Grunnleggende prinsipper for sveising

En sveis kan defineres som en koalescens av metaller produsert ved oppvarming til en passende temperatur med eller uten påføring av trykk, og med eller uten bruk av et fyllmateriale.

Ved smeltesveising genererer en varmekilde tilstrekkelig varme til å skape og vedlikeholde et smeltet metallbasseng av ønsket størrelse. Varmen kan tilføres av elektrisitet eller av en gassflamme. Elektrisk motstandssveising kan betraktes som smeltesveising fordi det dannes noe smeltet metall.

---

Fastfaseprosesser produserer sveiser uten å smelte grunnmaterialet og uten tilsetning av et tilsatsmetall. Trykk brukes alltid, og vanligvis tilføres noe varme. Friksjonsvarme utvikles i ultralyd- og friksjonssammenføyning, og ovnsoppvarming brukes vanligvis i diffusjonsbinding.

Den elektriske lysbuen som brukes ved sveising er en høystrøms lavspenningsutladning generelt i området 10–2000 ampere ved 10–50 volt. En buesøyle er kompleks, men består i store trekk av en katode som sender ut elektroner, et gassplasma for strømledning og et anodeområde som blir relativt varmere enn katoden på grunn av elektronbombardement. En likestrøm (DC) lysbue brukes vanligvis, men vekselstrøm (AC) lysbuer kan brukes.

Totalt energiinntak i alle sveiseprosesser overstiger det som kreves for å produsere en skjøt, fordi ikke all varmen som genereres kan utnyttes effektivt. Effektiviteten varierer fra 60 til 90 prosent, avhengig av prosessen; noen spesielle prosesser avviker mye fra denne figuren. Varme går tapt ved ledning gjennom grunnmetallet og ved stråling til omgivelsene.

De fleste metaller, når de varmes opp, reagerer med atmosfæren eller andre nærliggende metaller. Disse reaksjonene kan være ekstremt skadelige for egenskapene til en sveiset skjøt. De fleste metaller, for eksempel, oksiderer raskt når de smeltes. Et lag med oksid kan forhindre riktig binding av metallet. Smeltede metalldråper belagt med oksid blir fanget i sveisen og gjør skjøten sprø. Noen verdifulle materialer tilsatt for spesifikke egenskaper reagerer så raskt ved eksponering for luft at metallet som avsettes ikke har samme sammensetning som det hadde i utgangspunktet. Disse problemene har ført til bruk av flukser og inerte atmosfærer.

Ved smeltesveising har flussmidlet en beskyttende rolle i å lette en kontrollert reaksjon av metallet og deretter forhindre oksidasjon ved å danne et teppe over det smeltede materialet. Flussmidler kan være aktive og hjelpe i prosessen eller inaktive og rett og slett beskytte overflatene under sammenføyning.

Inerte atmosfærer spiller en beskyttende rolle som ligner på flukser. Ved gassskjermet metallbuesveising og gassskjermet wolframbuesveising strømmer en inert gass - vanligvis argon - fra et ringrom som omgir brenneren i en kontinuerlig strøm, og forskyver luften fra rundt buen. Gassen reagerer ikke kjemisk med metallet, men beskytter det rett og slett mot kontakt med oksygenet i luften.

Metallurgien til metallskjøting er viktig for skjøtens funksjonelle evner. Buesveisingen illustrerer alle de grunnleggende egenskapene til en skjøt. Tre soner er resultatet av passasjen av en sveisebue: (1) sveisemetallet eller smeltesonen, (2) den varmepåvirkede sonen og (3) den upåvirkede sonen. Sveisemetallet er den delen av skjøten som har blitt smeltet under sveising. Den varmepåvirkede sonen er et område ved siden av sveisemetallet som ikke er sveiset, men som har gjennomgått en endring i mikrostruktur eller mekaniske egenskaper på grunn av sveisevarmen. Det upåvirkede materialet er det som ikke ble oppvarmet tilstrekkelig til å endre egenskapene.

Sveisemetallsammensetningen og forholdene der den fryser (størkner) påvirker i betydelig grad skjøtens evne til å oppfylle servicekravene. Ved buesveising består sveisemetallet av fyllmateriale pluss basismetallet som har smeltet. Etter at lysbuen har passert, skjer en rask avkjøling av sveisemetallet. En engangssveis har en støpt struktur med søyleformede korn som strekker seg fra kanten av smeltebassenget til midten av sveisen. I en flerpasssveis kan denne støpte strukturen modifiseres, avhengig av det spesielle metallet som sveises.

Grunnmetallet ved siden av sveisen, eller den varmepåvirkede sonen, utsettes for en rekke temperatursykluser, og endringen i strukturen er direkte relatert til topptemperaturen på et gitt punkt, eksponeringstidspunktet og kjølehastighetene. Typene uedelt metall er for mange til å diskutere her, men de kan grupperes i tre klasser: (1) materialer upåvirket av sveisevarme, (2) materialer herdet av strukturelle endringer, (3) materialer herdet av nedbørsprosesser.

Sveising gir spenninger i materialer. Disse kreftene induseres ved sammentrekning av sveisemetallet og av ekspansjon og deretter sammentrekning av den varmepåvirkede sonen. Det uoppvarmede metallet begrenser ovennevnte, og ettersom sammentrekning dominerer, kan ikke sveisemetallet trekke seg fritt sammen, og det bygges opp en spenning i skjøten. Dette er generelt kjent som restspenning, og for noen kritiske bruksområder må det fjernes ved varmebehandling av hele fabrikasjonen. Restspenning er uunngåelig i alle sveisede konstruksjoner, og hvis det ikke er kontrollert vil bøying eller forvrengning av sveisingen finne sted. Kontroll utøves av sveiseteknikk, jigger og fiksturer, fabrikasjonsprosedyrer og endelig varmebehandling.