Sveising

Sveising er ein prosess for å føye saman materiale ved samansmelting. Termoplaster og metall er eksempel på materiale som kan sveisast. Sveisinga skjer ved at kontaktflatene på arbeidsstykka, ofte saman med eit fyllmateriale (sveisetråd eller sveiseelektrode) vert varma opp til dei smeltar, og flyt saman ved kohesjon.

Oppvarminga kan skje ved forbrenning, elektrisk straum, laserlys, elektronstråling, friksjon eller ultralyd. Når sveisefugen avkjølast dannast det ei fast varig sambinding. Ofte kan det vere naudsynt med eit dekkmateriale, for eksempel ein inertgass, for å hindre at smeltene brenn med oksygen i lufta. For høgfast sveising krevst også spesielle herdeprosessar ved avkjølinga av sveisen for å få rett seigleik og unngå spenningar som vil føre til sprekkdanningar og brot.

Sveising er ulik lodding og hardlodding. Ved desse metodane for samanføying er det berre fyllmaterialet, for eksempel loddetinn, som smelter og bitt arbeidsstykka ved adhesjon. Arbeidsstykka har høgare smeltetemperatur og smeltar ikkje saman.

Sveising er ein hyppig årsak til yrkesskadar og brann og krev spesielle verne- og sikringstiltak.

Smisveising har vore kjend tilbake til tidleg bruk av metall i bronsealderen. Metoden vart særleg utbreidd frå mellomalderen og skjer ved at smeden varmar abeidsstykka til dei glør i ei esse og deretter hamrar dei saman med ei slegge. Dette var den einaste kjende sveisemetoden fram til slutten av 1800-talet. Då kom gassveising og noko seinare elektrisk motstandssveising. Spesielt i første og andre verdskrigen vart sveisemetodane mykje betra, og i andre verdskrigen var ein komen så langt at sjølv store skipskonstruksjonar kunne heilsveisast i staden for å klinkbyggast, noko som sparte mykje tid. Eit eksempel er libertyskipa. I dag er automatisk robotisert elektrisk punktsveising og lysbogesveising vanleg ved serieproduksjon av metallprodukt, for eksempel bilproduksjon.

Ei rekke ulike sveisemetodar er i bruk og vert valde avhengig av utstyr, kostnad, materialtypar og seriestorleik.

Smisveising vert normalt brukt for handverksmessig bearbeiding av stål og skjer ved at arbeidsstykka vert varma opp til dei er kvitglødande i ei esse. Dei vert deretter lagt saman og hamra saman med ei slegge. Samansmeltinga skjer derfor ved ein kombinasjon av trykk og temperatur. Metoden er vanleg ved smijarnsarbeid. Ved framstilling av finare knivar og sverd vert lag av hardare (høgare innhald av karbon) og mjukare stål lagde saman og smisveisa. Eggemnet vert bretta og smidd ut fleire gonger slik at emnet til slutt består av fleire titals tynne samansveisa lag av vekselvis mjukt og hardt stål som gir kniven eller sverdet rett kombinasjon av styrke, fleksibilitet og skarpleik. Når overflata vert handsama med syre oppstår eit karakteristisk bylgjemønster og slike stål kallast figursmidde (pattern welded) eller «damascert» stål. Men dette skal ikkje forvekslast med eigentleg damaskusstål i dei kjende damaskussverda som vart laga med ein annan prosess.^[1]

Elektrisk lysbogesveising krev eit elektrisk sveiseaggregat som gir ein høg kontrollert elektrisk straum til sveiseelektroden. Ved spissen av elektroden møter straumen ein elektrisk motstand mot arbeidsstykket, og det utviklast varme som smeltar arbeidsstykka og elektroden mot sveisefugen. Sveiseregulatoren er konstruert slik at ein får ein relativt høg tennspenning for lysbogen (for eksempel 60 volt) og deretter ein grense for straumen som typisk kan innstillast i området 30 til 200 ampere avhengig av elektrodetype og dimensjon. Det kan brukast likestraum eller vekselstraum. Elektroden kan vere faste stavar, sveiseelektrodar som brukast opp og skiftast, eller sveisetråd som matast frå ein oppkveila rull. Sveiseelektroden er same metall som skal sveisast og er tilsett silisium og mangan som hindrar oksidasjon og poredanning. Ved likestraumssveising vil den sida som har positiv polaritet ha sterkast varmeutvikling. Ved negativ elektrode vert derfor varmeutviklinga i arbeidsstykket størst og innsmeltinga og dermed djupna av sveisefugen større.^[2]

• Dekt elektrode-sveising (SMAW - Shielded Metal Arc Welding) kallast ofte vanleg manuell lysbogesveising og skjer med faste utskiftelege elektrodestavar dekte av fluss. I nokre tilfelle er det elektrode på rull med flusskjerne. Flussen er ei blanding av karbonat og oksid som fordampar når lysbogen smeltar elektroden. Den dekker derfor delvis sveisesmelta mot forbrenning i oksygen frå lufta og legg seg som slagg på toppen av sveisefugen. Dette må hamrast eller slipast vekk når sveisen har kjølna og krev mykje etterarbeid. Det brukast både likestraum og vekselstraum. Metoden var lenge den mest vanlege ved elektrisk sveising og brukar relativt enkelt utstyr som egnar seg best for stål med dimensjonar over nokre millimeter godstjukkleik.
• MIG-sveising (Metal Inert gas), også kalla GMAW (Gas Metal Arc Welding) er no den mest vanlege industrielle sveisemetoden. Det er vanleg å bruke elektrode på rull med automatisk mating gjennom ein sveisepistol. Sveisepistolen inneheld betjening for elektrodemating og eit kontaktrøyr som overfører sveisestraumen til elektroden. Elektroden har eit tynt koparbelegg for å redusere kontaktrøyrmotstanden, hindre korrosjon og unngå oppvarming og fastbrenning i sveisepistolen. Elektrodemateriale, tjukkleik og sveisehastigheit gir basisverdiar for straum og matehastigheit, men avanserte aggregat kan justere dette automatisk. For å hindre at gassar i lufta reagerer med sveisesmelta brukast dekkgass frå gassflaske som vert førte til sveisepistolen og fordelast over sveisesmelta. Oftast brukast argon med tilsetting av noko karbondioksid (CO₂) og oksygen for å få stabil smelting. For vanleg stål kan karbondioksid (CO₂) brukast, dette er rimelegare og gir djupare smeltefuge, men også noko meir sprut. Metoden er egna for både jarn og andre metall og er relativt rask.
• TIG-sveising (Tungsten Inert Gas), også kalla GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) brukast for høg kvalitet og presisjon. Det brukast ein wolframelektrode som ikkje smelter og gir ein stabil lysboge med rein sveis utan tilsatsmiddel. Elektroden gir derfor ikkje fyllmiddel som eventuelt må tilsettast separat. For TIG brukast inert dekkgass som er argon, helium eller ei blanding av desse. Helium gir djupare sveisefuge. Vasskjøling av sveisepistolen er naudsynt ved høg straum. Metoden krev erfarne sveisarar og er relativt langsam. Kan brukast for alle metall men er vanleg for rustfritt stål og lettmetall som aluminium og titan og presisjonssveising på fly, lette syklar og militært utstyr.
• Plasmasveising har mykje sams med TIG, men brukar ein gass i plasmatilstand. Dette gir svært stabil lysboge, men krev ytterlegare erfaring og presisjon og er best egna for automatisk mekanisk presisjonssveising. Den tillèt høgare hastigheit, djupare fuge og større fridom i materialar.
• SAW (Submerged Arc Welding) brukast for høge sveisehastigheiter der lysbogen brenn under eit lag fluksmateriale. Fluksmaterialet er ofte slik sett saman at det sprekk og skalar av ved størkning og krev lite etterarbeid. Dette gir høg produktivitet og brukast spesielt ved automatisk sveising på grove arbeidsstykke som kjelar og tankar og røyr.

Den vanlegaste metoden for gassveising skjer med ein brennar som kombinerer acetylen og oksygen, sveisegass, og vert forenkla kalla acetylensveising. Det har lenge vore ein populær sveisemetode, men er mindre egna for industriell serieproduksjon. Den brukast handverksmessig for sveising av røyr, og mindre reparasjonsarbeid og krev mindre presisjon ved sveising av tynt gods enn lysbogesveising. Utstyret består av gassflasker med trykkregulator og ein sveisebrennar som blander gassane og held ved like sveiseflammen. Temperaturen når omkring 3100 °C og det vert brukt fyllmateriale i form av ein separat sveisetråd. Gassveising varmar eit større område av arbeidsstykket og kan gi større deformasjonar og restspenningar i arbeidsstykka.,

Andre gasskombinasjonar er acetylen-luft og hydrogen-oksygen. Gassveising vert også brukt ved sveising av termoplast men då med vanleg oppvarma luft ved nokre få hundre grader.

Punktsveising kallast også motstandssveising og brukast normalt ved samanfesting av tynne plater. Kontaktelektrodar klemmer mot kvar side av platene som vert sveiste. Det brukast svært høg straum, typisk 1000-100 000 Ampere i korte pulsar som smeltar arbeidsstykket i kontaktpunktet. Metoden er effektiv og gir liten grad av deformasjon og ureining, men er avgrensa til overlappande plater og tråd opp til 3 mm tjukkleik der ein har tilgang til begge sider. Metoden er mykje brukt for platekonstruksjonar som bilkarosseri og kabinett og er veleigna for automatisk produksjon med robotar.

Ein variant er saumsveising som brukar rullande elektrodar i staden for punktelektrodar og gir ein kontinuerleg sveiseskøyt.

Strålesveising brukar laserstrålar eller elektronstrålar. Skilnaden er i energitilførselen som kjem frå ein laser eller frå elektron som akselererast i eit elektrisk felt i vakuum. Metoden har høg utstyrskostnad, men begge gir ein konsentrert stråle som kan gi ein smal og tilstrekkeleg djup sveisefuge med svært høg hastigheit. Metoden krev ein automatisert produksjon og brukast derfor for store seriar i høg hastigheit.

• Sveising med ultralyd tilfører arbeidsstykket lydenergi over 20 KHz. Arbeidstykka som er pressa saman smeltar då saman. Metoden brukast for elektriske kontaktpunkt mellom aluminium og kopar og er svært vanleg for plaster.
• Trykksveising går føre seg ved at materiala vert pressa saman i kontaktpunktet med høgt trykk. Energien får materialet til å flyte saman, og brukast for eksempel for å føye saman ulike metall som stål og aluminium.
• Termittsveising brukar ein blanding av jarnoksid og aluminium som vert påtende. Blandinga produserer reint jarn og aluminiumoksid og svært kraftig varme og har for eksempel vore brukt for sveising av jarnbaneskinner ved at det flytande jarnet renn i ei form mellom skinneendane som smeltar saman.

Arbeidstilsynet fører tilsyn med arbeid etter Forskrift om sveising, termisk skjering, termisk sprøyting, kolbogemeisling, lodding og sliping (varmt arbeid)^[3] og rettleiingar.^[4]

Før ein kan byrja å sveisa, krevst det i fleire bransjar at ein går gjennom viktige prosessar. At arbeidsstykke er korrekt dokumenterte (for eventuelt å bli etterprøva) er eit anna krav.^[5]

Helseskadar frå sveising kjem både av lys, varme og metalldampar/støv lyd og belasting:

• Lys både frå sveiseflammer og elektrisk lysbogesveising krev augevern. Skarpt lys medfører sveiseblindheit, som er blinde flekker på netthinna, som både er smertefullt og kan medføre permanent skade på synet. Ved elektrisk lysbogesveising ligg mykje av energien i ultrafiolett stråling som lett forårsakar sveiseblindheit og forbrenninsskadar på huda som liknar solforbrenning. Elektrisk lysbogesveising krev derfor sveiseglas med høg tettleiksgrad og skjerming av huda. Nyare sveisehjelmar har ofte automatisk nedblending som raskt tilpassar tettleiksgraden når sveisinga går føre seg.
• Varme frå sveiselysboge, sveiseflamme eller smelte gir både indirekte varmestråling (infraraud stråling) og direkte varme frå kontakt med varmt materiale og sprut. Det er derfor påkravd med spesielle verneklede som sveisehanskar, maske og forkle.
• Dampar er årsak til helseskadar først og fremst på auga, ved innanding, men også gjennom hud Dette kan gi ei rekke helseskadar som allergiar, lungeskadar (støv på lunga) og metallforgifting i kroppen. Kortvarig viser verknaden av sterk eksponering for metalldamp seg som sokalla metallfeber som er kjenneteikna ved feber, muskelsmerter, frysningar, kvalme og slappheit. Langtidsverknader av metall og plast er støvlunge, kreft, nerveskadar osv. Det er derfor påkravd med punktavsug og filterring av avgassar frå sveising, eventuelt pustemaske ved enkelte stoff.
• Belastningsskadar ved løfting og handtering vert førebygd ved løfte- og fastspenningsordningar.
• Støy ved enkelte typar sveising som for eksempel smisveising krev høyrselsvern.

Som ved alt arbeid som krev høg temperatur (varmt arbeid) er det risiko for alvorlege brann- og eksplosjonsulykker. Prosedyrar og rutinar for utføring av varmt arbeid skal innarbeidast i verksemda sin internkontroll. Denne skal gi reglar for tildekking, reinhald, brannvakt, sløkking og liknande.

• Lodding