Grundlæggende svejseteknik
Svejsning er sammenføjning af metaller med samme eller lignende sammensætning under påvirkning af varme med eller uden tilsætning af samme eller lignende metal. Ved svejsning forbindes delene uløseligt med hinanden, så der opstår en samlet helhed. En god svejsning forudsætter en intim forbindelse, som kun opnås, når også grundmaterialet smelter på svejsestedet (svejsezone).
Buesvejsning
For stålkonstruktioner kommer lysbuesvejsning først og fremmest i betragtning, hvor den nødvendige varme opnås ved en elektrisk lysbue. Lysbuen dannes mellem grundemnet og den såkaldte elektrode, som derved smelter og leverer tilsatsmateriale. Det korrekte valg af tilsatsmateriale (elektrode) har den største indflydelse på svejsesamlingens egenskaber. Elektroder vælges efter de karakteristiske styrker for det grundmateriale, der svejses. Valg af elektroder og fastlæggelse af svejsebetingelser forudsætter fagkundskab, og derfor er der oprettet en institution med særligt uddannede “ingeniører, specialister i svejseteknik”, hvis opgave blandt andet er at føre tilsyn med svejsearbejdet og regelmæssigt gentage certificeringen af svejsere.
Gassvejsning og skæring
Ved gassvejsning frembringes den nødvendige varme ved forbrænding af gas, således at grund- og tilsatsmaterialet smelter. Mere vigtigt er skæring. Skærebrænderen har ud over varmeledningen, som fungerer som ved svejsning, også en skæreledning for ilt. Det med varm flamme opvarmede stål brændes igennem og blæses fri af en iltstrøm. Skæring giver glatte og præcise overflader, som er tilstrækkelige til mange formål inden for stålkonstruktioner uden yderligere bearbejdning.
Svejseegnethed
Ved vurdering af svejsede samlinger må man tage i betragtning, at sammensætningen af både tilsatsmaterialet og grundmaterialet kan ændre sig betydeligt under svejseprocessen. Også strukturændringen har stor betydning – mellem den smeltede svejsesøm og det uændrede grundmateriale findes, afhængigt af varmepåvirkningens grad, en zone med forskellig struktur og dermed forskellige egenskaber. Langs svejsesømmen findes det område, hvor grundmaterialet er smeltet (smeltezonen), og hvor sammenføjningen mellem svejsezonen og grundmaterialet sker. Det omgivende materialezone er også stærkt opvarmet, selv om smeltepunktet dér ikke længere er nået. I denne overophedningszone opstår der store strukturændringer, så den ofte er afgørende for egenskaberne ved hele den svejsede samling.
Revnedannelse i svejsesømmen betyder forekomst af revner i svejsesømmen, som opstår umiddelbart efter svejsning, mens temperaturen stadig er høj, eller måske først under afkøling i området ved blåglødning (ved ca. 300 oC). Revnedannelse er i høj grad en egenskab ved elektroder; den forekommer næsten kun med beklædte elektroder, som netop er vigtige til stålkonstruktioner. For at revner kan opstå, skal to betingelser være opfyldt, nemlig høje spændinger som følge af svejseprocessen eller andre ydre påvirkninger samt en øget stivhed i materialet.
Ud over metallurgiske ændringer i materialets sammensætning og struktur er også de fysiske processer vigtige, som er knyttet til de store varmemængder, der ved svejsning tilføres materialet og de derved opnåede høje temperaturer. Opvarmningen sker ikke jævnt, men kun i snævert afgrænsede områder. Den med opvarmningen forbundne termiske udvidelse hindres af den opvarmede zones indre spænding mod det ikke-opvarmede materiale. Hertil kommer ydre spænding, fordi delene ved svejsning må spændes fast, og derfor opstår der ved opvarmningen plastiske sammentrykninger. Ved afkøling trækker svejsesømmen og dens omgivelser sig kraftigst sammen (sammentrækning). Under afkøling må der på grund af den hæmmede udvidelse opstå tvangsspændinger (spændinger som følge af sammentrækning). Ved forudgående opvarmning af de dele, der skal svejses, til 200 oC til 300 oC kan afkølingen bremses betydeligt. På grund af den reducerede hærdningseffekt opnås en bedre strukturdannelse, og hærdningen bliver mindre.
Prøvning af materialer og svejsearbejder
Generelt: Da kvaliteten af svejsearbejdet afhænger af en række omstændigheder, og ikke mindst af den faglærte arbejders dygtighed og pålidelighed, er der behov for nøje kontrol og prøvning af alt svejsearbejde. Blandt prøvningerne nævnes dem, der bestemmer svejseevnen for materialer og elektroder, sammenligning af svejsebetingelser og svejsemetoder i et givet tilfælde, prøveudtagning osv.
Fig. 1 - Bøjeprøve af svejsesøm
Bøjprøve af en svejsesøm: Dette er en bøjprøve af en simpel bjælke med rektangulært tværsnit (fig. 1), hvor en halvcirkelformet bearbejdet længdegående rille i den trækbelastede fiber er gensvejset med ét lag, og det ved stuetemperatur. Sømmen medfører en kraftig reduktion af deformérbarheden, så prøverne ofte bryder helt sprødt og pludseligt. Bøjevinklen er større for tynde plader; den aftager med pladens tykkelse.
Notsejhed: Ved bøjeprøven af svejsesømmen opstår der som regel først revner i svejsesømmen, så der indtræder et sprødt brud. Grundmaterialet skal være i stand til at optage den belastning, der pludseligt opstår ved den sprøde sprængning af svejsesømmen. Det bør kræves, at revnen i svejsezonen ikke breder sig hurtigt gennem grundmaterialet, men at revnen kun må forplante sig langsomt. Grundmaterialet skal være tilstrækkeligt sejgt til at optage denne pludselige belastning, og denne egenskab skal i tilstrækkelig grad bevares også ved lave temperaturer. Notsejhed samt andre mekaniske egenskaber afhænger i høj grad af den temperatur, hvor prøven udføres. Ved lave temperaturer, f.eks. under 0 oC, kan den falde til en brøkdel af værdien ved 20 oC. Denne pludselige nedgangs placering er vigtig for vurderingen af et materiale. For svejste stålkonstruktioner kræves der i dag et materiale med god ældningsbestandighed, dvs. høj slagnotsejhed ved koldtrukne prøver.
Fig. 2 - Deformation ved spændingstilstande i hak
Hårdhed: Fænomener med hårdhed i svejsezonen har stor betydning. Det er vigtigt at kende stigningen i hårdhed, fordi forlængelsen ved brud hurtigt aftager med stigende hårdhed (fig. 3), mens trækstyrken σB stiger næsten proportionalt med Brinell-hårdheden HB. For konstruktionsstål gælder omtrent σB = 0,36*HB. Et eksempel på hårdheden i hovedhjørnesvejsen på en I-bjælke er vist på fig. 4. I overgangszonen findes der på meget små afstande store forskelle i hårdhed. Hårdhedsforløbet afhænger af den dannede struktur. σ-ε-linjen ændrer sig på lignende måde med hårdheden som ved notjævnspændingstilstanden (fig. 2).
Fig. 3 - Brinell-hårdhed og forlængelse
Fig. 4 - Hårdheder i svejsezonen i halsen på en svejset I-bjælke
Ikke-destruktiv prøvning af færdige svejsesamlinger
Gennemlysning – Ved gennemlysning af små tykkelser kan røntgenbilledet gøres synligt på en skærm. I stedet for røntgenstråler kan gammastråler fra radioaktive materialer anvendes. Røntgenbilledet gør det muligt at slutte sig til svejsens kvalitet. Indesluttet slagge eller porer samt fejl i sammensmeltningen og revner kan således fastslås og i givet fald fjernes.
Magnetisk gennemstrømning – der fremkaldes et magnetfelt i den del af stålet, som undersøges, og derefter ordner de påførte jernspåner sig efter feltet. Eventuelle uregelmæssigheder i magnetfeltet kan afsløre revner. Metoden er særligt effektiv til at finde overfladerevner, men relativt ufølsom over for slaggeindeslutninger og porer samt over for revner, der befinder sig inde i tykkere plader.
Ultralydsundersøgelse – Ultravkorte lydbølger reflekteres ikke kun på grænseflader, men også på skilleflader inde i materialet, som f.eks. ved revner eller samlinger.