning kan vælges efter anvisningen i E N 288-3, eller aftales mellem parterne. I almindelighed vil man 134

135 dog kræve at vinklen mellem hovedemne og afgrening p å prøveemnet er fastsat som den mindste, der forekommer på konstruktionen. 1 = min. 150 mm D1 = udvendig diameter af hovedrø r t1 = godstykkelse af hovedrø r D2 = udvendig diameter af grenrør t2 = godstykkelse af grenrø r a = vinkel ml. gren- og hovedrør Figur 8. 5 Dimension for stålprøveemne i rørafgreningsstykke, (BW-stumpsøm) eller (FW-kantsøm) i h.t. E N 288. Detaljer vedr. fugegeometr i i h.t. WPS.) Forkortelser i EN 287- del 1 og EN 287 standardens dele udgives på de såkaldte "hovedsprog", Engelsk, tysk og fransk, og det er karakteristisk for de nye standarder, der i disse år indføres i Europa at de, a f tekstmæssigt juridiske årsager, normalt ikke oversættes ti l andre sprog. I Danmark udgives EN 287 som DS/EN på engelsk, hvilket kræver skærpet opmærksomhed og et mere eller mindre ud - videt sprogkendskab for de danske brugere. DS/E N Standarden indeholder en mængde tekniske betegnelser, hver med deres formaliserede og standardiserede forkortelse/nummerering. Dette har stor betydning, ikke alene af pladshensyn i forhold til blanketters rubriceringer på Svejseprocedurespecifikationer/certifikater etc, men også for at befordre entydigheden af de anvendte forkortelser. Man kunne ellers forestille sig e n større "babylonsk forvirring" vedr. tydninger i følgedokumenter, der skal henvise til standarden. Efterfølgende anvises tekniske forkortelser og deres betydninger på henholdsvis dansk og engelsk. 135

136 8.6.1 Svejseprocesse r 111 Lysbuesvejsning med Metal arc welding with beklædte elektroder covered electrode s 114 Lysbuesvejsning med Flux cored arc weldin g fluxfyldt tilsatstrå d 12 Pulversvejsning Submerged arc welding 131 MIG-svejsning MIG-weldin g 135 MAG-svejsning MAG-weldin g 136 Lysbuesvejsning med Flux cored metal arc weldaktiv gas og fluxfyldt ing with non-inert ga s tilsatstråd shield 141 TIG-svejsning TIG-welding 15 Plasmasvejsning Plasma arc welding 311 Gassvejsning med oxygen Oxy-acetylene welding og acetylen Fugetype r BW Stumpsøm FW Kantsøm Butt weld Fillet weld Prøveemne r P Plad e T Rør Plate Pipe Dimensioner D Udvendig rørdiameter Outside pipe diameter t Plade- eller godstykkelse Plate or pipe wall thichnes s a a-mål Nominel throat thichnes s z Benlængde Leg lenght of fillet weld 13 6

137 Materialetyper W01 W02 W03 W04 Wll W21 W22 W23 Ulegerede stål me d Reh < 355 N/mm2 CrMo og/eller CrMoV krybefaste stå l Normaliserede sejhærdede finkornstål Reh > 355 N/mm2, samt svejseegnede Ni-stål med 2-5% N i Rustfrie ferritiske o g martensitiske stål med 12-20% C r Rustfrie ferritiskaustenitiske eller fuldaustenitiske stå l Ren aluminiu m Ikke hærdbar aluminiu m Modningshærdbare aluminiumlegeringer Low carbon unalloyed steels with Reh < 355 N/mm2 CrMo and/or CrMoV creep resisting steel s Fine grain quenced/tempered steels Reh > 355 N/mm 2, and welding suitable nickel steels with 2-5% Ni Ferritic and martensitic stainless steels wit h 12-20% C r Ferritic-austenitic and austenitic CrNi steel s Pure aluminium Non-heat treatable aluminium alloys Heat treatable aluminium alloys Beklædte elektroder : Typer A Sur beklædning Acid covering B Basisk beklædning Basic coverin g C Cellulose beklædning Cellulose covering R Rutil beklædning Rutile covering RA Rutil-sur beklædning Rutile-acid covering RB Rutil-basisk beklædning Rutile-basic covering RC Organisk rutil beklædning Rutile-cellulosic covering RR Rutil tyk beklædning Rtile thick coverin g S Andre typer beklædning Other types of covering 137

138 Prøvesvejsningens udførels e nm Uden tilsatsmateriale Without filler metal wm Med tilsatsmateriale With filler meta l bs Svejst fra begge sider Welding from both sides ss Svejst fra en side Single-side welding nb Svejsning uden backing Welding without backing mb Svejsning imod backing Welding with backin g materia l ng Ingen opfugning eller No back gougin or no back opslibning af bagside grinding gg Opfugning eller opslib - Back gauging or back ning af rodside grinding of welds gb Svejst med gasbacking Welding with gasbackin g Svejsestillinger PA Ovenned Flat PB Stående Horizontal vertical PC Sideind Horizontal vertical PD Underop kantsøm Horizontal overhead PE Underop Overhead PF Lodret stigende Vertical upwards PG Lodret faldende Vertical downwards H-L Skrå rør, stigende Inclined axsis, 045 svejsning weld upward 8. 7 Eksaminator Udførelse af svejseprøve EN-287-standarden foreskriver, at udførelse af svejseprøve, evt. eksamination af svejseren i jobkendskab, samt prøvnin g af prøvestykker, skal overværes og bevidnes af en eksaminator (censor), der skal være en person de berørte parter ka n acceptere. 138

139 Den eller de personer der censurerer skal attestere, at certifikatet er korrekt udfyldt og i overensstemmelse med de foreliggende rapporter vedr. : Materialedokumentation, udførelse af prøvesvejsning, ikke destruktive- og destruktive kontrol - metoder etc. Eksaminatorer kan være en medarbejdere tilknyttet firmaet s kvalitetssikringsfunktion, bygherre udpegede repræsentanter, eller repræsentanter fra såkaldt trediepart. Repræsenterer eksaminator fremstillerens kvalitetssystem forudsættes det, at denne del af en organisation er sikret nødvendig uafhængighed og kompetance i forhold til svejse - værkstedets daglige ledelse. (Begreberne uafhængighed o g kompetance opfattes som opfyldt, såfremt fremstiller har e t certificeret kvalitetssystem. ) For eksaminatorer udpeget af bygherre/produktaftager, gælder det at disse er underlagt dennes fastsatte kompetancevilkår og ansvar. Eksaminatorer fra tredie part, er repræsentanter fra inspektions- eller prøvningsvirksomheder. Almene krav til eksaminatorer er, at disse typisk bør have uddannelse og kompetance som svejsekoordinatorer, eksem- Svejse-koordinatore r pelvis som 1 : Svejsespecialist, 2 : Svejsetekniker eller 3 : Svejseingeniør. (Efter EWF-guideline. EWF er European Welding EWF-guidelin e Federation. 1. EWS European Welding Specialis t 2. EWT European Welding Technologist EWS EW T 3. EWE European Welding Engineer. EW E Før en svejseprøve påbegyndes mærkes prøveemnet med istemplet identifikation for både eksaminator og svejser. Svejserens betingelser under prøveaflæggelse skal svare til de betingelser, der anvendes i produktionen og følge en svejseprocedure WPS, eller pwps. Under aflæggelsen af svejseprøve kan eksaminator stopp e udførelsen/færdiggørelsen, såfremt svejsebetingelserne ikke er korrekte, eller hvis det fremgår at svejseren ikke har de n fornødne kompetance til at kunne opnå den krævede kvali - 139

140 tet. Det sidste skal forstås som situationer hvor svejseren, fo r at kunne gennemføre prøven, er henvist til at foretage stor e og- eller systematiske reparationer. 8.8 Welding Procedure Specification Preliminary Welding Procedure Specification WPS og pwp S En WPS Welding Procedure Specification, er et dokument der i detaljer anfører forskrifter for udførelse af en svejsning, samt angiver tilladelige variabler for præcis anvendelse og sikring af reproducerbarhed for denne. En pwps preliminary (foreløbig) Welding Procedure Specification, anvendes hvis svejseren, samtidigt med aflæggelse n af svejseprøve, udfører en procedureprøve. Se kapitlet om svejseprocedurer. 8.9 Svejsecertifikaters gyldighedsområde r EN 287-standarden anviser gyldighedsbestemmelser for svej - secertifikater, afgrænset i blokke, der beskriver hvilke materialer, godsdimensioner, fugeformer, sømformer og svejsestil - linger, certifikatet kan dokumentere svejserens kompetanc e til at kunne udføre. Det er generelt således, at svejseprøven ikke kun har gyldig - hed, svarende til det aktuelle prøveemnes gyldighedsområd e for dimensioner. Prøven vil også dække et område med fugetyper, sømformer, svejsefremgangsmåder, materialer og svej - sestillinger, der generelt antages at være lettere at svejse. For svejseprocesser gælder det, at prøver udført med en bestemt proces, normalt giver dokumentation for kompetance til at udføre svejsearbejde med denne. Det er dog muligt, at blive certificeret ved udførelse af svejseprøve med mere end en svejseproces på samme prøveemne. Dette kræver blot, at prøvesvejsningen udføres som kombinationssvejsning, med to processer på samme prøveemne. Der kan også udføres to forskellige prøver, med hver sin pro - ces og på hvert sit prøveemne, når blot disse kan anses fo r dækkende af kombinationssvejsning i samme svejsesøm. Et eksempel på prøvesvejsning med to processer kan være, a t prøveemne 1 svejses som ensidig svejsning af bundstreng o g 140

141 efterfølgende streng/strenge med TIG-processen og a t prøveemne 2 svejses som MIG- eller MAG-svejsning imo d backing. Prøverne vil herefter give svejseren kompetance ti l at svejse TIG-bundstrenge og opfyldning med MAG-processen. Svejsecertifikaters gyldighedsperiode EN 287 del 1 og 2 bestemmer, at gyldighedsperioden for svejsecertifikater strækker sig fra den dato, hvor alle foreskrevne prøvninger af prøveemnet er afsluttet og attesteret for et tilfredsstillende resultat, frem til 2 år efter denne dato Denne periode gælder under forudsætning af, at certifikate t underskrives hver sjette måned, og at følgende forhold er op - fyldt : Svejseren skal i perioden, med rimelig kontinuitet, hav e været beskæftiget med svejsearbejde, indenfor certifikatet s gyldighedsområde og ikke have en samlet afbrydelse a f svejsearbejde, indenfor dettes gyldighedsområde på over 6 måneder, i gyldighedsperioden. Svejserens arbejde skal generelt være overensstemmend e med det tekniske niveau, hvorunder arbejdsprøven ble v udført. Der må ikke være anledning til at kunne sætte spørgsmålstegn ved svejserens faglige kompetance som eks.: Gentagn e svejsefejl, afvigelser fra foreskrevne procedurer og arbejdsinstruktioner, manglende respekt for miljø- og sikkerheds - mæssige forskrifter under svejsearbejdet. Certifikatet underskrives af arbejdsgiveren eller dennes svejsekoordinator, såfremt de nævnte forhold er opfyldt og annulleres af denne ved mangel på opfyldelse af et eller flere af disse. Svejsekoordinatoren vil ofte være den ledende svejseingeniør, svejsetekniker, eller en underskriftberettiget medarbejder fra firmaets kvalitetsafdeling. Forlængelse af certifikaters gyldighedsperiode Et svejsecertifikats gyldighedsperiode kan, indenfor dettes tekniske gyldighedsområde, forlænges yderligere for en periode på 2 år. Dette under forudsætning af at førnævnte for - hold er opfyldt, samt at : 141

142 Produktionssvejsninger, udført af den svejser certifikatet e r udstedt til, er overensstemmende med kvalitetsdefinitionerne angivet i certifikatet, dokumenteret ved prøvningsresultater fra produktionen, eksempelvis.: Røntgen-, ultralyd-, eller brudprøveresultater etc. Verifikation af overensstemmelse med ovenanførte forhold, skal foretages af eksaminator eller prøvningsorganisation, der endvidere udsteder og attesterer forlængelsen i nyt dokument/certifikat. 142

143 Lysbuesvejsning med beklædte elektrode r 9 Manuel lysbuesvejsning, eller elektrodesvejsning, er blot e t par af flere betegnelser der anvendes i forbindelse med lys - buesvejsning med beklædte elektroder. Da mange andre svejseprocesser sker ved hjælp af dannelsen af en lysbue melle m elektrode og emne, f.eks. ved MIG/MAG, TIG, Plasma, Pulversvejsning, m.fl., er det fagligt præcist at bruge kapitlet s overskrift som betegnelse for processen, når svejsningen foregår som håndsvejsning eller evt. gravitationssvejsning med elektroder fremstillet som en metalkærnetråd med beklædning udenom. Historie Efter afprøvningen af flere, mere eller mindre vellykkede metoder til lysbuesvejsning af stål, bl.a. Slavianoffs i 1891 patenterede metode, med afsmeltning af blank jerntråd uden beklædning eller gasbeskyttelse, kom svenskeren Oscar Kjellberg i 1907 med prototypen på vore dages beklædte elektrode Oscar Kjellber g Kjellberg omgav jerntråden med et kemikalielag, der unde r nedsmeltningen dannede beskyttelsesgas og slagge, der beskyttede dråbeovergangen i lysbuen, samt det dannede smeltebad, imod den atmosfæriske luft. I 1911 lykkedes det Kjellberg at forbedre sin metode, idet han udviklede den tykt beklædte, kraterdannende elektrode, der er forbilledet for de beklædte elektroder man anvender i dag. Tykt beklædte, kraterdannende elektrod e På den tid, hvor Oscar Kjellberg forbedrede sin metode, var de mest effektive og holdbare faste sammenføjningsmetode r nitning og essesvejsning, der hver med deres begrænsninger, udgjorde de tilgængelige valgmuligheder. Men omkring perioden udvikledes også gassvejsemetoden med Acetylen og Oxygen som brændgasser og de to svejsemetoder fik i den kommende tid, stadigt større udbredelse i industrien. I begyndelsen var lysbuesvejsning med beklædte elektrode r henvist til reparationer, hvor der ikke stilledes større krav ti l svejsesamlingernes styrke. Men efterhånden som teknik og 143

144 tilsatsmaterialefabrikation udviklede sig og svejsesamlingerne, med denne udvikling, blev stærkere og mere stabile, fik man øjnene op for de potentielle produktive muligheder processen bød på. Man indså efterhånden de rationelle og effektive muligheder der var. Ikke alene i selve produktionen og den forbedrede økonomi, men også i de øgede variationsmuligheder der fremkom ved planlægning, styrkeberegning og design af konstruktionsudformninger. Ved de fleste lysbuesvejseprocesser er beskyttelsen af smelten, imod påvirkning fra den atmosfæriske luft, en betingelse for opnåelsen af kvalitetsmæssige anvendelige samlinger. Udviklingen af den beklædte elektrode betød, at man kunn e fremstille stærke konstruktioner af stål, hvor næsten alle kra v til holdbarhed, på styrkeniveau med grundmaterialet, kunn e opfyldes. Med de stigende krav til produktivitet der opstod i industrisamfundene, blev andre lysbuesvejseprocesser udviklet o g introduceret, og de beklædte elektroder måtte se sig distanceret, bl.a. på grund af elektrodebeklædningen, der selvsagt var en hindring for en ønsket endeløs fremføring af tilsatsmateriale, samt delvis eller fuld automatisering. I årene fra 1975 til i dag, er der gennemført adskillige undersøgelser vedrørende andre svejseprocessers fremgang, i forholdet til lysbuesvejsning med beklædte elektroder. Undersøgelserne har vist, at der i vesteuropa, i den såkaldte svære industri, er sket en mærkbar udvikling, bort fra anvendelsen af beklædte elektroder. Det skal bemærkes, at lysbuesvejsning med beklædte elektroder aldrig har opnået særlig teknisk anerkendelse til sammenføjning af materialer som aluminium, kobber og deres legeringer, samt flere andre ikke-jern metaller. Fig. 9.1., illustrerer fordelingen mellem processerne MIG/MAG-, pulver- og lysbuesvejsning med beklædte elektroder. Kurven for MIG/MAG-processen inkluderer både svejsning med masiv tråd og rørtråd. 144

145 % 100 MMA MIG/MAG Figur 9. 1 Udviklingen i vesteuropa, fr a 1975 til 1990, med hensyn til anvendelse i den tunge industri a f lysbuesvejseprocesserne : MMA. Lysbuesvejsning med beklædt e elektroder (Manual Metal Arc Welding). MIG/MAG- svejsning. SAW. Pulversvejsning (Submerged Arc Welding ) Beklædte svejseelektroder 9. 2 Definitionen, beklædte svejseelektroder, er valgt fordi man i det almindelige svejsesprog, ofte bruger betegnelserne : Svejseelektroder eller blot elektroder, som teknisk benævnelse af en beklædt metalstav, (kernetråden), som både er elektrod e og tilsatsmateriale. Figur 9. 2 Elektrode til manuel lysbuesvejsning (ell. gravitationssvejsning), med beklædte elektrode r \_/ Elektrodetype r Af elektrodetyper findes der en mængde varianter, til svejsning af de forskellige stålmaterialer, spændende fra de ulegerede og lavtlegerede ståltyper til hojtlegerede stål og særlig e varmefolsomme specialstål. Endvidere fremstilles der typer, der kan anvendes til svejsning af flere typer stålstøbegods. 145

146 Figur 9. 3 Liste over de forskellige elektrode/beklædningstyper. Bogstavbetegnelserne er standardbetegnelser efter DS/EN 287 A: Sur beklædning B : Basisk beklædnin g C: Cellulosebeklædning R : Rutil beklædnin g RA : Rutit-sur beklædning RB : Rutil-basisk beklædnin g RC Rutil- cellulosebeklædning RR Rutil tyktbeklædt Elektrodebeklædnin g Hovedformålet med elektrodebeklædningen er, som nævnt i indledningen, bl.a. at den skal danne skal danne beskyttelsesgas og slagge, der kan forhindre skadelige påvirkninger fra den atmosfæriske luft. Dette sker ved at der ved afbrændingen af beklædningen i lysbuen, dannes slagge, samt de nødvendige gasser der skal til, for både at ionisere lysbuen og forhindre luftens påvirkning af lysbue og smelte. Udover dette indeholder beklædningen legeringselementer, der har til opgave at kompensere for tab, opstået ved afbrænding i lysbuen, samt at tilføre svejsningen andre materialeegenskaber, end dem der kan opnås gennem indholdet i kærnetråden. Endeligt indeholder beklædningen materialer, der virker som desoxydationsmidler. Visse elektrodebeklædninger indeholder så meget metallisk materiale, at afsmeltningsydelsen bliver mere end dobbelt s å stor som den mænge der afsættes af selve kærnetråden. Sammensætningen og opbygningen af elektrodetypernes be - klædning, er meget forskellig fra type til type og selv om typebetegnelserne er ens, er der store forskelle fra det ene fabrikat til det andet. De mange bestanddele og kombinationer, alt efter fabrikatet, er næsten umulige at kopiere, selv efter grundige analyser. Dertil kommer, at fabrikanterne vogter yderst nidkært over deres produktionshemmeligheder. Elektrodebeklædningens mange opgaver kan meget præcis t specificeres til at den skal : 1. øge og stabilisere den elektriske ledningsevne i lysbuen, hvilket kan forklares ved at en del af beklædningen for - damper og udsender elektroner, hvorved gabet melle m emne og elektrode bliver bedre ledende. Herved opstår en roligt brændende lysbue, der er nem at opretholde under svejseforløbet. 146

147 1. Svejsetekniske krav : 2. Økonomiske krav : 3. Metallurgiske krav : Let at tænde og genantænd e God til spalteoverbygnin g God til stillingssvejsning Stabil lysbu e Robust beklædning Ringe røgudvikling Mindre giftig røg- og gasudvikling Stor nedsmeltningsydels e Højt udbytt e Ringe sprøjttab Let afslagning Mindre følsomhed fo r strøm-overbelastning Høj svejsehastighe d Stor strækkelængd e God stukningsevne Godt sømudseende God mekanisk styrke i de t nedsmeltede svejsemetal Poresikkerhed Mindre følsomhed overfo r forurening af smuds, fug t eller oli e Mindre tilbøjelighed ti l dannelse af sejringer Større sikkerhed mod dannels e af varm og koldrevne r Figur 9. 4 Krav til beklædte svejseelektroders egenskabe r 2. danne en gasstrøm bestående af eksempelvis H2, 0, H 2O, CO, CO 2,N2, NO, samt organiske og metalliske dampe, hvis opgaver det bl.a. er at formindske afbrænd - ing af legeringselementer og optagelse af kvælstof. Alle beklædningstyper indeholder vand, enten som fugtighed, eller i bunden form der frigøres i lysuen som vand - damp, eller spaltet som hydrogen og oxygen. Elektroder med basisk beklædning har det laveste hydrogenindhold. Afhængig af beklædningstypen, findes der i lysbuen forskel - lige mængder af kuldioxid og kulmonoxyd. Disse gasse r dannes ved forbrænding af organiske stoffer eller ved ned - brydning af carbonater som f.eks. CaCO 3 * CaO + CO. Endvidere er der metaldampe og dampe fra andre stoffer i beklædningen, der kondenserer og lejrer sig på grundmaterialet. I lysbuens yderzone dannes kvælstofforbindelser so m N 2, NO, m.fl. 3. danne slagge d.v.s væde, beskytte og isolere smelten, samt påvirke denne metallurgisk, oplegere og påvirke krystallisation. Primært danner slaggen en fin film, der lægger sig omkrin g metaldråberne og beskytter disse imod påvirkninger fra lys - bueplasmaet. Herefter skal slaggen væde smelten og afskær - me denne imod den atmosfæriske lufts påvirkninger. Som isolationslag mellem smelten og luften, skal slaggen også for - Elektroder med basisk beklædning har det laveste hydrogen - indhol d 147

148 sinke størkningsprocessen, således at smelten får tid til at af - gasse, samt medvirke til at danne en ydre form på svejsestrengen. Endvidere er det beregnet, at slaggen skal kunne give en metallurgisk effekt, ved at opløse metaloxyder, deoxydere, fjerne svovl, fosfor og nitrogen. Endeligt skal slaggen, i mange tilfælde oplegere smelteba d og påvirke krystallisationsprocessen i denne. Oplegering gennem tilsætningsstoffer i beklædningen har stor økonomisk betydning, da det er mere rentabelt, direkte at bland e de legeringselementer i denne, end at fremstille en kærnetråd med den ønskede materialelegering. Elektrodefabrikanterne leverer, gennem deres kataloger, o m ikke angivelser af elktrodebeklædningernes nøjagtige kemiske sammensætning, så egnede beskrivelser af typer og anvendelsesområder, ud fra hvilke man kan træffe et valg efte r den aktuelle opgave. Typebetegnelser angives efter de respektive internationale eller nationale standarder, man skal blot være opmærksom på, at uanset elektrodefabrikaterne har samme standardbetegnelse, betyder det ikke at disse har identiske svejseegenskaber. Der vil altid forekomme mindre variationer, på grund a f oprindelsesstedernes forskelligartede fabrikationsmønstre og mindre forskelle i det stof elektroderne indeholder. Generel t må man dog anføre, at standardbetegnelserne angiver hvilke grundegenskaber; svejseteknologiske som styrkemæssige, e n beklædt elektrode har. Afslutningsvis, kan det konkluderes at elektrodebeklædningen har en afgørende betydning på det nedsmeltede svejse - metals sammensætning og renhed. At beklædningsart og tykkelse bestemmer elektrodernes nedsmeltningsydelser, gennem påvirkning af metaldråbernes form og størrelse. Bestemmer: Smeltens viskositet, indbrændingsdybde, svejse - sømmens vulstform, sprøjtdannelse, elektrodens egnethed ti l f.eks. stillingssvejsning, slaggeløsning, m.m Kernetråden Ved lysbuesvejsning med beklædte elektroder, bærer kernetråden lysbuen og leverer samtidigt tilsatsmateriale. Med 148

149 undtagelse af elektroder med store mængder af jernpulver i belægningen, de såkaldte højt-udbytte elektroder med f eks. 200% udbytte, afsætter kernetråden den største del af tilsats - materialet. Sammensætningen af kernetråden har stor betydning de t svejsemetallets egenskaber. Især indholdet af følgesstoffer og mikrolegeringselementer som : Fosfor, svovl, nitrogen, aluminium, kobber, arsen og tin, etc. Af lige så stor vigtighed ka n indholdet af : kulstof, mangan og silicium være, afhængig a f hvilket materiale der skal svejses. For kernetråden gælder det at denne, ligesom belægningen, skal være udviklet og afstemt efter den svejsemetode de n skal anvendes til, fordi forhold som temperatur, lysbueplasma, viskositet og smeltens overfladespænding kan variere betydeligt. Af hensyn til varmrevner og porer holdes svovl- og fosfor - indholdet så lavt som < 0,03% og for at overholde kravene til sejhed, holdes kulstofindholdet til max. 0,12%. Alle kerne - tråde til svejseelektroder beregnet for svejsning af ulegered e stål, fremstilles efter samme standardiserede grundprinciper. Materialetransport gennem lysbuen Med materialetransport gennem lysbuen, menes den overførsel af tilsatsmateriale der sker fra elektrodespidsen gennem lysbuen og ind i smeltebadet, hvor der indtræffer en metallurgisk proces. Da metallurgien beskæftiger sig med behandling af malme, fremstilling og bearbejdning af metaller og legeringer og hver metallurgisk proces består af en række samtidige eller fortløbende fysiske og kemiske processer, kan den proces de r forgår ved nedsmeltning af tilsatsmateriale på et grundmate - riale fra beklædte elektroder beskrives som lysbuens metallurgi. Lysbuens metallurg i Når lysbuen tændes, vil der på elektrodespidsen dannes e t krater, hvor beklædningen danner kraterets sider og et kogende smeltebad på kernetrådens spids bunden. Krateret, der er af forskellig dimension, afhængig af elektrodetypen, dannes ved at kernetråden ved ion/elektronbombardementet, hurtigt smelter bort, mens beklædningen der bliver op - 149

150 varmet af varmestråling fra kernen og den dannede lysbu e har længere tids smeltereaktion. Kraterets indvirkning p å gasstrømmen og materialetransporten til smelten, antages a t have en hvis "styrende" effekt, der kan påvirke indsmeltningen i grundmaterialet. Transporten af det flydende metal, fra elektrodespidsen, samt de afsmeltede andele fra beklædningen, sker genne m afdrypning og fordampning, hvor slaggeandelen enten transporteres som en tynd film på metaldråberne eller som reelle slaggedråber. I den høje temperatur i lysbuen, der ved katoden (minuspolen) kan måles til mellem og C, befinder en del af materialet sig i dampform, der fortættes ve d kontakt med grundmaterialet. Pinch-effekte n Omkring og vinkelret på elektriske ledere findes et magnetisk kraftfelt, der ved jerkernens liqidustemperatur og under dråbedannelsen ved spidsen, bevirker en afsnøring af denne. Denne effekt kaldes i fagsproget for pinch-effekten. Da mag - netfeltets kræfter er nærmest skrå og kegleformede ved de n afsmeltende dråbe og opløses i en aksialt virkende kraft bliver dråben afkastet i elektrodens længderetning. Pinch-effekten og den store gashastighed der produceres o g styres ud af elektrodekrateret bevirker at materialetransporten kan overvinde gravitationen og bevæge sig opad, hvilket bl.a. gør det muligt, at svejse i under/opposition. Figur 9. 5 Pinch-effekt Spray-bu e Kort-bue Dråbestørrelsen og mængden af dråber afhænger både a f metallets overfladespænding og viskositet. Gasudviklingen i dråben påvirkes af elementer i både kernetråd og beklædning, hvor den kan bevirke en sprængning til fine partikler i såkaldt spray-bue. Ved stordråbet overgang i lysbuen, kan der ske en kortvarrig kortslutning af lysbuen, hvilket kalde s kort-bue. Figur 9.6 og 9. 7 Materialetransport ved henholdsvis spray- eller kort -bue, e r afhængig af elektrodebeklædningen. Der er, som vist, mege t stor forskel på dråbestørrelse n ved svejsning med elektroder a f henholdsvis rutil eller basisk type 150

151 Indmeltningsforhold Beklædte elektroders indsmeltning, eller indsmeltningsdybde om man vil, afhænger af lysbuespændingen, svejsestrøm - men, fremføringshastigheden og elektrodebeklædningen. Øges lysbuelængden, og hermed lysbuespændingen, ve d samme strømstyrke, vil svejsesømmen blive bredere. Øges svejsestrømmen ved samme lysbuelængde, samm e lysbuespænding, bliver indsmeltningen dybere. Indsmeltningen kan, med samme lysbuelængde, variere efter beklædningstype. Med tilsætning af forskellige stoffer i elektrodebeklædningen, kan lysbuespændingen øges, ved konstant lysbuelængde. Svejsning af rustfrit stål Generelt Ved svejsning af rustfrit stål, er en af betingelserne for ud - førelsen af en tilfredsstillende svejsning at man, som ve d svejsning af alle andre metalliske materialer, kender de egen - skaber det pågældende stål besidder. Disse egenskaber er stort set kendte, når man har erhvervet sig et sikkert og præcist kendskab til stålets materialeanalyse. Ønsker man at ændre på nogle af det rustfrie ståls oprindelige egenskaber, kan dette evt. praktiseres ved deformering, men denne behandling vil ikke indvirke på selve materiale - analysen, der under alle omstændigheder forbliver uændret. Under svejsearbejde med beklædte elektroder på rustfrit stål, gælder ovennævnte begrænsning for ændring i materialeanalysen, ligesom ved næsten al anden svejsning ikke helt. Ved planlægningen af den forestående svejsning, har man nemlig mulighed for at bestemme anlysen i selve svejsemetallet og det tilgrænsende område i stålet, hvilket kan gøre s ved hjælp af det tilsatsmateriale man vil svejse med. Til svejsearbejde på de højtlegerede rustfrie ståltyper vælges i reglen et tilsatsmateriale, der i analysen ligger så tæt p å grundmaterialets som muligt, men samtidigt er lidt højere le - geret. Man finder altså en såkaldt blandingsanalyse melle m tilsatsmateriale og grundmateriale, hvorefter man kan be- 151

152 stemme sig for et tilsatsmateriale der indeholder lidt bedre egenskaber end grundmaterialets. Derved opnås, at det nedsmeltede tilsatsmateriale indeholder mindst lige så god e egenskaber som grundmaterialet. Valg af tilsatsmateriale er iøvrigt også behandlet i afsnit 4.3. Svejsning af overvejende nikkelbaserede legeringer, hvor der ofte er tale om meget specielle egenskaber, levner ikke i samme grad mulighed for "blot at overlegere tilsatsmaterialet " og man er derfor i en række tilfælde henvist til, at anvende et tilsatsmateriale der i analyse ligger så tæt på grundmaterialets som overhovedet muligt. Herefter vil man ofte kunn e forudse, at selve svejsningen kan have visse forringende egenskaber i forhold til grundmaterialets, og i visse tilfæld e kan man være henvist til at anvende tilsatsmaterialer der i analyse afviger temmeligt meget fra dette. Det vil til tider forekomme, at man må indstille sig på de t nødvendige i at vælge et tilsatsmateriale, der i legeringsmæssig sammensætning, er designet til at give svejsningen lige s å gode egenskaber som grundmaterialets, på et nøje defineret og stærkt afgrænset område, og muligvis ringere egenskaber på andre rent brugsmæssige områder. Det sidste kan i nogl e tilfælde resultere i, at man kan komme i den paradoksale situation, at skulle vælge tilsatsmaterialer med vidt forskellig e materialeegenskaber, til et og samme stål, ganske afhængig t af hvorledes svejsningen skal gøre fyldest i en given konstruktion. Under planlægningen af svejsearbejde i rustfrit stål er man derfor mere end nogensinde, tvunget til at tage højde for procesmæssige forhold, der evt. kan have forringende indflydelse på det svejste produkts egenskaber og endvidere at an - skue forhold der kan forringe tilsatsmaterialets metallurgisk e og fysiske tilstand. Dette gælder bl.a. forurening af svejsefuger, forkerte svejseparametre, uhensigtsigtsmæssige vejrligsforhold og forkert opbevaring af elektroder. Sidst og ikke mindst er det også af væsentlig betydning, at man er opmærksom på den materialemæssige ændring der sker i sammensætningen af tilsatsmaterialerne, ved påvirkning af de t særdeles reaktive miljø en lysbue består af. Generelt kan det siges, at man med henvisning til begrebet svejsemetallurgi, peger på at planlægning og udførelse a f svejsning på en rustfrit stål, kræver viden om materialesam - 152

153 mensætningen på det pågældende stål, om valgmuligheder vedrørende tilsatsmaterialer, samt evt. for- og efterbehandlingsmetoder og muligheder. Derudover må det også være en betingelse, at man er i besiddelse af det nødvendige kend - skab til svejseprocesserne, således at det bedst mulige procesvalg kan træffes i den konkrete situation. I det følgende, vil man møde betegnelsen "god svejsbarhed " om materialer der kan svejses, og indforstået hænger sætningen "under forudsætning af" altid med. Betegnelsen "svejsbarhed" bruges i flæng i alle tekniske tidsskrifter og lærebøger, omhandlende emnet svejsning eller materialelære og er rimelig international. Fra den danske udtale over svens k "svetsbarhet", tysk "Schweissbarkeit", engelsk "weldability" til fransk "soudabilite". Man kan oversætte begrebet svejsbarhed til : Den egenskab hos et metallisk materiale, som ved anvendelsen af en given smeltesvejsemetode til et givet formål, gør at en stabil metallisk forbindelse kan etableres på bedste måde, hvorved svejsningen opfylder de krav der stilles til dennes egne lokal e egenskaber og indflydelse på den konstruktion hvori den indgår. (ISO-rekommandation R 581. ) Svejsbarhe d Med tekn lic Nils Gunnar Leides ord, bør man overveje om man ikke i stedet for betegnelsen "materialet er svejsbart", kan bruge betegnelsen ; "materialet er egnet for svejsning" eller "materialesammensætningen gør dette egnet for svejsning". Rustfrie ståls svejsbarhed Stålenes svejsbarhed og egenskaber ved svejsning er behandlet i kapitel Svejsning af nikkel 9.5 Generelt Fælles for nikkel og nikkelbaserede legeringer er deres store korrosions- og oxidationsbestandighed, hvorfor materiale t og legeringer med dette, er meget benyttet i mange forskellige former. De forskellige legeringer går under fabrikationsbetegnelser/typer som eks. Monel, Hastelloy, Incoloy, Inconel, etc. Se fig

154 Materiale Ni Cr Mo Co* W Cu Fe Ti Si* Mn* C* Andet Ni Nikkel ,5 0,1 0,1 0,2 0,2 0,0 8 Nikkel ,5 0,1 0,2 0,2 0,0 1 Ni-Mo Hastelloy B 61,0 1,0* 28,0 2,5 5,5 1,0 1,0 0,05 Hastelloy B-2 66,0 1,0* 28,0 1,0 2,0 0,1 1,0 0,0 1 Ni-Cr-Fe Incoloy ,5 21,0 Incone ,0 15,5 0,5* 8,0 0,5 1,0 0,1 5 Inconel X ,0 15,5 7,0 2,5 0,08 A10, 1 Ni-Cr-M o Incoloy ,0 21,5 3,0 2,3 30,0,90 0,3 0,3 A10, 1 Incone ,0 21,5 9,0 2,5,20 0,3 0,3 0,05 Hastelloy G-30 40,0 29,5 5,0 2,0 2,50 1,7 15,0 0,8 1,5 0,03 Nb + Ta 0, 7 Hastelloy C , 0 15,5 16,0 2,5 3,75 5,5 0,1 1,0 0,01 V 0,35 * Hastelloy C-22 56,0 22,0 13,0 2,5 3,00 3,0 0,1 0,5 0,01 V 0,35 * Ni-Cu Monel ,5 31,5 1,3 0,3 1,0 0,1 5 Monel K ,5 29,5 1,0 0,60 0,3 1,3 0,13 Al2, 7 * max. indhold Figur 9. 8 Almindeligt anvendte nikkellegeringers sammensætning Den overvejende del af nikkellegeringerne kan svejses me d beklædte elektroder og i tilgængelig litteratur vedrørende svejseforhold i nikkel og nikkellegeringer betegnes svejse - operationerne som relativt simple at gennemføre. En vigtig detalje i forberedelserne til svejsning af nikkel eller legeringer, er at emnet skal rengøres meget omhyggeligt for urenheder, ligesom evt. overfladeoxider skal fjernes, idet dis - se kan virke som barrierer for opsmeltningen af grundmaterialet. Varmepåvirkning har vanligvis ikke større indflydelse p å grundmaterialet ved svejsning, idet den udglødede zone der fremkommer som en del af den varmepåvirkede zone, vil forlænge sig plastisk under deformation, hvorefter styrken 154

155 som folge af den indtrufne deformationshærdning, øges og kan nærme sig grundmaterialets. Vigtige nationale standarder for lysbuesvejsning med beklædte elektroder af nikkel og nikkelbaserede legeringer e r bl.a. DIN 1736 (67) og AWS A (68). DIN-standarden optager 9 forskellige legeringer incl. ren nikkel for hårdpålægnings-elektroder. Forklaringer på svejsemetallets kemiske sammensætning, styrke og slagsejhed, er angivet med eksempler for hver elektrodetype. AWS-standarden optager 14 legeringer, og i et appendix gives der udførlige oplysninger om anvendelsen af den enkelte elektrode. 155

156

157 MIG/MAG-svejsning 1 0 Historie Beskyttelsesgassvejsning med mekanisk fremført afsmeltende elektrode, i dagligt teknisk sprogbrug MIG/MAG-svejsning, er til dato den af alle kendte svejseprocesser, der kan noteres for den største fremgang i jern- og metalindustrien Årsagen til denne fremgang, skal hentes i processens produktivitetspotentiale, samt de ideelle automatiseringsmuligheder den byder på. MIG/MAG-processen kan i dag noteres som den absolut mest anvendte af samtlige svejseprocesser, i Europa, De Forenede Stater og Japan. Betegnelsen MIG er en sammentrækning af Metal Inert Gas, hvor inert er latinsk benævnelse, overtaget af kemien, som definition på stof der ikke er tilbøjelig til at indgå kemisk forbindelse. Inert gas kan altså uden besvær oversættes til inaktiv gas og det midterste bogstav i MAG, en sammentrækning af Metal Active Gas, til aktiv gas. der altså reagerer kemisk aktivt. Ved MIG-svejsning anvendes således en ren ædelgas, typisk argon, eller argon/heliumblandinger og ved MAG-svejsnin g ren kuldioxid, argon/kuldioxidblandinger, eller argon/oxygenblandinger. Inert Active Ved MIG-svejsning anvendes re n ædelgas ved MAG-svejsning re n kuldioxid, argon/kuldioxidblandinger, eller argon/oxygenblandinge r MIG-processen, der oprindeligt var en videre udvikling a f TIG-processen udvikledes og introduceredes i USA omkrin g 1940, hvor den blev anvendt til aluminiumssvejsning i flyvemaskineindustrien. Først nogle år senere, da man fandt ud a f at ren kuldioxid kunne anvendes som beskyttelsesgas, introduceredes processen i jernindustrien, til svejsning af stål. I begyndelsen var anvendelsen af MIG/MAG-processen, fortrinsvis begrænset til udførelse af svejsninger i horisontal stilling og rent kosmetisk og kvalitetsmæssigt, havde proces - sen langt igen, før den kunne præsentere sig på sit nuværen - de stade. Med forbedrede strømkilder, tilsatsmaterialer o g gasser opnåedes imidlertid ret hurtigt de fornødne kosmetiske og kvalitetsmæssige egenskaber. 157

158 SIGMA-weldin g Da MIG/MAG processen blev præsenteret i Danmark medio 1950, introduceredes metoden under navnet SIGMA-welding, (Shielded Inert Gas Metal Arc), lanceret af The Linde Air Products Company USA. Sigma er også det græske bog - stav svarende til S = (I), der i matematiken angiver slutsummen. Uanset den sidste mere eller mindre omskrivning eller for - tolkning af navnet, opnåede processen sit totale industrielle gennembrud i begyndelsen af 1960'erne og har siden da, i takt med udviklingen af bedre strømkilder og tilsatsmaterialer, overtaget stadigt større markedsandele fra de andre smeltesvejseprocesser. MIG/MAG-processen er typisk kendetegnet ved store nedsmeltningsydelser og ved anvendbarhed indenfor et stort materiale- og godstykkelses, der strækker sig fra både manuel og automatiseret svejsning i stål, rustfrit stål og aluminium på: Tynd plad e Mellemplad e Grovplad e Ved aluminiumssvejsning er MIG - processen alle andre smeltesvejseprocesser overlegen, med hen - syn til produktivitet Tyndplade: I tykkelsesområdet fra 1-3 mm, hvor brugen af processen bl.a. betyder mindre spændinger og kastninger, store svejsehastigheder, anvendelsesmuligheder i alle svejsestillinger og så godt som ingen slaggegener. Ved svejsning i aluminium ligger tykkelsesområdet ca. fra mellempladeområdet og der er ikke slaggegenerende medier tilstede i tilsatstråden. Mellemplade: I tykkelsesområdet fra 3-10 mm, hvor anvendelsen af processen er særligt fordelagtig på grund af ringe slaggegener ved stålsvejsning, stor nedsmeltningsydelse og egnethed for stillingssvejsning. Grovplade: Fra 10 mm og opefter, hvor de samme egenskaber som i mellempladeområdet er fremherskende og hvo r investeringsudgifter, svejsestillinger materialer, etc, begrænser mulighederne for anvendelse af andre mere højt - ydende processer, som eksempelvis pulversvejsning. Aluminium selvfølgeligt undtaget denne valgfrihed. Omkostningerne ved anskaffelse af udstyr til MIG/MAG - svejsning er relativt dyrere end udstyrsomkostningerne til lysbuesvejsning med beklædte elektroder, men investeringerne kan i mange tilfælde hentes hjem, med processens muligheder for øget produktivitet. Ved aluminiumssvejsning e r MIG-processen alle andre smeltesvejseprocesser overlegen, med hensyn til produktivitet. 158

159 Funktionsprincip 10.2 Generelt Lysbuen brænder, under beskyttelsesdække af en gas eller gasblanding, mellem emnet og elektroden/tilsatstråden, der er en ubeklædt metaltråd, fremstillet som enten massiv elle r pulverfyldt rørtråd. Den pulverfyldte trådtype med et indhold af såkaldt flux- eller metalpulver. Lysbuen brænder, under beskyttelsesdække af en gas eller gasblandin g Beskyttelsesgla s Trådspol e Trådfremføringsruller (gerne dobbelte ) Slangepakning Svejsepistol Emn e Sekundærkabel Strømkilde Figur Principskitse af udstyr til MIG/MAG-processe n I principet kan MIG/MAG-processen anvendes til næsten alle metalliske materialer, dog begrænset en del af de muligheder der er, for at kunne erhverve tilsatsmaterialer med korrekt legeringstype, i form af tråd på spole. Tilsatsmaterialet fremstilles og forhandles normalt med tråddiametre fra 0,6 til 2,4 mm, afhængigt af trådtype. Generelt skal både gastype/ blanding, samt tilsats- og grundmateriale være afstemt efte r hinanden. Elektroden eller svejsetråden, der fra en trådrulle og over et transportrullesystem føres frem til kontaktdysen hvor den optager svejsestrømmen, har efter denne en ret kort fri ende. Dette betyder at den, på trods af en relativ ringe diameter, kan anvendes ved høje strømstyrker, over hundrede amp/mm 2. Tråddiametr e Svejsetråden 159

160 Trådelektroden og emnet er tilsluttet hver sin pol på svejsemaskinen og lysbuen skabes således mellem tråd og emne, hvor tråden bliver både lysbuebærer og tilsatsmateriale. Be- skyttelsesgassen tilføres gennem en gasdyse, der er koncentrisk anbragt omkring kontaktdysen og tråden, hvor den yder beskyttelse, af lysbuen, de afsmeltende dråber- og smeltebadet, imod den atmosfæriske luft. Se fig Tråden bliver både lysbuebærer og tilsatsmateriale Trådelektrod e Kontaktdyse Beskyttelsesgla s Gasdys e Svejsning Figur Principskitse af MIG/MAG-svejseprocesse n Udelukkende ensrettere eller invertere Strømkilder- og karakteristiker ved MIG/MAG- svejsnin g Til MIG/MAG-svejsning anvendes der udelukkende ensret - tere eller invertere, hvor kurven for lysbuespændingen er vandret. Betegnelsen for denne typer svejsemaskiner er der - for konstantspændingsmaskiner, eller svejsemaskiner med vandret karakteristik. Fig viser et strøm/spændingsdia- 160

161 gram for svejsning med en konstantspændingsensretter, hvo r trådtilførslen er kontinuert. V Trådfremføringshastighed m/min. Lang lysbu e Figur Strøm/spændingsdiagram fo r konstantspændi ngsensretter. I diagrammet er indtegnet de n linie, der viser de samhørend e værdier af strøm og spændin g svejsemaskinen kan levere ved e n given indstilling. Lysbuen ka n kun brænde indenfor et givet strøm- og spændingsområde, hvor lysbuen er bestemmend e for dette forhold. Ved mindre lysbuelængder kræver lysbue n strøm- og spænding efter de n nederste kurve, for at kunne fun - gere. Ved større lysbuelængde r efter den øverste kurve Svejsestrøm I Tråddiameter : 1,2 mm A Ved manuel MIG/MAG-svejsning er det uundgåeligt at lys - buelængden påvirkes, indenfor et afgrænset interval, idet en svejser ikke kan undgå at påvirke svejseforløbet med viss e afstandsvariationer i pistolføringen. Ved maskinel MIG/MAG-svejsning indtræffer disse variationer ligelede s ved pendling af brænderen/pistolen, hvorimod variatione r over brænderens længdeakse kan være forprogrammerede, eller evt. påvirkes af varierende afstand på grund af svejsnin - gernes vulst. Fig Illustrerer den såkaldte "indre regulering", der er karakteristisk for konstant-spændingsensrettere. Bevæges pistolen ind imod emnet, overgår lysbuen f.eks. fra lysbuekarakteristik til, kort lysbue, hvorved der etableres et nyt arbejdspunkt for denne, som skæringspunkt mellem lysbue- og maskinkarakteristiken. Lysbuestrømmen forøges nu momentant, og da tråden tilføres med ens og uforandret hastighed, betyder dette at lysbuen som direkte følge af den højere Lysbuelængden påvirkes "Indre regulering " 161

162 strøm og derved hurtigere afbrænding af tråden, arbejder sig tilbage til den oprindelige længde, arbejdspunktet. Når pistolen bevæges væk fra emnet, overgår lysbuen fra til, lang lysbue. Dette betyder nu, at der oprettes et nyt arbejdspunkt med lavere strøm, hvorved trådafsmeltningen sænkes. Da trådfremføringen som før nævnt er konstant, betyder dette at lysbuen igen arbejder sig tilbage til sit oprindelige arbejdspunkt. Figur Konstantspændingsensretter o g "indre regulering" Lang lysbue Aå%A 2.%~ Kort Iysbu e ro Kendelinie for strømkilde n -mc Svejsestrøm I Da MIG/MAG-processen fungerer ved denne regulering af lysbuen, skal svejsemaskinerne have en næsten vandret karakteristik konstantspænding eller en svagt faldende karakteristik ca. 1 volt. Jo mere vandret den statiske karakteristik er, desto større er strømreguleringsområdet, indenfor en acceptabel ændring af lysbuelængden. Drosselspole r Induktansværdi For at undgå for høje strømspidser i kortslutningsfaser, hvilket ville medføre eksplosive udladninger af sprøjt, er strøm - kilderne udstyret med drosselspoler der gør strømstigninge n langsommere. Disse spoler er særligt vigtige ved svejsning i det såkaldte kortbueområde, hvor der indtræffer en kontinuert række af kortslutninger mellem tråd og emne. En drossel kan karakteriseres ved, at den yder modstand imod enhve r ændring i strømtilstanden, hvorfor den virker dæmpende p å en varierende jævnstrøm. Drosselspolen modsætter sig og forsinker, afhængigt af den forudindstillede induktansværdi, alle variationer af en strøm der passerer denne. Årsagen er, at den varierende strøm ledsages af ligeledes varierende elektriske magnetiske felter i jernkernen. Modstanden imod 162

163 strømvariationer er betinget af hvor hurtigt strømmen ka n "slæbe" magnetfeltvariationen med sig. Jo større dæmpning eller induktansværdi der er til stede, desto længere lysbueperiode etableres efter hver kortslutning, idet den gennem dæmpningen oplagrede energi i drossel - spolen udlades over lysbuen. Drosselspolen virker sålede s som en slags "svinghjul" der hjælper lysbuen over "død - punktet" i kortslutningsperioden. Energiudladningen giver derfor en let start af lysbuen efter kortslutningen og medvirker ligeledes til en forlængelse af lysbueperioden. Svejsemaskiner til MIG/MAG-svejsning Strømkilder til MIG/MAG-svejsning er indrettet med instillingsknapper, gerne placeret på ensretterens frontplade, hvo r man kan udføre den nødvendige finjustering af strøm o g spænding, gerne med justeringsmuligheder for grov- og finindstilling. En del maskiner af den letteste type er såkaldt enknapsbetjente, hvilket betyder at disse typer maskiner kun har 4- tilli justeringsmuligheder for ganske bestemte arbejdsgange, hvorfor de næsten kun anvendes i den helt lette industri, f.eks. autokarrosseribranchen. (Herfra undtaget såkaldte synergiske maskiner). Andre maskintyper har flere forskellige indstillingsmuligheder, herunder indstilling til pulsprogrammering, dataindlæsning, etc. Ved valg af svejsemaskine, står man sig ved at vælge et ud - styr med tilstrækkelig stor ydelse, men det siger sig selv, a t der ikke kan være belæg for at vælge en stor, dyr og kompliceret svejsemaskine, hvis man kun skal anvende den til tynd - plade arbejde ved karrosserireparationer. På udstyrene s mærkeplader og i forhandlernes rekommandationsmaterial e er angivet de oplysninger vedr. intermittensfaktorer, der er nødvendige før man vælger maskine til bestemte opgaver eller med "indbygget fremtid" Intermittensfaktore r Udstyret til MIG/MAG-svejsning består af som sagt af e n speciel strømkilde, et trådfremføringsagregat, en svejsepisto l monteret med styrekabler, tilslutningskabler for primærstrø m og gasledning, samlet i et slangebundt, en sekundær lednin g og endeligt manometer og flowmeter til gasflasketilslutning. Trådfremføringsagregatet er ikke det mindst vigtige i udrustningen, idet det er vigtigt at tilførslen af tråd kan ske så gnid - 163

164 Push-Pull ningsløst som vel muligt, uden utilsigtede variationer i ha - stigheden. For at bringe tråden frem til forbrugsstedet lysbuen, trækkes eller skubbes denne gennem en såkaldt trådle - der i slangebundtet. Denne trådtransport sker ved hjælp a f transmissions- eller trådruller, der enten skubber tråden frem til pistolen, trækker denne fra trådrullen, eller både trækker og skubber tråden. Det sidste kaldet Push-Pull systemet, der er særligt velegnet ved svejsning med meget tynde tråd e f.eks. aluminiumstråde. Fig illustrerer forskellige MIG/ MAG-svejsemaskiner. Figur A- Kompaktustyr, B- Universaludstyr, C- Tandemudstyr, D- Push-Pull udsty r 164

165 Principer for materialeovergange ved MIG/MAG-svejsning Afsmeltningen af tilsatsmaterialet, materialetransporten over lysbuen og til smelten eller dråbeovergangen, kan principiel t finde sted på flere forskellige måder, af praktiske hensyn ind - delt som 4 hovedprinciper eller bueformer. Hvilken bueform man anvender afhænger af materialetykkelsen, svejsestillingen, den ønskede form på svejsesømmen og endeligt de mu - lige indstillinger der er til rådighed på maskinen i forhold ti l tråddiameteren. De 4 bueformers områder benævnes som : Kortbueområdet : Ved lav svejsestrøm og lysbuespænding smelter tilsatstråden af, gennem en række kortslutninger a f lysbuen. Svejsning i kortbueområdet medfører et lille varmeindput og et lille smeltebad. Bueformen er derfor velegnet til svejsning af tynde plader og til stillingssvejs - ning. Globularområdet : Forøges svejsestrømmen langsomt fra kortbueområdet, medfører det en lavere kortslutningsfrekvens og en grovdråbet materialeovergang, der på grun d af lysbuens tilbøjelighed for at flakke og opføre sig ustabilt, normalt ikke er ønsket. Den lave kortslutningsfrekvens medfører endvidere, at dråberne ikke er stabilt rettet imod smelten, har en hvis overstørrelse, samt giver anledning til eksplosive sprøjt. Spraybueområdet : Med højere strømstyrker og tilsvarende højere lysbuespænding opnås en kortslutningsfri og mege t fintdråbet materialeovergang gennem lysbueplasmaet. Dette område giver høje nedsmeltningsydelser, typisk ve d svejsning af rodstrenge imod backing, svejsning af opfyldningsstrenge, samt ved svejsning af kantsømme. Normalt er spraybue ikke egnet til stillingssvejsning, men viss e trådtyper er udviklet til formålet. Endeligt er spraybue kun gennemførligt med blandgas f.eks. Ar/C, Ar/O, (aluminium ren Ar). Ren C er således ikke egnet. Pulsbueområdet : Pulserende lysbue anvendes fortrinsvist ved svejsning af rustfrit stål og aluminium, men i et noge t mindre omfang også til svejsning af Ulegerede CMn-stål. Ved pulssvejsning opnår man en god styring af smelten, d.v.s. bedre kontrol med dråbeovergang og indsmeltning, når man under en argonrig beskyttelsesgas anvender hø j svejsestrøm. Ved pulserende svejsning, med korte frekven- Kortbueområdet Globularområdet Spraybueområdet Pulsbueområdet 165

166 ser og, for pulsstrøm og grundstrøm, kan varmetilførslen formindskes, samtidigt med at man er i stand til at anvend e høje strømstyrker i pulsstrømsperioden. Fordelen ved pulserende svejsning er, at man opnår en middelstrøm der er la v nok til svejsning i alle stillinger, samtidigt dråbeovergangen i pulstrømsperioden sker som spraybueform. Figur I- Kortbue. II- Globular dråbeovergang. III- Spraybue Figur Illustrationen beskriver skematisk et pulsbueforløb : a- Idealisere t pulserende strøm. b- Typisk strømforløb for kommercielt ud - styr a 14 T p»i Tb > { b 166

167 Synergisk pulssvejsning Synergi, (af græsk syner'gia, syn + ergon, samarbejde mellem organer, især muskler), udtrykker i MIG/MAG-processammenhæng, at pulsparametrene er sammenkoblet med trådhastigheden, således at denne alene styrer alle pulsparametrene. For hver trådhastighed indstilles pulsdata således, at der afsmeltes en dråbe pr. puls og når denne styring er etableret, skal svejseren eller ved automatiseret svejsning operatøren, blot indstille trådhastigheden, afpasset efter de n givne svejseopgave Synerg i Med synergisk pulsning opnås, f.eks. at en 1,2 mm massiv til- Synergisk pulsnin g satstråd får et "tilnærmet ideelt forløb", fra ca. 100 til 35 0 amp; altså langt ud over det område der traditionelt er gældende og nødvendigt, for at opnå spray-bue. I et "ægte synergisk system", er der for en given beskyttelsesgas/sammensætning, tråd/ tilsatsmaterialetype og tråddiameter, forprogrammeret et sæt optimale pulsparametre. Svejseren eller operatøren skal herefter kun regulere trådha - stigheden og i hele reguleringsskalaen opnås en afsmeltnin g med fine ensartede dråber. Tid ~~ j ~~ --- Tid Trådhastighed Figur Illustration af hvorledes trådhastigheden ændrer pausen mellem d e enkelte pulser, hvor det iøjenfaldende er at kun pulsfrekvensen, me n hverken pulstid eller pulsstrøm, ændres med trådhastigheden 167

168 Ved MIG/MAG-pulssvejsning tilstræbes det som før nævnt, at der sker en dråbeafsmeltning pr. puls, hvilket resulterer i en stabilisering af processen. Dråbeafsnøringen afgøres af pulsstrøm og pulstid, og baggrundstrommen har her en mindre uvæsentlig rolle. For de fleste tilsatsmaterialer har man fundet, at man opnå r en dråbeafsnøring pr. puls, hvis man vælger pulstid og puls - strøm således at følgende ligning opnås : Lp T p = D, hvor D er en konstant Konstanten D Forprogrammerede med samtlige optimale parametre, Konstanten D; afhænger af materialeegenskaber/analyser, tråddimension/type og beskyttelsesgas. Såfremt pulsparametrene ligger under denne værdi, resulterer det i dråbeafsnøring i baggrundstiden, med påfølgende sprøjtdannelse. Er pulsparametrene over værdien risikeres at flere dråber af - snøres pr. puls, ligeledes med sprøjt til følge, idet man i til - læg skal regne med afsnøring i baggrundstiden. Da synergisk koblede pulsmaskiner er forprogrammered e med samtlige optimale parametre, har pulsparametrene s indflydelse på procesforløbet normalt ingen interesse fo r svejseren eller operatøren. En del maskiner indeholder dog nogle afgrænsede frihedsgrader, idet der ikke er indprogrammeret pulsdata, hvorfor disse skal tastes ind af svejse - ren eller operatøren i forhold til den givne svejseopgave. Fastlæggelser af pulsdata kan på disse maskintyper, naturlig - vis ske ved reel afprøvning af forskellige indstillinger, men et godt kendskab til parametrenes indflydelse på procesforløbet, giver absolut bedre betingelser for kvalificerede bedømmelser og justeringer Forprogrammering af MIG/MAG-svejsedata Generelt Under en del produktionsforhold er det overladt til svejseren, at tilrettelægge og indkøre svejsedata ud fra egne erfaringer m.h.t. udstyret og det materiale der skal svejses. Ofte stilles der endda ikke særligt store krav til svejseren om dokumentation eller om præcisering af data, hvorfor svejsningernes egenskaber uundgåeligt kan risikere at være væsentligt anderledes end de måske forud planlagte. 168

169 Med stigende og standardiserede krav til svejsningers kvalitet, forlanges der dokumentation for systematiseret produktionsforberedelse og styring, herunder udførelse af svejsninger med forudplanlagte svejsedata, og endvidere dokumentatio n for overholdelse af disse. Samtidigt underbygger anvendel - sen af stadigt mere specialiserede svejsemaskiner ovenstående krav, i og med at computere og en del specielt udvikled e MIG/MAG-svejseudstyr, også giver mulighed for direkte a t præsentere både styring og efterfølgende dokumentation for et svejseforløb. Programmering, gennemførelse og kontrol med svejsedata. EDB-programmeret planlægning og forprogrammering a f svejsedata, kan være et nødvendigt redskab til effektiv kvalitetsstyring, idet denne programmering giver mulighed for a t tilrettelægge et svejsearbejde i mindste detalje, samt gennem - føre styring og efterfølgende dokumentation for overholdels e af data. Fastlæggelse af svejsedata foregår under anvendelse af e n computer, udstyret med et program, f.eks. FORCE-instituter - nes SVEJS-plan, til beregning og forprogrammering af alle svejsedata. Alle svejsedata overføres enten direkte med et kabel til svejsemaskinen, eller til et såkaldt jobkort, hvor all e maskinindstillinger, for hver enkelt streng i en given svejsning, er lagret. Et vist overvejet minimum af fri- hedsgrade r Ved anvendelsen af jobkort placeres dette i en programbok s på svejsemaskinen, hvorefter denne indstilles på den/det aktuelle svejsning/programtrin. Maskinen gengiver nu de for - programmerede svejsninger og svejseren skal herefter blo t styre det rent "kunstnerisk faglige" forløb. Da der i regle n indlægges et vist overvejet minimum af frihedsgrader, m.h.t. finjusteringer af lysbue etc, har svejseren mulighed for at justere svejseforløbet, inden for rammerne af de optimale para - metre EDB-programmeret planlægning og forprogrammering af svejse - data SVEJS-pla n Under selve svejseforløbet udfører programmet en løbend e kontrol og optegnelse af alle effektuerede data, herunder lysbuetid, stræklængde, m.m., hvorefter svejseren selv ved ud - skrift af det faktiske forløb, kan checke svejsearbejdet. Udskriften kan også have interesse for en efterfølgende præsentation og dokumentation, overfor en eventuel ekstern og/el - 169

170 ler intern kvalitetskontrol, der hermed har mulighed for at efterkontrollere om der har fundet uregelmæssigheder sted i svejseforløbet MIG/MAG-svejsning af rustfrit stå l Generel t Så sent som i 1989 stod den rustfrie svejseindustri i Danmark, overfor nogle problemer der havde voksende produktivitets - mæssig betydning. Problemerne kunne kanaliseres ud i 2 forskellige retninger, der hver for sig havde deres egen speciell e betydning og som nogenlunde præcist kunne defineres således : Produktionen var generelt præget af faste håndværksmæssigt tratitionelle monstre, hvori indgik at sammenføjningsmetoderne var præget af en udstrakt brug af, rent produktivitetsmæssigt set, ringe og manuelt styrede processer som TIG- og lysbuesvejsning med beklædte elektroder. Endvidere kunne en række undersøgelser, netop fra de sidste år, påpege at der ved svejsning af rustfrit stål måtte kalkuleres med endog alvorlige sundhedsrisici. Af flere rapporter fremførtes det, at hexavalent krom (Cr VI) og nikke l i svejserøgen, kunne fremprovokere udvikling af cancer i hidtil ukendt omfang. (Bl.a. beskrevet i AF-rapport af Lisbeth Knudsen, Screening for mutagene og potentielt carciogene arbejdsmiljøfaktorer,1. Svejsning i rustfrit stål.) Vejen til en produktivitetsforbedring måtte typisk være ind - førelsen af processer med større nedsmeltningsydelser so m f.eks. plasmasvejsning, puls-mig-svejsning med massiv tråd og MIG-svejsning med pulverfyldt rørtråd. Mens plasmasvejsning på det tidspunkt var velkendt so m produktiv proces, dog indenfor et afgrænset område, frembød udviklingen af svejsemaskiner og tilsatsmaterialer til MIG/ MAG-processen muligheder for produktionsforbedringer der endnu kun var relativt sparsomt udnyttet. Med MIG/MAG-processens større fleksibilitet og lavere investeringsomkostninger, set i forhold til plasmaprocessen, kan det siges at der er sket et stort skred i udnyttelsen og at vejen til mekanisering- og automatisering er åben, med indførelsen af en proces med kontinuert afsmeltende tilsatsmateriale, hvilket så i øvrigt også betyder større produktivitet. 170

171 Daværende SVEJSEcentralen, i dag en del af FORCE Institut - terne, havde tidligt påpeget at røgen fra svejsning med TI G og MIG, havde betydeligt mindre indhold af Cr VI end røge n fra beklædte elektroder, hvorfor det ville være nærliggende at foretage processkift alene af miljøforbedrende årsager. Endvidere kunne processkiftet også betyde, at det gennem mekanisering og automatisering var muligt at fjerne svejseren- eller svejseoperatøren fra forureningskilden. De steder hvor der i dag er brug for store nedsmeltnings - ydelser ved svejsning af rustfrit stål og næsten ubegrænse t fleksibilitet vedrørende sømtyper, er MIG/MAG-processe n den foretrukne, og med indførelse af automatisering og robottisering i branchen, vil processen være næsten eneste alternativ og følgeligt få en accellererende udbredelse. Praktisk anvendelse af MIG/MAG-processen til svejsning af rustfrit stå l MIG/MAG-svejsning af rustfrit stål, med rørtråd eller puls- MIG med massiv tråd, indebærer store muligheder for væsentlige produktivitetsforøgelser, såvel ved svejsning af kantsømme som stumpsømme. Det er således i enkeltstående tilfælde muligt, at forøge svejsehastighederne med 10, set i forhold til henholdsvis TIG- eller lysbuesvejsning med beklædte elektroder. Kvalitetsmæssigt kan der ikke påvises ringere korrosions egenskaber m.h.t. pitting og interkrystallinsk korrosion i svejsninger, udført med MIG/MAG-processen, end i svejsninger udført med TIG- eller beklædt elektrode. En effektiv udnyttelse af processen er dog i en del tilfælde betinget af mekanisering, bl.a. på grund af de omtalte høje svejsehastigheder. Puls-MIG svejsning med massiv tråd giver de bedste resultater ved svejsning af stumpsømme i mindre godstykkelser o g ved svejsning af bundstrenge i V-fuger uden spalte i større godstykkelser, mens svejsning med pulverfyldt rørtråd egner sig bedst til, og giver den højeste produktivitet ved svejsnin g af opfyldningsstrenge i de sværere godsdimensioner. Ved svejsning af kantsømme er det muligt at producere a - mål på 1,5-2 mm, på pladetykkelser fra 1,5 mm, både med pulverfyldt rørtråd og puls-mig svejsning. De svejsehastigheder der kan opnås ved svejsning af stumpsømme ude n spalte og kantsømme med a-mål fra 2 til 3 mm er så høje, at 171

172 man risikerer kvalitetsforringelser såfremt processen ikk e mekaniseres Tilsatsmaterialer og beskyttelsesgasser til svejsning a f rustfrit stål med MIG/MAG-processen Både pulverfyldte og massive tråde, til MIG/MAG-svejsnin g af rustfrit stål udvælges efter det pågældende ståls retnings - analyse og hvad rørtrådene angår, tales der i praksis kun o m 2 typer, de rutile og de metalpulverfyldte. De rutile rørtråde, fluxfyldte rørtråde (eng. flux-cored wire), der er såkaldt slaggedannende, har et meget højt indhold af lysbuestabiliserende elementer (ionisatorer), bl.a. titandioxid, der bevirker at materialeovergangen bliver findråbet. I de metalpulverfyldte rørtråde (eng. metal-cored wire), er indholdet hovedsageligt en blanding af fint metalpulver o g desoxiderende midler, og trådene indeholder således principielt ingen lysbuestabiliserende elementer og ingen slagge - dannende midler. I mangel på førnævnte lysbuestabiliserende elementer, skal de metalpulverfyldte rørtråde i reglen belastes med højere strømstyrker, set i relation til de flux-fyldte, for at svejse sprøjtfrit og med stabil lysbue. Til sammenligning med massive rustfrie rørtråde, kan de metalpulver-fyldte typisk give et gunstigere indtrængningsprofil og en flader e sømoverflade ved svejsning af små strengstørrelser og fo r givne tråddiametre, kan der til sammenligning opnås stabile og sprøjtfrie dråbeovergange. Rørtråde til svejsning af rustfrit stål fremstilles med diametrene 0,9-, 1,2-, 1,6- og 2,4 mm, hvoraf de rene metalpulverfyldte som regel tegner sig for de mindste diametre og de fluxfyldte typisk for de større. Udviklingen har dog på det seneste medført at fluxfyldte tråde også forhandles i de små dimensioner, helt ned til 0,9 mm. Til beskyttelsesgas anvendes typisk argon/oxygenblandinger, som regel 97 til 98% Ar og rest. Rutile tråde svejses der - imod generelt med argon-kuldioxydblandinger, typisk i forholdet 80% Ar og rest. 172

173 MIG-svejsning af nikkel Når alle forskrifter for varmeindput og interpass temperaturer er overholdt og tilsatsmaterialet udvalgt med retningsanalyse efter den aktuelle nikkellegering, giver det ikke d e store problemer at gennemføre MIG-svejsning. Det er dog nødvendigt, som ved de fleste andre svejseprocesser, at sørg e for omhyggelig rengøring for smuds og fedtstoffer, samt a t udføre den bedst mulige fugeforberedelse. Den beskyttelsesgas der typisk anvendes ved MIG-svejsning af nikkel- eller nikkelbaserede legeringer er ren argon elle r argon-heliumblandinger, hvor argon-helium gives bedre ind - smeltning og bedre buestabilitet. Det er altid nødvendigt altid at beskytte rodsiderne imod oxidation med baggas. Nødvendigt altid at beskytt e rodsiderne imod oxidation med bagga s MIG-svejsning af titan MIG-svejsning af titan, herefter benævnt titan, er i sig selv ikke vanskeligere at udføre end i austenitisk rustfrit stål, men i reglen foretrækkes TIG-svejsning, på grund af materialet s store sensibilitet overfor processens påvirkninger. Ved svejsning af titan stilles der ekstremt store krav til en effektiv beskyttelse, både af svejsesømmens overside og dens rodside. Det største probleme ved svejsning af titan er, at metallet reagerer uhyre kraftigt med oxygen, hydrogen og nitrogen, ved temperaturer over ca. 320 C, hvor både sejheds- og korrosionsmæssige egenskaber reduceres betydeligt. (Se endvidere kapitel 11.7., TIG-svejsning af titan.) 10.6 Metallet reagerer uhyre kraftigt med oxygen, hydrogen og nitrogen, ved temperaturer over ca. 320 C 173

174

175 TIG-svejsning 1 1 Historie TIG-svejseprocessen blev udviklet i USA i tidsrummet mellem til 40 og introduceredes efterhånden overalt i jern - og metalindustrien. Dette fandt gradvist sted fra omkrin g 1944 og det var, i første omgang, et behov for at kunne svejs e det let-oxiderende metal magnesium, der ledte forskerne p å sporet af en proces, der anvendte en ren ædelgas til beskyttelse af både den ikke afsmeltende elektrode og smeltebadet Fra starten af processens udviklingsperiode anvendtes jævnstrøm, med elektroden tilkoblet som plus-pol (anode), o g som beskyttelsesgas anvendtes helium. Med elektroden koblet som anode, fandt man imidlertid at denne blev overhede t og smeltede, såfremt man ikke svejste med meget lav svejse - strøm. Når elektroden tilkobledes som minus-pol (katode), blev den ikke overhedet, men det resulterede i at det var umuligt at sprænge oxidlaget på magnesium. Processen egnede sig derimod fint til svejsning af rustfrit stål, uanset denne elektrodepolaritet. Først da man prøvede at TIG-svejse med vekselstrøm lykke - des det at sprænge oxidlaget på magnesium, således at svejsning lod sig gennemføre. I samme moment blev TIG-svejsning af aluminium også mulig, af selv samme årsag. Den ikke afsmeltende elektrode bestod straks fra starten a f metallet wolfram, i USA kaldet tungsten, der havde den fornødne modstandskraft overfor påvirkningen fra lysbuen. Man kendte endda metallet fra glødetråden i elektriske pærer, hvor dets navn f.eks indgik i en handelsbetegnelse/fabri - kat for el-pærer kaldet Tungsram. Det skal noteres, at både den europæiske og amerikanske betegnelse af processen er TIG, hvor T står for tungsten, I for inert og G for gas. Tyskland derimod, fastholder til stadighed W for wolfram, hvorfor processen normalt betegnes so m WIG der. Wolfram - tungste n WI G 175

176 Inert gas Betegnelsen inert gas kan forklares med, at ædelgasser ha r velbesatte elektronskaller og at de derfor under normale betingelser ikke indgår i kemiske forbindelser. Denne såkaldte reaktionstræghed er i kemien betegnet med det latinske ord inert, der frit kan oversættes til inaktiv. Anvendelsen af TIG-processen i Danmark tog sin begyndels e i 1948, hvor Aktieselskabet Gasaccomulator (AGA) indførte de første svejsemaskiner, der blev introduceret i jern- og me - talindustrien i forbindelse med procesbetegnelsen argonbuesvejsning, senere populært kaldet argonsvejsning. Højfrekvent tændspænding Ved svejsning med de allerførste svejsemaskiner der kom ti l Danmark, skulle wolframelektroden berøre det emne man skulle svejse på, for at etablere lysbue, men allerede på dette tidspunkt var de første svejsemaskiner med højfrekvent tændspænding, HF udviklet. En højfrekvent tændspænding medfører, at elektroden ikke skal berøre emnet for at etablere lysbue. Højfrekvensen på ca v og med ca. 3-4 milioner perioder i sekundet, afgiver en gnist der gør, at luftgabet mellem elektrode og emne bliver ioniseret. Eftersom TIG-processen, som en af de få svejseprocesser, har et meget stort anvendelsesområde, kan følgende tilføjes gan - ske kort : TIG-processen kan udføres i samtlige svejsbare materialer til meget høj kvalitet, under forudsætning af, at kendskabet ti l de grundlæggende materialeegenskaber for det emne de r skal svejses på, samt kendskab til varmepåvirkning og varmebehandling af materialerne er på plads. Endvidere kræve r selve håndteringen af processen, som ved alle andre svejse - processer, at man kender og behersker metoden Ikke-afsmeltende elektrode af wolfram Funktionsprinci p TIG-svejseprocessen er som plasmaprocessen baseret på en ikke-afsmeltende elektrode af wolfram (tungsten), og en lysbue i en atmosfære af beskyttelsesgas. I hovedprincippet tilføres den beskyttende gas gennem et mundstykke af keramik, der omgiver elektrode og elektrodeholder. Se fig

177 1 Strømkilde Min sill \\\~r Lysbue %///////////L - ~_:.~ ~\\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\' Wolframelektrod e Tilsatstrå d Under svejsning tilføres tilsatsmaterialet til smelten fra siden og ind i lysbuen; enten manuelt i stangform, eller maskinel t som tråd fra spole. Figur Hovedprincip i TIG-svejseprocessen. (Jævnstrømsagregat). De n elektriske lysbue brænder mel - lem wolframelektroden og em - net, beskyttet af en gas der normalt er ren argon, eller gasblandinger bestående af procentdel e helium eller hydrogen, afhængigt af det materiale man svejse r på. Det viste hovedprincipe e r næsten ens ved vekselstrøms - svejsning, blot er strømkilden he r erstattet med en vekselstrøms - svejsetransformer TIG-svejsepisto l Alt efter formålet, anvendes TIG-svejsepistoler eller brændere af forskellig konstruktion. Der anvendes typisk vandkøle - de brændere ved svejsestrømme over amp. D.v. s man regner almindeligvis med at grænsen for anvendelse a f gaskølede brændere ligger på ca. 130 amp Vandkølede brændere Gaskølede brændere Men da mange lettere TIG-svejsemaskiner leveres med gaskølede brændere til svejsning indenfor udstyrets ampereområde, typisk fra 5 til 160 amp, betyder det at denne brændertype kan anvendes ved svejsning med strømstyrker på op til 160 amp. Man må da blot regne med, at dette ikke kan lad e sig gøre ved kontinuert svejsning over lang tid, da TIG-brænderen her vil blive overophedet. Figur Snit gennem Vandkølet TIG - brænder. Denne brændertype e r normalt tungere og kraftiger e end de gaskølede brændertype r Elektrodenippe l Vandkapp e Gasko p Ledningsnet med : Sekundærkabe l Styrekabe l Gasslange Kølevandsslange Wolframelektrode 177

178 Almindeligvis vil TIG-svejsere foretrække lette brændere med små kompakte brænder-hoveder og lille gaskop. Dette ønske er selvfølgeligt ikke altid muligt at opfylde, da det j o som nævnt, er temmeligt afhængigt af svejseopgavens art, svejsestrøm etc. Imidlertid søger udstyrsleverandørerne i reglen at efterkomme de brugerønsker der kan lade sig realisere indenfor de fysiske begrænsninger der knytter sig til processen og der er derfor et meget stort antal forskellig e brændertyper til rådighed for brugerne. Figur Forskellige TIG-brændertyper. (A), Lige brænder (mest til maskinelt brug). (B), TIG-brænder me d flexhals. D.v.s. at brænderhovedets vinkel kan justeres i et be - grænset omfang, ca (C), TIG-brænder med lille og kom - pakt brænderhoved og gasko p Gassen ioniseret Wolframelektrode c TIG-lysbue n Ved TIG-svejsning brænder lysbuen som nævnt, mellem em - net og wolframelektroden, i en beskyttelsesgas (ædelgas). I lysbuen er gassen ioniseret; d.v.s. at den foruden atomer og molekyler også indeholder frie elektroner og positive ioner, altså positive og negative ladninger. Ved TIG-svejsning af ulegerede, lavtlegerede og rustfie stål f.eks., er wolframelektroden, for at opnå længere standtid, koblet til som katode. Denne polaritet kan ikke anvendes ved TIG-svejsning af materialer med tungtsmeltelige oxyder, so m eks. aluminium. Under svejsning med jævnstrøm og elektrodepolaritet mi - nus, bevæger elektronerne sig fra katoden til anoden og ionerne bevæger sig den modsatte vej. Sammenstød mellem elektroner og ioner, samt deres modpol, udløser varmeener - gi. Figur 11.4 TIG-lysbue ved svejsning med jævnstrøm og minus pol sluttet til wolfram-elektroden Ved TIG-svejsning med vekselstrøm sker der som følge a f denne strøms karateristiske polaritetsveksling dette, at strømmen falder ud og lysbuen stoppes. Se fig

179 Figur Vekselstrømslysbue med strømudfald, p.gr.a. polaritetsskift PO L 0 + PO L Dette indtræffer 100 gange i sekundet, hvorfor der indsættes en "hjælpetænding" der starter lysbuen igen når strømmen har vendt. En impulsgenerator giver ved hver vending en kraftig højspændt impuls, der kan slå over lysbuegabet og sikre den nødvendige gentænding. Den frekvens hvor gen - tændingen sker er så hurtig, at lysbuen opleves som næsten konstant brændende. Man vil dog, til forskel fra jævnstrømslysbuen, kunne høre en vibrerende tone og se, eller måsk e nærmere, fornemme en højfrekvent blinken fra vekselstrømsbuen. U Figur Stop og gentænding af lysbu e med højfrekvent impuls. (De stavformede søjler på veksel - strømskurve n U Erfaringen viste som bekendt meget tidligt i TIG-jævnstrøms-svejsningens historie, at plus-poling på wolframelek - troden medførte, at oxidhinden på smeltebadets overflade blev sprængt, men at belastningen på elektroden var uforholdsmæssig stor. Dette resulterede i, at næsten al TIG-svejs - ning af metaller med tungt nedbrydelig oxydhinde, skulle fo - 179

180 regå med vekselstrøm. Da det er af primær vigtighed at kun - ne TIG-svejse på disse materialer, har meget af udviklinge n af svejsemaskiner gået på, at fremstille det mest ideelle ud - styr til dette. Syntetisk vekselstrø m Positive halvperiod e Negative halvperiod e Moderne TIG-svejsemaskiner af i dag, er konstrueret således at de er i stand til at levere en såkaldt syntetisk vekselstrøm. D.v.s. at svejseren er i stand til, med disse maskiner, at mani - pulere med varigheden af den positive halvperiode, der er den halvperiode på elektroden hvor oxydhinden sprænges på emnet. Se fig Af fordele ved den syntetiske vekselstrøm kan nævnes, at der ved eksempelvis formindsket plusperiode forekomme r mindre belasting af elektroden, og at der er mulighed for a t tilføre emnet større varmeenergi i den forlængede negativ e halvperiode. Det sidste har eksempelvis stor betydning for aluminiumssvejsning, da dette materiale jo har en stor varmeledningsevne. Figur Ved TIG-svejsning på et velrengjort emne, af eksempelvis aluminium, kan man reducere de n positive halvperiode med ca. 50 % Plus-po l 0 T=25 % T = 75 % Minus-po l 11.3 Puls-bue TIG-svejsning med pulserende lysbu e Ved TIG-svejsning kan man, som ved MIG/MAG-svejsning, udnytte en vigtig og i de fleste strømkilder indbygget facilitet, kaldet pulserende lysbue eller helt enkelt puls-bue. Den pulserende lysbue frembringes ved at indføre en mekanism e i strømkilderne til periodisk variation af svejsestrømmen. 180

181 Pulsstrøm - Gr undstro m Ti d T T~ --~--Tz } Som udtryk for den varmeenergi der kan afsættes i svejsesømmen ved svejsning med puls, skal man regne med en sammenlagt værdi for begge perioders strømniveau, divideret med 2. Herved får man en værdi for varmeenergiindputtet, en middelværdi, svarende til svejsning udført uden puls. Figur Pulsationsprincipet består i at justere den lave grundstrøm i forhold til den højere pulsstrøm, samt at justere varigheden a f grundstrømperioden og puls - strømperioden med periodeafstanden (pulsstrøm perioden. Det sidste illustreret ved afstandsbetegnelserne T 1 og T2.) En pulsationsfrekvens udgør begge perioder sammenlagt og betegne s som impulstid T ; (sek.). Summe n af pulsstrømtiden Tg og grund - strømtiden T 9, er 1/T; H z Figur Manipulationen med svejsestrøm/tid, kan også forgå med glidende tids- og strømmæssige forskydninger hvor firkantkurven, vist i Fig , kan antag e en form som vist her. Strømfal d og strømstigning udgør her e n større del af pulstiden Pulsationsfrekvenserne kan ligge i forskellige områder fra : 0,1 til 10 Hz (lavfrekvent puls). 10 ti1500 Hz Kiloherzområdet khz, (højfrekvent område.). TIG-svejseprocessens udnyttelse TIG-processen har et bredt anvendelsesområde, hvor den med sin koncentrerede opvarmning af materialerne giver e n god indsmeltning og beskyttelsen af smelten er meget effektiv, når blot processen udføres afskærmet fra stærk blæst o g vejrlig som regn sne etc Processen kan i visse tynde materialer, herunder navnligt rustfrit stål, udføres uden brug af tilsatsmaterialer og de n svejsbare materialespredning rækker fra ulegerede og lavtlegerede stål, over legerede stål/rustfrie stål, til ikke-jernmetaller som aluminium kobber nikkel titanium mm. 181

182 Det normale tykkelsesområde for TIG-svejsning ligger nor - malt fra 0,5 til 5 mm, men der er adskillige forhold hvor processen udnyttes til svejsning af langt sværere godsdimensioner. Det sidste er naturligvis afhængigt bl.a. af materialeegenskaber TIG-svejsning af rustfrit stå l Generel t Som tidligere nævnt i dette kapitel, blev TIG-svejseprocessen meget tidligt indført i industrien, netop til svejsning af rustfrit stål. Man kan sige, at det er her processen har udmærket sig mest gennem tiden og det er måske også i det rustfrie materiale, der jo blot er en del af de mangfoldige materialer processen egner sig for, at den anvendes mest. Årsagerne til de n typiske anvendelse i de rustfrie stål, kan bl.a. forklares med at rustfrit stål for størstedelen anvendes i mindre godsdimensioner og i mindre emnegeometrier. Dernæst kan man hælde til at tilføje, at TIG-processens glatte sprøjtfrie svejsesømm e måske også spiller en ikke uvæsentlig rolle. Sammenlignet med ulegerede stål er kulstofindholdet som bekendt lavere i rustfrit stål og hovedlegeringsbestanddelene er Cr-, Ni- og Mo. De Mo-legerede stål kaldes ofte for "syrefaste stål", hvilken betegnelse stammer fra disse ståltypers resistente egenskaber overfor de syrer, der eksempelvis an - vendes indenfor cellulose-, sulfit- og anden kemisk industri. Da stålene ikke er resistente overfor alle syreangreb, må man sige at det i nogen grad er misvisende at give dem denne betegnelse. For at imødegå forskellige brugerkrav, vedrørende bl.a. slid-, oxidations- og korrosionsmodstandsdygtighed ved anvendelse i mange forskellige industrielle miljøer, fremstilles e n mængde forskellige typer rustfrit stål. Det er derfor mege t vigtigt at man, som ved alle andre smeltesvejseprocesser, er i stand til at vurdere og planlægge TIG-svejsningens udførels e på en sådan måde, at man giver stålet de bedst mulige betingelser for at bibeholde de oprindelige egenskaber efter svejseoperationen. 182

183 Følgende eksempler, kan fremdrages som væsentlige at have kendskab til, vedrørende TIG-svejsning af rustfrit stål : Er stålet lavt- eller ekstra lavt-kulstofholdigt? Er stålet titanium- eller niob-stabiliseret? Er stålet magnetisk? Hvilken beskyttelsesgastype skal anvendes? Skal der anvendes baggas og hvilken? Skal der svejses ved forhøjet arbejdstemperatur? Skal der anvendes andre former for varmebehandlig i forbindelse med svejsningen? Hvilket temperaturområde er stålet sensibel overfor, ved svejsning eller anden varmebehandling? Hvilken varmeenergitilførsel er den maksimale for stålet? Er stålet følsomt overfor gentagen opvarmning, eksempel - vis ved flerstrengsvejsning? At et højere legeret tilsatsmateriale i nogle tilfælde kan giv e andre problemer sammenlignet med et lavere legeret. Skal svejses med et retningsanalysesammenligneligt- elle r et overlegeret tilsatsmateriale? At huske på, at "konsultere" et Schaeffler- eller De-Lon g diagram, i tvivlstilfælde. At svejsemetallet, for visse typer rustfrit stål, skal indeholde en del ferrit for at modvirke varmerevnetendens. At andre typer rustfrit stål reagerer imod tilsatsmaterialer, der opbygger ferrit i svejsemetallet, ved at danne sigmafase. At huske på efterbehandlinger af svejsningens overflade og de tilgrænsende arealer. Som det fremgår af eksemplerne, er der en del at holde red e på, før man TIG-svejser, eller for den sags skyld, generel t svejser rustfrit stål. Da dette kapitel imidlertid ikke kan giv e plads til alle detaljer, må man krydslæse en deli de andre kapitler, samt om nødvendigt tilegne sig mere specialviden i tilgængelig teknisk litteratur, vedrørende fremstilling- og be - handling af de forskellige rustfrie ståltyper. (Se evt. bøgerne : RI - Materialekendskab, R2 - Nedbrydning og S6 - Materiale - valg). 183

184 Proceshåndtering ved TIG-svejsning af rustfrit stå l De informationer vedr. proceshåndtering under svejsning a f rustfrit stål, der behandles i dette kapitel, omhandler TIG - svejsninger i dette materiale, hvortil der stilles krav om kvali - tetsstyring. Derfor ses der bort fra alle muligheder for at svejse disse stål uden særlig agtpågivenhed under anvendelse n af processen, samt nøjeregnethed med de forskellige rustfri e ståls særlige egenskaber og reaktioner overfor svejsning. Det mest synlige resultat af svejsningen, der kan iagttage s umiddelbart på dennes overside, viser ikke om man har valgt et forkert tilsatsmateriale, eller om baggasdækningen har været utilstrækkelig. Derimod kan man i en del tifælde blive opmærksom på overhedning af stålet ved for stort varmeindput, hvilket viser sig ved at svejsningens oversid e bliver grov og at farven antager en kulør fra gråsort til sort. Som en tommelfingerregel kan det siges, at svejsningerne skal fremstå med en glat og meget lys brunlig til let kobberfarvet overside. Interkrystallinsk korrosion ved for stor varmetilførsel Inden svejsearbejdet påbegyndes, skal man kunne danne sig et billede af den mest hensigtsmæssige tilførsel af varme - energi, hvilken varierer med svejsedata som svejsestrøm- og spænding- og svejsehastighed. Under svejsning er der bl.a. risiko for, at der kan opbygges interkrystallinsk korrosion ved for stor varmetilførsel fra processen. Den tilførte varmeenergi Q, udtrykkes som Joule pr. mm o g kan beregnes med formlen : volt ampere 4 svejsehastighed = kj/mm eller MJ/m Ved svejsning af austenitiske rustfrie stål i tyndere godsdimensioner er følsomheden overfor interkrystallinsk korrosion ikke så udpræget som ved svejsning i sværere godstykkelser, hvor der behøves flere strenglag for at opfylde svejse - fugen. Der kan eksempelvis regnes med ca. 1 kj/mm i varmetilførsel, ved TIG-svejsning af en stumpsøm i en 2 mm plade af austenitisk rustfrit stål, af typen 19/9, hvilket indikerer en materialesammensætning på 19% Cr og 9% Ni. Til beregnin g 184

185 af svejsehastigheden (v), for ovennævnte plade kan man bruge formlen for tilført varmeenergi. For at fuldstændiggøre beregningen er man nødsaget til at anvende en betegnelse for den ønskede tilførsel af varmeenergi i kj/mm. Dette gøres ved at beregne Q*. Q* står for den ønskede værdi i kj/mm, og er det samm e som Q x virkningsgraden 'q. Virkningsgraden for TIG-svejsning er 0,6. Q* = v U I. 60 x ~ Hvis man skal beregne svejsehastigheden efter en ønsket varmetilførsel på 1 kj/mm og regner med en målt svejsestrøm på 60 amp, samt en målt lysbuespænding på 12 volt, ser regnestykket således ud : Q* (1kJ/mm) = v 1000 x 0, 6 Ved at isolere svejsehastigheden v, findes denne efter den ønskede tilførsel af varmeenergi på 1 kj/mm således : V = v 1000 x 0,6 = 25,92 mm/min (26 mm/min ) Udnyttelse af pulsprincipet ved TIG-svejsning af rustfrit stå l TIG-svejsning af rustfrit stål, stiller en del særlige betingelse r for den rent praktiske udførelse, der som sagt tilsigter at minimere processens negative virkning på materiale-egenskaberne, samt gør det lettere at opnå stabile svejseforløb. Her spiller anvendelsen af den pulserende TIG-lysbue bl.a. e n væsentlig rolle. Den mest benyttede pulsering ved svejsning af rustfrit stål, ligger i det lavfrekvente område fra 0,1 til 10 Hz og det er almindeligt, at TIG-svejsemaskiner der anvendes i den rustfrie industri, er udstyret med mere eller mindre avancerede faci- 185

186 Varierende tidsafhængig programmering af svejsestrømmen liteter til finindstilling af pulsfrekvenser-, puls- og grundstrøm. Mange TIG-svejsemaskiner er udstyret med mulighe - der for varierende tidsafhængig programmering af svejse - strømmen, hvilket er nødvendigt og udnyttes mest ved automatiseret svejsning, eksempelvis koblet sammen med en automat for svejsning af stumpsømme på rør. Figur Eksempel på programmerbare data på TIG-svejsemaskine T 1 K9 F-- top I t ned > Pulserende lysbue, i det lavfrekvente område, tager sigte p å at forbedre kontrollen med smeltebadet og kan afhængigt a f maskintypen styres i de fire variable størrelser: Pulsstrøm-, pulstid-, grundstrøm- og grundstrømstid. Grundstrømme n kan enten indstilles direkte på amperer eller som en procentdel af pulsstrømmen. Pulstid og grundstrømstid kan indstil - les direkte på sekunder eller på frekvensen for pulsation og forholdet mellem pulstid og impulstid, (summen af puls- og grundstrømstid). Når svejsestrømmen er i den høje pulsfase opsmeltes grundmasterialet og smeltebadet dannes. Den efterfølgend e grundstrømsfase resulterer i, at smelten ikke længere kan opretholde den størrelse det havde i pulsfasen, men trækker si g sammen og begynder at størkne. Føres lysbuen med jævn hastighed langs svejsefugen vil resultatet, afhængig af fremføringshastigheden i forholdet til pulsfrekvensen, kunne op - fattes som en række cirkulære- eller ellipseformede overlappende punktsvejsninger. Under svejseforløbet, regulerer svejseren overlapningen ved i grundstrømsperioden, at flytte lysbuen et stykke frem imo d forkanten af smeltebadet. I pulsperioden tilføres evt. tilsats - materiale, således at det afsmeltes i pulsperiodens opsmeltningsfase. 186

187 Den førnævnte cirkulære form på smelten er særligt hensigtsmæssig ved svejsning af bundstrenge i V-fuger eller ved fuld gennemsvejsning af I-fuger. At smeltebadet hænger sammen skyldes overfladespændingerne. Overfladespændingernes såkaldt resulterende kraft, der f.eks. skal modvirke tyngdekraften, er bl.a. udtrykt ved summen af de reciprokk e værdier af 2 hovedkrumningsradier R l og R 2, (1 /R /R2 ). Hovedkrumningsradierne er illustreret i fig Figur Smeltebadets hovedkrumningslinier : For et cirkulært smelteba d vil de 2 hovedkrumningsradie r være lige store og for et elipseformet smeltebad vil R2 være størr e end R I. Dette vil sige, at den reciprokke værdi bliver lille og a t overfladespændingens kraftkomposant derfor reduceres til ca. det halve. Man kan nu derfor konkludere, at der med anvendelse a f pulserende TIG-lysbue opnås maksimal bæreevne for smelten. Gasbeskyttelse ved TIG-svejsning af rustfrit stå l TIG-svejsning af rustfrit stål er altid forbundet med en nøje - regnende vurdering af gasbeskyttelsens effektive virknin g under svesjseforløbet. Dette gælder ikke kun beskyttelsen imod den atmosfæriske lufts skadevirkninger på smelten o g den tilgrænsende zone (HAZ), set fra svejsesiden, men også i høj grad beskyttelsen af bagsiden, eller rodsiden af svejsningen og HAZ. Oxidationsrisikoen for oversiden af smelten og HAZ, er med korrekt pistolføring og anvendelse af rigtigt udstyr, som eksempelvis gaslinser til forstøvning af beskyttelsesgassen, re t minimal, hvilket ikke automatisk gælder bagsiderne af svejsesømmene. Konsekvenserne, som følge af manglende gas - dækning på bagsiden, er materialeforringende, både af mekanisk og korrosionsmæssig art. Endvidere kan selve svejsningens udførelse påvirkes af den manglende gasdækning, idet oxideringen af smelten formindsker dennes evne til a t bære sig selv, på grund af reduceret overfladespænding. Konsekvenserne, som følge af manglende gasdækning på bag - siden, er materialeforringend e Et absolut krav ved svejsning af rustfrit stål, hvor der er stillet betingelser for svejsearbejdets udførelse gennem henvis - 187

188 vinger til ikke anløbne eller oxiderede bagsider, er anvendelse af baggas. Denne baggas skal bl.a. være fuldstændigt fri for oxiderende komponenter og de mest almindeligt anvend - te typer er : Ren argon, min. 99,995 % Argon/hydrogen, fra 5 til 10% H2 Formiergas, nitrogen og hydrogen, 10% H2 (Nitrogen N2, med tilsætning af H2, benyttes først og fremmest af økonomiske årsager. Se endvidere kapitel 3 : Beskyttelsesgasser! ) Konsekvenserne af manglende eller utilstrækkelig baggas - dækning er behandlet i kapitel 5. Ved TIG-svejsning af stumpsømme i langsømsautomater, er automaten indrettet med en bagskinne af kobber, hvori er udfræset en rille eller "grøft", enten med fine huller i bunden, eller med sintermetal til forstøvning af baggassen. Se fig Figur Bagskinne med udfræset grøf t og tilgangssystem for baggas Beskyttelsesga s TIG-svejsning af rørkonstruktioner i rustfrit stål, volder oft e problemer vedrørende en effektiv kontrol af bagassens beskyttende effekt, og følgende metoder til baggasdækning a f svejsningerne på rørkonstruktioner kan være : Gennemskylning af hele eller enkelte dele af konstruktionen 188

189 Afspærring med baggasskylning af sektioner ved svejserundsømmen Anvendelse af værktøjer, der anbringes bag et segment a f svejsningen, hvorefter spulning udføres lokalt Efter TIG-svejsning af transportrørsytemer i levnedmiddelin - dustrien, har man i nogle tilfælde konstateret mikroskopiske grubetæringer i HAZ. Disse gruber anskues af branchen for at kunne vanskeliggøre renholdning af rørsystemerne, samt at kunne give opholdssted for evt. bakterier, og evt. være starten på en større grubetærring. Med en såkaldt baggasanalysator, udviklet i samarbejde mellem PBI-Dansensor og FORCE Institutterne, er det muligt a t få en indikation af restindhold af oxygen i baggaskammeret, helt ned til 1 ppm. Dette betyder at man med et korrekt konstrueret baggasværktøj, rette baggas og korrekt procedure, kan beskytte svejsningernes rodside optimalt imod oxydering. Mikroskopiske grubetæringe r HAZ Baggasanalysato r Automatiseret TIG-svejsning af rustfrit stål Med automatiseret TIG-svejsning, overføres en del af d e menneskelige arbejdsfunktioner til en maskine. Eksemple r kan være lang- og rundsømsautomater, hvor trådtilførsel o g pistolføring er overtaget af en maskine, og robotter hvor d e samme mekanismer er overtaget af en programmeret robot. I de nævnte tilfælde overvåges processen for det meste af e n svejseoperatør, hvis opgave det er at korrigere svejseforløbe t med reguleringsfunktioner på maskinerne. På visse automatiske svejsemaskiner er svejseoperatøren helt ude af billedet, idet maskinen er programmeret til at udføre ganske bestemte opgaver, gennem forudtilrettelagte og datamatstyrede justeringer af svejsedata og bevægelsesmønstre. I begge de nævn - te tilfælde har svejseoperatøren også en rolle, der består i vedligeholdelse og bedømmelse af standtider og for udskiftning af implicerede værktøjsdele, som eksempelvis gaskopper wolfram, etc. I en af de allermest udviklede former for automatiseret svejsning, har maskinen overtaget næsten alle korrigerende hand - linger under svejseforløbet, idet tilkoblede sensorer elle r "maskinelle sanseorganer" om man vil, udfører svejseopera - tørens funktioner. Den mest avancerede form for automatis k svejsning vil i nær fremtid være den såkaldte adaptive sty- 189

190 ring. Her styrer maskinen hele svejseforløbet, således at all e til enhver tid influerende ydre forhold vedr. svejseoperationen opfanges og reguleres, fuldstændigt som var denne ud - ført manuelt og helt sikkert med en bedre kvalitetskontinuitet. Men til syvende og sidst, er al automation alligevel afhængig af menneskelig indflydelse, og man kan da også sige om robotter og automater, at de med den mest nøjeregnende påli - delighed, er i stand til at gentage fejl i en uendelighed. Hot-wire principet I forbindelse med automatisering af TIG-processen, er de r udviklet et særligt princip, Hot-Wire principet. Principet bygger på, at man ved hjælp af forvarmning af tilsatstråden, kan opnå en anseligt højere afsmeltning pr. tidsenhed. E n forudsætnig for opnåelse af den såkaldt ohmske forvarmning af tråden er, at denne hele tiden er i kontakt med smeltebadet. Dette opnås ved at lede en strøm fra den en seperat strømkilde over i en speciel kontaktdyse, hvor tråden mellem afstanden fra dysen og smelten, giver den ohmske modstand. Forvarmningens effekt afhænger naturligvis a f strømstyrken, trådens specifikke modstand, diameter o g længde af tråd fra kontaktdyse til smelte. Se fig Figur Pricip for TIG-svejsning med tråd - forvarmning TIG-brænde r Trådspole Strømkild e forlysbue. %////////////////////. Grundmateriale Strømkild e for trå d Power-Assist system Med det såkaldte Power-Assist system anvendes en pulserende jævnstrøm, både til lysbuen og til forvarmningskredsløbet. Principet bygger på, at pulsationen i de to kredsløb er faseforskudt for at forhindre magnetisk afbøjning af lysbue n og i fig , anskueligøres forskellen mellem koldtrådstilsætning og anvendelsen af Power-Assist systemet. 190

191 g/min Figur Forskelle i nedsmeltningsydelse ved anvendelse af henholdsvi s kold tråd og Power-Assist. De n viste maksimale ydelse ved bru g af Power-Assist på 45 g/min, svarer til 2,7 kg pr. time. Ved anvendelse af kold tråd angives de n maksimale nedsmeltningsydelse til ca. 1.1 kg pr. tim e am p Orbital TIG-svejsning af rustfrit stå l TIG-svejsning er overalt i industrien accepteret som en af d e sikreste, men også en af de mindst produktive af alle svejse - processer. Imidlertid angiver strenge krav, særligt indenfo r rørsvejsning, endnu ingen praktiske alternativer til TIG-processen Så langt tilbage som i slutningen af 1960, kom Dimetrics med det første orbitale udstyr, (af latin, orbis = kreds ; ring), og langcerede iøvrigt samtidigt Syncro Puls, der nu er almindeligt industrielt udstyr. Dette gennembrud muliggjorde en udvidelse af forskningen vedr. svejsning af forskellige materialer og var det første kommercielt tilgængelige udstyr, de r kunne reproducere alle svejseparametre 100%. Dimetrics De orbitale TIG-svejseudstyr anvendes bredt, både som ind - byggede svejsestationer i store fuldautomatiserede bearbejdningslinier, eksempelvis ved svejsning af rustfrie medietrans - portrør, hvor maskineriet modtager rør i bundter, både ti l forbearbejdning, orbital sammensvejsning og efterbearbejdning, evt bejdsning, coating, mm., og som let fleksibelt og bærbart udstyr til håndbetjent montage. Se fig

192 Figur Illustrationen viser tre tegninge r af orbital udstyr, type Polysoud e Messer Griesheim. A- svejsetan g med indvendigt indbygget TIG - brænder, til svejsning af mindr e rørdimensioner. B- orbital maskine til svejsning af større rørdimensioner. TIG-svejsehoved markeret med pil. C- orbital maskin e til svejsning af rør i endebunde, f.eks. i varmevekslere. Svejsehoved og tråddyse markeret med pil a- og b. Udstyr til orbital svejsning er normalt tilkoblet programmerbare svejsemaskiner, de r kan rumme op til flere forskellige forprogrammerede svejsecycler, og hvor alle involverede svejseparametre håndteres af de n indbyggede computer 192

193 TIG-svejsning af nikkel 11.6 Såfremt de eventuelle forskrifter for varmeindput og inter - pass temperaturer er overholdt og at tilsatsmaterialet er det foreskrevne for opgaven, frembyder TIG-svejsning af nikke l og nikkelbaserede legeringer ikke de store problemer. Det er nødvendigt, som ved de fleste andre svejseprocesser, at sørg e for omhyggelig rengøring for smuds og fedtstoffer, samt a t udføre den bedst mulige fugeforberedelse. Smeltebadet opfattes som træ- gere Under selve svejseprocessen kan smeltebadet opfattes som trægere end som f.eks. svejsning i austenitisk rustfrit stål, idet det ikke flyder ud med samme lethed. Det kan derfo r være nødvendigt at disponere for lidt større skærpningsvinkler på pladekanterne. Den beskyttelsesgas der typisk anvendes ved TIG-svejsning af nikkel er ren Ar, men tilsætning af He kan i mange tilfæld e være virksom overfor ovennævnte "træge smeltebad". Ved enkeltstrenget svejsning af nikkel, kan fx en 5% tilsætning a f H 2 ofte være en hjælp og i den forbindelse skal det nævnes, at der ved flerlagssvejsning skal tages specielle forholdsregler ved anvendelse af HZblandinger, da ophobning af hydro - gen kan resultere i poredannelse. Det er nødvendigt altid a t beskytte rodsiderne imod oxidation med baggas. TIG-svejsning af titan TIG-svejsning af titan er i sig selv ikke vanskeligere at udføre end i austenitisk rustfrit stål, men der stilles her ekstremt store krav til en effektiv beskyttelse, både af svejsesømmens overside- og dens rodside. Problemet ved svejsning af tita n er at metallet reagerer uhyre kraftigt med oxygen, hydroge n og nitrogen, ved temperaturer over ca. 240 C, hvorved både sejheds- og korrosionsmæssige egenskaber reduceres betyde - ligt. På grund af denne affinitet, (tilbøjelighed til at gå i forbindelse), med bestanddele i den atmosfæriske luft ved svejsetemperaturer i og omkring svejsesømmen (HAZ), er det en absolut nødvendighed at beskytte både smeltebad og det størknende og størknede metal på både overside og rodside med en inaktiv gas. Denne gasdækning, der sædvanligvis er 99,995% Ar, skal bibeholdes indtil temperaturerne i svejse - sømmen og det omgivende materiale er under 240 C. Nødvendigt altid at beskytte rod - siderne imod oxidation med bagga s 11.7 Metallet reagerer uhyre kraftigt med oxygen, hydrogen og nitrogen, ved temperaturer over ca. 240 C Gasdæknin g 193

194 oxygenrømmede kuvøser Iltsterilrum Titan blev førhen altid svejst i oxygenrømmede kuvøser ; beholdere af rustfrit stål med plexiglaslåg og indstukne gummihandsker til svejseren, eller ved svejsearbejde på mege t store emner, i totalt oxygenrømmede rum, hvor svejseren var udstyret med dykkerudrustning. Kuvøser og iltsterilrum anvendes i dag kun ved TIG-svejsning af meget komplicered e emnegeometrier og det er nu ret almindeligt at se svejsnin g af titan, udført med anvendelse af specialfremstillede baggasværktøjer og TIG-pistoler med gasefterslæb. Se fig (Se også afsnit 13.10). Figur TIG-svejsebrænder, udstyret med gasefterslæb Svejseretning Beskyttelsesgas _ ; - % % n_ ~- L~xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxaxx~~ ii%.xxxxxx /Ze/iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii ; Smelteba d og svejsestrøm Brænder og gasdyse 194

195 Plasmasvejsning 1 2 Historie Udviklingen af plasmalysbueprincipet startede allerede ve d dette århundredes begyndelse. Men da industrien, på dette tidspunkt, ikke havde særlig stor interesse i at udnytte d e høje temperaturer processen arbejdede med, og da man ikk e havde fremstillingskapacitet til højtemperaturbestandige materialer til elektroder etc. i plasmaudstyret, stagnerede interessen for intensiveret forskning med hensyn til industriel udnyttelse af principet Med behovet for skære- og svejseprocesser til aluminiumsbearbejdning i flyindustrien, steg interessen imidlertid igen og forskerne havde da også eksperimenteret i flere år med plasmaprincipet i forbindelse med skæring af metaller. Den første gang man hører om en plasmabrænder der f.eks. kan præstere et, efter den tids forhold acceptabelt snit i metal, e r så tidligt som Med den fredelige udvikling af nuklear fusionsenergi og udforskningen af det ydre rum, steg det industrielle behov for værktøj til skæring og svejsning med høj temperatur yderligere. Forskning og udvikling af både plasmaskære- og svejseprincipet tog herefter fart, således at det kunne introduceres som industriel svejseproces i USA omkring Funktionsprincip Plasma-svejseprocessen er i lighed med TIG-processen baseret på en ikke afsmeltende elektrode af wolfram og en lysbue i en atmosfære af beskyttelsesgas. Den beskyttende gasatmosfære tilføres til forskel fra TIG-processen, seperat gen - nem en ringformet kanal omkring den centrale del af plasmadysen Plasmadysen Plasmadysen Plasmalysbuen passerer fra wolframelektroden gennem en udboring i den centrale del af dysen hvor den, på grund a f den vandkølede dyse og det yderste ikke ioniserede lag af wolframelektrode n 195

196 plasmagasstrømmen, bliver afkølet og indsnøret. Plasma- Indsnøring af lysbueplasmaet principet bygger bl.a. på, at frembringe denne indsnøring af lysbueplasmaet, således at dette bliver strammere og slanke - re. Indsnøringen kan opnås, ved som nævnt at afkøle plasmasøjlen mekanisk, eller indblæse kold plasmagas genne m Plasmasøjlen endnu en ringformet kanal, tæt omkring plasmasøjlen. En del plasmabrændere fungerer uden mekanisk indsnøring gennem udboring i en dyse. Selve indsnøringen af plasma - søjlen sker på disse brændre, ved hjælp af to gassystemer o g er afhængig af det centrale gassystems justering. Beskyttelsesgas Kølevan d Plasmaga s Figur Mekanisk indsnøring af plasmasøjlen, hvor påvirkningen af den - ne sker ved passagen genne m den vandafkølede dyse Beskyttelsesga s Kølevan d Plasmagas Figur Supplerende køling og indsnøring af plasmasøjlen med plasmaga s ; ~ %s\`+ I ~~. ili. ~ ~ ~ ~ i i i Kold plasmaga s til indsnørin g ~af lysbue n 196

197 Beskyttelsesga s Fokuseringsga s Kølevan d Plasmaga s Figur 12.3 Indsnøring af plasmasøjlen me d såkaldt fokuseringsgas Figur 12.4 Plasmadyse med indsnøring a f plasmasøjlen ved hjælp af to gassysteme r Plasmalysbuen Det er typisk for plasmalysbuen, at den arbejder med væsentligt højere lysbuespænding, ca volt, end TIG-lysbuen der typisk arbejder med ca volt. Dette er direkte en følge af plasmasøjlens indsnøring, der bevirker at temperaturen i søjlen må stige, for at strømmen kan passere de t indsnørede lysbuetværsnit. De nævnte cirka- lysbuespændinger er varierende, alt afhængig af stømstyrke, gastype- eller gassammensætning. En åben ikke indsnøret lysbue, som man eksempelvis kende r den fra TIG-processen, vil altid tage form efter et minimums - princip, således at spændingen over et hvilket som helst om - råde i næsten hele lysbuen og ved en given strømstyrke, vi l justere sig til den lavest mulige værdi. Enhver indsnævrin g af lysbuen vil føre til øget spænding og hermed til en højere energiudvikling og temperatur. Der findes i realiteten to principer for plasma-lysbueetablering. Den ene kaldes for overført lysbue og den anden ikkeoverført lysbue. Overført lysbu e Ikke - ove rf ørt lysbue 197

198 Figur TIG-lysbue: Argonf low 19 I/min, strøm 200 amp, lysbuespændin g 15 v. Temperaturen i det lille om - råde ved elektrodespidsen (A), e r ca C. Resten af lysbuekeglen (B)er ca. 10 til C Figur Indsnøret lysbue til plasmasvejsning : Dyseåbning 4,8 mm, argonflow 19 I/min, strøm 200 amp, spænding 30 v, (som følge af ind - snøringen). Temperaturen i det aflange område tættest ved elektroden (A), er ca. 18 til C. I område (B) er temperature n over C og i det yderste område (C), er temperaturen ca. 10 til C Det første princip bygger på, at lysbuen etableres melle m elektrode og det emne der skal svejses. Det andet bygger på, at lysbuen etableres mellem elektrode og dyse, helt uafhængig af emnet. Begge principer fungerer ved, at der tilføres plasmagas, der oparbejder en stor udstrømningshastighed på grund af varmeudvidelsen ved passagen gennem dyseudboringen og opvarmningen i lysbuen. Denne stærkt koncentrerede gasstrøm, eller jetstrøm, er meget effektiv som opvarmningskilde. Det mest normale princip ved plasmasvejsning er overførtlysbue, hvor man foruden varmeudnyttelsen fra plasmasøjlen også kan udnytte varmen fra anodepletten. 198

199 Pilotlysbuen Plasmaprocessen fungerer ved hjælp af to strømkredsløb. Et, der i lighed med TIG-processen, forbinder elektroden (katoden) med emnet (anoden), som er beregnet til svejsestrøm o g et der forbundet med elektroden og den inderste del af plasmadysen. Det sidste kredsløb fungerer ved, at der etableres e n "svag ikke overført lysbue" mellem elektrode og dyse. Denne lysbue arbejder ved meget lav strøm og giver mulighed for at opretholde en lavstrømslysbue, en såkaldt pilotlysbue. "Svag ikke overført lysbue " Lysbuekarakteristi k Det karakteristiske ved en plasmalysbue er, at der er meget lille variation i lysbuespændingen ved forskellige strømstyrker, set i forhold til lysbuespændingen ved TIG-svejsning. Lysbuespændingen ved TIG-svejsning stiger meget kraftigt, når svejsestrømmen sænkes fra 10 til 0,1 amp Lysbuespændinge n Ved TIG-svejsning med lave strømstyrker, under ca. 10 amp, bliver lysbuen ustabil og flakkende, hvorimod plasmalusbuens retningsstabilitet ikke påvirkes nævneværdigt. Set i sammenhæng med den store lysbuelængde og førnævnte retningsstabilitet, gør disse faktorer plasmaprocessen særlig t egnet til svejsning af tynde folier. Svejsning i mikroplasma- Svejsning i mikro-plasma-området området Plasmabue, længde 6,7 m m (dyse 0,76 mm Ø ) Figur Illustrationen viser typisk lysbuekarakteristik for henholdsvis TIG - og plasmasvejsning, ved strøm - styrker under 10 am p 20 TIG-bue, længde 1,25 m m (elektrode diam. 1 mm Ø ) (A) Strømstyrke 199

200 12.3 Plasmasvejseprocessens udnyttelse Udnyttelsen af plasmasvejseprocessen kan typisk opdeles i tre områder, der er karakteriseret ved de operationelle strømstyrker : Mikroområdet, under 10 amp Mellemområdet, fra 10 til 100 amp Dyb indsmeltning : fra 150 til 500 amp I Mikroområdet (mikroplasma), udnytter man plasmasøjlen s gode retningsstabilitet ved små strømstyrker. Ydermere kan der drages fordel af, at lysbuespændingen kun i mindre omfang påvirkes ved ændringer af lysbuelængden. Mellemområdet Key-hole Mellemområdet kan nærmest karakteriseres som svarende ti l TIG-processen, men da ændringer i lysbuelængde ikke påvirker lysbuespændingen i særlig grad og da gentændingen e r sikrere og uden HF-gnistudladning, gør det i særlig gra d processen egnet til mekaniseret og automatiseret svejsning. I området med dyb indsmeltning opereres der med den så - kaldte nøglehulsteknik, på engelsk key-hole. Dette indebærer, at plasmasøjlen gennemtrænger emnet i fuld godstykkelse, ved dannelsen af et hul med cirkulært eller elipseformet tvær - snit. Nøglehulsprincip og indsmeltning er illustreret i Fig \ "+ `~ ~ i I,.\ V. ~ \ `` Svejseretnin g ~ c \\\ \\\\\\\\\\\X\ Svejsesøm E._///AT. /k\ Indsmeltningsprofi l Sømoverflad e "Nøglehul" i»j i kc Sømmens rodside Figur Principskitse af nøglehulsteknik og indsmeltningsprofi l 200

201 Processen er generelt meget hurtig, d.v.s. arbejder med meget store svejsehastigheder, hvilket indebærer at det er umuligt at håndtere svejseforløbet uden mekanisk eller automatis k pistolføring. I mikroplasmaområdet er manuel håndtering a f svejsepistolen derimod almindeligt brugt. Men ser man bort fra dette specielle lavstrømsområde er processen kun egnet for mekanisering og automatisering. Umuligt at håndtere svejsefor - løbet uden mekanisk eller automatisk pistolførin g Hvad materialer angår, egner processen sig absolut mest til ikke hydrogenfølsomme materialer som eks. rustfrit stål. Ved plasmasvejsning af almindelige bygningsstål som eks. St 42.2, kan processen give problemer med dannelse af hårdheder i HAZ og risiko for brintrevner. Plasmasvejsning af højs ty rkestål, mikrolegerede stål forstærker rimeligvis ovennævnt e problem. Det normale plasmasvejseudstyr, er ikke egnet for svejsning i aluminium, bl.a. på grund af elektrodepolariseringen. Enkelte plasmasvejseanlæg, med syntetisk vekselstrøm, (firkant - strøm), er dog i anvendelse i industrien, men det er ikke al - mindeligt at se endnu, selvom der foregår en del udforskning af mulighederne for at udnytte processen i dette område. I forlængelse af det sidste, kan nævnes at udviklingen af udsty r til svejsning accellererer enormt og der er ikke tvivl om a t processen kan udnyttes endnu mere. Måske mens dette skri - ves, er plasmasvejseprocessen allerede på vej til at blive modificeret, således at det bliver almindeligt at se den anvendt ti l mange flere svejseopgaver i aluminium i meget nær fremtid. Ikke egnet for svejsning i alumi - niu m Karakteristiske træk ved plasmametoden Plasmametoden opererer med meget høje gashastigheder, hvor lysbuen har stor indtrængningsevne. Ved plasmasvejsning, har man, i modsætning til plasmaskæring der arbejde r med overlydshastighed, ikke brug for så store hastigheder. Derfor reduceres lysbuetrykket, ved at nedsætte strømstyrken og gasstrømmen. Det sidste ved at øge dyseudboringen Lysbuetrykket Da mængden af plasmagas reduceres, er der ikke tilstrækkeligt gas til at beskytte smeltebadet, hvorfor der tilføres ekstr a beskyttelsesgas gennem seperate udboringer omkring de n centrale del af dysen. Da plasmagassen ikke må reagere med wolframelektroden, eller have negativ effekt på materialeegenskaberne i det 201

202 emne der skal svejses, er det normalt at anvende samme gas til både plasmalysbuen og beskyttelsesgassen. Oftest anvendes ren argon, men for materialer der ikke er sensible overfor hydrogen, kan man iblande indtil 15% af denne gas i plasmagassen, hvilket vil hæve lysbuespændingen. Lysbuespændingen kan ligeledes hæves ved at iblande helium, men det vil kræve op til 40% tilsætning, før der kan observeres en fordel. Energikoncentrationen i plasmalysbue n Som beskrevet før, er energikoncentrationen i plasmalysbuen meget større end i en tilsvarene TIG-bue. Dette giver en hurtig opvarmning af svejsestedet, samt en koncentreret svejsezone, og der er ligeledes store muligheder for at registrer e og kontrollere plasmabuen. Den åbne koniske lysbue ved TIG-svejsning er meget følso m overfor magnetfelter og reagerer typisk med afbøjning (magnetblæst). Plasmalysbuen er strammere, har en stærk retningsstabilitet, og reagerer som følge af dette en del trægere overfor påvirkninger af magnetfelter. Da lysbuen divergerer meget lidt, bliver afhængigheden af lysbuelængde/mundstykkeafstand ikke nær så udtalt som ved TIG-svejsning o g bl.a. derfor egner plasmaprocessen sig særligt til hel- eller halvautomatiseret svejsning Plasmasvejsning af rustfrit stå l Sammen med det stadigt voksende behov for automatisering af svejseprocesserne i dansk industri, har der i den del af industrien der er beskæftiget med at fremstille beholdere og transportrørsystemer af rustfrit stål, været interesse for anvendelse af effektive, kvalitetssikre og reproducerbare svejsemetoder til svejsning af dette materiale. En af de mest foretrukne metoder til svejsning af rund- o g langsømme i beholdere og rør, plasmasvejseprocessen, de r med automatiserede emneopstillinger i specielle positioneringsudstyr som eks. rullebukke, rundførings- og langsøms - automater, finder stadigt større anvendelse. Plasma-keyhole teknikken Da plasmasvejseprocessen, som nævnt før, bl.a. er kendetegnet ved stor hastighed, dyb indsmeltning og smalt indsmeltningsprofil, er det naturligt at interessen har været koncentreret om udnyttelsen af Plasma-keyhole teknikken, der p å nuværende er en af de væsentligste og mest effektive anvendelser af plasmasvejsning i rustfri industri. Se fig

203 Plasma-keyhole svejsning af rustfrit stål Plasma-keyhole teknikken eller på dansk nøglehulsteknik - ken, kræver som nævnt før mekanisering eller automatise - ring, for at kunne lade sig gennemføre og anvendelsen af tek - nikken muliggør fuld ensidig gennemsvejsning af stumpsømme i rustfrit stålplade. Almindeligvis praktiseres plasmakeyhole svejsning i godstykkelsesområdet fra ca. 2,5 til 12 mm og udføres som I-søm uden nogen form for skærpning. Ved svejsning i større godstykkelser end fra ca. 10 til 12 mm, kan benyttes Y-skærpning. Fuld ensidig gennemsvejsning af stumpsømme i rustfrit stålplade Keyhle teknikken kræver god fugeforberedelse eksempelvis udført som klipning, eller evt. med spånbearbejdning efter skæring, således at spaltevariabler og fugeujævnheder reduceres til et absolut minimum. Dette er nødvendigt for at forhindre negativ indflydelse fra spalten m.h.t. variation i svejseparametre, trådtilførsel, etc. En kort opremsning af fordelene ved at udnytte automatise - ret plasma-keyhole teknik, kan beskrives som : Stor svejsehastighed, på grund af processens koncentrered e energitilførsel. Sikkerhed for fulg gennemsvejsning som følge af keyhole - dannelsen. Fuld gennemsvejsning af I-sømme i rustfri stålplade med en streng, i godstykkelser fra ca. 2,5 til 12 mm. Præcis fokusering, samt stor tændsikkerhed af lysbuen, på grund af pilotbuen. Lille forbrug af tilsatsmateriale på grund af I-fugen. Relativ simpel fugeforberedelse, alt afhængigt af ud - skæringsmetoden. Ved klipning er det ofte unødvendigt at foretage forberedelse af svejsefugen. Langt den største anvendelse af plasma-keyhole teknik foregår i såkaldte langsømsautomater, (se fig og 6.19 i kapitel 6. Svejseudrustning), hvor pladekanterne fikseres over en udfræset bagskinne med specielle, gerne trykluftbetjente, tilspændingslameller. Se fig Største anvendelse af plasma - keyhole teknik foregår i såkaldte langsømsauto-mate r 203

204 Figur Tværsnit af pladefiksering fo r plasma-keyholesvejsning i langsømsautoma t P Å ÅA,e) v r 1 Gas til beskyttelse af bagside n Plasma-nøglehulsteknik anvendes også ved svejsning af rundsømme i beholdere og rør, hvortil der anvendes speciel - le indvendige clamps, udstyret med skinne og baggastilførse l som i langsømsautomaterne. Figur Illustration af program for sty - ring af svejseparametre ved plasma-keyholesvejsning af rundsø m på rør eller beholder Start og afslutning af en svejsning kræver særlig opmærksohed hos operatøren, eller forprogrammering af svejseparametrene. Ved rundsømssvejsning er det en nødvendighed, a t O. E ~ d. iü > Svejsning af rundsøm Svejsestrøm Svejsningens afslutning Plasmagas Rundføring i Tid Tid 5 sek 204

205 styre svejseparametrene efter et program der kan sikre en jævn overgang til nøglehullet ved start, samt styre opfyldningen af nøglehullets krater ved stop. Se fig Kobberbagskinne med udfræset kanal til baggas (formiergas ) Figur Skematisk afbildning svejseopstilling til keyholesvejsning. Afbildningen viser : Plasmasvejsekredsløbet med de to uafhængige gassystemer, plasma - gassen og dækgassen. De to elektriske kredse : Svejsekredsen og pilotbuekredsen med højfrekvensgenerator. Kobberskinnen hvorigennem baggassen til beskyttelse af svejsningens rodside ledes ud under denne, gennem en mm dyb og til - svarende bred udfræset kanal. Ved keyholesvejsning slår plasmabue n gennem emnet og ud på rodsiden, hvorfor kanalen skal have en hvi s bredde og dybde. Endvidere skal kanalens geometri reducere risiko - en for, at gassen slår tilbage og blæser smelten ud af svejsezonen W~ &\\\\\\\M Figur Plasma-keyholesvejsningens karakteristiske "vinglasprofil " Ved plasma-keyholesvejsning antager svejsesømmens tværsnit, det for teknikken karakteristiske "vinglasprofil". Se fig. "Vinglasprofil " Svejsesømmens profil kan have svejsemetallurgisk betydning for afkølings/størkningsforhold og spændinger i sømmen. 205

206 Breddeforholdet mellem svejsningens overside og underside Breddeforholdet mellem svejsningens overside og undersid e falder generelt ved stigende energiindput, hvilket vil sige a t "vinglasset" ændrer facon, således at tværsnittet bliver mer e rektangulært, på grund af den stigende varmetilførsel. Ved stigende godstykkelser øges breddeforholdet ligeledes. Nå r plasmagasflowet er konstant, stiger bredden af både overside og rodside tilnærmelsesvis lige meget ved øget energitilførsel. Er stigningen i varmeindputtet opnået ved forøget plasmaflow,(=> øget spændingsfald), for fastlåst svejsestrøm o g svejsehastighed, sker der en reducering af sømmens overside, mens rodsiden øges. Ved at øge plasmagasflowet, kan man hermed opnå at svejsesømmens overside bliver smallere, samtidigt med at svejsningens tværsnit bliver mere rektangulært. Øget plasmaflow betyder, at lysbueplasmaets overflade afkøles, med påfølgende opstramning eller indsnøring som resultat. Herved opnås en koncentreret energioverførsel o g dermed større indtrængningseffekt. Som ved al anden smeltesvejsning, er der en naturlig sammenhæng mellem svejsehastighed og svejsestrøm hvad angår energiindput, hvilket kan justeres ved manipulation af de forskellige procesparametre som bl.a. : Svejsestrøm, spænding, gasflow, gassammensætning, etc. Ændringer i plasmagassammensætningen Ændringer i plasmagassammensætningen fra ren Ar til e n blandgas af Ar og, kan medføre at svejseresultatet ændre s fra manglende gennemsvejsning til keyholesvejsning. Årsagen til dette er en øget koncentration af energitilførslen p å grund af afkøling og indsnøring af lysbueplasmaet, idet molekylerne dissocieres. Tilsæning af til dækgassen har samm e virkning, men med væsentligt lavere effekt. Resultater fra forsøg, udført af FORCE Institutterne, har ført til følgende konklussioner vedrørende strøm- og svejsehastighed/strøm- og energiindput. Se fig

207 Godstykkelse 5 mm 8,3 mm 10 m m Min. strøm A A A S v h a s t 200 A mm/mi n 250 A mm/min mm/mi n 300 A mm/mi n 350 A mm/min mm/mi n Max. energi ca. 1,3 MJ/m ca. 2,5 MJ/m ca. 2,4 MJ/m Min. energi ca. 0,7 MJ /m ca. 1,5 MJ/m ca. 1,6 MJ /m Figur Forhold vedrørende strøm/svejsehastighed og energiindput Figur Principskitse af trådtilføring ve d plasma-keyholesvejsning. Skitse n viser indføring af tilsatsmaterial e ved forkanten af lysbueplasmaet. Afhængig af svejseopgaven ka n trådtilføring ske i forskellig e vinkler ind foran lysbue n 20 7

208

209 Lasersvejsning 1 3 Siden den første introduktion af lasertekniken i jern- og metalindustrien, bliver denne efterhånden anvendt i stigende grad til bearbejdning af flere materialer, og anvendelsen af laseren, der med tiden er blevet udviklet til et driftssikker t produktionsredskab, har i de seneste år taget et stadigt størr e omfang. Lasertekniken kan, når visse produktions- og håndteringsbetingelser er til stede, give en række fordele sammen - lignet med andre bearbejdningsmetoder, hvilket i fremtide n nødvendigvis må medføre langt større udbredelse. Historie En laser er populært set en meget speciel lyskilde, hvis navn er sammensat af forbogstaverne fra definitionsbeskrivelsen : Ligth Amplification by Stimulated Emission of Radiation, hvilket nogenlunde populært kan oversættes til "lysforstærkning ved stimuleret udsendelse af stråling". Laserlys er karakteristisk ved at det optræder som en sammenhængende stråle, benævnt kohærent, af lat. cohæ'rerehænge sammen. Lysbølgerne fra laseren svinger i takt, i såkaldt "fase" og lyset er monokromatisk, af monokrom- ens - farvet, hvilket betyder at det har en ganske bestemt farve el - ler bølgelængde. Den sidste, men ikke mindst vigtige, egenskab ved laserlyset er at det har en meget lille spredning, også kaldet divergens, hvorved det kan sendes ud i rummet over store afstande, uden at miste sin styrke. Derved adskiller laserlyset sig fra almindeligt lys f.eks. fra en lommelygte, der meget hurtig t vil miste effekt når afstanden fra lygten til det emne der skal belyses, forøges Laserly s Divergen s Den berømte fysiker Albert Einstein vidste så tidligt som i 1917, at lys kan dannes ud fra ovennævnte princip, men hav - de på grund af daværende teknologiske ressourcer ikke mu - lighed for at bygge en laser. Einsteins ligninger har siden skabt grundlaget for principerne i nutidens lasere. 209

210 Omkring 1960 dukkede de første lasere op i USA, og ca. 5 år efter blev lasertekniken anvendt industrielt, bl. a. til boring a f huller i diamanter. Fra den spæde begyndelse af "laseræraen" og indtil starten af 1980'erne, var det hovedsageligt amerikanske firmaer der dominerede markedet, men i dag går udviklingen mere i retning af at europæiske, især tyske firmaer, tager føringen på markedet. CO,- og Nd-YAG-laseren I relation til materialebearbejdning i jern- og metalindustrien, er det CO2- og Nd-YAG-laseren der anvendes mest. Disse lasertyper er specielt karakteristiske ved, at de er i stand til a t afgive effekt, der høj nok til at smelte og fordampe forskellige materialer, hvilket præcist kalder på jern- og metalindustriens interesse. Fra slutningen af 1960 og op gennem 1970'erne udviklede s udstyr til bearbejdningsteknikerne skæring, boring, svejsning, overfladebehandling m.m. Som eksempel kan nævne s udviklingen af den såkaldte gasassisterede skæreteknik, plasmaundertrykkelse ved højeffektsvejsning og polarisationsindflydelse på processerne, samt andre betydningsfulde landvindinger på området. Rent udviklingsmæssigt er specielt CO 2- og Nd-YAG-laseren, efterhånden konstrueret til at kunne afgive stadigt større effekt. Dette hænger nøje sammen med den stigende og stadig t dominerende anvendelse af lasere til skæring af materialer, suppleret med en voksende interesse for lasersvejsning og overfladebehandling, hvilke tekniker kræver højeffektudstyr Funktionsprinci p Lysdannels e Et atom består af en positivt ladet kerne, omkring hviken en given mængde negativt ladede elektroner bevæger sig i forskellige baner, hvor hver elektronbane er udtryk for et vis t energiniveau i atomet. Når en elektron bringes til at skift e bane, skal der tilføres energi for at denne kan skifte til en mere yderligt liggende bane, mens der afgives energi når elektronen skifter til en mere indvendigt placeret bane. Se fig

211 Figur Atomkerne med elektronbane r og tilhørende energiniveaue r Når en elektron befinder sig i grundtilstand, med energini - veau Eo, og skal springe til en bane med højere energiniveau, E l, skal denne forskel i energitilstanden tilføres i form af en elektromagnetisk svingning, hvis frekvens v bestemmes af formlen: Elektromagnetisk svingnin g El E 0 = h v, hvor h er Planck's konstant. Elektroner, der befinder sig i E l tilstanden, kan spontant elle r stimuleret henfalde til den lavere liggende Eo tilstand, under afgivelse af den tilsvarende energimængde. En lysfoton med energimængden h v, kan stimuleres til et sådant henfald. Ved henfaldet har den dannede lysfoton samme retning, samme fase og samme frekvens (bølgelængde). Se fig El Figur /~ %~ _ ~J`-~ Stimuleret påvirkning til dannel - se af lysfoto n E0 Lysforstaerkning For at kunne forstærke lysintensiteten anvendes et såkaldt la- Laseraktivt materiale, seraktivt materiale, der er et stof hvor enten atomerne ka n påvirkes sålededes, at elektronerne i disse kan skifte bane, eller et stof hvis molekyler i sig selv, kan bringes i forskellig e svingningstilstande. Effekten opnås ved at tilføre energi, i form af lys, med en bestemt bølgelængde. Forestiller man sig et antal atomer med E n i grundtilstande n og E m i den anslåede tilstand, så vil E n normalt være størr e 21 1

212 end Em. Hvis en lysstråle passerer gennem stoffet, vil denne i højere grad anslå atomer fra grundtilstanden end omvendt, hvorved denne på grund af energitabet, absorberes eller dæmpes ved passagen. I den omvendte situation, kan man forestille sig at atomern e befinder sig i anslået tilstand, hvorved en lysstråle der passe - rer stoffet, et laseraktivt stof, i højere grad stimuleres til henfald til normaltilstanden. Herved frigøres mere energi i for m af mere lys, hvilket betyder at der sker en lysforstærkning. Figur 13.3 Energitab, eller dæmpning ved lysabsorbtion i ikke-laseraktivt stof E n vug E n E m 0 Begyndelse E m Slutnin g Absorbtio n Figur 13.4 Lysforstærkning, ved passag e gennem laseraktivt stof En 0 En E m Begyndelse E m Stimuleret emmissio n Slutnin g Laseraktive materialer Lysforstærkningen i en laser er derfor betinget af, at et stof i anslået tilstand er i stand til at henfalde via en stimulering fra lysfotoner og hermed skabe yderligere forstærkning, d.v.s. medvirke til dannelsen af flere lysfotoner under henfal - det. Stoffer der besidder denne egenskab kaldes laseraktive materialer, af hvilke der til i dag er fundet flere hundrede Opbygningsprinci p I principet er en laser en lyskilde, bestående af 4 dele : 1 en cylinder med laseraktivt stof, 2 et spejl med 100% reflektion, 3 et spejl med delvis reflektion og transmission og 4 en energiforsyning Se fig

213 Laseraktivt stof Optisk element (Brewster) Figur Laserens principielle opbygning Totalt reflekterende spejl Kraftforsynin g Delvist reflekterende spej l Spejlene er anbragt i hver ende af en fælles optisk akse, med spejlfladerne parallelt. Energiforsyningen anvendes til at aktivere (anslå), det laseraktive materiale, hvilket sker ved elek - triske udladninger i stoffet, eller ved at påvirke dette med kraftigt blitzlys. Optisk akse I opstarten har de fotoner der dannes af laseren tilfældige retninger. Men de fotoner, der har retning langs den optiske akse, hvilket vil sige vinkelret på spejlfladerne forbliver i systemet under yderligere stimulation og hermed forstærkning af lyset. Der sker således en optisk forstærkning af lyset, der påfølgende indstiller sig i en ligevægt hvor antallet af henfaldne elektroner er lig med antallet af anslåede. Den del af lyset, der transmitteres gennem det delvist reflekterende spejl er den egentlige laserstråle, der kan anvendes praktisk. Se fig Optisk forstærknin g Reflekterende spejl Delvist reflekterende spejl Figur 13.6 Lysforstærkning /dannelse i optis k resonato r e ~ : ~ 213

214 13.4 Energitæthed Laserstrålen Ved udgangen fra laseren og i "råtilstand" er laserstrålen som beskrevet før, karakteriseret ved at være en koncentrere t stråle med veldefineret diameter, meget lille spredning o g høj energitæthed. Til bearbejdningsformål er strålens energi - tæthed langt højere, eksempelvis sammenlignet med alle andre kendte svejseprocessers. Se fig Figur Sammenlignende energitæthe d ved svejseprocesserne TIG, MIG/MAG, Plasma, elektronstråle, og laser. J/s mm Elektronstrål e Lase r Plasm a 10 TIG MI G MAG Energifordelingen Afhængig af lasertype og anvendelsesformål, kan energifor - delingen i laserstrålen være forskellig. Denne fordeling be- Mode nævnes også mode, hvilket refererer til nogle grundlæggende muligheder for energifordelinger, bestemt efter teoretisk e bølgeligninger for elektromagnetiske svingningers udbredelse. Gauss-fordelte energi Den grundlæggende mode, er den Gauss-fordelte energi, de r er den mest koncentrerede energifordeling der kan opnås. (Gauss fordelingskurve: Klokkeformet kurve i koordinatsystem til angivelse af den almindeligste statistiske fordeling.). Se fig

215 Intensitet Figur Gauss- energifordeling E = Elektrisk felt W = Strålingsradiu s Laserstrålens radius defineres som den radius, hvor energitætheden er faldet til 1 = 1 af den maksimale energitæthed. e 2,7 Gauss-fordelingen benævnes med forkortelsen TEMoo, me n man kan også opnå såkaldt højere ordens modes, hvilket betyder energifordelinger med flere "skarpe punkter" i strålen. Højere ordens mode s Ved materialebearbejdning er det vigtigt at energifordelingen er præcist den rigtige til den foreliggende operation. Ved skæring er det almindeligt at anvende skarp fordelin g TEM00, mens der ved svejsearbejde ofte anvendes højere or - dens modes. Moden har endvidere indflydelse på strålens fokuserings - egenskaber og generelt kan det siges at minimale fokusdiametre, der anvendes ved skæring og boring, hvor smalle snitspor og små huldiametre er påkrævet, kun kan opnås me d den Gauss-fordelte energi. 215

216 For at opnå tilstrækkelig stor energitæthed til at laserstrålen kan smelte eller fordampe materialer, fokuseres strålen. Dette betyder, at man ved hjælp af spejle eller linser samler energi - en på et mindre areal. Opererer man med en laserstråle me d diameteren d og divergensen O og anvender en linse med brændvidden F, vil den mindste diameter strålen kan fokuseres til være bestemt af formlen : Df = F O = 1. d, - hvor 1 er lysets bølgelængd e Af praktiske grunde bliver Df ikke mindre end lysets bølgelængde 1. Figur Formler for teoretiske grænseværdier for fokusdiameteren, he r benævnt 2W2, og dybdeskarpheden b, der er størrelsen af det område hvor intensiteten med rimelighed kan siges at være konstant. 2W1 = Laserstrålediamete r Ved bearbejdning af stål er nedenstående energitætheder en forudsætning: Skæring og boring: 104 til 106 watt/mm2 Svejsning : 102 til 104 watt/mm2 Overfladebehandling: <10 3 watt/mm2 Lasere kan, afhængigt af type, afgive effekter i form af kontinuert- eller pulseret stråle, hvilket kan have betydning for bearbejdningsformålet Lasertype r Som nævnt før er det CO 2- og Nd-YAG-lasertyperne, der er anvendt mest til materialebearbejdning i jern- og metalindustrien. Dette skal ses i sammenhæng med, at den mest almin - delige anvendelsesform for industrilasere er lasere ti l skæring. 216

217 Industrien i almindelighed, nærer i dag en stadigt voksend e interesse for anvendelse af lasere til andre materialebearbejdningsformål, hvilket indebærer at der på nuværende er ud - viklet flere typer lasere til bearbejdningsformål, og efterhån - den vil andre lasertyper end CO 2- og Nd-YAG-laserne vinde indpas. De mest anvendte lasertyper er : CO 2- : Max. effekt = (watt-middel ) Nd-YAG-: Max. effekt = (watt-middel ) Eximer-: Max. effekt = (watt-middel ) Copper Vaper-: Max. effekt = (watt-middel ) De to sidste lasertyper, hvis anvendelsesområder førhen ty - pisk var begrænset til spektroskopi, fotokemi og medicin, finder nu også anvendelse indenfor området materialebearbejdning, på grund af at de nu er udviklet til at afgive større effekt. Af praktiske hensyn, vil kapitlet om lasersvejsning være begrænset til at omfatte de grundlæggende system- og funktionsbeskrivelser af CO 2- og Nd-YAG-lasertyperne. CO 2-lasere Denne lasertype er som navnet henviser til en såkaldt gaslaser, hvilket betyder at den anvender gas som laseraktivt materiale. Gassen, eller rettere gasblandingen består af : CO 2 Kuldioxid, 5-10 % He Helium, % N2 Nitrogen, ca. 20 % CO 2- molekylerne er de laseraktive gasdele, mens He og N 2 er støttegasser der stabiliserer exciteringsprocessen. (Excitere, af ex + ciere, at bevæge). Gasblandingen pumpes via gascirkuleringssystemet ind i en såkaldt gasresonator, der bedst kan karakteriseres som et langt tyndt rør, hvor der gennem en kraftig elektrisk udladning i gassen, på ca v, sker en excitering af CO 2 molekylet, der herved bringes i forskellige svingningstilstande. Ved en speciel overgang mellem to svingningstilstande, afgi - Gaslase r Gasresonato r 217

218 ves energi i form af laserlys med bølgelængden 1,06 mm, hvilket svarer til usynligt infrarødt lys. Nitrogenatomets elektroner accelereres under den elektriske udladning og stabiliserer herved svingningerne i CO 2 molekylet, hvorved laserlyset dannes. Heliumgassen anvendes til køling. Under procesforløbet nedbrydes lasergassen og det er derfor nødvendigt at kompensere for dette vil tilførsel af af en hvis mængde ny gas. For et laseranlæg på watt, vil gasforbruget typisk befinde sig på ca /time ved maksimal ydelse. Figur Gasresonator i CO 2 laser Kølemidde l ind U d - -i -) - ~ H F H -~ ~ i JO- Alv L i Laserga s in d i U d CO2laseres effekt kan ligge mellem 5 til 20 kw afhængig af : Lasergassens blandingsforhold Længden af resonatoren Lasergassens strømningshastighed Lasergassens strømningsretning i forhold til resonatoren s længdeakse Den måde hvormed den elektriske udladning påføres lasergassen Faststof laser Nd-YAG -lasere Nd-YAG-lasertypen, der er en såkaldt faststoflaser, har fået navn efter det materiale der indgår som en del af det laserak- 218

219 tive stof i resonatoren. Materialet, der kan betegnes som værtsmateriale, ligner en lille rund og svagt gennemsigti g grå stav, bestående af krystallet Y3 A15 013, (Ytrium, Aluminium og Granat), hvilket giver forbogstaverne YAG. I dette værtsmateriale er indopteret Neodynium-ioner, der virke r som laseraktivt materiale, heraf bogstaverne Nd. YAG N d Neodynium- ionerne påvirkes (exciteres) ved hjælp af specielle blitzlamper, normalt fremstillet af quartsglas fyldt med en - ten xennon- eller kryptongas og med elektroder af wolfram. Blitzlamperne "pumper" så at sige laserstaven op til at afgiv e energi i form af lys med bølgelængden 1,06 }im. Lyset svinger frem og tilbage mellem de to spejle for enden af resonatoren, se fig Laserens principielle opbygning, hvorved der sker en forstærkning, og forlader denne gennem en lukker, en såkaldt shutter. Se fig Betragterhoved Bageste spejl 100% Laserstav og blitzlampe \ Energi- Stråleskærm opfanger / \ Stråle - udvidelses - stetosko p ) A i 1, Forreste Lukke r spejl Fokuserings - lins e Emn e Figur Konventionel Nd-YAG-laser, principiel opbygnin g Efter udgangen fra resonatoren, ledes strålen gennem en enhed med bevægelige linser, Beam Espanding Telescope, fork. BET, hvor den udvides til en større diameter. Herefter foku- BE T seres den endeligt gennem endnu en linse. Ved at lede strålen gennem de bevægelige linser, der kan justeres til indbyrdes 219

220 variabel afstand, kan dennes diameter forøges indenfo r snævre grænser, hvilket har betydning for den såkaldte divergens, kaldet mrad. Den stråle der er forstærket i resonatoren har oprindeligt en nominel diameter ca. som den laseraktive stav, der for en 40 0 watt Nd-YAG-laser måler 9,5 mm. Ved at forstørre diameteren på strålen opnår man den fordel at fokuspunktet, efter passage gennem fokuseringslinsen, reduceres kraftigere og man drager herved fordel af den nævnte divergens. Den fysiske sammenhæng mellem mrad, linsens fokuslængde (f mm) og fokuspunktets diameter (d mm) udtrykkes således: d = f. urrad Nd-YAG- laseres pulsfrekvenser For alle faststoflasere, er strømforsyningen af vital betydning, hvilket skyldes at de fleste af denne lasertype virker efter pulsationsprincipet, bl.a. af hensyn til effekt, bearbejdningsevne og levetid, på såvel lamper som den laseraktive stav. Normalt ligger Nd-YAG- laseres pulsfrekvenser fra 1 til 500 Hz, med pulslængder i området 0,2-20 ms og den maksimale effekt er normalt omkring 600 watt i middeleffekt. Enkeltpulse, med op til 10 kw effekt, kan imidlertid indeholde op til 80 J, hvorved dybe opsmeltninger kan dannes Anvendelsesområde r Generelt Bearbejdning med laserlys har fundet udbredelse indenfo r mange forskellige områder, fra forskellige civile, bl.a. medicinske-, til militære formål. Da dette kapitel kun omhandler lasersvejsning, vil fordelene ved denne anvendelse kunne beskrives således : Kontrolleret opvarmning af emnet Opvarmning af emne på et meget afgrænset areal Koncentreret varmepåvirkning, og minimal udbredelse a f varme Egnethed til automatisering 220

221 Svejsning Svejsning med laserstråle foregår ved at fokusere denne til e n energitæhed, der netop er så høj at materialet smeltes. Ved at bevæge strålen over- og langs en spalte mellem 2 emner, op - nås en sammensmeltning af disse, hvorunder strålen frembringer et smeltebad, der beskyttes imod den atmosfærisk e påvirkning ved at blæse en beskyttelsesgas, f.eks argon elle r helium, ind over smelten. Man skelner generelt mellem t o forskellige former for lasersvejsning: Overflade- og dybdesvejsning. Overfladesvejsning er karakteriseret ved at indsmeltningsprofilet typisk er halvkugleformet med lille indtrængning. Ved dybdesvejsning, også kaldet key-hole svejsning, er indsmeltningsprofilet tulipanformet og der dannes under svejsning en damplomme i materialet, der lukker sig bag strålen. Ved dybdesvejsning kan man generere svejsninger med e t højde-bredde forhold på op til 10. Overfladesvejsnin g Dybdesvejsning A! Figur Indsmeltningsprofiler ved lasersvejseprinciperne A overflade - svejsning og B dybdesvejsnin g Materiale Sammenlignelighed med andre svejseprocesser kan udtrykkes som : Mindre varmepåvirkning end andre processe r Smalle præcist placerede svejsesømme Store svejsehastigheder, sammenlignet med andre proces - ser 221

222 Problemløs svejsning af tynde materialer, folier etc. Svejsning af folier til tykkere materialer, kan foretages uden probleme r En stor del lasersvejsninger udføres normalt uden tilsatsmateriale, hvilket stiller særlige krav til tilpasning og fugeforberedelse. Det kan siges generelt, at der ved lasersvejsnin g uden tilsatsmateriale kræves spånbearbejdede fuger me d stramme pasningstolerancer. Højeffekt-lasersvejsning Ved såkaldt højeffekt-lasersvejsning, typisk med laserudstyr over 5 kw og i godstykkelser over 10 mm, kan man ved at til - føre tråd eller pulvermateriale til smelten, trinvis fylde en svej - sefuge op. Sammenlignet med andre processer er dette hurtigere på grund af at man kan anvende et smallere fugeprofil, hvilket resulterer i et mindre forbrug af tilsatsmateriale og reduktion af den tid der anvendes til nedsmeltningen af dette Rustfrit stål De rustfrie stål omfatter en lang række højtlegerede stål, og hører som bekendt til de korrosionstræge ståltyper, hvis vigtigste egenskaber bl.a. er, at de normalt ikke korroderer ved påvirkning af vand eller atmosfærisk luft. Denne egenskab skyldes krom, der er det vigtigste legeringselement i alle rustfrie stål, og indholdet af dette metal skal i fast opløsning være over 12%, for at stålet danner passivering under normale korrosionsforhold. Foruden krom kan rustfrit stål indeholde en mængde varierende legeringselementer, hvor antal og balancen melle m dem kan have stor indflydelse på stålets egenskaber. Bortse t fra speciallegeringer inddeles de rustfrie stål normalt i 3 basisgrupper, opdelt efter deres respektive metallografiske strukturer: De Ferritiske-, de martinsitiske- og de austenitiske stål. Udover disse eksisterer et par overgangstyper so m ferritisk-martensitiske- og ferritisk-austenitiske stål, de sidst e såkaldte duplex rustfrie stål. I planlægningen af svejsning i rustfrit stål indgår ofte brug a f Shaeffer eller Shaeffer de Long diagrammer. På grund af de ekstremt korte temperaturforløb kan disse diagrammer ikke anvendes ved laser. I speciallitteraturen findes specielle diagrammer, som er søgt tilpasset laserprocessen. Med hensyn til generel svejsbarhed for rustfrit stål se kapitel

223 Lasersvejsning af rustfrit stål Lasersvejsning af de rustfrie stål kan ofte være forbundet med varmerevneproblemer, hvilke kan relateres til processens høje afkølingshastighed. Tendensen til dannelse af varmerevner, hænger sammen med dannelsen af delta ferrit, (primær ferrit), under størkningen af smelten. Dannelsen a f delta ferrit, styres dels af legeringssammensætningen og del s af afkølingsforholdene, og delta ferrit adskiller sig fra norma l ferrit, ved at det dannes ved temperaturer på eller lige unde r smeltepunktet, og almindelig ferrit ved at det dannes ved lavere temperaturer Varmerevneprobleme r Delta ferri t Delta ferrit er ønskeligt, da det ved højere temperaturer ha r bedre plastiske deformationsegenskaber og lavere styrke en d austenit. Endvidere har en ferritisk struktur en bedre opløse - lighed af forurenende elementer med lavt smeltepunkt i lege - ring med Ni-, Cr- og C, som eksempelvis svovl og fosfor. Endeligt vædes korngrænserne mellem først og fremmst ferrit / austenit, men også ferrit/ferrit vanskeligere af lavtsmeltend e legeringer, end imellem austenit/austenit. Under svejseforløbet dannes delta ferrit i selve størkningsøje - blikket, og ved den efterfølgende afkøling transformeres den - ne helt eller delvist til austenit. Efter endt fasetransformatio n dannes der, under den fortsatte afkøling, trækspændinger p å makro-niveau. Da urenhederne imidlertid bliver opløst i ferritkornene før fasetransformationen til austenit finder sted, fordeles disse bedre i smelten, hvilket mindsker risikoen fo r varmerevner ganske betydeligt i denne afkølingsfase. Dette ville da kræve diffusion til korngrænserne. Såfremt dannelsen af delta ferrit ikke er fuldstændig og a t der stadigvæk er mindre mængder af austenit tilbage, vi l modstanden imod dannelsen af varmerevner være endnu større. Årsagen er denne, at der på mikroniveau eksisterer et lavere spændingsniveau, eller måske endda trykspændinger, i området omkring ferritkornene hvor urenhederne er sam - let. Årsagen er, at ferrit har en lavere varmeudvidelseskofficient end austenit, hvorfor der følgeligt vil opstå trykspændinger i og omkring ferritkornene, afhængigt af at der ikke op - står ydre belastninger, som eks. krympespændinger. Restferritmængden kan ofte anvendes som et mål for varmerevnetendens for et materiale, påvirket af en given svejseproce s med givne svejseparametre. Trykspændinge r 223

224 Ferritiske rustfrie stål besidder ikke nær de gode korrosionsmæssige egenskaber som de austenitiske og det tilstræbes derfor ofte, at fasetransmissionen fra delta ferrit til austenit forløber fuldstændigt, på trods af den forøgede varmerevne - tendens. Fasetransformationerne er tidsafhængige, således a t stor afkølingshastighed giver mindre delta ferrit og hermed større risiko for varmerevner. Rustfri ståltyper, der ofte anvendes i meget korrosive miljøer er de såkaldt "fuldaustenitiske stål", der ikke på noget tidspunkt danner ferrit. Ved lasersvejsning af disse stål, stiger risikoen for varmerevner derfor ganske betydeligt. Fig og 13.14, viser svejsehastigheder og indtrængninsdybder ved svejsning af rustfrit stål, AISI 304, med henholdsvis Nd-YAG- og CO 2-lasere. Figur Lasersvejsning af AISI 304 me d Nd-YAG-laser mm 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 a v >, 0,50 I I I Svejsehastighed mm/se k I I I I I

225 m m 8 _ Figur Lasersvejsning af AISI 304 me d CO2-lase r I 11 I 22 I 33 I 44 I 55 I 66 I 7 7 I I I Svejsehastighed mm/se k Lasersvejsning af nikkellegeringer Nikkel er et metal, der i en række forskellige legeringsformer, typisk finder anvendelse i en mængde miljøer, hvor forskellige både stærkt korrosive- og højtemperaturmæssige påvirkninger kræver materialer med særlig stærk modstandsdygtighed. Nikkel er let at legere med andre metaller som f.eks. krom, kobber, molybdæn og jern, hviket giver mulighed fo r et meget bredt spektrum af materialekonstellationer, hvo r kravene til korrosions- og eller varmebestandighed er påkræ - vet Af legeringer hvor basiselementet er nikkel, findes flere for - skellige materialesammensætninger, der kan opdeles i hovedtyperne: Nikkel-kobber, der typisk anvendes i stærkt saltholdig e miljøer, ofte ved høje temperaturer. Nikkel-molybdæn, der er yderst syrebestandige legeringer og også er resistente overfor kombinationen syre og varme. Nikkel-krom-jern, der har to anvendelsesområder. Del s som korrosionsbestandige materialer med yderst go d spændingskorrosionsbestandighed og dels som højtemperaturbestandige materialer. 225

226 Nikkel-krom-molybdæn, der som de austenitiske rustfrie stål, typisk finder anvendelse som højtemperaturbestandige legeringer. På markedet findes flere forskellige og meget specielle nik - kellegeringer under forskellige handelsnavne, hvoraf et beskedent udpluk vises herunder. Ni-Mo, Hastelloy B-2 Ni -Cr-Mo, Inconel 625 Ni-Mo, Hastelloy B-2 : Ni 66,0%, Cr 1,0% max, Mo 28,0%, C o 1,0% max, Fe 2,0%, Si 0,1% max, Mn 1,0% max, C 0,01% max. Ni-Cr-Mo, Incone1625 : Ni 66,0%, Cr 21,5%, Mo 9,0%, Fe 2,5%, Ti 0,20%, Si 0,3% max, Mn 0,3% max, C 0,05% max. De fleste nikkellegeringer kan svejses med laser. Der er do g al mulig grund til, som ved svejsning af andre korrosionstræge materialelegeringer, at anskue varmerevneproblematiken. Revnetilbøjeligheden ved lasersvejsning for de rustfrie stål og nikkellegeringerne kan placeres efter stigende følsomhed, med eksempler på de mest følsomme typer nederst i rangordenen. (Udpluk af liste, ref. til : Belforte, D og Lecitt, M.: The Industrial Laser Handbook, edition) : Ni-Mo-typen, Hastelloy B-2. Austenitisk rustfrit stål, Aisi 304. Ni-Cr-Mo-typen, Inconel 625. Austenitisk rustfrit stå, AISI 316. Austenitisk rustfrit stål, AISI 310. Ved svejsbarhedsanalyser foretaget på materialer svejst med Nd-Yag-laser af S. Laursen, Danfoss A/S, juni 1992, kan det fastslås at AISI 304 udviser mindre revnetilbøjelighed en d AISI 316. Endvidere viser disse forsøg, at øget pulsfrekvens/overlap resulterer i dannelsen af mere ferrit, hvilket mindsker revnetibøjeligheden. I den viste rangorden vil man endvidere se, at Ni-Mo legeringen Hastelloy B-2, eksempelvis viser mindre revnetilbøjelighed ved lasersvejsning end AISI 304 og at Ni-Cr-Mo legeringen Inconel 625, viser større. Af anvendte beskyttelsesgasser kan nævnes Ar og He eller blandinger heraf, afhængigt af emnedimensioner etc. 226

227 Lasersvejsning af titan Titanium (herefter benævnt titan), har en, i forhold til andre metaller meget kort industriel anvendelseshistorie, der ku n strækker sig fra ca Metallet er interessant, bl.a. ford i det besidder et overordentligt godt styrke/masseforhold. 61 Styrke/masseforhol d imod konstruktionsståls 30, regnet efter dimensioneringsstyrkerne, og en meget stor korrosionsbestandighed overfo r mange aggressive medier. Titan anvendes i en række industrisektorer, både som rent metal og i forskellige legeringer, bl.a. i kemisk-, rumfarts- o g flyindustrien, hvor det gør god fyldest. I de senere år er brugen af metallet endogså dukket op i smykkeindustrien, hvo r anodiseret titan ved kontrol af oxidfilmens tykkelse kan bibringes forskellige overfladenuancer, eksempelvis spændende fra gråblå til dyb violet. I varmt havvand ved eks. 95 C, er titan fuldstændigt bestandigt og finder derfor ofte anvendelse frem for rustfrit stål, i konstruktioner hvor man ønsker stor bestandighed overfo r salt- og chloridholdige miljøer. Titan reagerer med en mængde gasser bl. H, hvor metallet ved brintudvikling på overfladen, omdannes til titanhydrid og bliver sprødt. Alle svejseoperationer, incl. lasersvejsning, foretages bl.a. derfor under total og ren argon- eller heliumdækning. Beskyttelsesgassen skal have en meget høj renhedsgrad, (99,995%). Titanhydri d Ved lasersvejsning af titan er det nøjagtigt ligeså magtpåliggende, at beskyttelsesgassen dækker både overside og rodsi - de af svejsesømmen, som ved TIG-svejsning. Lasersvejste emner vil på grund af processens meget smalle og koncentrerede energiindput, fremstå med ganske fine og smalle svejsninger, der kan opfattes som sølvstriber på det grå metal. Til lasersvejsning af titan, der for det meste er koncentreret om tyndpladesvejsning, anvendes fortrinsvis Nd-YAG-lasere. 227

228

229 Elektronstrålesvejsning 14 Indledning Smeltesvejseprocessen elektronstrålesvejsning eller på engelsk : Electron Beam welding herefter forkortet til EB-svejs - ning, er som lasersvejseprocessen en strålesvejseproces. Efter behag kan en sådan stråle anskues som en partikelstrøm, mest brugt i forbindelse med elektronsvejseprocessen, eller bølger, mest brugt ved lasersvejseprocessen. Uanset betegnelsen er det væsentlige for processen, at strålen er i stand ti l at fokusere præcist, samt overføre så meget energi til emnet at smeltning kan finde sted. Med sine ca. 40 år på bagen, kan processen ikke længere betegnes som særligt ny, men trodst dette er udbredelsen a f denne i Danmark, set i forhold til større industrilande, meget ringe. Dette kan for det første synes, at være investeringsomkostningernes skyld og for det andet sammensætningen af dansk industri, der som bekendt er domineret af små eller mellemstore virksomheder, helt uden de traditionelle "lokomotivindustrier" for denne specielle proces, som eks. fly-, bil- og kernekraftindustrierne. Man kunne omvendt forvente, at netop dansk industris mange højtspecialiserede og avance - rede virksomheder, f.eks. indenfor apparat- og elektronikindustrien, samt leverandører af produktionsapparatur til levnedsmiddel- og medicinalvareindustrien, med stor fordel ville kunne udnytte processen, mere end tilfældet er for øjeblikket. Efter introduktionen af lasersvejsning i dansk industri ha r EB-processen, ikke fundet yderligere anvendelse. Den ha r dog stadigt sine klare fortrin frem for lasersvejsning, speciel t ved svejsning af store godstykkelser, vanskeligt svejsbare metaller som titanium, samt flerlagssvejsning, den såkaldte "sandwichsvejsning". Der anvendes 3 EB- svejsemaskiner ti l produktionsformål i Danmark, hvoraf den ene maskine der har en kapacitet på 7,5 kw og en kammerstørrelse på 0,5 m3, befinder sig på FORCE Institutterne. De 2 øvrige maskine r findes hos Danfoss A/S og Kvisgaards maskinfabrik A/S. 229

230 Følgende særkender og fortrin knytter sig eksempelvis til processen : Svejsning foregår normalt under vacuum, hvilket medføre r visse begrænsninger for anvendelsen. (EB-svejsning under almindelig atmosfærisk tryk, med beskyttelsesgas, fore - kommer dog i mindre omfang). Energikoncentrationen er meget høj. Som eksempel er den ca gange højere end ved TIG-svejsning. Total energitilførsel pr. længdeenhed i en svejsning, er f.eks. ca. 20 gange lavere end ved lysbuesvejsning med be - klædte elektroder. Svejsehastigheden er meget stor. Til eksempel kan man opnå indtrængning på 7 mm og svejsehastighed på ca. 2 m/min, i et normalt C Mn-stål, med effekten 7 kw o g spænding 175 kv. Det er muligt at opnå meget dybe og smalle svejsninger, med højde/breddeforhold på 5-20 : 1. Varmepåvirkninger og deformationer, er typisk i en størrelsesorden ( 10 x) mindre end ved traditionelle svejseprocesser. Da der normalt svejses i vacuum giver dette en perfekt beskyttelse, men kræver til gengæld også at emnerne kan være i vacuumkammeret. Alle metaller, samt kombinationer af metaller der er metallurgisk forenelige, kan svejses med processen. Herfra dog undtaget materialer der indeholder letfordampelige bestanddele, som eks. messing. Se fig Store kraftige EB-maskiner er i stand til, at udføre svejsninger med indtrængninger i materialet på mm. 230

231 Kan svejses til hinanden Berylliu m Germaniu m Kan ikke svejses til hinanden Er ikke undersøgt Gælder også materialets legeringes Kobbe r Molybdæn Nikkel Plati n + + Stål, ulegeret Stål, legere t Stål, rustfri t Tita n Vanadiu m Wolfra m Zirkoniu m Figur Praktisk taget alle metaller kan EB-svejses til sig selv Svejseudsty r 14.2 Elektronstrømmen genereres i den del af udstyret der be - nævnes kanonen, hvilken enten er placeret på-, eller i vacuumkammeret. For at kunne rømme kammeret for atmosfærisk luft og for at opretholde vacuum i dette kræves kraftigt diffusionspumpeudstyr og for at kunne gennemføre positionering af emner der skal svejses, et svejsebord eller an - den fixtur, hvormed emnerne kan bringes i nøjagtig positio n i forhold til strålen. Derudover består udstyret af el-forsynings-, kontrol- og indstillingsudrustning. Se fig Kanon Figur 14.2 Skitse af hovedkomponentern e til en EB-svejsemaskin e Kontroludstyr Computer Positioneringsudsty r Mek. pump e 231

232 Funktionsprinci p Svejseudstyret til udførelse af EB-svejsning, fig , består populært forenklet af : 1. Glødekatod e 2. Wehneltcylinder 3. Anod e 4. Magnetlinse 5. Afbøjningsspol e 6. Vacuumkammer med A- luftindtag, B- udsugning Figur Skitse af svejseudstyr til EB-svejsning A 6 B I elektronkanonen frigøres elektronerne fra en glødekatode, og når der er opnået tilstrækkelig høj temperatur i katoden, 232

233 overstiger elektronernes energi materialets karakteristisk e frigørelsesenergi, hvorved en ladningssky af frie elektrone r samles i rummet omkring katoden. Da elektronerne befinder sig i et elektrisk felt, accelereres disse hen imod anoden og opnår herved en bevægelsesenergi modsvarende potentiale - forskellen mellem katode og anode. Elektronerne frigøres i alle retninger fra katoden og den fortsatte bevægelsesretning bliver vinkelret på det elektrisk e felts ækvipotitentiallinier, hvor disse til at begynde med accelererer i et divergent felt der herefter konvergerer. Anoden er placeret hvor spredningen af elektronerne e r mindst og bevirker en stramning af disse, hvorved en stor del af dem fortsætter med samme bevægelsesenergi, som d e havde ved selve passagen af anoden. Elektronerne mister ikke deres bevægelsesenergi før de støder på det emne de r skal svejses, hvorefter deres bevægelsesenergi omdannes ti l varmeenergi i emnet. For at kunne opretholde tilstrækkelig varmeenergi til svejsning af dette, er det nødvendigt yderli - gere at koncentrere elektronstrålen, hvilket sker ved hjælp af en såkaldt magnetlinse. De vigtigste svejseparametre er accellerationsspændingen U, svejsestrømmen I, strålediameteren d og svejsehastigheden v. Accellerationsspændingen kan andrage op til 150 kv, me n mange EB-maskiner er dog kun beregnet til væsentligt lavere spænding. Ved 100 kv andrager elektronernes hastighed mere end halvdelen af lysets og elektronstrømmens størrels e reguleres med Wehnelt cylinderen, styreanoden der er anbragt rundt om katoden. På grund af elektronkanonens størrelse og vægt, er det mest normalt at det er emnet der bevæges i forhold til kanonen. I kanon og vacuumkammer skal der normalt være et vacuum af en størrelsesorden på 10-2 mbar. Vacuumkammeret sætter naturligvis visse grænser for størrelsen på de emner der ska l svejses, men som et kuriosum kan det da nævnes, at man i USA har konstrueret EB- svejsemaskiner hvor kammeret ka n rumme hele U-bådssektioner. For at udnytte kanonens kapacitet mest muligt og forkorte den spildtid der går ved rømning af kammeret, benytter ma n på større maskiner ofte et såkaldt mangefixtur, hvori fler e mindre emner kan anbringes samtidigt. Ved svejsning posi- 233

234 tionerer fixturen emnet under kanonen, hvorefter denne ud - fører svejsningen. Efter færdiggørelsen af svejsningen positioneres et ny emne og operationen gentages indtil alle em - ner i fixturen er svejst, Herefter kan kammeret fyldes til nor - malt atmosfærisk tryk og emnerne udtages. Alternativt kan man anvende ganske små vauumkamre, hvor rømningstide n er tilsvarende forkortet. Vacuumkammerets størrelse og form er, som nævn før, gan - ske afhængig af emnernes størrelse og geometri. Kammerets konstruktion skal endvidere give fri strålepassage fra kanonen og imod emnerne, samt hindre skadelig røntgenstråling at passere, hvilket medfører at kammervæggene er isoleret med blymellemlæg. Kammeret fremstilles af almindeligt CMn-stål, kompound - materialer eller rustfrit stål og skal have en glat overfladefinish uden porer. Kammervæggene skal være lette at rengøre, fordi de under svejsningen forgassede metaller kan kondensere på disse Svejsnin g Ved at tilføre varme i et punkt på overfladen af et emne, vil man normalt få en tredimensional varmeudbredelse med tilnærmelsesvis halvkugleformede isotermer og smeltebad. Forøges energitætheden til omkring W/mm2 eller derover, optræder en ny effekt. Metallers temperatur kan nu blive så stor i elektronstrålen, at metaldampenes tryk er i stan d til at åbne et kapillært hul omkring denne. Når elektronstrålen rammer emnet fordamper metallet i nedslagspunktet, se fig billede A og B. Herved fritlægges e t nyt nedslagspunkt hvor tilsvarende fordampning indtræffer, billede C og D, og strålen kan trænge endnu længere ind i materialet, som vist i billede E. 234

235 Figur 14.4 Skitse af typisk indtrængning ve d EB-svejsnin g Ved strålens indtrængning i materialet opbygges et kapillær t hul, med vægge af flydende metal, hvorigennem strålen pas - serer. Bevæges strålen lineært fremad, fordamper materialet i denne retning og smeltet metal trænger bagud i forhold til strålens bevægelsesretning. Herved frigøres mere smelte t metal, der trænger bagud mod det metal der har indledt størkning. Ved denne fremgangsmåde er indtrængningen i materialet afhængig af effekttætheden, den totale effekt og den hastighed hvormed strålen bevæger sig i forhold til em - net, (svejsehastigheden). Svejsning der udføres således at der dannes et kapillært hul kaldes nøglehulssvejsning, eng. key-hole welding og forskel- 235

236 Figur EB-svejsning sammenlignet med lysbuesvejsnin g len på en EB-svejsning og en traditionel lysbuesvejsning er skitseret i fig Det fremgår umiddelbart af skitsen, at man er i stand til at opnå store indtrængningsdybder med lille varmepåvirkning og ringe deformationer ved EB-svejsning, sammenlignet med konventionel lysbuesvejsning. Figur Figuren viser, som en illustratio n af den ringe varmepåvirkning, isotermer ved EB- svejsning af stå l med en svejsehastighed på 1 0 mm/se k o 1 0 Længde af svejsesø m m r Materialer, egnet til sammenføjning me d elektronstrå tesvejsnin g Som nævnt i indledningen til kapitlet om EB-svejsning, e r processen egnet til svejsning af almindeligt forekommend e konstruktionsmaterialer, men på grund af den koncentrered e varmetilførsel er den også egnet til svejsning af materiale r med højt smeltepunkt, f.eks. Wolfram eller Molybdæn, samt til svejsning af materialer med stor varmeledning som eks. kobber og aluminium og materialer med vidt forskellige termiske egenskaber. EB-svejsning er ligeledes egnet til sammenføjning af reaktiv e materialer som Titanium, Berylium og Zirkonium, d.v.s. materialer der normalt forringes ved svejsning, fordi de reagerer med atmosfærens bestanddele. Det skal her erindres at et vacuum på 10-2 mbar, ca. svarer til en inaktiv beskyttelsesgas under atmosfæretryk på 0,1 ppm. Til gengæld betyder dette vacuum, at materialer med letfordampelige bestanddel e f.eks. messing, ikke kan svejses med processen. 236

237 Da EB-svejsning er en smeltesvejseproces er den, som d e øvrige smeltesvejseprocesser, underlagt visse fundamental e begrænsninger med hensyn til materialekombinationer. Dette indebærer, at kun materialer med såkaldt metallurgisk for - enelighed kan sammenføjes med processen, hvorfor materialekombinationer som stål og aluminium, stål og titanium eller aluminium og kobber eksempelvis ikke kan svejses med denne, idet der i disse tilfælde dannes intermetalliske forbindelser i svejsningen som ødelægger styrkeegenskaberne. Fig viser skematisk en række materialer og deres indbyrdes svejselighed med EB-svejsning. Fugeforberedelse ved EB-svejsning Som beskrevet udføres EB-svejsninger uden skærpning af fugekanterne, men til gengæld stilles der meget store krav til spaltevariation og overfladebeskaffenheden på fugefladerne. Dette indebærer, at fugeforberedelsen skal foretages med spånbearbejdende maskiner, som fræsning, drejning eller slibning. Fugefladerne skal være plane og have en overfladebeskaffenhed på højst Ra = 3-4 pm. De forskellige tolerancer og enhedsværdier defineres i fig Godstykkelse Tykkelsestolerance Max.spalte Max. kantforskydn. t At s k < 10 mm 5% t 0,5% t 5% t (max. 0,15 mm) (max. 0,05 mm) (max. 0,15 mm ) Figur Tolerancer og enhedsværdier fo r I-fuger, ved EB- svejsnin g 10- til25mm 1%t 0,3%t (max. 0,20) (max. 0,08 mm) > 25 mm 0,8% t 0,2% t (max. 0,30 mm) (max. 0,15 mm) 1% t (max. 0,20) 0,8% t (max. 0,30 mm) t s A k 23 7

238 Ved konstruktion og fremstilling af emner der skal sammenføjes med EB-svejsning, er det en betingelse at svejsefugern e er forberedt for processen, hvilket medfører visse begrænsninger. Det er dog muligt at tildanne flere forskellige samlingstyper der er velegnede, hvilket illustreres med eksempler på fugetyper : Fig

239 Fugeform EB-svejsning Bemærkninger I-fuge j / Dobbelt I-fuge : Centrale porer kan forekomme % // I-fuge : Udformningen er dårlig, set fra et udmattelsessynspunk t I-fuge med støttekant 0,5-1 mm I-fuge med støttekant : Uforholdsmæssig dyr fugeforberedels e ~///////. No~~~ Overlapssammenføjning : Korrosions-, udmattelses og forskydningsmæssigt dårlig I-fuge med støttekant : Korrosions- og udmattelsesmæssigt dårli g zzzz5iös:sas2 Dobbeltflanget stumpsø m 3 mm '. - - I-fuge I-fuge : "Sandwichsvejsning" udført i en arbejdsgang Kantsøm med fuld indtrængning til rodsid e Dobbelt kantsøm med fuld indtrængning centralt : Risiko for poredannelse r T-samling, hvor svejsningen er udført som I-fuge fr a flangeside imod krop af T. I-fuge : Rundsvejsning af flange på rø r Figur 14.8 Eksempler på fugetyper til EB-svejsning 239

240 Sammenfatning af svejseparametrenes indvirkning på indtrængning og bredde af svejsning ved EB-svejsning Det må præciseres, at de i fig viste forhold, alene tjener det formål at vise hvordan svejsningens tværsnitform påvirkes ved parameterjustering. Svejsningens eksakte udseende beror desuden på følgende : Maskinudrustning, højspænding lavspænding. Arbejdstryk, højvacuum lavvacuum. Materialer ulige varmefordelingsegenskaber og ulige gastryk. I fig sammenfattes de ulige svejseparametres indvirkning på svejsningens tværsnitsform. Figur Indvirkning på svejsningers tværsnitsform fra svejsespænding, svejsestrøm, strålediamete r og svejsehastighe d Definition Parameter Indtrængning Svejsebredde Svejsespænding Forøgels e Forøge s øges lidt U Formindskelse Formindskes Formindskes lidt Svejsestrøm Forøgels e Forøge s øges lidt Formindskelse Formindskes Formindskes lidt Strålediameter Forøgels e Formindske s Forøge s d Formindskelse Forøges Formindske s Svejsehastighed Forøgelse Formindske s Formindske s v Formindskelse Forøges Forøge s Generelle forhold ved planlægning af EB-svejsnin g Under et planlægningsforløb, der tager sigte på at vælge EBsvejseprocessen som sammenføjningsmetode til udvalgt e konstruktionsdetaljer i en fabrikation, skal man som ved alle andre smeltesvejsemetoder allerede i designfasen, have gjort sig klart og nøje overvejet hvilke muligheder og økonomiske fordele der knytter sig til processen, totalt set. Allerede i denne fase, kan man overskue hvilke mulighede r der er for at leje sig ind på maskintid, ved at fokusere på det fåtal EB-maskiner der findes i Danmark. Eller forholder de t sig således at man må kalkulere med leje af maskintid i ud - landet? Er der tale om masseproduktion, hvor investeringsomkostningerne ved køb af maskine, sammenholdt med processens eventuelle fortrin vedrørende produktions- og materialemæssige forhold, giver absolutte fordele? Eller er det gene - 240

241 relt sådan, at EB-svejsning uanset omkostningforholdende er den eneste mulighed man har, og kan fabrikationen bære disse omkostninger overhovedet? Ved enhver fabrikationsplanlægning, hvor EB-svejsning ka n indgå som alternativ sammenføjningsmetode, må man i almindelighed regne med at eventuelle leje- og/eller investeringskalkulationer, skal omfatte en meget stor del af præ-forarbejdningslinien. Årsagen hertil er, at man skal påregne a t ændre/tilpasse både konstruktionsudformning og selve arbejdsgangen i produktionen, for på den mest rationelle måde, at udnytte processens muligheder. Kalkuleres med implementering af EB-svejsning i produktionen, kan følgende alternative situationer beskrives: 1. Alternativ A : Sammenføjning med EB-svejsning Alternativ B : Sammenføjning uden anvendelse a f svejsning 2. Alternativ A : Sammenføjning med EB-svejsning Alternativ B : Sammenføjning med anvendelse af anden svejsemetod e 3. Alternative sammenføjningsmetoder forefindes ikke ad 1 Denne situation vil oftest forekomme indenfor området al - mindelige maskinkonstruktioner, hvor processen kan udnyt - tes til rationel fabrikation af billigere produkter. En kalkule - ring skal da også i almindelighed omfatte en væsentlig del a f produktionslinien, eftersom flere operationsfaser skal ændre s for at tilfredsstille processens krav til præ-forarbejdning o g for at udnytte dennes fordele fuldt ud. De besparelser der kan opnås med anvendelse af EB-svejsning, har i ganske mange tilfælde vist sig at være meget betydelige. Konkrete tal på de nævnte besparelserne er ret van - skelige at give, idet de er afhængig af produktionsvolumen, detajludformning m.m. Med mulighederne for at kunne svejse på færdigtbearbejdede emner eller halvfabrikata, kan ma n opnå besparelser gennem : Mindre materialespild (mindre emner) Hurtigere forarbejdning (komplicerede maskinoperationer kan undgås) 241

242 Anvendelse af billigere materialer til ikke- eller lavtbelastede konstruktionsdel e ad 2 Situation 2 forekommer i de tilfælde hvor EB- svejsning, på grund af den høje svejsehastighed og den store indtrængning, på trods af store investerings- eller lejeomkostninger, udgør et realistisk økonomisk alternativ til andre svejsemetoder. ad 3 Den sidste situation forekommer når man skal sammenføje materialer med svejsning og at denne operation kræver vacuum for at kunne gennemføres tilfredsstillende. Et behov for en ekstrem smal og meget dyb svejsning kan også være årsagen til at EB-svejsning udgør det eneste alternativ. Afslutningsvis skal det gentages, at anskaffelse af EB-svejsemaskiner kræver investeringer i millionklassen og at der der - for næppe eksisterer maskiner der fungerer ved almindelig e produktionsopgaver, udenfor enten store industriforetagender eller forskningsinstitutioner. 242

243 Pulversvejsning 1 5 Kort beskrevet kendetegnes pulversvejseprocessen ved, a t der mellem en massiv og kontinuert fremført elektrode og emnet dannes en lysbue, som er fuldstændigt dækket af e t specielt svejsepulver. Svejseprocessen foregår uden synlig lysbue og pulveret kan siges at have tilnærmelsesvis samm e funktion som beklædningen på elektroder der anvendes ti l manuel lysbuesvejsning. Et særligt kendetegn ved processen er bl.a. de meget store nedsmeltningsydelser, der i udstrakt grad udnyttes i den sværere del af industrien, eksempelvis i kedel, beholder- og skibsbygningsindustrien. Historie Udviklingen af pulversvejseprocessen startede i USA omkring 1930 hvor den blev lanceret og patenteret af firmae t Union Carbide, under navnet Submerged Arc Welding, fork. SAW Submerged Arc Welding, fork. SAW. Omtrent ved samme tid udvikledes, af firmaet Brown Bowery and Co., en version hvor man anvendte et magnetisk pulver, der tilført gennem tråddysen påvirkedes af det danned e magnetfelt omkring tråden, hvorved det hæftede sig ve d denne. Metoden, kaldet "Unionarc", opnåede ikke tilnærmel- "Unionarc " sesvis den samme interesse i industrien og blev først nogen - lunde anvendelig da man kombinerede pulverbeskyttelsen med CO2 gasbeskyttelse. Efter pulversvejseprocessens endelige gennembrud i USA blev denne lanceret i Tyskland ca. 1934, med navn efter det firma der leverede pulver, tråd og øvrigt udstyr som "Elek - tro-linde-rapid-verfahren", fork. "Elira-Verfahren", men fik "Elira-Verfahren " ret hurtigt den nuværende tyske betegnelse Unterpulver- unterpulverschweiße n schweißen. Kort efter processens introduktion i Tyskland, indførtes den til Danmark hvor den fik den nuværende danske betegnelse "pulversvejsning". Pulversvejseprocessen er oprindeligt udviklet til svejsning a f store godstykkelser, men er senere udviklet til også at kunn e svejse mindre godstykkelser, helt ned til eks. 2 mm, hvilken egenskab dog ikke udnyttes i samme grad, på grund af andr e 243

244 processers overlegenhed på dette felt. Endvidere udvikledes processen til at svejse i oven-ned position, ved svejsning af stumpsømme, men er ligeledes senere blevet udviklet til at kunne svejse kantsømme og stillingssvejsning. Det sidste kun ved anvendelse af specialudstyr. Det må understreges, at pulversvejseprocessen introducere - des i den sværere del af jern- og metalindustrien og at denn e siden da, fortrinsvis er blevet anvendt netop der. Dette ska l bl.a. ses på baggrund af den store nedsmeltningsydelse og den forholdsvis lille risiko for regulære svejsefejl som, bindingsfejl, porer, slaggeindeslutninger, etc., processen byde r på når den håndteres korrekt. Endvidere at investeringsomkostningerne ved etablering af produktionsudstyr til pulversvejsning er relativt store, hvorfor det kræver forholdsvis store svejseopgaver i en løbende produktion, eksempelvis i svær plade, hvor man kan drage den fulde fordel af processens store nedsmeltningsydelser Jævnstrøm er den mest anvendte Princip og anvendelse Som vist på principskitserne fig , fungerer processen der hører til de automatiserede svejseprocesser ved at der fra en rulle tilføres en massiv svejsetråd, samtidigt med at et fint - kornet pulver drysses ned over svejsestedet. Da den elektriske modstand i svejsetråden skal være så lav som mulig, fo r at kunne svejse med store strømme, tilføres svejsestrømmen gennem en kontaktdyse så tæt ved lysbuen som muligt. Strømarten kan både være velsel- og jævnstrøm, men jævnstrøm er den mest anvendte. Lysbuespændingen og dermed lysbuelængden skal unde r svejseforløbet holdes så konstant som muligt for at kunn e opnå et ensartet resultat, hvorfor styring af trådfremføringen sker på to forskellige måder. Normalt vil trådfremføringen ske med variabel hastighed, styret ud fra lysbuespændingen. Der anvendes til dette formål en strømkilde med stærkt faldende karakteristikkurve og strømstyrken indstilles på strømkilden. En del af udstyrene fungerer dog med konstant trådfremføring i forbindelse med en konstantspændingsstrømkilde, hvor lysbuespændingen indstilles på strømkilden, mens strømstyrken indstiller sig automatisk efter trådhastigheden. 244

245 Fremføringsretning Slagg e A Svejsestreng I Hulrum Opsmeltet svejsemeta l Grundmaterial e Fremf ri ngsr etnin g Strø m B Grundmaterial e Figur Principskitser af pulversvejsning 245

246 Der findes adskillige former for udstyrsenheder, strækkend e sig fra selvkørende traktorer, som dem der bl.a. anvendes på værfterne til panelsvejsning eller svejsning af langsømme, ti l udstyrsenheder der fungerer ophængt i portal eller kran, som bevægelige eller faste. De sidste udstyr er beregnet til emnetransport under svejseenheden. Det skal nævnes at man må forberede sig på store investeringer, henholdsvis til svejsemaskine, svejsebord, drejebord, rullebukke, kraner, etc., alt efter opgavens art. Lysbuen brænder i et opsmeltet hulrum under pulveret Termiske virkningsgrad Selve lysbuen brænder i et opsmeltet hulrum under pulveret, hvor forkanten i svejseretningen, begrænses af uopsmelte t grundmateriale og bagkanten af svejsemetal/smelte. I hul - rummet, under et lag smeltet svejsepulver/slagge, er den del der ikke er optaget af lysbuen fyldt med små mængder gasarter, hydrogen, kuloxid, samt metaldampe. Den dannede slagge, samt det ikke opsmeltede svejsepulver, danner et isolationslag der nedsætter varmeafledningen fra lysbuen, hvorved der fremkommer et varmeoverskud. Varmeoverskudet er medvirkende til at forøge virkningsgraden, hvilket forøger svejsehastigheden betragteligt. Undersøgelse r har vist, at der er en meget væsentlig forskel på den såkaldt e termiske virkningsgrad eksempelvis fra pulversvejsning, hvor den er ca. 68%, mod 25% ved lysbuesvejsning med be - klædte elektroder. Efter slaggedannelsen over svejsesømmen har fundet sted, fjernes det overskydende svejsepulver, der ofte kan sies o g genanvendes i processen. Flertrådssvejsning Pulversvejseprocessen kan udføres som såkaldt flertråds - svejsning. Dette vil sige at man kan svejse med flere tråd e samtidigt, hvorved afsmeltningsydelse og hermed svejseha - stigheden øges væsentligt. Tandemplacering Selv om det er muligt at svejse med meget høje nedsmeltningshastigheder for enkelttråd, har det vist sig at vær e uhensigtsmæssigt at arbejde med nedsmeltningsydelser de r overstiger kg/h. Derfor vil man for at opnå højer e ydelser gerne vælge flertrådssvejsning, hvor 2 eller mere sjældent 3 tråde placeres efter hinanden i svejseretningen ; den såkaldte tandemplacering. Med 2 svejsetråde kan nedsmeltningsydelsen ofte fordobles, afhængig af omstændighe- 246

247 der som godsdimensioner og materialesammensætninge r etc. Til påsvejsning findes der udstyr der arbejder med op til 6 tråde, placeret på linie og på tværs af svejseretningen. Ved påsvejsning tilstræbes det for det meste at undgå opblandin g af tilsatsmaterialet og grundmaterialet mest muligt. Herved opnås, at det påsvejste lag beholder så mange af det oprindelige tilsatsmateriales egenskaber mest muligt. I mange tilfælde vil man anvende et tilsatmateriale der har form af et bånd, hvor det rektangulære tværsnit eksempelvis kan være 0,5 x 60 mm. Båndelektroder har fundet særlig anvendelse til påsvejsning af korrosionsbestandige lag, idet dis - se giver en speciel lille indtrængning i grundmaterialet o g derfor bedre bevarer de korrosionsafvisende evner i det påsvejste lag. Som ved alle former for automatiserede svejseprocesser, er det for pulversvejseprocessens vedkommende vigtigt, at svejsefugeforberedelsen er udført nøjagtigt, ensartet og kor - rekt. Processen fordrer, at der kan svejses ned i et underlag der kan optage den for processen typiske dybe indtrængningseffekt. Underlaget kan være bagskinner, håndsvejste bundstrenge eller ved eksempelvis X-fuger; selve grundmaterialet. Endeligt skal svejsefugen være renset for urenheder som fugt, olie, maling og rust. Båndelektrode r Processen fordrer, at der ka n svejses ned i et underla g Svejsefugeforberedelsen finder sted allerede på konstruktionsstadiet, hvor det er svejseingeniøren- eller teknikeren der er ansvarlige for at svejsefugerne er egnede for processen. Endvidere skal der meget tidligt tages højde for sømmene s placering i konstruktionen, hvor man ofte i forvejen er bundet af værkstedsmulighederne, valser, skæremaskiner etc. Som andre atomatiserede svejseprocesser stiller pulversvejsningen altså relativt store krav til forberedelser. Men alt ialt er processens effektivitet så stor, at disse i de fleste tilfæld e betaler sig, således at de evt. dyre forberedelser er godt givet ud. Svejseparametrenes indflydelse Det er få svejsemetoder, der som pulversvejsning formår a t dække så forskellige ønsker som eks. : Svejsning af I-fug e med størst mulig indsmeltning og vel at bemærke uden næv - 247

248 neværdig afsmeltning af tilsatmateriale, eller påsvejsning med mindst mulig indsmeltning og med størst mulige afsmeltning af tilsatmateriale. For at kunne udnytte processens muligheder mest muligt, e r det vigtigt at operatørerne indgående er fortrolig med de for - skellige svejseparametres betydning, d.v.s. kender til betydningen af: Strømstyrk e Kontaktafstan d Lysbuespændin g Svejsehastighed Tråddiameter Polaritet Ved påsvejsning med en trinvis forhøjet strømstyrke på e t pladeemne; fås med alle andre parametre fastlåst, et sømprofil som vist i fig Indsmeltning og afsmeltning af tilsatsmateriale forøges drastisk og som man vil se, er det i realiteten afsmeltningen og hermed overvulsten, der sætter en øvre grænse på svejsning i I-fuge på ca. 15 mm. Figur Strømstyrkens indflydelse p å sømprofil/tværsnit ved pulversvejsning 400 amp 600 amp 800 amp 1000 am p Under normale forhold anvender man en kontaktafstand på ca. 50 mm. Kontaktafstanden er den der kan udmåles fr a kontaktmundstykket til den såkaldte frie trådende, inden lysbuen. Med forøget kontaktafstand øger man modstande n i tråden, hvilket resulterer i større afsmeltning og mindr e indsmeltning, som vist i fig Figur 15.3 Kontaktafstandens indflydelse på sømprofil/tværsnit ved pulversvejsning 30 mm 45 mm 60 mm 80 m m 248

249 Lysbuespændingen, der i det store hele kan siges at være proportional med lysbuelængden, der som vist i fig , i høj grad er medbestemmende for sømudseendet. Lav lysbuespænding giver en smal og høj overvulst og høj lysbuespænding en flad og lav. Herudover påvirker lysbuespændinge n indsmeltningen, omend i mindre grad. Da det på den en e side er af betydning, at få en flad eller konkav sømoverflade i en fuge, eller sikker opsmeltning af fugekanterne i dækstrengen, og at lysbuespændingen, på den anden side, i høj grad har betydning for legeringen af svejsemetallet, sættes der i reglen stramme grænser for anvendelig lysbuespænding, bl.a. ved svejsning af stål med høj brudstyrke 28 v 32 v 36 v 40 v Figur Lysbuespændingens indflydelse på sømprofil/tværsnit ved pulver - svejsnin g Det er ganske naturligt at afsmeltningen pr. løbende meter, er omvendt proportional med svejsehastigheden og hvad ma n skulle tro er, at det samme gælder for indsmeltningen. Dette er imidlertid ikke tilfældet og som det fremgår af fig , er der for en svejsehastighed på 200 mm/min. sket en svagere indsmeltning end for en hastighed på 400 mm/min. I fig vises to skitser, forestillende et længdesnit gennem svejsesømmen, og forholdet kan forklares med at smeltebadet, ved en hvis lav svejsehastighed afhængig af fugeprofilet, trænger frem foran lysbuen og hæmmer den såkaldte krater - virkning. 249

250 Figur Svejsehastighedens indflydelse på indtrængningseffekt ved pulversvejsning Varmekoncentrationen eller lysbueintensiteten er bestemt a f tråddiameteren, hvilket betyder at nedsat tråddiameter give r større nedsmeltning og indtrængning. Ved svejsning af I - fuge, er mindste tråddiameter således fordelagtig, som illustreret på fig Figur 15.6 Tråddiameterens indflydelse p å ind- og nedsmeltningen ved pulversvejsning Ø6mm ØSmm Ø4mm Ø3m m Ved svejsning med jævnstrøm, kan der drages en hvis fordel ved at skifte polaritet. Oftest anvendt er plus-pol på elektroden/tråden, hvilket giver mindst nedsmeltning og størst indsmeltning, mens det omvendte er tilfældet ved svejsning med minus-pol på elektroden. Svejsning med minus-pol vil oftest kræve 3- til 4 volt højere spænding og kan desuden øge risikoen for dannelse af porer i svejsesømmen Tilsatsmateriale r Den svejsetråd der anvendes til sammensvejsning af de forskellige stål, leveres på ruller som blank forkobret tråd, ti l svejsning af almindelige konstruktionsstål. For svejsning a f højtlegerede ståltyper leveres denne ligeledes på ruller som blank tråd. Det mest almindelige tilsatsmateriale leveres som massiv tråd i diametre fra Ø 1,2 til 12 mm og sammensætning/legering skal svare til grundmaterialets. Endvidere leveres tilsats - materialet også som pulverfyldt tråd eller som bånd, der fo r det meste anvendes til pålægssvejsning. Det skal noteres, at det ved sammenføjning af konstruktions - dele som plader, rør- og profiler er nødvendigt at regne me d 250

251 trådens analyse, der set i sammenhæng med svejsepulvertypen, har absolut afgørende indflydelse på smeltens analyse. Man skelner mellem tre forskellige måder at afstemme svejsepulver og tråd på : Tilførsel af legeringsbestandele fra tråden Tilførsel af legeringsbestanddele fra pulveret Tilførsel af legeringsbestanddele fra både tråd og pulve r Ved visse former for pulversvejsearbejde regnes der med, at smelten kan bestå af en trediedel tilsatsmateriale og to trediedele grundmateriale, alt afhængig af omstændighederne, fugevolumen, etc. Man skelner mellem tre forskellige typer svejsepulvere : Smeltet svejsepulver Agglomereret svejsepulve r Sintret svejsepulver Et smeltet svejsepulver er såkaldt homogeniseret, hvilket betyder at alle de bestanddele der indgår i pulveret først er smeltet sammen til en glasagtig masse, hvorefter denne knuses til en passende kornstørrelse. Under smelteprocessen forgasser visse stoffer, ligesom der kan indtræffe en kemisk reaktion mellem flere af de nødvendige bestanddele, de r nedsætter eller ødelægger deres virkning. Resultatet af processen kan medføre at stofferne mangler eller har forandre t virkning under selve svejseprocessen. Smeltet svejsepulve r Ved svejsning med smeltet svejsepulver, kan man under vis - se forhold blande knust slagge i nyt svejsepulver. Dette kan ikke praktiseres ved svejsning med agglomereret pulver. Det agglomererede svejsepulver fremstilles ved at pulverisere og blande alle bestanddele, hvorefter de "rulles" samme n på en roterende tallerken, under tilsætning af et bindemiddel, i reglen vandglas. Herefter tørres kornene i en roterov n ved ca C, hvorefter pulveret sigtes til en passend e kornstørrelse. Med et agglomereret svejsepulver fås et kemisk meget aktivt pulver, idet fremstillingsprocessen ikke har væsentlig indflydelse på sammensætningen. Fremstilling af sintret svejsepulver foregår ved, at man sintrer pulverbestanddele sammen til briketter, der herefter Agg lomereret svejsepulve r Sintret svejsepulve r 251

252 knuses til den ønskede kornstørrelse. De Sintrede pulvertyper anvendes praktisk taget ikke mere. I Danmark anvendes næsten udelukkende aglomereret svejsepulver, hvilket indebærer flere fordele. Dels har man et metallurgisk mere aktivt pulver, hvorved man ofte kan bruge e n tråd med mindre Mn- indhold, dels vil der med brugen af denne pulvertype kunne regnes med et lavere forbrug. Der kan opstilles endnu en typeinddeling efter svejsepulverets karakteristik, hvilket normalt udtrykkes som : De neutral type svejsepulver e De aktive svejsepulvere De legerede svejsepulvere For de nævnte 3 typer gælder det, at pulverforbruget ændrer sig i forholdet til lysbuespændingen. Ved højere spænding, og hermed længere lysbuelængde øges pulverforbruget og e r der tale om et legeret pulver, opnår man samtidigt en højere oplegering af svejsemetallet. Neutralt svejsepulver Neutralt svejsepulver: Forholder et svejsepulver sig kemis k neutralt ved spændings- eller længdeændringer i lysbuen, betegnes dette som neutralt. Ved anvendelsen af et neutralt pulver idtræffer der ikke oplegering af smelten og tilsvarende ingen afbrænding af legeringselementer. Neutrale svejsepulvere anvendes først og fremmest til flerstrengssvejsning i store godstykkelser. Følgende kan fremhæves ved anvendelse af et neutralt svejsepulver: Et neutralt pulver indeholder ingen eller kun ganske få le - geringselementer. Der sker altså ikke nogen nævneværdi g til- og afbrænding af legeringselementer, der kan berolig e smelten, hvorved revne- og poretendensen øges ved forurening, både ved svejsning på forsiden af et emne og ve d eftersvejsning af rodsiden Der garanteres ikke automatisk gode slagsejhedsværdier ved anvendelsen af et neutralt pulver. Slagsejhedsværdierne hænger sammen med trådens sammensætning og ha r intet- eller kun meget lidt at gøre med pulverets neutralitet. 252

253 Skønt den kemiske analyse af svejsemetallet ikke ændre r sig med variationer i lysbuespændingen, er det ikke sikkert, at svejsemetallets analyse er lig med trådens. Forskel - lige neutrale pulvere reagerer med varmen i lysbuen o g frigiver oxygen, hvilket medfører et noget lavere kulstofindhold i svejsemetallet end i tråden. En del neutrale svejsepulvere indeholder endvidere Mn og Si, der frigives a f lysbuens varme og hermed oplegerer smelten ; også selv om der ikke forefindes metallisk Mn eller Si opblandet i pulveret. Foruden ændringer i den kemiske sammensætning af svejsemetallet, kan de mekaniske egenskaber ændre sig ved anvendelsen af et neutralt svejsepulver, på grund af for - skellige indsmeltningsdybder, varmetilførsel og strengantal. Aktivt svejsepulver : Et svejsepulver kan defineres som aktivt, såfremt det indeholder mangan og/eller silicium, hvilke legeringselementer tilsættes pulveret ved fremstillingen, for at mindske risikoen for revner eller porer, der ellers ka n fremkomme pågrund af urenheder eller af grundmaterialet s kemiske sammensætning. Aktivt svejsepulve r Følgende kan fremhæves ved anvendelse af et aktivt svejsepulver : Et aktivt svejsepulver indeholder legeringselementer der giver oplegering af svejsemetallet. Ved anvendelsen af e t aktivt pulver, kan forhøjelsen af legeringselementer, bl.a. ved flerstrengssvejsning, give højere styrke i svejsemetallet, hvilket vil ske på bekostning af slagsejhedsværdierne. Af denne grund, skal lysbuespændingen ved flerstrengssvejsning og ved anvendelsen af et aktivt pulver, kontrollere s nøjere end ved anvendelsen af et neutralt, af hvilken grun d aktive pulvere ikke anbefales til svejsning i godstykkelse r over 25 mm. Aktive svejsepulvere adskiller sig ved tillegeringsforholdet, på den måde at et stærkt aktivt pulver ved enkeltstrengs - svejsning med bestemte svejsedata, giver bedre resultate r end ved anvendelsen af f.eks. et mindre aktivt. Legeret svejsepulver : Et svejsepulver betegnes som legeret, når det som en del af pulverets primære funktion, tillegere r svejsemetallet legeringelementer ; d.v.s. at der svejses me d lavt legeret tråd. Hovedanvendelsesområdet for pulversvejs- Legeret svejsepulve r 253

254 ving med legeret pulver er svejsning af mellemlegerede grundmaterialer og hårdpålægning. Følgende kan fremhæves ved anvendelse af et legeret svejse - pulver: På grund af at svejsemetallet oplegering er afhængig af lys - buespændingen, er det særdeles vigtigt at leverandørens rekommanderinger følges, for at svejsemetallets legerin g kan opnå de tilstræbte værdier. Et legeret svejsepulver formindsker principielt svejsemetal - lets pris, fordi der kan anvendes en lavere legeret svejse - tråd, der jo er relativt meget billigere end end højt legeret. Oplegeringsgraden kan ændres gennem regulering af lys - buespændingen, i både op- og nedadgående retning. Svejsepulvere bør afslutningsvis generelt ikke vælges ud fr a kriterier som neutralt eller aktivt, men bedre efter detaljerede informationer i leverandørernes brochurer, der beskriver pulverbeskaffenhed, tråd/pulverkombinationer o.a Anvendelse og økonom i De økonomiske muligheder og fordele ved anvendelsen a f pulversvejseprocessen, hører primært sammen med den mulige høje strømbelastning af tråden. Dette hænger igen sam - men med tilførslen af svejsestrømmen, der foregår meget tæ t på den frie trådende, samtidigt med at der tilføres kold tråd, hvilket modsat lysbuesvejsning med beklædt elektrode, resulterer i at tråden hele tiden er kold, der hvor svejsestrømme n indkobles. Med stigende strømtæthed forøges afsmeltningen af tråden, hvilket i praksis kan give op til ca. 20 kg i timen. Processen åbner muligheder for endog meget større afsmeltninger, men på baggrund af bl.a. kvalitetsmæssige årsager, Maksimale tråddiametre anvender man i dag maksimale tråddiametre på ca. 7-8 mm. Med processens meget koncentrerede eneri, opnås dyb indsmeltning i grundmaterialerne, hvilket muliggør anvendelse af uskærpede eller delvis skærpede svejsefuger og hermed nedsat forbrug af tilsatsmaterialer, samt større svejsehastighed. Processen giver også en meget høj intermittens, bl.a. fordi svejsningen ikke, som ved lysbuesvejsning med beklædte elektroder, bliver afbrudt af elektrodeskift og fordi metode n faktisk udelukkende anvendes med maskinel fremføring a f svejsehoved eller emne. 254

255 Processen er såkaldt slaggedannende, d.v.s. at det smeltede pulver lægger sig som et beskyttende lag over smelten, o g samtidigt danner en slags forskalning der er med til at form e overvulsten. Slaggen er almindeligvis selvløsnende, næste n som ved lysbuesvejsning med rutilt beklædte elektroder, hvilket gør den let at fjerne fra kantsømme og sidste streng ved på stumpsømme. Dog kan slaggen ved flerstrengssvejsning i stumpsømme være ret vanskelig at fjerne for de første strenges og mellemstrengenes vedkommende. For svejseoperatøren er det behageligt at lysbuen er dække t af pulveret, hvilket betyder at denne ikke bliver generet a f svejselys og røg. På den anden side kan operatøren helle r ikke følge processen ved at betragte lysbuens position o g smeltebadets reaktioner, og det endelige resultat kan derfor først iagttages efter afslagningen, der almindeligvis kan foretages ca. 500 mm efter lysbuens position. Pulversvejsning af rustfrit stål Følgende afsnit omhandler udelukkende pulversvejsning a f austenitiske rustfrie og syrefaste stål, for hvilke svejsnin g med denne proces kun i ringe omfang har spillet nogen roll e i dansk industri, indtil begyndelsen af Årsagerne ti l den tilsyneladende ringe anvendelse af processen var flere, hvoraf den væsentligste var at man ikke havde velegned e trådpulverkombinationer til rådighed En anden årsag var, at pulversvejseprocessen overvejend e anvendtes til svejsning af store godstykkelser i ulerede CM n stål, og ikke i noget større registreret omfang til rustfrit stål. Dette kunne skyldes, at disse ståltyper ikke almindeligvis leveredes og bearbejdedes i større pladetykkelser, egnet fo r processens store nedsmeltningspotentiale. I dag anvende r dansk industri pulversvejseprocessen i et noget større om - fang til svejsning af rustfrit stål, men processen anvendes stadigvæk ikke i nær samme omfang til svejsning af disse stål, som til svejsning af ulegerede CMn-stål og HT-stål. Forskellige forhold gør sig gældende ved svejsning af austenitiske rustfrie stål, hvoraf de vigtigste kan opstilles således : Varmeudvidelseskoefficienten for de austenitiske rustfrie stål er ca. 50% større end for de ferritiske og martinsitiske, Varmeudvidelseskoefficiente n 255

256 hvilket indbærer større krympespændinger med påfølgen - de deformationer, især i tyndplade Varmeledningen Varmeledningen for de austenitiske rustfrie stål er omkrin g en trediedel af varmeledningen for CMn-stål, hvorfor de n tilførte varme ved svejsning, forbliver i længere tid i eller ved den rustfrie svejsesøm. Den elektriske ledningsmodstand Udskillelse af kromkarbider Sigmafasedannelse Den elektriske ledningsmodstand for de austenitiske rust - frie stål er mellem 4-7 gange større end for almindelig e CMn-stål. Udskillelse af kromkarbider for de austenitiske rustfrie stå l sker i et kritisk temperaturområde mellem C. Dette betyder at længere tids opvarmning inden for dette temperaturområde, medfører udskillelse af kromkarbider i korngrænsen, med nedsættelse af korrosionsbestandigheden ti l følge. Afkølingshastigheden ved svejsning har derfor meget stor betydning, hvilket er afhængig af bl.a. godstykkelse, svejseproces og tilført varmemængde. Sigmafasedannelse kan forekomme i temperaturområde t mellem C. Sigmafasedannelse kan ske ved længere tids opvarmning af austenitiske rustfrie stål i dette temperaturområde og fremkalder en sprød og hård struktur i stå - let, der forringer slagsejheden og meget ofte i tillæg hertil, korrosionsbestandigheden. Derfor skal al svejsning i austenitiske rustfrie stål, så vidt muligt udføres med mindst mu - lig varmepåvirkning. Se iøvrigt kapitel 4. Der kan, på trods af visse vanskeligheder, være store fordele ved at anvende pulversvejsning til svejsning af rustfrie stå l af den austenitiske type, selv ved pladetykkelser helt ned ti l 4 mm. Processen kan anvendes uden risiko for udskillelse af kromkarbider eller dannelse af sigmafase, blot man er opmærksom på afkølingshastighederne, der som hovedregel betyde r at den tilførte varmemængde skal holdes på så lavt et nivea u som muligt. Brugen af pulversvejseprocessen, til svejsning af disse stål, betyder generelt at der skal svejses med lavest mulige strøm - styrker, svejses i tynde strenglag, og at der ved flerstrengssvejsning skal tages højde for at lade emnet afkøle til rumtemperatur før næste streng svejses. 256

257 Ved pulversvejsning af almindelige rustfie austenitiske stål, vil man altid vælge en kombination af tilsatsmaterialer, pulvere eller tråd, der kan give den bedst mulige overensstemmende kemiske analyse af svejsemetallet i forhold til grundmaterialet. Som et væsentligt hovedprincip gælder det endvidere, at tilsatsmaterialekombinationen skal kunne afsætt e et svejsemetal, med mindst lige så gode mekaniske egenskaber som grundmaterialets. I almindelighed vil fabrikanter af tilsatsmaterialer til pulver - svejsning, kunne opstille meget præcise tabeller for tilsatsmaterialekombinationer, strøm, spænding og svejsehastighe d for en given materialetype. Det vil dog i mange tilfælde alligevel være klogt, at foretage en prøvesvejsning for at sikre a t den valgte trådpulverkombination og de aktuelle svejsedata, i forening med grundmaterialet, giver en svejsesøm med d e ønskede egenskaber. Når fabrikanter og brugere af pulversvejsning opstiller svejsetabeller for svejsning af rustfrit stål, forsøges altid at angiv e retningsgivende værdier, hvorved man bedst vil være i stand til at udnytte processens karakteristiske egenskaber vedrørende indtrængningseffekt og afsmeltningsydelse. Ved skærpede fuger er indtrængningen noget mindre end i I - fuger, og bl.a. derfor, vil man i reglen ikke foretage skærpninger af pladeemner under ca. 15 mm. For pladetykkelser mellem 15 og 20 mm, anvendes skærpninger med en næse på ca. 8 mm, og for de større godstykkelser ofte en symetrisk Y- skærpning med ca. 6-8 mm næse. Skærpningsvinklerne bør i de fleste tilfælde være 70, undtagen ved svejsning af V-fuger hvor streng 1 er foretaget med lysbuesvejsning med beklædt elektrode. I sidstnævnte tilfælde vil en skærpningsvinkel på 60 være rigelig. Fig viser eksempler på fugetyper, data, m.m. for pulversvejsning af 18/8-rustfrit stål ESAB angiver eksempelvis en tilsatsmaterialekombination ti l pulversvejsning af 18/8-rustfrit stål : OK Flux 10.91, et kromlegeret svejsepulver af den agglomererede type OK Autrod 16.10, en rustfri tråd med trådanalyse i % ca. C 0,020, Mn 1,8, Si 0,4, Cr 20 og Ni

258 Den nævnte trådpulverkombination der er egnet til de rustfrie ståltyper 18 Cr 8 Ni, SIS 2333-AISI 304, afsætter et svejsemetal med følgende analyse : C max 0,01, Si 0,7, Mn 1,2, Cr 20 og Ni 1 0 Figur 15.7 Fugetyper, tråd og svejsedata for pulversvejsning af rustfrit stål af 18/8 typen Fugetype ~ G l Y o o d Ø H N ca, ~ ~ ß c ta y Y ~ E Vi -o r rnn mm mm ø Nr V A m/h t cv ti zi Håndsvejst bundstren g Air o Ito! 25 4 z Alk

259 Lodning 1 6 Lodning kan bedst beskrives som en proces der på mang e måder, rent styrke- og holdbarhedsmæssigt, minder om moderne stærke limtyper. I modsætning til limene kan lodnin g imidlertid udelukkende anvendes ved sammenføjning af metalliske materialer og processen behøver da også metalliske tilsatsmaterialer kaldet lod. Disse lod skal, samtidigt med d e emner der ønskes sammenføjet, tilføres relativ høj varme - energi for at bringe dem i en tilstand, hvor der kan indtræff e smeltning og påfølgende binding mellem lod og emner. Man må dog tilføje, at loddesamlinger i almindelighed er lang t stærkere end limede samlinger. Lodning kan også på mange måder minde om svejsning, der ligeledes anvender varmeenergi til smeltning. Men lodning adskiller sig stærkt fra svejseprocesserne, bl.a. ved udelukkende at anvende tilsatsmaterialer med et lavere smeltepunk t end grundmaterialets, men også ved stor forskel rent styrke - mæssigt, hvilket bl.a. skyldes den reelle bindingstilstand. Hvor man ved svejseprocesser ser en opblanding af grund - materialer og eventuelle tilsatsmaterialer, diffunderer lodde t godt nok ind i grundmaterialet, men kun ind i det yderst e kornlag som et såkaldt bindingslag, hvilket bl.a. kan medfør e at loddesamlingens styrkeegenskaber i reglen er mindre en d grundmaterialets. Historie For at beskrive loddeprocessens udviklingsmæssige historie, må man langt tilbage i menneskehedens historie, og måske standse op ved den tidligst kendte anvendelse af kobber o g kobberlegeringer. Ved arkæologiske udgravninger af mege t gamle kulturer, har man fundet brugsgenstande der er sammenføjede ved lodning, eller hvor indlagte metaller er fast - hæftet med lod. Man kan gisne om, at tidligere tiders mennesker måske ha r opfundet processen ved en tilfældighed. Måske er denne tilfældighed opstået ved, at man har opvarmet kobber o g bronze samtidigt og ikke alene opdaget at det indbyrdes 259

260 smeltepunkt var forskelligt, men også at det ene material e hæftedo sig til det andet ved opvarmningen. Processe har herefter været anvendt næsten uændret o p igennem tiderne og det er først i vort århundrede, hvor kendska et til metallerne er blevet udvidet, at der er ske t større æ dringer, bl.a. med hensyn til udvikling af bedre lod, flusmidler og midler til opvarmning. Processen har også i moderne tid undergået en forandring, idet der på grund af industriens interesse i rationalisering af sammenføjningsprocesserne, er udviklet metoder til at mekanisere- og automatisere flere af loddemetoderne. Hvis svejseprocesserne og lodning ellers tåler nogen sammenligning, kan man nogenlunde definere at : Der ved svejsning sker en reel opblanding af grundmateriale og evt. tilsatsmateriale under samme smeltetemperatur. Der ved lodning ikke indtræffer opblanding af grundmateriale og tilsatsmateriale, (benævnt lod), men derimod dannelse af et såkaldt bindingslag i de yderste korn i grundmaterialet og ved lavere temperatur for loddet. En svejst samling enten har samme- eller højere styrkeegenskaber end grundmaterialet En loddesamlig i reglen har ringere styrkeegenskaber end grundmaterialet, normalt fra ca. 20 til 900 N/mm2, afhængig af typen En svejst samling i reglen kan tåle de samme temperatur - påvirkninger under driftforhold, som grundmaterialet. At loddesamlinger er langt mere påvirkelige end selv e grundmaterialet ved ændringer i temperaturforholden e Blødlo d Hårdlod Definitioner I teknisk sprogbrug skelner man mellem to former for lod, med hver deres skarpe intervaller vedr. styrke og smeltetemperatur : Blødlod: Lod med i reglen langt ringere styrkeegenskabe r end grundmaterialet og med et arbejdstemperaturområde hvis øvre grænse ligger på 450 C Hårdlod: Lod med noget større styrkeegenskaber og me d arbejdstemperaturområde begyndende fra ca. 600 C 260

261 Mellem blødloddenes øvre temperaturgrænse på 450 C og hårdloddenes nedre grænse på ca. 600 C, er et interval på ca. 150 hvor der ikke eksisterer nogen former for lod. Dette in - terval benævnes på eng. "soldering gap", eller fordansket "Soldering gap " loddegabet. Temperaturmæssigt opererer man med begreber som : Smeltetemperatur: Interval med en nedre temperatur solidus, der er den højeste temperatur hvor loddet er i fast form, og en temperatur hvor loddet er flydende, liquidus. I dette interval befinder loddet sig i en mellemtilstand af krystaller og flydende form. Smeltetemperatu r Solidus Liquidu s Arbejdstemperatur : Temperatur der kan beskrives som den Arbejdstemperatu r laveste temperatur, ved hvilken loddet væder grundmaterialet. Denne temperatur er altid højere end loddets solidustemperatur, og kan somme tider ligge lige under, eller sammenfaldende med liquidustemperaturen. Arbejdstemperaturen for forskellige lod ligger typisk i området mel - lem 65 C for de lavest smeltelige lod og op til ca C for eksempelvis nikkellod. Maximaltemperatur: Temperatur, der er den øvre grænse Maximaltemperatu r udenfor arbejdstemperaturen. Loddet skades blivende ved overskridelse af denne. Loddetid : Et tidsinterval, indenfor hvilken lodningen skal udføres. Denne tid skal være tilstrækkelig til at få flusset ti l at reagere og loddet til at væde. Efter et vist tidsforløb op - hører flusset med at være reaktivt, hvilket begrænser lod - detiden opad. For at få loddeprocessen til at forløbe hensigtsmæssigt er de t af primær betydning, at arbejdstemperatur og loddetid er nøje afstemt. Fra arbejdstemperaturområdets nedre- til dennes øvre grænse ved maximaltemperaturen, er der et ofte meget smalt interval, den egentlige loddetemperatur. Dette interval er for mange lods vedkommende ca C, og for eksempelvis kobber-fosforloddenes vedkommende langt smallere. Men trods dette er det generelt således, at lodde - temperaturen skal holdes i dette område. Loddetemperatu r Loddetemperatu r 261

262 Figur Loddets tilstand, indenfor forskellige temperaturområder ~~a Ti d Bindingsfladen/bindingsarealet Bindingszone Loddefugen Af andre begreber der kan sættes i forbindelse med loddeprocessen er : Bindingsfladen/bindingsarealet : Afgrænset areal mellem to emner, hvor loddet skal danne bindingslag. Bindingszone: En zone hvor loddet har vædet grundmaterialet og dannet binding i dettes yderste kornlag. Se fig Loddefugen : Den spalte- eller fuge der fyldes med lod. For kapillarlodnings vedkommende et mellemrumm mellem 2 parallelle bindingsflader, der afhængig af loddets type, ka n have en størelse på mellem 0,05-0,5 mm. 262

263 Figur Grundmateriale, bindingszon e og lod. Loddet legerer sig inden - for en hvis begrænsning med grundmateriale t Proceshåndtering Beskyttelse imod oxidering Ved al lodning er det en betingelse at bindingsarealerne ska l være metallisk rene for at en diffusion og hermed metallis k binding kan finde sted når loddet væder disse. Metaloxider udgør udover fedt- og smudspartikler, der nemt kan fjerne s med rensemidler, de største hindringer for loddets vædnin g og det er i almindelighed ikke nok, at afrense emnet for oxiderne, uden at man sikrer sig, at nye ikke kan opbygges under procesforløbet. I almindelighed kan man skelne mellem lodning udført i den frie atmosfære og lodning udført i beskyttet miljø. 263

264 Ved lodning udført-fri atmosfære anvendes næsten altid et såkaldt flusmiddel. Dette flusmiddel kan til en hvis grad opløse værende oxider, men skal først og fremmest hindre nye i at opbygges. Alle flusmidler har et begrænset temperaturområde og tidsinterval, indenfor hvilket de er aktive og de skades direkte ved tilførsel af for høj temperatur. Flusmidler fremstilles i flere former som henholdsvis pulver, væske, pasta eller gas. Det skal nævnes, at man til lodning af kobberrør ofte anvender et såkaldt kobber-fosforlod der betegnes som selvflussende, hvilket betyder at loddet selv opløser oxider. Lodning i beskyttet miljø udføres enten i beskyttelsesatmosfære eller i vacuum. Beskyttelsesatmosfæren har ligesom flussen et aktivt temperaturområde der opløser- og beskytte r imod oxiddannelse. I enkelte tifælde udføres lodningen med en ædelgas som eks. argon som beskyttelsesgas og formålet med dette er da helt enkelt, at beskytte emnerne under opvarmningen Tilførsel af lod Med hensyn til på hvilken måde man tilfører lod i loddefuger- eller spalter, skelner man generelt mellem tre måder : Lodning med tilsat lod Lodning med indsat lod Dyplodning Lodning med tilsat lod: Under lodning med tilsat lod, opvarmes emnerne til loddetemperatur hvorefter man, almindeligvis manuelt tilfører loddet, og som regel i form a f stænger. Lodning med indsat lod: Lodning med indsat lod udføre s ved at der anbringes lod i loddespalten, gerne i form af rin - ge, platter, pulver eller pasta. Når emnetemperaturen overstiger loddets arbejdstemperatur, smelter dette og suge s ind i spalten. Da loddet væder de emnedele der er varmest, bør dette anbringes på det sted der opnår loddets arbejdstemperatur sidst. Dyplodning: Denne form anvendes mest i elektronikindustrien og foregår ved at emnet, evt. efter forvarmning, dyppes i et bad hvorved det opnår loddetemperatur. 264

265 Loddemetoder 16.4 Loddemetoderne inddeles i almindelighed efter på hvilke n måde emnet opvarmes til loddetemperatur, og rækkefølgen for de almindeligste loddemetoder kan opstilles således : Kolbelodning Flammelodning Ovnlodning Induktionslodnin g Modstandslodnin g Lodning i loddeba d Alle de anførte loddemetoder undtagen kolbelodning, ka n bruges ved såvel hård- som blødlodning. Da varmeafgivelsen fra kolben ikke er tilstrækkelig til at opnå de kræved e loddetemperaturer ved hårdlodning, er metoden derfor uegnet. Blandt de mange faktorer der kan påvirke valget af loddemetode skal nævnes : Styrkemæssige krav til loddesamlinge n Den temperatur/varmemængde der kræves for at udfør e lodninge n Om hele emnet kan eller bør udsættes for varmepåvirknin g Hvor sensibelt emnet er overfor varmepåvirkning Om der kan anvendes indsat lod eller tilsat lod Emnets dimensio n Hvilken type oxidationsbeskyttelse der er egnet Forskellige omkostningsfaktore r I Fig illustreres de almindeligste loddemetoders egnet - hed overfor forskellige krav. 265

266 Figur 16.3 Karakteristiske egenskaber ved de almindelgst forekommende loddemetode r cr. Spørgsmål vedr.: Klobelodning Flammelodning Ovnlodning Induktionslodning Modst. lodning Lodning i ba d Karakteristisk Lav Høj Relativ høj Middel Middel Relativ høj loddetemperatur Tilført varme Meget lidt Middel Stor Stor Stor Meget stor pr. tidsenhed Areal der opvarmes Lokalt Lokalt Hele emnet Lokalt Meget lokalt Hele emne t på emnet Temperatur- God Mindre god God God Yderst god Yderst god nøjagtighed (1) Ansat eller Begge dele Begge dele Indsat Indsat Indsat Indsat indsat lod (2) (3) Emnestørrelse Ubegrænset Ubegrænset Begrænset Ubegrænset Ubegrænset Begrænset dog ikke m.h.t. af ovnens af badets godstykkelse størrelse størrelse Mulighed for at God, afhængig God God God Yderst god Yderst go d lodde emner med af godstykkelser (1 ) forsk. størrelse Oxidations- Flus Flus Flus, beskyt- Flus Flus Flus beskyttelse telsesgas, vacuum (4) (4) (5 ) Investerings- Lave Lave Høje Middel Middel Høj e omkostninger 1. Ved trinvis lodning, med tilsatsmaterialer med 3. I visse tilfælde er loddet opløst i bade t forskellig loddetemperatur, yderst god 4. I mindre omfang med beskyttelsesga s 2. I sjældne tilfælde anvendes tilsat lod 5. I reglen er flusset opløst i badet

267 Kolbelodning Kolbelodning er den almindeligst anvendte metode ti l blødlodning. Loddekolben der forekommer i flere størelser, er gerne fremstillet af kobber eller af andet materiale me d store varmeledningsegenskaber og opvarmes enten af flamme, på nogle modeller med fast tilkoblet varmebrænder, eller af termostatregulerede elektriske varmelegemer. Under lodning er loddekolben i stadig kontakt med fugekanterne på emnet, således at disse varmes op til loddetempera - tur. Når emnet har optaget varmen fra kolben, flyttes denne langsomt langs kanten, således at loddet der tilsættes ve d kolbespidsen flyder ind i fugen. Kolbelodning udføres i reglen med tilsat lod men kan ogs å udføres med indsat lod, hvilket forekommer i sjældne tilfælde. Udføres lodningen med et rørformet tilsat lod, indeholdende flus, er det vigtigt at holde loddet ved fugekanten o g ikke på loddekolbens spids, idet det indlagte flus let kan tag e skade af overhedning fra kolben. Flammelodning Flammelodning anvendes både til blød- og hårdlodning, o g hvor varmekilden for blødlodning under normale forhold er propangasbrændere og for hårdlodning acetylen-oxygengasbrændere. Enkelte propangasbrændere med såkaldt turboeffekt, d.v.s. gas/-flammehastighedsforøgelse ved turbolens a f gassen gennem et specielt brændermundstykke, kan dog ogs å anvendes ved hårdlodning i mindre godsdimensioner, på grund af den ved turboeffekten fremkomne højere varmeenergi. Endvidere kan Bundsenbrændertyper, gas/luft-ejektorbrændere med acetylen, propan eller endog kulgas (bygas), sommetider ses anvendt til opvarmning under blødlodning Flammelodning er den af metoderne der har det største anvendelsesområde, først og fremmest ved lodning i enkeltstyksproduktion men også til en hvis grad ved serieproduktion. Metoden kan anvendes både manuelt og maskinelt. Ve d manuel flammelodning stilles der relativt store krav til erfaring og rutine hos dem der udfører lodningen, for at de kan håndtere processen korrekt og hermed bl.a. reducere faren for overhedning, med påfølgende kvalitetsforringelse af lod - desamlingerne. 267

268 Maskinel flammelodning udføres gerne med flerbrænderopsætninger, hvor hele procesforløbet er timet ganske nøje, således at loddetemperatur, loddetid og varmefordelingen på emnet, tilgodeser de optimale procesbetingelser Ovnlodning Ovnlodning foretrækkes i almindelighed, når opgaven lyder på fremstilling af store serier loddede komponenter, me d små eller tyndvæggede detaljer. Desuden anvendes ovnlodning bl.a. til lodning af sensible materialer der kræver at lod - detemperaturen overholdes særligt nøje, lodning af emne r med kompekse emnegeometrier og flere loddesamlinger, samt til emner hvor adgangen til opvarmning er vanskelig, eksempelvis til kølere og varmevekslere. Ovnlodning kan udføres med luft i ovnrummet, og under beskyttelsesgasdække af enten inaktiv- eller reducerende gas, eller i vacuum. Emnerne fastholdes i reglen af fixturer, med lod og eventuel flus, placeret i fugerne før indsætningen i ovnen. Opvarmningen og afkølingen af emnerne kan udføres i samme kammer, under regulering af ovntemperaturen, eller ve d at emnerne placeres i et varmekammer og flyttes til et kølekammer, med et transportbånd. Man taler her henholdsvis om trinvis lodning og lodning i gennemkørselsovn. Temperaturen i ovnen kan ved trinvis lodning reguleres med stor nøjagtighed og tilpasses ulige store emner. Ved vacuumlodning er man henvist til trinvis lodning og i fig vises et eksempel på en loddecyklus ved vacuumlodning af et kompliceret emne. Tiden for en loddecyklus er i dette tilfælde ca. 3 timer. I fig vises principet for en gennemkørselsovn. Tiden fo r opvarmning og køling bestemmes af de respektive ovnkamres længde, samt af gennemkørselshastigheden. Ved lodning i gennemkørselsovn er emnerne i almindelighed relativt små og gennemkørselstiden fra start til slutning af operationen varer ca. 1 time. Eftersom hele emnet opvarmes til loddetemperatur, bregænses anvendelsen af ovnlodning til materialer- og emner de r kan tåle denne opvarmning. Endeligt kan man kombinere 268

269 Figur Loddecyklus ved vacuumlodnin g af et kompliceret emne kan be - stå af 1 opvarmning. 2 holdeti d for varmefordeling. 3 loddetid. 4 anden holdetid for varmefordeling. 5 vacuumkøling. 6 gaskølin g Ti d Figur Principskitse af gennem kørselsovn og transportbån d hærdeprocesser og lodning i samme postgang, når lodningen udføres i ovn. Induktionslodnin g Induktionslodning anvendes ved seriefremstilling af små og middelstore emner, eller til lodninger på grundmaterialer der 269

270 stiller krav til at loddeforløbet skal være hurtigt og opvarmningen præcis. Varmen genereres i emnet når en vekselspænding sættes p å en induktionsspole, som illustreret i Fig , og varmen s indtrængningsdybde beror på frekvensen og grundmaterialetmaterialets sammensætning. Varmegenereringen er mes t effektiv i materiler der er dårlige ledere, hvorfor stålmateria - ler egner sig bedre end eksempelvis kobber og messing, som i rækkefølge opvarmes mere effektivt end ædelmetaller. End - videre forringes effektiviteten ved stigende temperaturer. Ved induktionslodning anvender man i de fleste tilfælde flus som oxidationsbeskyttelse, selvom lodning under beskyttelsesgas eller i vacuum, finder sted i mindre omfang. Figur 16.6 Principskitse for induktionslodning Høj- eller middelfrekvens generato r Elnet 270

271 Induktionslodning egner sig godt for mekanisering og automatisering, og interessen er efterhånden rettet mod udvikling af specialmaskiner, ligesom der sideløbende også udvikles universalmaskiner til denne metode. Funktionsprincipe t for maskinerne er, at emnerne enten er fikseret i maskine n under opvarmningen, eller at loddestedet trækkes genne m induktionsspolen. Modstandslodning Modstandslodning foretages fortrinsvis som lodninger a f emner der overlapper hinanden, og foregår ved at bindings - arealerne på emnerne holdes plant sammentrykket unde r processen. Sædvanligvis er bindingsarealerne mellem 10 o g 5o mm 2, og metoden egner sig ikke specielt til manuel lodning da den korrekte loddetemperatur er vanskelig at kontrollere. Derfor anvendes der ofte udstyr, hvor strøm, tid- og kontakttryk styres automatisk, næsten fuldstændigt som ved punktsvejsning. Strømkredsen sluttes når elektroderne trykkes sammen, hvorved der udvikles varme i elektroder og emne. Den optimale loddetemperatur opnås indenfor et afmålt tidsforløb, der reguleres automatisk. Se fig Valget af elektrodemateriale afgøres af loddeemnernes resistivitet, d.v.s. deres elektriske modstand, og betyder at : Emner med høj resistivitet og hermed lav varmelednings - evne kræver elektroder med lav resistivitet, som eks. kob - ber. Emner med lav resistivitet, kræver elektroder med høj resistivitet, hvorved den største varmeafledning sker genne m elektroderne. Varmen overføres til emnet ved elektrisk ledning og elektroder af molybdæn eller kul er de mest anvendte. Flus der bruges til modstandslodning skal være elektrisk ledende, hvorfor tørre pulverflus ikke kan anvendes. Det mest almindelige grundmateriale der loddes med modstandslodning er kobber, og under loddeprocessen anvendes der hovedsageligt kobberfosforlod der er såkaldt selvflussende, hvorfor der ved disse lodninger ikke anvendes flus. 271

272 Figur Princip for modstandslodning Elektrode r Strøm Lod /////////////G!f/. Emne Tryk Lodning i loddebad Ved lodning i loddebad fungerer badet som varmekilde og i de fleste tilfælde forvarmes emner der skal loddes, til en temperatur der ligger lige under loddets arbejdstemperatur. Forvarmningen af emnerne finder sted, for at temperatursænkningen i badet skal blive så lille som muligt. Man skelner almindeligvis imellem to metoder til lodning i loddebad : Dyplodning Saltbadslodning Ved dyplodning består loddebadet af smeltet lod, i reglen beskyttet af et lag af smeltet flus. Alle de dele der kommer i be - 272

273 røring med badet bliver overtrukket med lod. Der anvendes altid flus, der påføres emnerne inden dypning. Ved saltbadslodning bruges saltbade af forskellig sammen - sætning og selve badets primære funktion, er at opvarm e emnerne til loddetemperatur. Emnerne føres i badet efte r ilægning af lodderinge, tråde eller bånd og i mange tilfæld e har badet en "flussende" virkning, forudsat emnerne er tilstrækkeligt godt rengjorte. Opstår der vædningsvanskeligheder i processen, kan det være nødvendigt at tilføre flus p å emnerne inden de føres i badet. Saltbadslodning i bade med salt af stærk flussende virkning, omtales som flusbadslodning. Loddetilsatsmaterialer Tilsatsmaterialet til lodning, loddet, består af et metal eller en legering mellem to eller flere metaller. I visse typer lod ka n selv ikke-metalliske materialer som kisel eller bor være en mindre bestanddel. Med specielle typer legeringer, afhængig af formålet, kan man opnå gode egenskaber i loddesamlingen, samtidigt med at loddets arbejdstemperatur kan holde s lavt. Lavere arbejdstemperaturer betyder at loddetiderne mindskes og hermed sker en reduktion af risikoen for evt. negativ indvirkning på materialerne og omkostningerne ved opvarmningen sænkes Loddenes egenskaber For at et metal eller en metallegering skal være brugbart som lod, kræves der flere egenskaber, hvoraf en del kan opliste s således : Gode vædningsegenskaber der kan skabe en stærk og tæt binding til grundmaterialet Passende smeltetemperatur og gode flydeegenskaber, således at det kan spredes til alle dele af loddespalten/fugen, alt efter dennes udformning. En legeringssammensætning, der er tilstrækkeligt stabil o g homogen, således at risikoen for at de enkelte legeringsbestanddele separeres under lodningen, mindskes mest mu - ligt. Egenskaber ved loddesamlingen, der kan opfylde betingelserne til krav om styrke, korrosionstræghed og tæthed. 273

274 Må ikke indeholde legeringselementer, der uhensigtsmæssigt kan opbygge skadelige legeringer med grundmaterialet. Når loddet opvarmes, smelter det enten ved en ganske bestemt temperatur, smeltetemperaturen, eller indenfor et bestemt temperaturområde, smelteintervallet. To typer lod ha r et bestemt smeltepunkt. Dels lod af rent metal og dels lod af eutektisk sammensætning, se fig Et lods arbejdstemperatur ligger altid over solidustemperaturen, og i almindelighed ønsker man altid at loddet har s å lille et smelteinterval som muligt, hvorfor de eutektiske sammensætninger er særskilt interessante. Fordelene ved et lille eller smalt smelteinterval er bl.a. : Bedre flydeegenskaber Som regel lavere arbejdstemperatur Hurtigere størkning. Særligt fordelagtigt ved serielodning, hvor man kan udføre lodning tæt på færdige lodninger, ved at anvende lod med en lavere arbejdstemperatur. Figur Afhængig af loddets sammen - sætning, smelter det ved en gan - ske bestemt temperatur, eller indenfor et bestemt smelteinterval 1000 Smeltepunkt for rent kobber Smelte Smeltepunkt fo r den eutektisk e legerin g Fosfor (P) Kobber (Cu) % 274

275 De almindeligste lod kan inddeles i forskellige grupper o g loddenes specifikke egenskaber indenfor en bestemt grupp e varierer selvfølgelig en del. Afgørende ligheder indenfor de n enkelte gruppe bestemmes ved sammenlignelighed mellem loddenes sammensætning, arbejdstemperaturer og/elle r styrkeegenskaber. De almindeligste lod-typer kan typisk angives i indbyrdes rækkefølge, efter stigende arbejdstemperatur: Tin/blylod ca C Zink /kadmium-lod* ca C Sølvlod Fosforholdige lod Messinglod Guldlod Nikkellod Kobberlod ca C ca C ca C ca C ca C ca C *) Kadmiumholdige lod er ikke tilladt at anvende i produktion i Danmark, uden indhentning af særlig tilladelse fra Arbejdstilsynet! Loddetilsatsmaterialer forekommer som nævnt før, i fler e forskellige udførelser og den givne loddeopgave afgør valget mellem stang, tråd, ring, bånd, pulver- eller pasta. Loddepasta er et væskeopløst loddepulver og indeholder i mange tilfælde flus. Loddestænger forhandles bl.a. som rene lod, flus - belagte lod, eller lod med indlagt flus. Når der stilles særligt store krav til loddesamlingers styrk e ved høje driftstemperaturer, eller modstandsdygtighed over - for oxidation og korrosion, kan kobber eller sølvbaserede lo d almindeligvis ikke anvendes. I stedet vil man være nødsaget til at vælge nikkel- eller endog guldbaserede lod, der hører ti l under specialloddene. Speciallodden e Herunder angives den højeste driftstemperatur som de almindeligste hårdlod kan udsættes for uden styrkeformindskelse i loddesamlingen : 27 5

276 Lod-typer : Højeste temperatur ved Maksimal kontinuert belastning : driftstemperatur: Fosforholdige lod 150 C 200 C Messinglod 200 C 300 C Sølvlod 200 C 300 C Kobberlod 200 C 500 C Guldlod 425 C 550 C Nikkellod 650 C C De højeste temperaturangivelser, under maksimal driftstemperatur, kan loddesamlingen kun udsættes for i kortere tidog eller under begrænset belastning. Enkelte typer af lod, inden for hver gruppe, kan udsættes for væsentligt højere temperaturer. Leverandørerne angiver f.eks. at lod med sammensætning 85 Ag 15 Mn, kan udsættes for 500 C, Au Ni-lo d for 600 C og Ni 15 Cr-lod for C. De nikkelbaserede lod indeholder foruden nikkel, en del a f legeringerne krom, bor kisel, jern og fosfor, og kendetegnes ved at have god temperatur og korrosionsbestandighed. Det bedste resultat opnås med disse lod i ovn, enten i vacuum eller under reducerende- eller ædelgasatmosfære. Grundmaterialerne disse lod anvendes til, er typisk rustfrie stål og koboltbaserede legeringer. Guldbaserede lod anvendes når kravene til oxidations- og el - ler korrosionsbestandigheden er store. Foruden guld indgår kobber og/eller nikkel også i disse lod Loddenes egnethed Almindeligvis vil mere end en type lod kunne anvendes til lodning af et bestemt materiale. De tekniske egenskaber, sammenholdt med både de procesmæssige og anskaffelsesmæssige omkostninger, vil derfor i mange tilfælde være afgørende for valget af lod. Sølvbaserede lod er eksempelvis dyrere end messinglod, men der kan være bedre økonomi i at anvende de sølvbase - rede, da omkostningerne ved opvarmning i reglen er mindre, fordi disse lod har lavere arbejdstemperatur. I fig angives forskellige lod-typer/legeringer, som henholdsvis egne - de, anvendelige og uegnede. 276

277 Figur Et udpluk af hårdlod der kan anvendes til lodning af forskellige materiale r Materialetype Lodtype Sølvlod Fosforhol - dige lod Kobber og messinglod Speciallod Ag- Cu- Zn- Cd Ag- Cu- Zn Ag-Cu Ag- (eutek.) Cu- Zn - Cd-Ni Ag- Cu- Zn - Cd- Mn- Ni Cu-P Ag- Cu-P Cu Cu- Zn Cu- Zn-Ni Guldl. Au - Cu Ag- Mn Ni - Cr - Mn Ni- Pd- Mn Ni - Cr -S i Kobber Kobberlegeringer Nikkel og nikkelleg. Kulstofstål Legerede stål Rustfrit stå l Aducerjer n Støbejern Varmebestandige stål A A A A A A A A E A A A A A A A A E A A E E E E E E E A A A A A A A A E E E E E A A E E E A A U U U U U U U A A U U U U U U U U U A A A A A A E A A A A A A A A E E U E A A E E E E A A A E E A E E A U U A E E A E E A U U A E E A U U A U U A E E A U U A U U A E E A U U A A = anbefalet E = egnet U = uegnet (Lod indeholdende kadmium (Cd), er forbudt at anvende i Danmark, uden særlig tilladelse fra Arbejdstilsynet )

278 Når et bestemt lod anbefales til lodning af et bestemt materiale, er det imidlertid ikke alle loddeprocesser der kan anvendes. Et kobberlod kan eksempelvis angives til at være egnet til lodning af stål, hvilket er korrekt ved ovnlodning men ikke ved flammelodning. Blødloddede samlinger er som nævnt før, kendetegnet ved a t de i forhold til hårdloddede samlinger, har langt ringere styrkeegenskaber. Trækstyrken for et blødlod er almindeligvi s omkring 50 N/mm2 ved korttidsbelastning og denne forringes betragteligt, såfremt loddesamlingen udsættes for udmattelsesbelastning, forhøjet drifttemperatur og/eller korrosivt miljø. Arbejdstemperaturen er meget lav, fra ca. 65 ti l 400 C, for forskellige blødlod. Dette betyder bl.a., at opvarmningen bliver billigere og at risikoen for negativ indvirknin g på grundmaterialet nedsættes betydeligt. Blødlodning anvendes bl.a. meget i VVS-branchen til lodnin g af brugsvandsinstallationer. I bilindustrien til lodning af kølere, samt generelt til lodning af elektriske ledninger og komponenter. Endvidere anvendes tekniken til lodning af komponenter i køleanlæg og ved lodning af dåseemballage. De almindeligste lod er legeringer af tin og bly, hvilke kan anvendes til lodning af alle metaller undtagen aluminium og aluminiumslegeringer. Tinindholdet kan variere mellem 5 og 90%, men i almindelighed overstiger den ikke 65% (den eutektiske sammensætning). Tinnet er den dyreste bestanddel i loddet, hvorfor denne søges holdt så lav som muligt, under hensyntagen til lod - dets vædningsevne, der mindskes betydeligt ved lave tin indhold. Lod til VVS-installationer indeholder i reglen 5% sølv, hvilket forøger trækstyrken i loddesamlingerne ved de belastninger disse konstruktioner almindeligvis udsættes for Sølvlod De såkaldte sølvlod kendetegnes ved gode styrkeegenskaber, lav arbejdstemperatur og smalt smelteinterval. Anvendelsesområdet er bredt og strækker sig over alle de nævnte metoder, egnet for hårdlodning. Af almindelige grundmaterialer, er det udelukkende aluminium og magnesium der ikke ka n loddes med sølvlod. 278

279 Sølvlod indeholder foruden sølv, ca %, også kobber 15-34%. Desuden kan loddene indeholde kadmium, samt min- Kadmiu m dre procentdele nikkel, tin og lithium. Kadmium der er e t hvidt metallisk grundstof med betegnelsen Cd, besidde r fremragende egenskaber m.h.t. sænkning af arbejdstempera - turer og forbedring af loddets flydeegenskaber, vædningsvinkel. Desværre har Kadmium den uheldige egenskab, at det e r yderst farligt for det menneskelige miljø og helbred, hvorfor det er forbudt at anvende lod med denne bestanddel i Danmark, uden at have indhentet speciel tilladelse hos Arbejdstilsynet. Nikkel forbedrer vædningen, gør loddet mere trægtflydend e og forbedrer desuden loddets modstandsdygtighed overfor korrosion. Tin er medvirkende til at sænke arbejdstemperaturen og lithium forbedrer loddets flydeegenskaber, samt for - mindsker delvist behovet for flus. Kobberlod Kobberloddene har gode styrkeegenskaber og smelteintervallet er lille, men loddet har samtidigt en relativ høj arbejdstemperatur. Det mest almindelige anvendelsesområde for kobberlod er ovnlodning af lavtlegerede og rustfrie stål og nikkel. Kobbernikkellegeringer kan i visse tilfælde, med fordel loddes me d kobberlod. Kobberloddene indeholder kobber med en renhedsgrad p å 99,9%, og det er specielt typisk for disse lod, at der foruden den relativt høje arbejdstemperatur, kan regnes med god e flydeegenskaber. Når loddet placeres på eller ved spalter, f.eks. som ved ovnlodning, er det vigtigt at spaltebredden e r så snæver som muligt, for at loddet ikke uhensigtsmæssig t skal drive igennem. Ved tilsætning af nikkel, 2,5-3%, ka n spaltebredden flerdobles. Mindre bestanddele bor, max. 0,05%, medvirker til at gøre loddet delvist selvflussende, hvilket gør det muligt at ovnlodde emner under reducerende beskyttelsesgas, hvor gasstrømningen i spalten er ringe, evt. forårsaget af emnegeometrien. 279

280 Messinglod Messingloddenes arbejdstemperatur er højere end sølvloddenes men lavere end kobber-loddenes, og loddenes styrkeegen - skaber er i reglen ringere end både sølv- og kobber-loddenes. Anvendelsesområderne for messingloddene er almindeligvi s ved lodning af svære- og middelsvære emnedimensioner med grove detaljer. De grundmaterialer der først og fremmest loddes med disse lod er de ulegerede og lavtlegered e ståltyper, samt kobber og kobberlegeringer. Messingloddenes korrosionsbestandighed er i mange tilfælde ikke tilstrækkelig, når det gælder lodning af kobber, kobber-nikkel eller rustfrit stål og i korrosivt miljø forringes lod - desamlingen af såkaldt afzinkning. Messingloddene indeholder kobber og zink, med en vægtsprocentfordeling for hver af metallerne på ca Desuden kan der i visse messinglod forekomme mindre mængder sølv, nikkel, kisel og mangan. Et nikkelholdigt lod, som eksempelvis det såkaldte "nysølvlod", der indeholder ca. 10% nikkel har gode styrkeegenskaber og er særligt velegnet til lodning af mindre ståldetaljer, hvor der stilles specielle krav om gode styrkeegenskaber Oxidationsbeskyttelse med f lus Flussens opgave er, at forhindre opbygning af oxider på lod - desamlingen under opvarmningen, formindske loddets overfladespænding og til en hvis grad, at danne et beskyttend e slaggelag over det størknende lod. Visse flustyper kan endvidere, indenfor snævre grænser, opløse oxider der findes p å bibdingsarealet. Men generelt forholder det sig sådan, at emnerne altid skal rengøres effektivt inden tilføring af flus og inden lodning overhovedet kan finde sted. Et flus sammensætning tilpasses altid til de oxider det skal opløse og forhindre dannelsen af, hvilket betyder at flusset skal tilpasses det grundmateriale der skal loddes, samt til - passes loddetemperaturen, hviket vil sige loddet. Alle flustyper bliver først kemisk aktive over en bestemt temperatur, o g fortsætter varmetilførslen ud over en hvis grænse, skades kemikalierne i flusset, hvilket betyder en stærk forringelse, om ikke ødelæggelse af de flussende egenskaber. En vigtig egen- 280

281 skab der skal forlanges af et flus er, at dets viskositet ved loddetemperatur er således at det skal kunne fortrænges fra bindingsarealet, når loddet væder og breder sig på dette. Loddetemperaturen skal altid ligge indenfor flussets aktiv e temperaturområde, d.v.s. der hvor flusset opløser og beskyt - ter imod oxider. Når flusset er aktivt opbruges kemikalierne, hvorfor de oxidhindrende egenskaber falder indenfor en af - grænset tid. For de fleste flus anbefales det derfor almindeligvis, at loddetiderne skal holdes indenfor ca. 5 min. I almindelighed angives hvilke grundmaterialer og lodde - temperaturer de forskellige flus er egnet til. Langt de fleste a f dem er stærkt korrosive, hvorfor omhyggelig afrensning a f flusrester skal gennemføres. For blødlodning findes der såkaldt ikke-korrosive flustyper, der har den fordel at tilbageblevne flusrester efter lodning, ikke virker ætsende, ikke e r elektrisk ledende og ikke optager fugt fra atmosfæren. Ikke-korrosive flustype r Stærkt korroderende flus består for det meste af saltsyre o g visse salte, særligt zinkklorid og ammoniumklorid. Ikke-korrosive flustyper består af organiske forbindelser og er relativ t aktive under loddeprocessen. For visse typer af disse såkald - te ikke-korroderende flustyper, gælder det, at resterende flu s kan være svagt korrosivt. Ikke-korrosive flustyper kan udelukkende anvendes til at opløse letløsnelige oxider, f.eks. på sølv og kobbermaterialer, hvorimod materialer som rustfrie- og højtlegerede stål kræ - ver stærkt korrosive flustyper for at kunne hamle op med disse materialers oxider. Stærkt korrosive flustype r Der findes et stort tal flusvarianter af forskelligt fabrikat, o g er ens egen erfaringsgrundlag ikke tilstrækkeligt, kan forhandlere eller eksperter i loddeprocesser være behjælpeli g med valget. Som hovedregel kan det anføres at man ved valg af flustyp e skal tænke på følgende : Loddetemperaturen skal ligge præcist indenfor flussets aktive temperaturområde. Ved lang loddetid skal der anvendes mindre aktivt flus, de r har lang virkningstid. Omvendt kræver hurtig opvarmning et mere aktivt flus. 281

282 Flusrester bør kunne fjernes lettest muligt efter loddeoperationen. Flussets korrosive følgevirkninger overfor grundmateria - let, skal i reglen være så begrænset som vel muligt. 282

283 Limning 1 7 Indledning Limning har inden for de sidste år opnået stadigt større anvendelse i jern- og metalindustrien. Processen der ikke er af nyere dato, man burde måske sige at den har været kendt siden meneskets tidligste historie, har betydelig anvendelse i træ-, tekstil-, emballage- og skotøjsindustrien, samt i bogbindervirksomheder. Det forholdsvis nye er, at man har taget processen i anvendelse i industrier hvor man traditionelt ha r beskæftiget sig med andre sammenføjningsprocesser. I bl.a. jern- og metalindustrien, har man efterhånden erkendt processens mange forskellige muligheder og har desuden også fundet bedre forståelse for hvordan og hvorfo r limene/klæbestofferne limer Mange kan måske huske, da firmaet Ciba-Geigy lancerede deres to-komponent epoxylim Araldit og som en af mang e reklamer, brugte den ægyptiske redningsaktion af statuer d a man skulle bygge Asuan dæmningen. Det Araldit-limen ble v brugt til var, at støbe løfteankrene fast i udborede huller i de flere hundrede tons tunge statuer af ægyptiske konger, de r skulle løftes væk inden de blev oversvømmet af vandet i dæmningens reservoir. Tillagt moderne forskning og udvikling af nye limtyper, ud - videdes mulighederne for at bruge processen mere og mere. og da man tidligt i 1950 accellerede anvendelsen af lim til sammenføjning af detaljer i flyvemaskiner, og bl.a. herigennem tilegnede sig bedre forståelse for anvendelsen af proces - sen, tog udviklingen for alvor fart. I den danske jern- og me - talindustri anvendes limeprocessen fortrinsvis indenfor de t finmekaniske og apparattekniske område, samt i det elektronik- og elektrotekniske område. Procesbeskrivelse Selve processen, der for uinviede forekommer meget simpel, udføres i principet ved at man påfører et flydende, ofte organisk materiale på to faste legemer, der derefter trykkes sam - men. Klæbningen eller samlingen fremkommer ved limens

284 overgang til fast tilstand, hvilket enten kan ske ved fordampning af vand eller et opløsningsmiddel, ved en kemisk reaktion, eller som en størkning ved afkøling. Sammenhængskraften melle m faste eller flydende stoffers molekyle r Mekanisk låsnin g Adhæsio n Kohæsio n Kohærens Adhærender. Adhæsiv Adhæsionskraf t Når to legemer bliver sammenholdt af kræfter der virke r mellem dem, enten som molekylær kraft, sammenhængs - kraften mellem faste eller flydende stoffers molekyler, eller som mekanisk låsning, omtales dette fænomen som adhæsion (af lat. adhæ'rere, hænge ved). Den indre molekylære kraft kaldes kohæsion (af lat. cohæ'rere, hænge sammen). Den molekylære kraft kohærens, der er indeholdt i både limemner og i alle klæbestoffer eller lim, fremkalder en tilstan d kaldet specifik adhæsion, mens den mekaniske låsning omta - les som mekanisk adhæsion. De omtalte to legemer kalde s adhærender (limemnerne) og klæbestoffet/limen adhæsiv. Hvis man forestiller sig en gange forstørrelse af tværsnittet af en slebet metalflade hvor slibet har en ruhedsdybd e på 3 my, vil man opleve at den tilsyneladende helt glatt e overflade, nærmest har karakter af et bjerglandskab. Det be - tyder, at den adhæsionskraft der fremkommer ved almindelig sammenlægning af to hårde emner med denne slibning, ikke er tilstrækkelig stor til at give varig og stabil vedhæftning. Årsagen skal hentes i at de indre molekylære sammenhængs - kræfter, kohæsionen, kun virker i umiddelbar nærhed af molekylerne i en afstand mellem 1-5 Ångstrøm, og den specifikke adhæsion vil derfor kun indtræffe på "bjergtoppene". Hvis man smører en dråbe almindelig olie ud på de to slebn e flader, vil man opleve at der indtræffer en hvis sammenhængskraft imellem dem. Dette "milde adhæsiv" sørger for, at sker en intim kontakt mellem dets egne molekyler og emnets, uden at man dog kan sige at adhæsionen mellem emnerne er særligt stabil. Tilfører man derimod emnets flader et adhæsiv som lim, etableres en stærkere adhæsion der tiltager ved limens over - gang til fast tilstand. Adhæsionsstyrke Samlingens holdbarhed, den såkaldte adhæsionsstyrke, er e t fænomen der kan konstateres såfremt man belaster limsamlingen til brud. Dette brud, der benævnes som enten kohæs- 284

285 ivt, adhæsivt, eller evt. en kombination af begge dele, ka n give sig udtryk som vist i fig A Figur A Intakt samling bestående af adhærender, limemnerne, sammenholdt af adhæsivet, limen. B Kohæsivt brud i adhæsivet. C Kohæsivt brud i den ene adhærend. D Adhæsivt bru d B C D Der er i tidens løb fremkommet en del teorier til forklarin g på det specifikke adhæsionsfænom, men ingen af disse teorier er dog fuldstændigt udtømmende. Der arbejdes stadigt intensivt på at finde en bedre forståelse for dette iøvrig t spændende fænomen og kapitlet om limning vil derfor ikke indeholde nærmere redegørelser for de forskellige teorier. Anvendelse af limprocesse n Før anvendelsen af limprocessen skal man, i lighed forberedelserne til anvendelsen af andre sammenføjningsprocesser, allerede i konstruktionsfasen gøre sig klart hvilke fordele de r kan opnås og ikke mindst hvilke ulemper en eventuel anvendelse af processen kan resultere i Er disse overvejelser afsluttet med positive teknisk/økonomiske vurderinger for valg af limning, herunder styrke og levetidsvurderinger af de enkelte samlinger, hvor alle belastningforhold tilhørende konstruktionen er gennemgået, tilbagestår tilrettelæggelsen af selve arbejdsprocessen, der ska l forberedes lige så omhyggeligt som enhver anden sammenføjningsproces. Når nu man har truffet det valg at sammenføje visse konstruktionsdele med lim, skyldes det naturligvis at man har fundet, at denne sammenføjningsmetode kan opbyde nogl e muligheder der ikke, eller måske kun vanskeligt kan opnå s med andre metoder. 285

286 Skal man betragte nogle af de mange fordele limning ka n give, er de hyppigst anførte at : limsamlinger kan udføres under lave temperaturer. Fra stuetemperatur ca. 20 til ca. 120 C. T 1 Figur 17.2 A Spændingsfordeling i en nittet pladesamling. B Spændingsfor - deling i en limet pladesamlin g A B der ved limning af metaller ikke opstår deformationer p å grund af metoden. flere forskellige materialer kan sammenføjes til holdbare samlinger, f.eks. metal til plastik m.m. der med egnet konstruktiv udformning, vil kunne opnå s væsentlige vægtbesparelser. efterbearbejdning af konstruktionsdetaljer aldrig eller kun meget sjældent vil forekomme. investering i udstyr er relativt små, når der er tale om manuel påføring af lim. styrken i et materiale udnyttes desuden meget bedre, indenfor et relativt område, end det f.eks. kan være tilfældet med nittesamlinger eller punktsvejsninger. Se fig A og B. Langt størstedelen af de limtyper der i dag anvendes til limning af metaller er plastbaserede, hvilket naturligvis sætte r visse grænser for brugen af disse lime. Dette især med hen - visning til samlingernes holdbarhed. En del af de ulemper der kan være påtrængende ved anvendelse af lim er at: samlingerne i almindelighed ikke er stabile overfor temperaturpåvirkninger over ca. 200 C. Ved temperaturer der overstiger denne grænse anvendes der kun meget speciell e limtyper. limede samlinger kan være ustabile overfor påvirkninge r af kemiske stoffer og organiske opløsningsmidler. kun visse limtyper er i stand til at modstå slagpåvirkninger. holdbarheden af en limsamling afhænger både af limen og det materiale der limes på. visse metaloverflader, der skal kunne modstå fugtige miljøer, kræver særlig forbehandling inden limning, for at man kan opnå acceptabel levetid for samlingen. 286

287 og hjælpestoffer, herunder rensemidler, kan være miljøskadelige, hvorfor der i en del situationer skal tages særlig e forholdsregler i brug til beskyttelse af arbejdsmiljøet. ikke-destruktive prøvemetoder kun er anvendelige i et vis t begrænset omfang. Forudsætningerne for at kunne opnå stabile limsamlinger vil typisk være at man: udformer samlingen korrekt, under hensyn til de påvirkninger denne evt. skal udsættes for. vælger den limtype der evt. både har de fleste konstruktive, holdbarhedsmæssige og økonomisk rentable fordele. vælger den forbehandlingsmetode, der er den mest effektive til den foreliggende opgave. Med hensyn til forbehandling af metaller inden limning, e r forbehandlingsmetoderne til klargøring af aluminium klart de bedst beskrevne. Dette skyldes naturligt nok flyindustri - en, der så godt som altid har anvendt limning, og i mange å r især limning af aluminium. Samlingsmetoden har især været foretrukket af denne industri, for at kunne opnå bl.a. vægtbesparelser og nedsættelser af luftmodstand i flyenes fuselager. Udformning af limsamlinger Ved udformning af konstruktioner der skal indeholde limede samlinger, er man i særlig grad tvunget til at være nøjeregnende med de forskellige, enten tryk-, miljøbetingede elle r mekaniske påvirkninger limsamlingerne skal kunne modstå. Herunder er det bl.a. meget væsentligt at gøre sig helt klart, hvad man i almindelighed kan forlange af lim, eller retter e hvad type mekaniske påvirkninger lim bedst kan holde til. Lims holdbarhed er bedst i samlinger der udsættes for for - skydning eller aksiale træk/tryk påvirkninger, og de bedste samlinger vil typisk være dem der kun skal kunne modstå trykpåvirkninger på tværs af samlingen. Se fig A, B og C. Man kan i principet også pege på samlingstyper, der med stor sansynlighed vil befordre afskrælning eller kløvning a f limen. Afhængig af hvilke belastninger samlingen risikerer a t blive udsat for, vil samlingstyper som vist i fig , hav e tendens til kolaps. Figur A Aksial trækpåvirknin g B Aksial trykpåvirknin g C Tværgående trykpå-virknin g B T C 287

288 Figur 17.4 Uhensigtsmæssige udformninge r af limsamlinger 1 Afskrælning ved bøjning - forkert Det vil ofte være sådan, at man med ganske små designændringer i samlingen er i stand til at give denne en udformning, der kan modstå de aktuelle påvirkninger. I fig er vist henholdsvis en uhensigtsmæssig samling og en samling der ved ændret design kan optage visse påvirkninger. Tryk og forskydnin g - rigtigt Figur Designændringer for limsamlinger kan afbøde påvirkninger Endeligt kan man selvfølgeligt vælge at kombinere limsamlingen med en forstærkende sammennitning af pladekanterne, men således forlades da også en del af de fordele man ellers har ved den rene limsamling. Det skal dog nævnes at der kan være behov for tætning af nittesamlinger, og her kan nitte-limkombinationen være en rimelig løsning. I rent forskydningsmæssigt trækpåvirkede overlappend e limsamlinger, kan der også forekomme afskrælning/kløvning af limen. Dette skyldes at der kan ske en aksial forskydning i trækpåvirkningen. Se fig , A, B og C. Figur A Ubelastet overlapsamling. B Den aksiale forskydning af trækbelastningen bevirker ud - bøjning. C Det udbøjende moment giver afskrælning og brud i limsamlingen A B C 288

289 Hvis man ved vurdering af en limet overlapsamling finder at denne er for kort, vil man ikke opnå nogen væsentlig styrke - mæssig forbedring ved at gøre denne længere. Dette skyldes, at spændingsfordelingen i selve limen er uensartet, og at hel e limmængden ikke deltager ensartet i kraftoverføringen. Se fig Da spændingen er størst ved limfugens randpartier resulterer det i brud, selv om middelværdien for spændingen er lavere end limens brudspænding. Godt nok vil en meget sto r overlaplængde formindske spændingen overalt i fugen, me n det sker mest midt i denne, hvor der i forvejen ikke er særlig stor belastning. Derfor bliver det i realiteten limfugens rand - spændinger, der bestemmer samlingens styrke. Spændin g i lim A Middelværdi Figur Spændingsfordeling i lim i e n overlapsamlin g Man kan, såfremt det er påkrævet, i stedet vælge at øge bred - den af overlapsamlingen, en stærkere limtype, eller evt. et stivere plademateriale. Klargøring af limfuger Forud for ethvert limearbejde, skal der udføres en tilbundsgående rensning af de flader limen skal påsmøres. Denne forbehandling skal sikre, at limen kommer i optimal kontak t med disse, samt eventuelt danne korrosionsbeskyttelse. En grundig affedtning, efterfulgt af en let slibning elle r sand/glasblæsning, kan i mange tilfælde være en rimelig o g effektiv forbehandling, og hvis det er vanskeligt at opnå e n total affedtning af et emne, kan det i specielle tilfælde vær e aktuelt at anvende såkaldte olietolerante limtyper. Selv om en overflade tilsyneladende ikke er forurenet, har den evt. modtaget kulbrinter og vand fra atmosfæren, hvilke t vil være medvirkende til at sænke vedhæftningsevnen. Hvi s et materiale, f.eks aluminium, på grund af forurening ha r fået sænket overfladeenergien til mellem MJ/m 2, kan dette forhindre limen, der har en overfladeenergi (overflade - spænding) i samme størrelsesorden, i at sprede sig på over - fladen af emnet, befugte dette. Det er af stor betydning for at opnå stærke limsamlinger, at denne befugtning er så effektiv som mulig, for at der ka n dannes den nødvendige "intime kontakt" mellem limens og emnets molekyler. 289

290 Kontaktvinke l Figur 17.8 Illustration af kontaktvinklen a Forudsætningen for at dette kan lykkes er, at limens fri overfladeenergi er mindre end emnets, hvilket kan udtrykkes ved den såkaldte kontaktvinkel, hvorved skal forstås den vinkel som en dråbes overflade vil danne med emnets, når denne anbringes på emnets overflade. Se fig For at opnå god befugtning af limflader kræves det, at kontaktvinklen, a = O. For flere metaller, heriblandt aluminium, er det særdeles vigtigt at udføre en effektiv overfladebehandling. Overfladebehandlingen af et materiale indebærer som nævnt før en grundig affedtning og denne kan foretages som : aftørring med klud, der er fugtet i et organisk opløsnings - middel. Fedtstoffet risikerer at smøres ud på emnet. dampaffedtning i triklorethylen, hvor denne kondenserer på emnets overflade og driver ned ad ok væk fra emnet, sammen med olie/fedtpartikler. (Langt mere effektivt end ovennævnte). affedtning med ultralyd og organisk opløsningsmiddel, hvor emnerne er anbragt i en beholder med organisk opløsningsmiddel, der sættes i svingninger med ultralyd - transducere. alkalisk affedtning, hvor emnerne nedsænkes i en varm alkalisk opløsning eller emulsion. Styrken i en limsamling er afhængig af overfladeruheden p å limfladen. Dette skal forstås således at limfladen opnår en væsentlig større styrke når overfladeruheden har en hvis ru - hed, efter let slibning eller sand/glasblæsning, end hvis denne er poleret. Man kan også øge bindingsevnen ved ætsnin g og- eller elektrokemisk behandling af limfladerne Limtyper Limtyperne inddeles i to hovedgrupper, de naturlige og de syntetiske lime. De såkaldt naturlige lime er enten baseret på animalske vegetabilske eller mineralske produkter og omfat - ter eksempelvis fiskelim, celluloselim og melklister. Da disse limtypers brug fortrinsvist er begrænset til anvendelse i pa - pir- eller træindustrien, er de uden praktisk interesse for det - te pensum. 290

291 De syntetiske lime kan opdeles i de : termoplastiske limtyper. termohærdene lime. elastomere lime. Termoplastiske limtyper Termoplastiske lime er opbygget af lange kædemolekyler der ligger filtret ind i hinanden. Med stigende temperatur vil disse kædemolekyler bedre kunne bevæge sig indbyrdes, hvor - ved materialet ændrer konsistens og bliver mere plastisk. Så - fremt limen opvarmes over en hvis grænse, vil disse kæde - molekyler sønderrives og limmaterialet nedbrydes. Med sænkning af temperaturen bliver limen hårdere og stivere. Termoplastiske lim e De mest anvendte materialer til disse limtyper er acryl, samt modificerede vinylprodukter. Limenes overgang til fast eller plastisk tilstand, sker ved for - dampning af vand eller opløsningsmiddel, derfor er diss e limtyper bedst anvendelige til limning af porøst materiale. De termoplastiske lime deles i to typer, hver indeholdend e varianter. Limene findes i følgende typer: A Limopløsninger, der indeholder et plastmateriale der oftest er opløst i et organisk opløsningsmiddel, for at gøre limen flydende. Typerne indeles i: Limopløsninge r Dispersionslime. Emulsionslime. Dispersionslim indeholder små faste partikler af plastmateriale, finfordelt (dispergeret) i en væske, hvori de ikke er op - løselige. Af arbejdshygiejniske grunde benyttes oftest vand. Emulsionslim indeholder et finfordelt væskeformigt polymert materiale, blandet med en anden væske som det ikke e r blanbart med. B Smeltelime er limtyper der opvarmes til de smelter og påføres mens de endnu er flydende. Der opnås effektiv binding mellem limfladerne når temperaturen har nået det om - Dispersionsli m Emulsionsli m smeltelim e 291

292 råde hvor limmaterialet størkner. Limene er i reglen blandinger af forskellige plast-materialer og smeltetemperaturen ligger i området C. Smeltelimene besidder den fordel, at der ikke er nogen be - grænset arbejdstid og at man opnår hurtig binding. Af ulemper kan nævnes at smeltelimene bliver sprøde ved lavtemperaturpåvirkninger, har lille varmemodstand og ringe krybestyrke. Anvendelsesområdet for disse lime, er fortrinsvist begrænset til skotøjs- og bogbinder-industrien, samt til samling af emballage. Polymerisationslime Cyanoacrylatlim e Polyacryldiesterlime Polymerisationslime er en termoplastisk limtype, der består af en blanding af reaktive mindre molekyler, (monomere), der ved anvendelsen af limen katalyseres og polymeriserer, hvorved der dannes de karakteristiske kædemolekyler. Cyanoacrylatlime katalyserer ved luftens fugtighed og er så reaktiv og polymeriserer så hurtigt, at limede emner kan håndteres efter ganske få minutter. Limen er relativ dyr og anvendes mest indenfor finmekanik, elektronik og optik. Polyacryldiesterlime hvoraf flere hvoraf flere katalyserer nå r der ikke er kontakt med oxygen, de såkaldt anaerobe lime, benyttes meget til gevindsamlinger, hvor de trænger ind, udelukker luftens ilt og polymiserer Termohærdene lim Disse lime er plastlime, opbygget af et tre-dimensionalt molekylært netværk, hvor de enkelte molekyler er knyttet sammen i indbyrdes stærke tværbindinger. Limen virker ved at der sker en polymerisation i limfugen, hvorved limstrukturen dannes og der indtræffer binding. Den molekylære netstruktur giver en væsentligt stærker e sammenhæftning af limmaterialet end kædestrukturen, o g de termohærdene limtyper vil derfor være de termoplastiske typer overlegen, med hensyn til modstandsdygtighed overfor opløsningsmidler og varme. 292

293 Udgangskontrol. Denne vil i reglen være begrænset til visuel kontrol og stikprøvevis udtagning af emner til destruktiv prøvning. Se fig Udgangskontro l Figur Overlapsamling udtaget til destruktiv prøvning. (Trækprøvning ) 295

294

295 Disse materialer bliver ikke plastiske ved forhøjet temperatur og kan derfor ikke formgives ved hjælp af varme efter hærdningen er indtruffet. Det kan således heller ikke mere anvendes som lim efter hærdning, idet det nedbrydes ved opvarmning over en hvis temperatur. De termohærdene lime findes i to versioner : En-komponentlimene der i reglen hærdes med varme. Enkel- En-komponentlimen e te typer hærder dog ved luftens fugtigehed og i stuetempera - tur. To-komponetlimene hærder ved hjælp af et kemikalie, og kan derfor også udhærdes ved stueteperatur. Ved at ændre på doseringen af hærder kan tiden indenfor hvilken man kan lime, efter at tilsætning af hærder, forlænges. Desuden kan hærdetiden efter limning ligeledes forlænges på samme måde. Endvidere kan hærdetiden forkortes ved tilførsel a f varme. To-komponetlimen e Hærdelimene er de mest anvendte konstruktionslime og findes blandt epoxy-, fenol- og polyuretanmaterialerne. Disse materialer bliver i ren form meget sprøde, og modificeres derfor ofte med termoplastiske materialer, for at kombinere de termohærdende materialers styrke og modstandsdygtighed med de termoplastiske materialers flexibilitet. Limsamlinger udført med termohærdene lime kan opnå relativt stor holdbarhed hvad angår tværspændinger i samlingerne. Endvidere kan visse typer af dette limmateriale holde til temperaturer over 200 C, ved kontinuert drift. Elastomere lim De elastomere lim, eller gummilimene er karakteristiske ved at kunne strækkes med op til 100% forlængelse i samlingern e ved belastning, for herefter at relaksere og vende tilbage i udgangspositionen når denne er fjernet. Dette fænomen skyldes, at kædemolekylerne i disse limmaterialer ligger foldet og snoet og derfor vil rette sig ud under påvirkning. Samtidigt med dette, er tiltrækningskraften kohæsionen mellem de enkelte molekyler så svag, at de kan fol - des tilbage i udgangsposition igen. 293

296 Kontaktlim e Materialerne anvendes som limopløsninger, kaldet kontaktlime; hvor begge limemner påføres lim. Limsamlingen henligger frit indtil opløsningsmidlets fordampning efter en tid er indtruffet. Fladerne sammenlægges herefter og limen binde r øjeblikkeligt. De almindeligste plasttyper i denne limkategori er polycloropren (neopren) og silicone. Limene indeholder, foruden elastomerer og opløsningsmidler, ofte fyldstoffer og andre plast - materialer for at forbedre styrken. Figur Oversigt over limtype r Basistyper Animalske Naturlige Vegetabilske Mineralske Eksempler på materiale r Fiskelim, kasein, bivoks Naturlige harpikser, dekstrin Uorganiske materialer, silikater, asfalt Syntetiske Elastomere Naturligt gummi Termoplastiske Polycloropren, silicone, cellulose, vinyl, mættet polyester, polyacrylat, polyethylen Termohærdende Aminer, epoxy, fenol, umættet polyester, polyurethan 17.5 Modtagekontro l Proceskontrol Kvalitetsstyring af limprocesse n For at kunne kvalitetsstyre limearbejde kræves der i regle n relativt simple forholdsregler, hvoraf de vigtigste og mes t magtpåliggende kan være : Modtagekontrol. Ved denne kontrol kan man sikre, at limens egenskaber ikke er forringet på grund af for lang opbevaring. Dette kan gøres ved at kontrollere datomærknin g af limproduktet, foretage prøvelimning for at måle hårdhed og styrke ved destruktiv prøvning, samt udføre viskositetsmåling. Proceskontrol. Denne kontrol kan man udføre, ved minutiøst at undersøge afrensning og forbehandling af samlin - ger, ved overvågning af blandingsforhold, kontrol af brugs - tid, limetemperatur, hærdetid- og temperatur, samt luftfugtighed. 294

297 Stikord 475 C-sprødhed 45,5 0 a-ß-legeringer 5 2 a-legeringer 52 AC-balance 11 4 AC-svejsefrekvens 11 4 Active 157 Adhærender 284 Adhæsion 28 4 adhæsiv 28 4 Afbrændingen a f beklædningen 146 Afrundet indbrændingsprofil 3 8 Afspændingsglødnin g Alfa-beta 6 7 Almene krav til eksaminatorer 139 Anlobningsskader 8 6 Anløbning 71, 85 Anoden 3 1 Antifreeze funktion 11 3 Application standard 13 1 Approval testing of welder s 12 8 Arbejdstemperatur 26 1 Arc-power funktion 11 3 Argonbuesvejsning 17 6 Argonsvejsning 176 Austenitdannelse 50 Austenitiske rustfrie stål 48, 54, 68 Automatkvaliteter 4 7 AWS 53, legeringer 5 2 Baggasanalysator 18 9 Baggasser 40,60-61,6 6 Baggasværktøj 64 Basisk type 150 Bejdseskader 8 7 Beskyttelsesgas 6 6 BET 21 9 Beta-legeringer 6 7 Bindingsfejl 66 Bindingsfladen/bindingsarealet 262 Bindingszone 262 Blandgasser 3 9 Blødlod 26 0 Bundsenbrændertyper 26 7 Børstning 8 6 Båndelektroder 247 Båndtransportører 100 CEN/TC Centerlinierevner 49, 5 1 Chifase 45 Clamps 10 4 Comite Europeen de Normalisation 12 8 Cyanoacrylatlime 29 2 Deformationer 68 Deformationshærdning 44 Dekontaminering 8 6 Deltaferrit 49-50, 5 8 DIN 5 3 Dispersionslime 29 1 Dissociationsenergien 34 Divergens 20 9 Dokumentation for materialeegenskaber i svejsesømme 13 3 Driftstemperatur 27 6 Drosselspoler 162 DS/EN 135 Duplex rustfrit stål 50, 58, 64, 69 Dybdesvejsnin g 22 1 Dyplodning 264 Efterbehandling Eksaminator 13 8 Elastomere lim 29 3 Elektrisk effekt 25 Elektrisk leder 2 6 Elektroders indsmeltning 15 1 Elektromagnetisk svingnin g 21 1 Elektronvolt 3 4 "Elira-Verfahren" 243 ELI-stål 47, 54, 6 2 Emulsionslime 29 1 EN 287 svejsercertifika t EN 287-del EN 287-del EN 288, 3.6. Approved welding procedure specification 12 6 EN 288, 3.7. Welding procedure approval recor d (WPAR) 126 EN 288-1, 3.1. Weldin g procedure 12 6 EN 288-1, 3.2. Weldin g processes 12 6 EN 288-1, 3.3. Preliminary welding procedure specification (pwps) 12 6 EN 288-1, 3.4. Weldin g procedure specification (WPS)

298 EN 288-1, 3.4. Work Instuktion 126 EN : Stk 3. Definitions 126 EN ,129,134 EN Energifordelingen 21 4 Energitæthed 21 4 EWE 139 EWF-guideline 139 EWS 139 EWT 139 Exciteringsprocessen 21 7 En-komponentlime 293 Farvetoning 67 Faststoflaser 218 Ferritiske rustfrie stål 47, 53, 62, 68 Ferritnummer 56 Finish 83 Fire-komponent gasser 40 Fler-atomig gas 38 Flertrådssvejsning 24 6 Flusbadslodning 273 Flusmiddel 264 Flydende metalforsprødnin g 72 Fokusdiameteren 21 6 Formiergas 64 Frekvens 29 Fugegeometri 53,55,59-60 Fælleseuropæiske standarder 127 Gasdyse 160 Gasforstrømning 11 3 Gaskølede brændere 17 7 Gaslaser 21 7 Gasresonator 21 7 Gauss-fordelte energi 214 Generelle rumudsugninger 9 7 Gennemkørselsovn 268 Genopsmeltningsrevner 51 Glasblæsning 86 ` Glødeskal 8 4 Grundstrømperioden 18 1 Grundstrøm 18 1 Gummilime 293 Handskeboks 66 Heat input 43, 61, 63 Helium-lysbuen 3 7 Helium 3 6 HF-funktion 11 4 Hot start funktion 11 3 Hot-Wire principet 19 0 Hybrider 5 2 Hydrogenfølsom 48 Hydrogenrevner 44,47 Hydrogen 35,3 7 Hærderevner 4 4 Højde/breddeforhold 49, 63, 23 0 Højeffekt-lasersvejsning 22 2 Højfrekvent tændspænding 176 Højt-udbytte elektroder 14 9 Høreværn 9 7 Håndteringsrobotter 10 0 Hårdlodning acetylenoxygengasbrændere 26 7 Hårdlod 260 Ikke-korrosive flustyper 28 1 Ikke-overførtlysbue 19 7 Impulstid 18 1 Inaktiv en-atomig gas 3 5 Indbrændingsprofil 36 Indsnøring af lysbueplasmaet 19 6 Induktansværdi 16 2 Inert gas 17 6 Inert 157 Interkrystallinsk korrosion 47 Intermetalliske faser 52 Interpass 61, 63 Ioner 26 Ionisationsenergien 34 Isolatorer 26 ISO 5 3 Jernafsmitning 84 Kadmium-lod 275 Kadmium 279 Karbiddannelse 4 7 Karbider 45 Kastninger 68 Katoden 3 1 Kemisk efterbehandling 87 Key-hole 117, 200, 221 Kohæsion 284 Konstruktionsnorm 13 1 Kontaktlime 294 Kontaktvinkel 290 Kontaminering 84 Kornvækst 44,48,52, 62, 68 Kort-bue 15 0 Kraterrevner 49, 5 1 Krater 149 Kromoxid 83 Kromsejring 49 Kromækvivalent 5 5 Kuldioxid 35, 3 8 Kvalitetsdokumentationer 127 Kvalitetskrav 127 Kvalitetsstyring af svejsearbejde 133 Laseraktive gasdele 21 7 Laseraktivt materiale 21 1 Laserlys 20 9 Lift-TIG-funktion 11 4 Ligth Amplification b y Stimulated Emission o f Radiation

299 Liquid Metal Embrittlemen t 72 Liquidus 26 1 Loddecyklus ved vacuumlodning 26 8 Loddefugen 262 Loddetemperatur 26 1 Loddetid 26 1 Lodning i gennemkørsels - ovn 26 8 Lodning med indsat lo d 264 Lodning med tilsat lod 264 Lysbuens metallurgi 14 9 Lysbueplasma 3 1 Lysbuespænding 25 Lysbuesvejseprocesser 25 Lysfotoner 212 Maksimaltemperatur T max. 4 4 Manuelle svejsere 127 Martensitisk rustfri stå l 47, 53, 61, 6 7 Materialekvaliteter 127 Materialetransporten 150 Maximaltemperatur 261 Mekanisk adhæsion 28 4 Mekanisk efterbehandlin g 86 Mellemområdet 200 Mellemstrengstemperatur 63 Metalindtrængning, LM E 7 2 Metallurgiske skader 72 Mikrolegeringselementer 149 Mikroområdet (mikro - plasma) 200 Mikrostruktur 56 Minus-pol 17 5 Mobile punktudsugnings - anlæg 9 7 Mode 214 Molekylær tilstand 3 1 Molekylære gasser 3 5 Molybdænsejring 49 Nd 21 9 Nd-YAG-laseres pulsfrekvenser 220 Negative halvperiode 180 Negative maksimumværdi 29 Neutralt legeme 26 Nikkel og nikkellegeringer 36, 51, 60, 65, 69, 15 4 Nikkellegeringer 51, 60, 69 Nikkelækvivalent 5 5 Nitrider 45, 50 Nitridudskillelse 4 7 "Nysølvlod" 280 Nøglehulsteknik 20 0 Ohm 2 7 Ohms lov 2 7 Opblandingsforhold 5 7 Ophæftning 6 3 Opløsningsglødning Optisk akse 21 3 Optisk forstærkning 21 3 Overbejdsning 8 7 Overfladefinish 8 5 Overfladesvejsning 221 Overført lysbue 197 Oxidhinden 83 Passivhinden 83 Pasta 87 Personbeskyttelse 87 Pilotlysbue 19 9 Pinch-effekten 15 0 Plasmabrændere 19 6 Plasmadysen 195 Plasmalysbuen 19 7 Plasmasøjlens indsnøring 197 Plasmasøjlen 19 6 Plasmatilstand 31 Plasma 3 1 Plus-pol 175 Polyacryldiesterlime 29 2 Polymerisationslime 292 Porer 60 Positioneringsudstyr 99 Positive halvperiode 18 0 Positive maksimumværd i 2 9 Power-Assist system 19 0 Preliminary (foreløbig ) Welding Procedure Specification 14 0 Primærstrømmen 25 Procedureprøve 140 Procedureprøver 12 1 Propangasbrændere 267 Puls-bue 180 Pulsationsprincipet 181 Pulsstrømperioden 18 1 Pulsstrøm 18 1 Push-Pull 164 Rekrystallisere 44 Resistivitet 27 Resttrækspændinger 46 Rundsøms- og langsømsautomater 11 6 Rutil 15 0 Salpetersyre-flussyre bejdse r 87 Sandblæsning 8 6 SAW 243 Sejringer 54 Sekundære faser 49, 54 Sekundærkabler Sekundærkabler til svejsnin g 2 7 Sekundærstrømmen 25 Selvflussende 26 4 Sensibilisering Seriefabrikation 100 Serielodning

300 Shaeffler-DeLong diagram 54, 56, 62 SIGMA-welding 15 8 Sigmafase 45, 48, 50 Skriftlig teoretisk eksamination 129 Slagger 84,14 6 Slaggeøer 5 1 Smeltebad 43 Smeltelime 29 1 Smeltetemperatur 26 1 Smergelslibning 8 6 "Soldering gap" 26 1 Solidus 26 1 Solidustemperatur 261 Specialloddene 275 Specifik adhæsion 28 4 Specifikke modstand 2 7 Spray-bue 15 0 Sprødhed 52 Spændingsfordeling 45, 286, 289 Stabiliserede stål 4 8 Stationære punkt - udsugningsanlæg 97 Stærkt korrosive flustyper 28 1 Støjgener 9 6 Støttegasser 21 7 Submerged Arc Welding 243 Supplerende prøvesvejsninger 129 SVEJS-plan 169 Svejsbarhed 153 Svejsedata 61 Svejseensrettere 109 Svejseingeniør 13 9 Svejsekabler 2 7 Svejsekoordinatorer 139 Svejseomformere 10 9 Svejseoperatører 127 Svejseparametre 65 Svejseplan 12 1 Svejseprocedure 122 Svejser 127 Svejsespecialist 13 9 Svejsestrøm 25 Svejsetekniker 13 9 Svejsetransformere 108 Svejsetråden 159 Synergi 16 7 Synergisk pulsning 167 Syntetisk vekselstrøm 180 Syrerensning 8 6 Tandemplacering 246 Temperaturkoefficiente n 2 9 Temperatur 6 1 Termiske virkningsgrad 246 Termoplastiske lime 29 1 Tilsatsmaterialevalg 53, 57, 64 Tilsatsmateriale 5 8 Titan og titanlegeringer 52, 60, 66, 70 Titanhydrid 227 Titanoxid 8 3 To-atomig gas 3 7 To-komponent gasser 40 To-komponentlime 29 3 Trailing Shield 66 Tre-komponent gasser 4 0 Tredie part 139 Trinvis lodning 268 Tråddiametre 15 9 Tungsten 175 Turboeffekt 267 Udførelse 6 1 Udglødning 7 1 Udskillelseshærdbare legeringer/modningshærdbare legeringer 44 "Unionarc" 243 Unterpulverschweißen 243 Urenheder 49 Vacuumlodning 26 8 Vandkølede brændere 177 Variabel gas-efterstrømningstid 11 4 Variabel slope-down 11 3 Varmebehandling efte r svejsning 67 Varmeledningsevnen 34 Varmerevneproblemer 223 Varmetilførsel 63 Varmetilførslen 61, 65 Varmrevner 49, 5 1 Varmrevnesikkerhed 54 Vædningsvinkel 279 Welding Procedure Specification 126,140 WIG 175 Wolframelektroden 19 5 Wolfram 175 WPS-Welding Procedure Specification 13 4 YAG Ældning