Sveising, teknikk brukt for sammenføyning av metalliske deler vanligvis gjennom påføring av varme. Denne teknikken ble oppdaget under arbeidet med å manipulere jern til nyttige former. Sveisede kniver ble utviklet i det første årtusenskiftet, og de mest kjente var de som ble produsert av arabiske armourere i Damaskus, Syria. Prosessen med karburering av jern for å produsere hardt stål var kjent på dette tidspunktet, men det resulterende stål var veldig sprøtt. Sveiseteknikken - som innebar å lagre relativt mykt og tøft jern med høyt karbonmateriale, etterfulgt av hammersmeding - ga et sterkt, tøft blad.
I moderne tid har forbedringen i jernfremstillingsmetoder, spesielt innføring av støpejern, begrenset sveising til smeden og gullsmederen. Andre sammenføyningsteknikker, som festing med bolter eller nagler, ble mye brukt på nye produkter, fra broer og jernbanemotorer til kjøkkenutstyr.
Moderne smeltesveiseprosesser er en vekst av behovet for å oppnå en kontinuerlig skjøt på store stålplater. Det har vist seg at nagling hadde ulemper, spesielt for en lukket beholder som en kjele. Gassveising, lysbuesveising og motstandssveising dukket opp alle på slutten av 1800-tallet. Det første virkelige forsøket på å ta i bruk sveiseprosesser i stor skala ble gjort under første verdenskrig. I 1916 ble oksyacetylenprosessen godt utviklet, og sveiseteknikkene som ble benyttet da brukes fremdeles. De viktigste forbedringene siden den gang har vært innen utstyr og sikkerhet. Buesveising, ved bruk av en forbrukselektrode, ble også introdusert i denne perioden, men de nakne ledningene brukte opprinnelig sprø sveiser. En løsning ble funnet ved å pakke den nakne ledningen med asbest og en sammenvevd aluminiumstråd. Den moderne elektroden, introdusert i 1907, består av en bar tråd med et sammensatt belegg av mineraler og metaller. Buesveising ble ikke universelt brukt før andre verdenskrig, da det presserende behovet for raske konstruksjonsmidler for skipsfart, kraftverk, transport og strukturer ansporet det nødvendige utviklingsarbeidet.
Motstandssveising, oppfunnet i 1877 av Elihu Thomson, ble akseptert lenge før buesveising for sammenføyning av plater og sømmer. Butt sveising for kjetting og sammenføyning barer og stenger ble utviklet i løpet av 1920-tallet. På 1940-tallet ble tungsten-inert gassprosess introdusert ved hjelp av en ikke-forbruksbar wolframelektrode for å utføre fusjonssveiser. I 1948 benyttet en ny gassskjermet prosess en trådelektrode som ble konsumert i sveisen. Nylig er det utviklet elektronstrålesveising, lasersveising og flere fastfaseprosesser som diffusjonsbinding, friksjonssveising og ultrasonisk sammenføyning.
Grunnleggende prinsipper for sveising
En sveis kan defineres som en sammenfelling 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 opprettholde et smeltet basseng av metall av ønsket størrelse. Varmen kan tilføres med strøm eller av en gassflamme. Elektrisk motstandssveising kan betraktes som smeltesveising fordi noe smeltet metall dannes.
Fastfaseprosesser produserer sveiser uten å smelte basismaterialet og uten tilsetning av et fyllstoff. Det benyttes alltid trykk, og vanligvis tilveiebringes noe varme. Friksjonsvarme utvikles ved ultralyd og friksjonsforbindelse, og ovnvarme brukes vanligvis i diffusjonsbinding.
Den elektriske lysbuen som brukes i sveising er en høystrøm, lavspent utladning generelt i området 10–2000 ampere ved 10–50 volt. En buesøyle er sammensatt, men består stort sett av en katode som avgir elektroner, et gassplasma for strømledning og et anodeområde som blir relativt varmere enn katoden på grunn av elektronbombardement. En likestrømbue brukes vanligvis, men vekselstrømbuer (AC) kan brukes.
Total energiinngang i alle sveiseprosesser overstiger det som kreves for å produsere en skjøt, fordi ikke all varmen som genereres effektivt kan utnyttes. Effektiviteten varierer fra 60 til 90 prosent, avhengig av prosess; noen spesielle prosesser avviker vidt fra dette tallet. Varme går tapt ved ledning gjennom basismetallet og ved stråling til omgivelsene.
De fleste metaller reagerer når de varmes opp med atmosfæren eller andre metaller i nærheten. Disse reaksjonene kan være ekstremt skadelige for egenskapene til et sveiset ledd. De fleste metaller oksiderer for eksempel raskt når de smeltes. Et lag oksyd kan forhindre korrekt binding av metallet. Smeltede metalldråper belagt med oksyd blir fanget i sveisen og gjør skjøten sprø. Noen verdifulle materialer som er tilsatt for spesifikke egenskaper, reagerer så raskt ved eksponering for luften at metallet som er avsatt ikke har den samme sammensetningen som det hadde begynt. Disse problemene har ført til bruk av flukser og inerte atmosfærer.
Ved smeltesveising har fluksen en beskyttende rolle i å lette en kontrollert reaksjon av metallet og deretter forhindre oksidasjon ved å danne et teppe over det smeltede materialet. Flukser kan være aktive og hjelpe i prosessen eller inaktive og ganske enkelt beskytte overflatene under sammenføyning.
Inerte atmosfærer spiller en beskyttende rolle som ligner på fluks. Ved gassskjermet metallbue og gassskjermet wolframbue-sveising strømmer en inert gass - vanligvis argon - fra et ringrom som omgir fakkelen i en kontinuerlig strøm, og fortrenger luften fra rundt buen. Gassen reagerer ikke kjemisk med metallet, men beskytter den ganske enkelt mot kontakt med oksygen i luften.
Metallurgien av sammenføyning av metall er viktig for leddets funksjonelle evner. Buesveisen illustrerer alle grunnleggende trekk ved en skjøt. Tre soner skyldes passering av en sveisebue: (1) sveisemetallet eller fusjonssonen, (2) den varmepåvirkede sonen, og (3) den upåvirkte sonen. Sveisemetallet er den delen av skjøten som er smeltet under sveising. Den varmepåvirkede sonen er et område ved siden av sveisemetallet som ikke har blitt sveiset, men 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 dens egenskaper.
Sveisemetallkomposisjon og forholdene under hvilke den fryser (størkner) påvirker leddets evne til å oppfylle kravene til service betydelig. Ved lysbuesveising omfatter sveisemetallet fyllmateriale pluss uedle metallet som har smeltet. Etter at buen har passert, skjer hurtig avkjøling av sveisemetallet. Enveis sveis har en støpt struktur med søylekorn som strekker seg fra kanten av det smeltede bassenget til midten av sveisen. I en flerassveis kan denne støpte strukturen modifiseres, avhengig av det spesielle metallet som blir sveiset.
Basismetallet ved siden av sveisen, eller den varmepåvirkede sonen, blir utsatt for et område av temperatursykluser, og dens endring i struktur er direkte relatert til topptemperaturen på et gitt tidspunkt, eksponeringstidspunktet og kjølehastighet. Typene uedelt metall er for mange til å diskutere her, men de kan grupperes i tre klasser: (1) materialer som ikke påvirkes av sveisevarme, (2) materialer som er herdet av strukturelle forandringer, (3) materialer som er herdet av utfelling.
Sveising produserer belastninger i materialer. Disse kreftene blir indusert av sammentrekning av sveisemetallet og ved ekspansjon og deretter sammentrekning av den varmepåvirkede sonen. Det uoppvarmede metallet bevirker en tilbakeholdenhet over det ovennevnte, og når sammentrekningen dominerer, kan ikke sveisemetallet trekke seg sammen fritt, og det bygges en spenning i skjøten. Dette er generelt kjent som restspenning, og for noen kritiske applikasjoner må fjernes ved varmebehandling av hele fabrikasjonen. Restspenning er uunngåelig i alle sveisede konstruksjoner, og hvis det ikke er kontrollert vil bøyning eller forvrengning av sveisingen finne sted. Kontroll utøves ved sveiseteknikk, pilker og inventar, fabrikasjonsprosedyrer og sluttvarmebehandling.
Det finnes et bredt utvalg av sveiseprosesser. Flere av de viktigste blir omtalt nedenfor.
