Grondbeginsels van sweistegniek
Sweiswerk is die verbinding van metale met dieselfde of soortgelyke samestelling onder die werking van hitte, met of sonder byvoeging van dieselfde of soortgelyke metaal. Deur middel van sweiswerk word dele onlosmaaklik met mekaar verbind sodat ’n eenvormige geheel ontstaan. Goeie sweiswerk veronderstel ’n intieme verbinding, wat slegs verkry word indien die basismateriaal by die sweisplek ook smelt (sweisone).
Booglas-sweiswerk
Vir staalstrukture kom bo alles boogsweiswerk in aanmerking, waarby die nodige hitte deur ’n elektriese vlamboog verkry word. Die vlamboog word gevorm tussen die basiese werkstuk en die sogenaamde elektrode, wat daarbij smelt en bykomende materiaal verskaf. Die korrekte keuse van die bykomende materiaal (elektrode) het die grootste invloed op die eienskappe van die sweisverbinding. Die elektrodes word gekies volgens die kenmerkende sterktes van die basismateriaal wat gesweis word. Die keuse van elektrodes, die bepaling van die sweisomstandighede, veronderstel vakkennis, daarom is die instelling van besonder opgeleide “ingenieurs-spesialiste vir sweistegniek” geskep, wie se taak onder andere is om sweiswerk te monitor en die sertifisering van sweisers gereeld te herhaal.
Gasweis en sny
By gassweis word die nodige hitte deur verbranding van gas opgewek, sodat die basismateriaal en toevoegmateriaal smelt. Belangriker is sny. Die snybrander het benewens die hittebuis, wat soos by sweiswerk werk, nog ’n snybuis vir suurstof. Die staal wat met die warm vlam verhit is, word deurbrand en met ’n suurstofstroom uitgeblaas. Sny lewer gladde en presiese oppervlaktes wat vir baie doeleindes van staalkonstruksies voldoende is sonder verdere verwerking.
Lasbaarheid
By die beoordeling van gelaste verbindings moet in ag geneem word dat die samestelling van die toevoegmateriaal, sowel as dié van die basismateriaal, tydens die sweisproses aansienlik kan verander. Groot betekenis het ook die verandering in struktuur – tussen die gesmelte naat en die onveranderde basismateriaal is daar, afhangend van die mate van hitte-inwerking, ’n sone met verskillende struktuur en dus verskillende eienskappe. Langs die naat lê die gebied waar die basismateriaal gesmelt het (die inlasone) en waar die verbinding tussen die sweissone en die basismateriaal plaasvind. Die omliggende materiaalsone word ook nog sterk verhit, al word die smeltpunt daar nie meer bereik nie. In hierdie oorverhittingsone kom groot strukturele veranderinge voor, sodat dit dikwels deurslaggewend is vir die eienskappe van die hele gelaste verbinding.
Sweisnaatkraakvorming beteken die voorkoms van krake in die sweisnaat, wat onmiddellik ná sweiswerk, nog by ’n hoë temperatuur, ontstaan, of moontlik eers tydens afkoeling in die gebied van blougloeiing (omstreeks 300oC). Kraakvorming is in ’n hoë mate ’n eienskap van elektrodes; dit kom byna net voor by bedekte elektrodes, wat juis belangrik is vir staalstrukture. Vir die ontstaan van krake moet twee voorwaardes vervul wees, naamlik hoë spanninge as gevolg van die sweisproses of ander eksterne invloede, asook ’n toename in die styfheid van die materiaal.
Benewens metallurgiese veranderinge in die samestelling en struktuur van die materiaal, is fisiese prosesse ook belangrik, wat verband hou met groot hoeveelhede hitte wat tydens sweiswerk aan die materiaal toegevoer word en die hoë temperature wat daarmee bereik word. Verhitting vind nie eweredig plaas nie, maar slegs in nou begrensde gebiede. Die met verhitting gepaardgaande termiese dilatasie word verhinder deur die interne spanning van die verhitte sone deur die onverhitte materiaal. Daarby kom eksterne spanning, omdat die dele tydens sweiswerk stewig vasgeklem moet word; daarom kom plastiese saamdrukking tydens verhitting voor. Tydens afkoeling trek die naat en sy omgewing die sterkste saam (inkrimping). By afkoeling moet dwangspannings (spannings van inkrimping) ontstaan weens die verhinderde uitsetting. Deur die dele wat gesweis word vooraf tot 200 oC tot 300 oC te verhit, kan afkoeling aansienlik vertraag word. As gevolg van die verminderde werking van verharding word ’n beter struktuurvorming verkry, die verharding bly kleiner.
Toetsing van materiale en sweiswerk
Algemeen: Aangesien die gehalte van sweiswerk afhang van ’n reeks omstandighede, en laastens ook van die vaardigheid en betroubaarheid van die vakman, is presiese toesig en toetsing van alle sweiswerk nodig. Onder die toetse word dié genoem wat die sweisbaarheid van materiale en elektrodes bepaal, die vergelyking van sweistoestande en sweisprosesse vir ’n gegewe geval, toetsing van monsters, ens.
Fig. 1 - Toets op buiging van die gelaste las
Buigproef van ’n gelaste naat: Dit is die buigproef van ’n eenvoudige balk met reghoekige deursnee (fig. 1), waarop ’n halfsirkelvormig bewerkte lengtegroef in die trekfas weer met een laag herstelgelas word, en wel by kamertemperatuur. Die naat veroorsaak ’n sterk vermindering van vervormbaarheid, sodat die proefstukke dikwels heeltemal bros en skielik breek. Die buighoek is by dun plate groter; dit neem af met die plaatdikte.
Kerfslagsterkte: By die buigtoets van die sweisnaat ontstaan krake meestal eers in die naat, sodat ’n bros breuk intree. Die basismateriaal moet in staat wees om die belasting te dra wat skielik by die bros bars van die sweisnaat ontstaan. Daar moet geëis word dat die kraak in die sweisgebied nie vinnig deur die basismateriaal versprei nie, maar dat die kraak slegs stadig mag voortgaan. Die basismateriaal moet voldoende taai wees om hierdie skielike belasting te kan opneem, en hierdie vermoë moet ook in voldoende mate by lae temperature behoue bly. Kerfslagsterkte, sowel as ander meganiese eienskappe, hang in hoë mate af van die temperatuur waarteen die toets uitgevoer word. By lae temperature, byvoorbeeld onder 0 oC, kan dit daal tot ’n deel van die waarde by 20 oC. Die ligging van hierdie skielike daling is belangrik vir die beoordeling van ’n materiaal. Vir gelaste staalstrukture word vandag ’n materiaal met goeie verouderingsbestandheid vereis, d.w.s. hoë slagkerfsterkte in koudgetrekte toetse.
Fig. 2 - Vervorming by spanningsituasies van kerfies
Hardheid: Die verskynsels van hardheid in die sweissone is van groot belang. Kennis van die toename in hardheid is belangrik, omdat die verlenging by breuk vinnig afneem met toenemende hardheid (fig. 3), terwyl die treksterkte σB byna eweredig styg met die Brinell-hardheid HB. Vir boustaal is benaderd σB = 0,36*HB. ’n Voorbeeld van die hardheid van die hoofhoeknaat van ’n I-balk word in fig. 4 getoon. In die oorgangsone bestaan daar op baie klein afstande groot verskille in hardheid. Die verloop van hardheid hang af van die gevormde struktuur. Die σ-ε-l-lyn verander soortgelyk met hardheid as met die spanningstoestand van ’n kerf (fig. 2).
Fig. 3 - Brinell-hardheid en verlenging
Figuur 4 - Hardhede in die sweisnaatzone in die nek van ’n gelaste I-draer
Nie-destruktiewe toetsing van voltooide gelaste verbindings
Deurstraalvorming – By deurstraalvorming van klein diktes kan die X-straalbeeld op ’n skerm sigbaar gemaak word. In plaas van X-strale kan gammastrale van radioaktiewe materiale gebruik word. Die X-straalbeeld maak dit moontlik om af te lei wat die kwaliteit van die las is. Ingeslote slak of porieë, sowel as foute in die binding en krake, kan so vasgestel en in ’n gegewe geval verwyder word.
Magnetiese vloeiing – ’n Magnetiese veld word opgewek in die deel van die staal wat ondersoek word, en dan rangskik die aangebrachte skaafsels volgens die veld. Uit moontlike onreëlmatighede in die magnetiese veld kan krake opgespoor word. Die prosedure is veral doeltreffend vir die opsporing van oppervlakkrake, maar betreklik ongevoelig teenoor slakinsluitings en porieë, asook teenoor krake wat in die binnekant van dikker plate is.
Ultraklanktoetsing – Ultrakort klankgolwe weerkaats nie net op grensvlakke nie, maar ook op skeidingsvlakke binne-in, soos byvoorbeeld op krake of delaminasies.