AUTOMATISERINGSFAGET Sammenføyning
Innhold 1 Innledning... Feil! Bokmerke er ikke definert. 1.1 Hva er sammenføyning... 3 1.2 Historisk utvikling av sammenføyningsmetoder... 3 1.3 Valg av sammenføyningsteknikker... 3 2 Sammenføyningsteknikker... 4 2.1 Gjenger og skrueforbindelser... 4 2.2 Klinking, nagler og popnagler... 7 2.3 Lim og tape... 10 2.4 Sveising... 14 2.5 Lodding... 27
1. Innledning 1.1 Hva er sammenføyning? Begrepet sammenføyning er et felles uttrykk for alle måter å sammenføye to materialer på, og alle metoder og teknikker som føyer noe sammen inngår i gruppen under sammenføyning. Eksempelvis kan det være å sveise, lime, lodde, nagle, teipe, spikre eller skru noe sammen. Dette betyr alle metoder for å få to biter til å sitte sammen, være festet i hop, uansett om de er av samme materiale eller ikke. 1.2 Historisk utvikling av sammenføyningsmetoder Ulike metoder å få ting til å sitte sammen har vært brukt i flere tusen år. Gamle metoder som liming, nagling og spikring er fortsatt i bruk, og ulike teknikker for å sveise metaller sammen har utviklet seg siden starten av 1900-tallet, og er stadig under utvikling. 1.3 Valg av sammenføyningsteknikker I automatiseringsfaget kan man komme til å få behov for å sammenføye mange forskjellige materialer. Det kan være stål, plast, aluminium og forskjellige andre metaller. Å velge rett teknikk eller metode for å sammenføye trenger ikke være enkelt, men her er noen forhold verd å tenke på: Hvilke materialer er det som skal sammenføyes? Er det to deler av samme materiale, eller er de forskjellige? Hva skal den ferdige sammenføyde delen brukes til, og hvordan er forholdene der? (Temperatur, korrosjon og lignende) Har sammenføyningen tenkt å vare lenge? Bør delene enkelt kunne skilles igjen, eller skal det være en mest mulig varig sammenføyning? Videre i kompendiet skal vi belyse de fleste teknikkene, men her er det ingen fasit. Flere metoder, teknikker og løsninger vil kunne fungere. Dette vil bli lettere å forstå etter hvert som man får mer mekanisk erfaring. I tillegg til den teoretiske vinklingen, trengs det praktisk erfaring og trening for å bli god til å utøve de fleste sammenføyningsteknikker.
2. Sammenføyningsteknikker 2.1 Gjenger og skrueforbindelser Illustrasjon 1, skruer, to forskjellige typer Med skrueforbindelser kan vi føye sammen deler av like eller ulike materialtyper. Skrueforbindelsen kan være med gjennomgående bolter/skruer, eller med gjenger direkte i materialene. Skrueforbindelsene er avhengige av gjenger, enten med gjennomgående skrue som festes med mutter på den andre siden, eller med skrue og innvendig gjenge direkte i den ene delen som skal sammenføyes. Gjengene kan vikles begge veier og ha ulik form og stigning. I Amerika og Storbritannia er det vanlig å måle i tommer, mens her i Norge og resten av verden måles det etter det metriske systemet. Dette legger grunnlaget for oppsettet av gjenger, og muligheten for gjenger. Heldigvis blir det mer og mer vanlig med skrueforbindelser etter det metriske systemet også for varer produsert i USA og Storbritannia. Gjengene er standardiserte i tabeller, her er et utdrag: Gjenge Stigning Gjengebor M6 1 5,0 M6 X 0,75 5,2 M8 1,25 6,8 M8 X 1 7 M8 X 0,75 7,2 M10 1,5 8,5 M10 X 1,25 8,8 M10 X 1 9 M10 X 0,75 9,2 Illustrasjon 2, utdrag fra metrisk gjengetabell, innvendige gjenger Noen forklaringer av begrep og betegnelser innen gjenger og gjengetyper: Bokstaven M brukes for metriske gjenger (her er alle mål i millimeter). Eksempelvis er M10 10 millimeter målt på utvendig gjenge. Begrepet stigning betyr hvor langt skruen går når den skrues en runde rundt. Eller sett annerledes: avstanden mellom gjengene. Standardstigning gjelder så lenge ikke noe annet er oppgitt. I tabellen over er
standardstigningen den gjengen som har stigningen sin oppgitt direkte i tabellen. De øvrige gjengene her stiger mindre, og er derfor betegnet som «fingjenger». Eksempelvis kan også en vanlig gjenge med standardstigning betegnes som «grovgjenge». Gjengebor er beregnet dimensjon for bor til hull klare for gjenging. UN er bokstavene for gjenger basert på tommesystemet (1tomme = 25,4millimeter). UNF er da «fingjenger» og UNC er «grovgjenger». Gjenger kan være både inn- og utvendig etter behov. Høyregjenger er vanlig, de skrues inn med klokka (på engelsk: right, på tysk: rechts) Venstregjenger brukes på roterende utstyr, slik at gjengen ikke skal skru seg opp selv, de skrues inn med klokka. Eksempelvis på motorer og den venstre sykkelpedalen (på engelsk: left, på tysk: links). Selve skruene finnes i mange typer og materialer. Her bør man velge etter hva man skal bruke den til, og hvor. Det bør også velges skruer med skruehoder som er egnet for den plassering man behøver og til den verktøytypen som er egnet. Verktøy for gjenging Siden skruer og muttere er rimelige, er å kjøpe det man trenger oftest den enkleste og mest vanlige løsningen. Noen ganger kan man behøve å reparere en skadet gjenge, eller gjenge en del man har lagt til en ny maskin, og da kan det være kjekt å kunne å gjenge. Man kan lage gjenger ved hjelp av flere typer maskiner og verktøy, men gjengingen er stort sett basert på bruk av en gjengetapp eller en gjengebakke. Ved manuell gjenging er gjengebakken og gjengetappen montert i et svingjern.
Illustrasjon 3, gjengebakke til venstre og svingjern til høyre. Bakken lager utvendige gjenger. Fremgangsmåte ved gjenging Utvendig gjenge: Det materialet du skal lage utvendig gjenge på må være egnet for å gjenge i og ha minimum nødvendig diameter for den dimensjonen du ønsker. Materialet kan festes i en skrustikke. Monter en uskadet gjengebakke i et svingjern. Ta gjerne litt fett på arbeidsstykket. Legg svingjernet med gjengebakken over enden på arbeidsstykket og start gjengingen. Pass på at bakken entrer og holdes vinkelrett på arbeidsstykket. Legg litt kraft på med overkroppen. Om man gjenger en til en og en halv runde rundt med svingjernet, og tar en halv runde tilbake frigjør man sponene godt og man får en fin gjenge. Når nødvendig lengde er gjenget, snurrer du gjengebakken løs fra arbeidsstykket. Puss for spon og fett og du har en ferdig utvendig gjenge. Innvendig gjenge: Her må man se i en gjengetabell og ut i fra ønsket gjenge, finne passende gjengebor. Gjennomføring av selve boringen er beskrevet i kompendiet mekanisk tilvirkning. Når boringen er gjennomført er hullet klart til gjenging. Finn frem ønsket gjengetapp og svingjern og monter tappen i svingjernet.
Ta litt fett eller gjengepasta på tappen. Fest arbeidsstykket godt i en skrustikke eller lignede. Sett spissen i mot hullet og start gjengingen, pass på at tappen entrer hullet vinkelrett og hold den stødig under hele gjengingen. Om man svinger gjengetappen en til en og en halv runde, og så tar den en halv runde tilbake før man gjenger videre, blir spon lett frigitt og man får fine gjenger. Når hele gjengetappen er igjennom, snurr den ut, rengjør for spon og fett og man har et gjenget hull. Illustrasjon 4, til venstre: gjenging av innvendig gjenge med svingjern og gjengetapp, til høyre: gjengetapp montert i svinggjernet, samt pasta for gjenging. 2.2 Klinking, nagler og popnagler Klinking Klinking gjøres uten at en trenger å tilføre annet materiale som bolter, skruer eller nagler. Med andre ord økes ikke konstruksjonens vekt, og ingen elementer kan forurense arbeidsmiljøet. Klinking skjer ved at to arbeidsstykker låses punktvis av et verktøy som trykker dem sammen i en slags utsparing. Dette blir da en mekanisk sammenføyning og en låst forbindelse, gjerne med mothaker for å sikre at den løsner. Nagler og popnagler Vanlige nagler er nagler som sammenføyer to plater på en grei måte. Disse festes ved at man borer hull gjennom platene, trer naglen gjennom, og bearbeider/slår på naglene til de sitter. Naglene slås gjerne med så få slag som mulig.
Illustrasjon 5, nagling Blindnagler kalles også popnagler. De benyttes i situasjoner når en ikke kommer til på begge sider, eller man vil lage en rask sammenføyning. En popnagle består av en hylse med en nagle. Hylsen med naglen i settes først i hullet gjennom platene. Naglen trekkes deretter noe ut, slik at hylsen formes til en krage på andre siden av platen. Kragen hindrer at naglen trekkes ut. Til slutt brekkes naglen av, dette gjøres enkelt med en popnagletang. Popnagle før og etter gjennomtrekking vises på illustrasjonen på neste side.
Illustrasjon 6: hel popnagle til venstre, trukket og låst popnagle til høyre Det finnes en rekke nagletyper som er utviklet for forskjellige situasjoner. Automatisering i produksjonen er en situasjon der behovet for kostnadseffektiv og kvalitetssikker forbindelse er et krav. Første arbeidsoperasjon er å bore hull til naglen. Det skal ikke være større enn at naglen akkurat går gjennom. Anbefalt hulldimensjon er som regel angitt på popnaglenes emballasje. Hullet kan grades og gis en liten nedsenkning, slik at naglen får godt anlegg mot platen. Nagler er relativt enkle å få åpnet igjen ved hjelp av et bor. Dette vil si at naglene bores ut, og bruker man da den anbefalte bordimensjonen som man brukte ved boring av hullet til naglen, er det mulig å sammenføye delene igjen, ved å sette inn en ny nagl. Illustrasjon 7, popnaglesett med tang og nagler
2.3 Lim og tape 2.3.1 Liming Illustrasjon 8, liming Utviklingen av limtyper har kommet langt og lim blir nå ofte brukt i automatiseringsfaget, siden det i mange tilfeller er en rask og effektiv måte å sammenføye på. Materialer som før ble sveiset, loddet, skrudd eller naglet, slik som bilkarosserier og flyskrog, kan nå ofte limes. De fleste materialer kan limes, og det finnes flere typer universallim som «går til alt». Skal man derimot oppnå en sammenføyning med høy styrke, anbefales spesiallim tilpasset de materialene som skal limes. Limingen kan også utføres slik at fugen kan løses opp og komponentene byttes for vedlikehold og reparasjon. Med lim menes et organisk materiale som plassert mellom to faste materialer, er i stand til å holde disse sammen. Vi får da en limfuge. Sammenhengskreftene (kohesjonen) i limet og vedhenget (adhesjon) avgjør styrken på limingen. Med spesiallim kan selve limfugen være meget sterk, i enkelte tilfeller faktisk sterkere enn materialene som er sammenføyd. Noen fordeler ved liming er: Rask og effektiv reparasjon eller sammenføyning. Rimelig. Lite verktøykrevende. Kontinuerlig kraftoverføring i sammenføyningen. Slik unngår vi spenningskonsentrasjoner som kan gi trøtthetsbrudd. En elastisk sammenføying som virker dempende på svingende påkjenning. Limet kan være elektrisk isolerende og kan således hindre korrosjon på grunn av galvaniske spenninger. Det gir en tett konstruksjon som hindrer luft -eller vannlekkasje. Vi slipper uheldig oppvarming som for eksempel ved sveising.
Noen utfordringer ved liming: Limsammenføyning er ofte følsom for fukt, temperatursvingninger, slag og støt. Det kan være nødvendig med en grundig og tidkrevende forbehandling før selve limingen. Noen limtyper som blir benyttet i industriell sammenheng, er tokomponentlim med kort brukstid etter blanding, men med lang herdetid. Noen limtyper kan ha litt lukt før limet herder. Muligheten for kliss og søl er tilstede. Limfuger Limet har mindre fasthet pr. flateenhet enn aluminium. Vi må derfor lage forbindelser med større limflater, slik at kraften kan fordeles over en større flate. Dette passer fint ved tynnere godstykkelse: Illustrasjon 9: stor limflate anbefales Ved tykkere gods kan en forsøke skrådde fuger: Illustrasjon 10: skrådd fuge Butt-i-butt skjøter gir for liten flate å fordele kraften på, og blir for svake. Ved belastning blir konsentrasjonen av krefter størst i endene av limfugen. Blir belastningen for stor, vil limet derfor slippe taket i endene først. Limforbindelser skal ikke utsettes for direkte avriving på tvers av limflaten. Illustrasjon 11: avriving på tvers Kreftene blir veldig store ytterst, og en risikerer at limet slipper taket. Dersom en ikke kan unngå belastning på tvers av limflaten, kan man hjelpe til med nagler, bolter eller velge en profil som låser bevegelsen.
Illustrasjon 12: profil som låser Adhesjon og kohesjon Det er to hovedbegreper knyttet til lim og liming: adhesjon og kohesjon. Adhesjonsliming er sammenføyning av materialer ved hjelp av et limstoff som «kleber» materialene sammen, altså termodynamisk heft. Fordelen med denne type lim er at ulike materialer kan sammenføyes, både ulike plasttyper og plast mot andre materialer. Videre er det mulig å oppnå fyllende og fleksible limfuger som både gir tette og holdbare forbindelser. Ulemper ved limtypene er at de i utgangspunktet ikke har samme egenskaper som materialene som skal limes og derfor må velges spesielt i forhold til belastningen som produktet skal utsettes for. Mange av limtypene er også utsatt for fuktighet, noe som kan medføre dårligere vedheft etter hvert, eller en hurtig svekkelse av limforbindelsen. Styrken i limforbindelse blir ikke like stor som ved løsemiddelliming. Viktige kriterier for en god limforbindelse med denne type lim er at det blir god vedheft mellom lim og materiale. Kohesjon er sammenbindingskreftene i selve limet. Det er kreftene som holder limet sammen. For at limet skal virke, må det fukte det materialet det skal lime. Skal limet fukte et materiale, må det ha lavere overflatespenning enn materialet. Dersom limet har lavest overflatespenning, vil det spre seg utover og trenge inn i mikrosprekker og dekke hele overflaten på materialet. Det er nødvendig for å få godt vedheng. Skal limet spre seg på overflaten, må det være flytende. De ulike limtypene kan vi dele inn i følgende grupper: Kjemisk herdende lim finnes både som enkomponent- og som tokomponentlim. Tokomponentlimet herder ved at to reaktive stoffer blir blandet sammen. Enkomponentlim kan utnytte fuktigheten i luften som herder, det kan herde ved oppvarming eller ved en katalytisk påvirkning fra materialet. Fysisk tørkende lim klistrer seg fast ved at et løsemiddel fordamper. Løsemiddelet kan være vann. Fysisk størknende lim må påføres mens det er smeltet. Virkningen av limet kommer når limet størkner.
Limeprosessen Illustrasjon 13: limtube Limforbindelsens styrke avhenger veldig mye av forbehandling av overflatene som kan deles i to operasjoner: Sliping Sliping av overflaten har til hensikt å fjerne forurensninger, oksidbelegg og øke kontaktflatene. Sliping er en grov og radikal måte å bearbeide en limflate på. Normalt bør man bruke en fin korning på slipeverktøyet eller foreta en finsliping av flaten før liming. En grov overflate gir ikke bedre heft enn en finslipt, den øker bare limforbruket da en større mengde lim må påføres for å få dekket «toppene» av overflaten. Rengjøring Rengjøring av limflaten har til hensikt å fjerne forurensninger og fett som kan hindre fukting og god kontakt mellom delene. Vasking av flatene med en klut eller fille fuktet i løsemiddel er ikke noen god metode, fett og urenheter vil da bare bli tynnet ut og så bli «fylt» ned i porene i materialet. Dypping av materialet i løsemiddel kan være mer effektivt. Det vil dannes en hinne av løst fettholdig smuss som vil sette seg på overflaten og sørge for dårlig heft. Den beste metoden er antakeligvis vasking av overflaten i varmt vann tilsatt et fettløselig vaskemiddel. Da løsner smusset fra overflaten og kapsler den inn slik at den kan skylles av. Metoden setter krav til at flatene må tørkes før lim kan påføres. Velg et lim som passer til de materialene du har, og hva den ferdige sammenføyningen skal brukes til, og utsettes for. Les og følg produsentens anbefalinger i forhold til forbehandling, temperaturer, påføring, og eventuelt presstiden/presstrykket. 2.3.2 Tape Tape, eller limbånd som det ofte før ble kalt, finnes i dag i utallige varianter. Tape kan i mange tilfeller brukes til gode sammenføyninger, alt fra enkel pakketeip, til grovere presennings-, vulkaniserings- og vevsteiptyper.
Tape er et relativt tynt band av for eksempel tekstil eller plast, med lim på den ene eller begge sidene. Har teipen lim på den ene siden er den egnet til å lime sammen materialer som ligger ved siden av hverandre, eller med overlapp. Dobbeltsidig teip, med lim på begge sider, er egnet til en sammenføyning mellom materialer som ligger i bredd (rygg mot rygg). Fordelene med teip er mulighetene for en rask og rimelig sammenføyning. Eventuelle utfordringer kan for eksempel være styrken i sammenføyningen og bestandigheten mot fukt. Illustrasjon 14, teipeksempler 2.4 Sveising Med sveising menes å sammenføye materialer ved hjelp av smelting. Dette skjer ved at materialene varmes opp, gjerne sammen med fyllmateriale eller tilsatsmateriale og de flyter sammen. Når arbeidsstykket er avkjølt har vi en varig forbindelse ved hjelp av sveisefugen. I automatiseringsfaget er sveising mye brukt i konstruksjon og reparasjonsarbeid, og valg av sveisemetode bestemmes blant annet ut i fra materialtype, tykkelse og eventuelt belastning. Nå skal vi se nærmere på noen aktuelle sveisemetoder.
2.4.1 Elektrode Illustrasjon 15, utstyr til elektrodesveising Sveising med elektroder er ofte omtalt som «elektrisk sveising», eller sveising med «pinner» (pinnesveising). Karakteristisk for manuell buesveising er at man for hånd fører en elektrode i en fuge mellom to arbeidsstykker som skal sammenføyes. Til dette brukes et elektrisk sveiseapparat, gjerne kalt pinneapparat. Apparatet har justering av strømstyrken, og finnes å få kjøpt med forskjellig strømområde. Strømstyrken og valg av elektrodetype bestemmes av hvilket materiale som skal sveises, og materialets dimensjon. Som med andre sveiseteknikker nytter det ikke å lese seg til å bli god til å sveise, det må trenes og øves i praksis. Til sveiseapparatet monteres en sveiseelektrode. Elektroden er oppbygget av en kjernetråd, og er belagt med dekke. Kjernetråden har to funksjoner, dels leder den sveisestrømmen, dels leverer den sveisegods, eller sveiseavsett til fugen. Man velger som oftest en elektrodetype med kjernetråd av samme materiale som metallet man skal sveise. Elektrodedekkets viktigste oppgave er å beskytte metalldråpene og smeltebadet fra luftens skadelige innvirkning. Det dannes slagg, som omslutter metalldråpene under transporten i lysbuen og dekker smeltebadet. Elektrodedekket utvikler også gassbeskyttelse. Derved hindres luftens oksygen og nitrogen å reagere kjemisk med sveisegodset slik at fasthetsegenskapene reduseres. Luft og fuktighet i lufta forringer også elektrodedekket, slik at sveiseelektroder bør lagres i tett emballasje. Dekket har også til oppgave å skape en stabil lysbue, som letter sveisearbeidet. Elektrodesveising anvendes ved sveising av stål, støpejern og de fleste ikke-jernmetaller. Man må
velge elektrodetype ut i fra hva man skal sveise. Ulike typer elektroder har forskjellig kjernetråd. Den kan bestå av ulegert stål, lavlegert stål, høylegert stål eller ikke-jernmetaller. Det er kjernetrådens diameter og ikke dekkets diameter som bestemmer elektrodens dimensjon. De ulike elektrodedimensjonene ligger innen området 1,6 til 6,0 mm. Ulegert stål leder strømmen best, mens høylegert stål leder strømmen dårligst. Det er derfor man tilvirker elektroder i forskjellige lengder, og det er derfor de rustfrie elektrodene med høylegert kjernetråd alltid er korte. De må være korte fordi de ikke tåler strømmen under lengre tid. Anvender du for høy strømstyrke, får du en påminnelse om dette ved at elektrodestumpen blir sterkt rødfarget. Elektrodens ene ende kalles festet eller tangenden. Den andre enden kalles spiss eller tennenden. Oftest finnes et grafitt- eller metallbelegg på spissen. Dette letter tenningen. I elektrodens dekke blander man inn ulike mineraler og legeringselementer. Det er disse legeringselementene som gir sveisegodset de ønskede egenskapene. I visse tilfeller tilsettes også jernpulver. Som bindemiddel brukes vannglass. De forskjellige dekketyper gir elektroden forskjellige sveiseegenskaper og slagg som resultat etter sveisingen. Dekket skal gi sveisegodset de ønskede egenskaper med hensyn til holdfasthet, korrosjon, hardhet osv. Slaggdannelsen gir også strengen den ønskede form og overflate. Dessuten skal dekket danne et krater for å rette lysbuen og materialtransporten. Materialtransporten skjer i form av dråper som kan være varierende i størrelse for ulike elektrodetyper. Dekket utvikler en beskyttelsesgass for eksempel karbondioksid og beskytter derved smeltebadet og metalldråpene mot luftens skadelige innvirkning. Slagget som oppstår, omslutter metalldråpene i lysbuen og beskytter smeltebadet. Deoksidasjonsmiddel finnes også i dekket for å forhindre oksidasjon. Bindemiddelet vannglass brukes for å bedre strømovergangen i lysbuen og på dette vis opprettholde lysbuen. Dette skjer ved hjelp av små elektrisk ladde partikler.
Illustrasjon 16, sveiseprosessen Elektrodetyper og deres funksjoner Det finnes to hovedtyper elektroder: Normalutbytte- og høyutbytteelektroder. Høyutbytteelektroder Dekket hos høyutbytteelektroden inneholder store mengder jernpulver, mens dekket hos normalutbytteelektroden inneholder bare en mindre mengde, eller intet jernpulver overhodet. Utbyttet er lik vekten av det tilsatsmateriale som finnes i den ferdige sveisen en del går bort i form av sprut og avbrann dividert med vekten av nedsmeltet kjernetråd, multiplisert med 100 for at vi skal få resultatet i prosent. Utbyttet ved sveising med høyutbytteelektroder er større enn 130 %. Altså er 130 % grensen mellom de to gruppene. Høyutbytte gir høy avsettytelse. Men de kan bare anvendes i horisontal sveisestilling. Det som i prinsippet skiller de ulike elektrodene, er hvilke stoffer som inngår i dekket, dvs. dekkets sammensetning. Man inndeler derfor elektrodene med hensyn til dekkets sammensetning i gruppene basiske, rutile og sure elektroder. Basiske elektroder Karakteristisk for sveising med basiske elektroder er at de gir sveisegodset høy slagseighet, som dog varierer med temperaturen. Men slagseigheten er for basiske elektroder høy også ved lave temperaturer sammenlignet med andre elektroder. De gir dessuten gode egenskaper med henhold til forlengelse. Basiske elektroder gir også lavt hydrogeninnhold i sveiseavsettet, hvilket minsker faren for sprekkdannelse i sveisen.
Materialtransporten skjer i form av store dråper. De store dråpene gjør at sveisingen blir mer «kald». Elektroden er derfor spesielt egnet til stillingssveising. Med stillingssveising menes all sveising som avviker fra horisontalplanet. Basiske elektroder er imidlertid meget fuktighetsømfintlige. Du beskytter dem mot fuktopptak ved å oppbevare dem i spesielle, tørre beholdere, eller i varmeskap. Den basiske høyutbytteelektroden gir mindre dråpestørrelse, og er derfor mer varmegående. Men den har for øvrig samme gode sveiseegenskaper som normalutbytteelektroden. Flytbarheten er bedre med basisk høyutbytteelektrode, og den gir en bedre strengprofil. For de basiske elektrodene er det altså store forskjeller mellom høyutbytte- og normalutbytteelektroder. Rutile elektroder Karakteristikk for den rutile elektroden er at den er lett sveisbar i alle sveisestillinger, dessuten lett å tenne og gjenantenne. Rutile elektroder gir også jevne og regelmessige sveisestrenger. Sammenlignet med basisk er rutilelektroden mindre følsom for fuktighet, men sveisegodset blir ikke så seigt. Det høye hydrogeninnholdet for rutilelektroden bidrar til å øke faren for sprekker hvis den brukes på stål med høyere holdfasthet. Rutilelektroder gir noe mindre dråper enn basiske. De er derfor mer varmgående og flyter lettere. Rutil-høyutbytteelektroder gir høyere sveisehastighet uten å forandre sveisegodsets egenskaper. Sure elektroder Kjennetegnet til sure elektroder er at de er varmsveisende, og derfor mindre egnet for stillingssveising. Men de gir porøs slagg, som alltid er lett å fjerne. Strengen er jevn og regelmessig. Den sure elektroden har den minste dråpestørrelsen. Det er denne egenskapen som gjør den varmsveisende. I likhet med rutile elektroder, er hydrogeninnholdet høyt for den sure elektroden, og dermed øker faren for sprekkdannelse. For øvrig er holdfasthetsegenskapene ganske like for de rutile og sure elektroder. I likhet med rutile elektroder er den sure elektroden også mindre følsom for fuktighet enn den basiske. Også den sure høyutbytteelektroden gir høy sveisehastighet uten å forandre sveisegodsets egenskaper. Illustrasjon 17, elektrodetyper
Som en oppsummering på elektrisk sveising, eller pinnesveising, kan man si at elektrisk lysbuesveising krever et elektrisk sveiseaggregat som gir en justerbar elektrisk strøm til sveiseelektroden. Ved spissen av elektroden vil strømmen møte en elektrisk motstand mot arbeidsstykket, og det utvikles varme som smelter arbeidsstykkene og elektroden mot sveisefugen. Det ferdige sveiseresultatet er etter elektrisk sveising dekket av slagg som må hamres eller slipes bort når sveisen har kjølnet, og krever mye etterarbeid. Det brukes både likestrøm og vekselstrøm. Metoden var lenge den mest vanlige ved elektrisk sveising og bruker relativt enkelt utstyr som egner seg best for stål med dimensjoner med litt godstykkelse. 2.4.2 MIG og MAG En annen form for elektrisk metallbuesveising er MIG og MAG sveising. Felles med sveising med elektroder, er at kjernetråden lager et smeltebad i sveisefugen. Hos disse metodene er det en annen type sveisemaskin som brukes, med muligheter for sveisetråd på rull, som maskina mater selv. Derfor er disse metodene langt mer effektive enn med tradisjonelle elektroder. Disse sveisemaskinene har innstillinger for matehastighet på tråden, strømstyrke og noen også gassmengde. Gassen er her det som dekker for luft i smeltebadet, på linje med det vi kalte dekket ved sveising med elektroder. Gassen blir da kontinuerlig tilført rundt lysbuen i sveiseprosessen ved hjelp av en sveisepistol som er munnstykket der gass og sveiseelektrode/tilsatsmateriale kommer ut ved denne typen sveising. Illustrasjon 18, automater for MIG/MAG sveising
Illustrasjon 19, sveisepistol for MIG/MAG sveising I praksis er MIG og MAG sveisemetodene helt like. Forskjellen ligger i gassen som anvendes for å beskytte metalldråpene og smeltebadet. Ved MIG-sveising anvendes beskyttelsesgassen argon og/eller helium. Ved MAG-sveising brukes den billigere beskyttelsesgassen karbondioksid, eller en blanding av argon og karbondioksid. Ved MAG-sveising kan det også anvendes rørtråd i stedet for massiv metalltråd. Rørtråden inneholder metaller og slaggdannere i pulverform. En variant av rørtråd kan også sveises uten beskyttelsesgass. I-en i MIG står for inaktiv gass, eller inertgass som betyr det samme. Det at gassen ikke er aktiv, betyr at gassen ikke reagerer med sveisebadet på noen som helst måte. Gassen legger seg rundt sveisen mens man sveiser og beskytter mot atmosfærisk påvirkning, slik som påvirkning fra oksygen og nitrogen som er i lufta rundt oss.
Illustrasjon 20, MIG sveising med inaktiv gass som en beskyttelse rundt sveisen. A-en i MAG står for aktiv gass. Her går gassen inn i sveisebadet og påvirker innbrenning og sveisetemperatur. 2.4.3 TIG TIG-sveising skiller seg i prinsipp fra MIG og MAG-sveising ved at elektroden ikke smelter. Det benyttes en fast elektrode av wolfram, med svært høy smeltetemperatur, over 3000 grader. Også her anvendes argon eller helium som beskyttelsesgass. Gassen beskytter både wolframelektroden og smeltebadet mot luftens skadelige innvirkning. Tilsatsmateriale av samme materiale som materialene som skal sammenføyes, tilføres som ekstra tilsatstråd manuelt. TIG-sveising kan brukes til alle metaller, men er mest vanlig ved sveising av rustfritt stål og lettmetaller som aluminium og titan. Ettersom elektroden ikke smelter, blir sveisepistolen mye varmere enn en MIG-pistol der sveisetråden hele tiden erstattes av ny tråd. Ved høy strømstyrke er derfor vannkjøling av sveisepistolen nødvendig. Metoden krever erfarne sveisere og er relativt langsom.
Illustrasjon 21, sveisemaskin for TIG sveising Illustrasjon 22, TIG sveising
2.4.4 Gass Illustrasjon 23, utstyr til gassveising Gassveising er en smeltesveisemetode, der en gassblanding brukes som en sveiseflamme i sveisingen. Gassblandingen er en blanding av gassene acetylen og oksygen. Temperaturen i gassflammen er betydelig lavere enn i den elektriske lysbuen og produktiviteten blir derfor lavere. Gassen leveres fra gassflasker med acetylen og oksygen, de blandes i en reguleringsenhet i sveisehåndtaket, der man også har muligheten for å regulere gassmengdene og blandingen. Selve sveisebendet er utskiftbart, og man velger størrelsen på bendet etter hvor mye varme man trenger. Gassveising brukes til sveising av rør og mindre reparasjonsarbeider, og krever mindre presisjon ved sveising av tynt gods enn lysbuesveising. Utstyret består av gassflasker med trykkregulator og en sveisebrenner som blander gassene og vedlikeholder sveiseflammen. Illustrasjon 24, gassbend til gassveising Arbeidsstykket oppvarmes i større omfang rundt fugen ved gassveising enn ved elektrisk sveising, som igjen leder til økende deformasjoner. Man anvender gassveising fortrinnsvis ved rørinstallasjoner i varme- og sanitæranlegg. Det er lett å transportere utstyret. Gassveising egner seg brukbart for sveising av tynnplate, men har de senere 20 årene måttet vike plass for mer produktive metoder.
Illustrasjon 25, gassveising Ved gassveising skiller en mellom sveisemetodene høyresveising (motsveising) og venstresveising (frasveising). Ved høyresveising føres sveisebendet mot høyre. Metoden benytter vi når materialtykkelsen på det du skal sveise sammen er over 3 mm. Under selve sveisearbeidet kan du regulere varmemengden ved å variere vinkelen på bendet og ved hjelp av sveisetråden. Det kreves mye motorisk trening for å få til en sveiseforbindelse med god og jevn gjennombrenning. I dag erstattes mye av den manuelle gassveisingen med halvautomater (MIG / MAG). Ved venstresveising føres sveisebendet mot venstre. Metoden benyttes når en skal sveise sammen materialer som er under 3 mm. Her fører du sveisebendet sik at den peker fra selve sveisebadet. Både sveisetråden og sveisebendet føres mot venstre. Sveisebendene er av helsmidd kobber og forkrommet for å avlede varme og hindre sveisesprut i å feste seg på sveisebendet. Gassveising er en velkjent prosess som i nesten 100 år er benyttet til variert produksjon, og den har fortsatt følgende fordeler: Investeringskostnaden for utstyret er lavt Utstyret er enkelt å transportere og bruke Arbeidsplassen har ikke behov for elektrisitet Ulike metaller som kan sveises: Stål Støpejern Aluminium Kobber Messing M.fl.
Gassveising har en betydelig fordel ved sveising av rør, spesielt utendørs sveising av rør opp til 6 mm godstykkelse. Gassveising kan også være å foretrekke om materialene som skal sammenføyes er tynne og rustne, som ved rustsveising på bilkarrosseri. Skjæring med gass Skjæring med gass tas med her, fordi man bruker det samme utstyret som ved gassveising, bare at man har et skjærebend i stedet for gassbend. Dette skjærebendet kalles en skjærebrenner. Selve munnstykket på skjærebrenneren er utskiftbart, og velges etter tykkelsen på materialet man skal skjære i. En brenngass, for eksempel acetylen og oksygen, varmer opp stålet til antennelsestemperatur. Når denne temperaturen er nådd, slipper en til en kraftig strøm av rent oksygen. Dette oksygenet reagerer med det varme stålet, og stålet brenner. Gassens energi blåser det brennende stålet ut av snittet. Illustrasjon 26, gassflasker med skjærebrenner 2.4.5 Plastsveising Sveising er en sammenføyingsmetode der grunnmaterialet blir smeltet i sammenføyingsflatene. For at vi skal kunne sveise et materiale, må vi derfor kunne smelte det. Termoplastene kan sveises, mens herdeplastene ikke kan sveises. I prinsippet kan alle termoplaster sveises. Men molekylstørrelsen og molekylstrukturen til materialet avgjør hvor lett det lar seg gjøre i praksis. Når vi sveiser, varmer vi materialet opp til smeltetemperatur eller til termoplastisk tilstand. Dette er et generelt vilkår for sveising av alle materialer. Men det er to materialegenskaper ved termoplast
som gjør plastsveising forskjellig fra metallsveising. 1. På grunn av de lange, trådformede molekylene er plasten seigtflytende i smeltet tilstand. 2. Fordi plasten har dårlig varmeledningsevne, smelter vi bare et tynt overflatesjikt, både på grunnmaterialet og sveisetråden. På grunn av disse to egenskapene bruker vi et visst trykk når vi sveiser termoplast. Dette gjør vi for å få de trådformede molekylene i grensesjiktet til å «filtre seg sammen». For å få en god sammenfiltring, må materialet ha omtrent samme viskositet. I praksis vil det si at de delene vi vil sveise sammen, må være av samme type. Men det finnes mange varianter av det samme materialet. Vi har derfor ingen garanti for å få en god sveising selv om begge delene vi sveiser sammen er av for eksempel PE. For å være sikret en god sveising må materialet ha omtrent samme molekylvekt (smelteindeks, viskositet). Det gjelder selvsagt både grunnmaterialet og sveisetråden. Vi har disse parameterne ved termoplastsveising: 1. Temperatur. Med den gir vi materialet den gunstige viskositeten. 2. Trykk. Med trykket filtrerer vi molekylene sammen i grensesjiktet. 3. Tid. På grunn av at plast leder varme dårlig, størkner materialet sent. Vi må derfor holde sveisetrykket en tid. Illustrasjon 27, pistol for plastsveising/oppvarming av plast
Den generelle framgangsmåten ved plastsveising er å: Forberede sveisefugen i henhold til den sveisemetoden vi skal benytte. Rengjøre sveiseflatene, varme sveiseflatene til sveisetemperatur (egentlig gi materialet rett viskositet). Presse delene sammen. Kjøle mens vi holder trykket mellom delene oppe. 2.5 Lodding Ved lodding smeltes ikke grunnmaterialet, bare tilsatsmaterialet. Man bruker en loddebolt til å varme opp materialene som skal loddes, og tilsatsmaterialet (loddetinnet) settes til. Man velger loddebolt med spiss som er egnet til å varme opp det man skal sammenføye. Loddebolten har et elektrisk varmeelement. Man velger loddebolt med den effekten man trenger i forhold til tykkelsen på materialene man skal lodde. Noen loddebolter har temperaturføler innebygd, og kan innstilles på den temperaturen man behøver. Illustrasjon 28, elektrisk loddebolt og loddetinn på rull Vi deler lodding inn i to områder: hardlodding (temperatur over 450 C) myklodding (temperatur under 450 C) Hardlodding gjøres med en aluminiumlegering som tilsatsmateriale. Det må benyttes flussmiddel for
å løse oksidbelegget, fordi loddematerialet skal overføre kraften mellom delene som skal loddes sammen. Om man bruker loddetinn, er det flussmiddel i de fleste loddetinntyper. Hardlodding benyttes ved sammenføyning når godstykkelsen er liten, når materialene ikke kan sveises sammen, når store flater skal forbindes, eller detaljene har en komplisert form. Det finnes en rekke standardiserte legeringer i loddemateriale som benyttes. Tilsatsmaterialet ved myklodding består ofte av legeringer der tinn og bly inngår. Arbeidstemperaturen ligger på 200 300 C. Det blir derfor mindre varmepåvirkning enn ved hardlodding. Det må, som ved hardlodding, benyttes flussmiddel for å løse oksidbelegget før lodding. Lodding (myk- og hardlodding) er en sammenføyningsmetode hvor loddetinn er tilsatsmaterialet; det smeltes og binder sammen materialene ved hjelp av adhesjon. Loddetinn har lavere smeltetemperatur enn materialene som skal sammenføyes. Myk eller bløtlodding er også navn på denne typen sammenføyning. Ordet loddetinn er en legering mellom tinn og bly, noen ganger også tilsatt sølv og flussmiddel. Ser vi i utgangspunktet på metallene tinn og bly, har rent bly i seg selv en smeltetemperatur på 327 C. Rent tinn har en smeltetemperatur på 232 C. I aktuelle standarder finner dere oversikten som viser utforming av loddefuger mellom metallplater. Utformingen av loddefugene er avgjørende for hvor godt lodderesultatet skal bli. Illustrasjon 29, aktuelle loddefuger mellom metallplater Når vi lodder, varmes arbeidsstykket opp til aktuell temperatur, og man tilsetter da loddemetallet (loddetinnet), som har et lavere smeltepunkt enn det materialet som skal loddes. Dersom alle fugeåpninger er rette, vil kapillarkraften trekke loddemetallet inn i loddefugene.
Illustrasjon 30, kapillarkraften For å få et godt resultat er det viktig at grunnmaterialet varmes opp til rett temperatur, slik at loddemetallet fester seg godt til grunnmaterialet. Selve prinsippet går ut på å sammenføye to metalldeler ved hjelp av et loddemateriale som binder grunnmaterialene sammen. Når loddematerialet har lavere smeltetemperatur enn metallene som loddes sammen, oppnår man blant annet fordelen med mindre varmekrymping i delene som sammenføyes. En loddet forbindelse blir svært stiv og sterk, da den baserer seg på at loddematerialet får betydelig større overflate i sammenføyningen enn en tilsvarende sveiseforbindelse. Det er det samme som en utnytter når en sammenføyer plater og deler ved hjelp av lim. Metodene har enda en egenskap felles, nemlig at forbindelsen samtidig forsegles, slik at fuktighet ikke kommer innimellom og setter i gang et korrosjonsangrep. En forutsetning for alle loddeforbindelser er at kontaktflatene gjøres grundig rene og påføres et flussmiddel. Selv om overflatene som skal sammenføyes er pusset og «metallisk rene», må en påføre et flussmiddel for å bryte ned overflatespenninger og oksidlag. Myklodding benyttes til lodding av tynne plater og rør av stål, messing, kobber, sink, aluminium, bly og i elektriske forbindelser. Det er innen elektronikk man kjenner lodding best, ved montering og reparasjon av elektriske forbindelser. En loddet forbindelse blir, om den er gjort riktig med tanke på temperatur, veldig varig og sterk, samtidig som den gir en god elektrisk forbindelse. Hardlodding er mest kjent for forbindelser mellom tynnplatedeler, gjerne innen karosseriarbeid på eksempelvis tekniske konstruksjoner som skal være tette.