Kap 13 – Sammanfogningsmetoder Flashcards
Exempel på viktiga krav som ställs på ett förband (fog, sammanfogning).
- Vilka hållfasthetskrav har man på förbandet?
- Vilka är de ingående materialen hos de detaljer som ska sammanfogas, samma materialtyp?
- Är materialen temperaturkänsliga?
- Vilken geometri och storlek har de ingående detaljerna?
- Vilka krav på demonterbarhet har man?
- Hur många produkter ska tillverkas (sammanfogas) och vilka krav ställs på automatisering samt vilka krav ställs på toleranser och processäkerhet?
- Vilka miljömässiga krav ställs?
Övergripande indelning av sammanfogningstyper och dess fysikaliska princip (3 grupper).
Smältbaserade principer: innefattar smältning och lödning. Värmeenergi tillförs ett eller flera arbetsstycken så att vissa avgränsade partier övergår i smält tillstånd. Ytterligare material kan tillföras vid behov i form av ett tillsatsmaterial. Då en gemensam smälta stelnar kan flera detaljer bindas ihop till en komponent.
Mekaniska principer: Att kallforma ett plåtmaterial med eller utan nit till en låsning mellan de ingående materialen. Operationen utförs i ett moment utan någon förstansning eller förborrning av hål.
Adhesiva principer: Limning. Metod att vid rumstemperatur, med hjälp av flytande tillsatsmaterial sammanfoga ytor, vilka också kan bestå av olika material. Det flytande materialet, vanligtvis organiskt, stelnar genom torkning, avsvalning eller genom kemisk reaktion (härdning).
Den principiella skillnaden mellan svetsning, svetslödning och lödning samt när respektive metod används.
Vid lödning smälts endast tillsatsmaterialet (lodet), detaljerna sammanfogas när lodet har stelnat. Vid lödning binds detaljerna primärt samman mekaniskt eller adhesivt. Används till sammanfogning. Svetslödning är en variant av hårdlödning, karaktäriseras av en fogberedning som möjliggör en viss smält materialvolym. Genom uppsmältning av tillsatsmaterialet mot arbetsstyckets ytor i fogområdet kan legeringselement från svetslodet diffundera in i arbetsstycket och sänka dess smältpunkt. Förbandet blir starkare än vid lödning. Används vid svetsning och lagning av svårsvetsade gjutgods. Vid svetsning är grundmaterialet lokalt upphettat till över smältpunkten, huvudgrupperna är icke trycksatt smältsvetsning, trycksatt smältsvetsning, kombination av trycksvetsning och adhesiva principer, kombinerade principer. Används för att sammanfoga eller kapa.
Ge exempel på hur olika svetsförband kan geometriskt utformas
Stumförband: innebär att arbetsstyckets delar har sin huvudsakliga utbredning i samma plan. T-förband: arbetsstyckets delar bildar formen av ett T.
Överlappsförband: arbetsstyckets delar ligger i samma plan, förskjutna en bit in över varandra så att svetsen läggs mellan en kantyta på ena arbetsstycket och en sidoyta på det andra arbetsstycket.
Flänsförband: erhålls om det ena eller båda arbetsstyckena har en liten fläns (uppvikt kant) vid svetsstället.
Hörnförband: arbetsstyckena bildar en vinkel med ett öppet hörn som utvändigt fylls med tillsatsmaterial.
Kantförband: erhålls om två arbetsstycken placeras parallellt med varandra (ovanpå) och deras sidokanter sammansvetsas.
Principen och användningen av metallbågsvetsning, pulverbågsvetsning, gasmetallbågsvetsning (MIG/MAG) och TIG svetsning.
Metallbågsvetsning med belagd elektrod: en ljusbåge etableras mellan en belagd stavelektrod, monterad i en elektroniskt isolerad hållare, och arbetsstycket. Elektroden smälter under förloppet och metalldroppar övergår tillarbetsstycket. Även fogkanterna smälter, smältan skyddas från inverkan av luftens syre och kväve av den gas som bildas då elektrodbeläggningen smälter. Beläggningen samlas på smältans yta, stelnar och bildar ett skyddstäcke (slagg) över det varma svetsgodset. Skepps- och brobyggnad, verkstadsindustri.
Pulverbågsvetsning: en ljusbåge upprättas mellan en kontinuerligt smältande obelagd elektrod och arbetsstycket. Ljusbågen brinner under ett täcke av pulver som tillförs svetsstället för att undvika reaktioner med luftens syre. Elektroden matas fram med en mekanisk anordning. Det pulver som tillförs omsluter ljusbågen helt, en del förbrukas och bildar ett skyddande täcke över svetsen, överskottet sugs upp och återförs till pulverbehållaren. Metoden måste utföras i horisontalläge. Varvsindustrin.
Gasmetallbågsvetsning (MIG/MAG): Svetsstället skyddas av luftens inverkan av en skyddsgas.
- MIG (metal inert gas): svetsning i inert (ickereaktiv) skyddsgas som argon eller helium.
- MAG (metal active gas): svetsning i aktiv (reagerar med smältan) skyddsgas som kolsyra eller blandgas.
Ljusbågen etableras mellan en kontinuerlig elektrod och arbetsstycket, elektroden smälter i ljusbågen, matas fram kontinuerligt. Skyddsgasen tillförs svetsstället genom svetspistolens munstycke. Används för tunnplåt, t.ex. bilkarosser.
TIG-svetsning: (tungsten inert gas), Gasvolframsvetsning. Gasbågsvetsning med ickesmältande elektrod. Ljusbågen brinner mellan en ickesmältande volframelektrod och arbetsstycket, som skyddsgas används ädelgas. Används vid svetsning av syrafasta, rostfria och oxidationsbeständiga stål samt aluminium- och nickellegeringar. God renhet, homogenitet och ytfinish. Kemisk industri och livsmedelsindustri. Tillsatsmaterialet tillförs för hand eller mekaniskt från en rulle eller pinne.
Principen för elektronstrålesvetsning och lasersvetsning.
Elektronstrålesvetsning: En fokuserad stråle av elektroner alstras (60% av ljusets hastighet), det sker i vakuum för att undvika kollision med luftens gasmolekyler. När elektronerna träffar arbetsstycket omvandlas deras kinetiska energi till värme, i nedslagspunkten blir temperaturen så hög att materialet förångas och en ny nedslagspunkt friläggs och strålen tränger allt djupare in i materialet. Den förångade metallen bildar smälta på hålets väggar, blir sen svets. Elektronstrålen har hög effekttäthet, vilket innebär att tjocka plåtar kan svetsas med en mycket liten värmepåverkad zon runt svetsstället. Används då höga krav på svetskvalitet, til exempel för atomreaktorer och flygplan.
Lasersvetsning: Energin tillförs genom att en ström av ljusfotoner träffar arbetsstycket, elektronerna i nedslagspunkten börjar resonanssvänga , värme uppstår som får materialet att smälta. Möjligt att både sammanfoga och sönderdela. Har en begränsad värmepåverkad zon, detta gör att den kan användas vid sammanfogning av små dimensioner, tex vid tillverkning av elektronikkomponenter. Även svårsvetsade material, billigare och enklare att hantera än elektronstrålsvetsning pga behöver inte ha vakuum.
Principen för och användningen av resistivt(motstånd) baserade svetsmetoder (primärt punktsvetsning och sömsvetsning).
Vid elektrisk motståndssvetsning värms svetsstället upp genom att man lokalt leder elektrisk ström genom arbetsstyckets delar varvid energi utvecklas. Då värme tillförts trycker man samman materialet och formar det plastiskt.
Punktsvetsning: Svetsstället är begränsat till en punkt. Motståndsvärmen bör uppgå till materialets smälttemperatur, när maxtemperaturen är nådd bryts strömmen, men trycket behålls under en kylperiod tills svetsen har stelnat. Används i bilindustrin. (Tänk Tesla)
Sömsvetsning: Man använder elektroder i form av rullar för att överföra ström och kraft till arbetsstyckena. En eller båda av rullarna driver så arbetsstyckena matas framåt. Kan utföras med kontinuerlig eller intermittent elektrodmatning tillsammans med konstant, pulserande eller modulerad ström. Används till sammanfogning av tunnplåt.
Principen för friktionssvetsning och ultraljudssvetsning samt principen och användningen för FSW (Friction Stir Welding).
Friktionssvetsning: Använder friktions- och deformationskrafter mellan två ytor som rör sig relativt varandra. Ger ingen fullständig uppsmältning av fogytorna. De delar som ska sammanfogas roterar mot varandra under tryck, när rätt svetstemperatur är nådd upphör rotationen men trycket behålls. Ett av styckena är ofta rotationssymmetriskt, t.ex stång eller rör.
Ultraljudssvetsning:
Teknik där man med hjälp av ultraljud sammanfogar två delar. Trycker samman och sänder ut koncentrerade ultraljudsviberationer mot en liten yta för att åstadkomma svetsning. Används primärt för sammanfogning av termoplaster. Två kategorier:
- Inre värme skapas i de material som ska sammanfogas genom att vibrationer läggs på vinkelrätt mot de ytor som ska sammanfogas.
- Värme skapas genom friktion mellan de ämnen som ska sammanfogas genom att vibrationer läggs parallellt med de ytor som ska sammanfogas.
Lämplig att använda för grövre detaljer I elektronikindustrin pga den låga värmeutvecklingen och värmespridningen.
FSW (Friction Stir Welding): Sammanfogningen av materialen sker i fast tillstånd, fogytorna binds samman under värme som skapas genom deformationsarbete. Ger en homogen svets, används främst för aluminium.
Vad som innefattas i begreppet svetsbarhet samt varför är kolekvivalenten en så pass god indikator på ett ståls svetsbarhet.
Mått på ett material som visar hur väl det fungerar för svetsning.
Svetsbarhet är ett samlat begrepp för ett materials benägenhet att till oönskade förändringar som t.ex. deformationer, strukturomvandlingar, sprickor och porer som introduceras under svetsningen i svetsfogen och i övriga arbetsmaterialet. Dvs att egenskaperna i svetsen och dess omedelbara närhet skall vara desamma som i grundmaterialt i övrig. Generellt minskar svetsbarheten med kolhalten.
Ett materials lämplighet för svetsning. Detta innebär att egenskaperna i svetsen och dess omedelbara närhet ska vara desamma som i grundmaterialet i övrigt. Med egenskaper avses t.ex. hållfasthet, hårdhet, korrossionsbeständighet och oxidationsbenägenhet. Sprickbildning, väteförsprödning och formförändringar ska inte uppkomma.
Svetsbarheten minskar med ökande kolhalt, därför kan kolekvivalenten användas som mått på hur bra ett material låter sig svetsas.
Den grundläggande skillnaden mellan mjuklödning och hårdlödning.
Skillnaden utgörs av lodets smälttemperatur. Vid mjuklödning har lodet en smälttemperatur upp till ca 450O,hårdlödning har lodet en smälttemperatur på över 450O
Vad som skiljer fogutformningen mellan svetsning och lödning.
Vid lödning smälts endast lodet, som fyller ut spalten mellan de ytor som ska sammanfogas, ingen uppsmältning behöver ske av arbetsmaterialen. Fungerar mer som en gjutprocess. Vid spaltlödning begränsas spalten för att få kapillärverkan.
Vilka fördelar som kan uppnås vid stuknitning i förhållande till andra förbandsprinciper.
- Bättre livslängdsegenskaper i förbanden.
- Bättre arbetsmiljö, ren och tyst process
- Lägre driftskostnader genom lägre energiåtgång, längre verktygslivslängd och mindre verktygsunderhåll.
- Möjligt att kvalitetssäkra förbandet.
- Möjligt att sammanfoga olika material.
Mekanisk sammanfogning innebär att kallforma ett plåtmaterial med eller utan nit till en låsning mellan de ingående materialen.
Stuknitning är en metod för sammanfogning av tunnplåt genom att under tryck kallforma själva plåtmaterialet till ett fästelement.
Stansnitning är en metod för sammanfogning av plåtar genom att en nit stansas genom plåtar med hjälp av ett drivdon.
Vad som skiljer limning åt från lödning.
Limning skiljer sig åt från lödning främst genom att tillsatsmaterialet (lodet) är en plast istället för metall
Fördelar med limning:
- Olika material kan sammanfogas, t.ex. glas, plast, stål, aluminium, koppar. Limmet är en god isolator som förhindrar uppkomsten av galvaniska element.
- Kan sammanfoga delar med stora dimensionsstorlekar utan att få kastningar i konstruktionen.
- Fogen blir vätsketät.
- Bättre utmattningshållfasthet, p.g.a. frånvaron av nitar eller skruvar. - Goda dämpningsegenskaper, mindre buller och vibrationer.
- Ofta färre delar i konstruktionen.
- Mindre maskinbearbetning.
- Ingen försämring av egenskaperna hos de hoplimmade materialen.
Alla plater(lim) är viskoelastiska vilket gör att de ur belastningsynpunkt är mer påverkbara av temperatur och tid än tex metaller. Lim som är praktiskt användbara I temp över 300 förekommer sällan.
