Du har med största sannolikhet märkt att det normala samhällets normala funktion är starkt beroende av solida metallkonstruktioner: balkarna i byggnader och broar, till exempel, och stålet som finns i rörliga element som flygplan och bilar. Men även om styrkan och den stora soliditeten hos stål och andra tungmetaller kan vara uppenbar, har du någonsin undrat hur metall sammanfogas?
Förutom skruvarna som kan binda vardagliga metallföremål på plats, behövs andra metoder för att faktiskt sammanfoga metaller – det vill säga ändra dem till en form som i praktiken gör dem likadana föremål, med en fog som inkluderar fysikaliska och kemiska egenskaper hos båda föremålen (om de är gjorda av olika material vid sammanfogningspositionen.)
Svetsning involverar sammanfogning av metallföremål genom att värma dem båda i en korsning tills var och en av dem smälter, och en sammansmältning mellan dem uppstår när blandningen svalnar och stelnar igen. Svetsning med syreacetylen, eller bara oxiacetylensvetsning, är ett berömt exempel på svetsprocessen.
Du har kanske hört talas om lödning, vilket också innebär bindning metaller tillsammans via uppvärmning. Vid lödning värms dock endast metallen som används som kopplingspunkt, medan de sammanfogade metallerna inte gör det. I denna mening är lödning mer som att använda tuggummi än att ”foga”.
En kort historia av svetsning
Svetsning går tillbaka minst 3 000 år. Bevis för svetsning under bronsåldern finns i form av 2 000 år gamla cirkulära guldlådor som hålls samman av extrem uppvärmning. Redan dessförinnan hade kulturer i Medelhavet lärt sig att svetsa järn och att tillverka verktyg via denna process, av vilka några går tillbaka till 1 000 f.Kr.
År 1836 upptäckte Edmund Davy acetylen, även om dess användning vid svetsning inte skulle bli utbredd förrän om 70 år eller så. Tillkomsten av den elektriska generatorn i mitten och senare delen av 1800-talet banade väg för bågsvetsning, som är beroende av en elektrisk gnista och för svets- och skärtekniker som involverar gas.
På 1880-talet säkrades de första patenten för bågsvetsning, särskilt kolbågsvetsning, i USA, och under de kommande decennierna var detta en populär form av svetsindustrin. Det tidiga 1900-talet såg snabba framsteg inom tekniken för elektroderna som används vid bågsvetsning, tillsammans med utvecklingen av området motståndssvetsning.
På 1920-talet introducerades automatiska svetsmaskiner. Ett decennium senare introducerades tekniken för dubbsvetsning, och den fann snabbt ett kraftfullt ankare i varvsindustrin, som växte fram på den tiden. Sedan dess har fler och fler gaser använts vid svetsning, och plasmasvetsning har blivit mer populärt i början av 2000-talet.
Vad är Oxy Acetylen?
”Oxyacetylen” är faktiskt en blandning, inte en kemisk förening i sig. Det vill säga, du kommer inte att se en behållare med ”oxyacetylen” sitta runt. Termen hänvisar till den flyktiga blandningen som skapas för ett specifikt ändamål (överhettning) från kombinationen av ren syrgas (O2) och acetylengas (C2 H).
Acetylen som består av två kolatomer trippelbundna till varandra och till en enda väteatom vardera, är också känd som etyn. Det är en färglös gas, och den kan lukta något behagligt. När den upphettas bryts den lätt ner till kol och väte, men detta kan orsaka explosioner, och ren acetylen som utsätts för tillräckligt tryck (15 pund per kvadrattum eller så, knappt över atmosfärstrycket) kan explodera oprovocerat.
Blandningar av luft och acetylen är explosiva i olika grader, beroende på andelen luft som är inblandad. Men korrekt utnyttjad och modulerad kan denna förbränning producera inte bara värme utan ljus, och användes för detta ändamål i bojar och liknande för länge sedan. I en oxyacetylensvetsanordning kombineras acetylenen inte med luft (som innehåller cirka 20 procent syre) utan rent syre, vilket resulterar i risk för extrem värmeavgivning.
På 1980-talet, ett Massachusetts Institute of Technology (MIT) professor undersökte svetsningens fysik och kemi i detalj. Vid den här tiden hade oxyacetylensvetsning funnits i över 80 år. Det var känt att den maximala temperaturen som uppnåddes under förbränning av ren acetylen var långt över 3 000 grader Celsius, eller nära 6 000 grader Fahrenheit. Som det händer är detta den högsta kända temperaturen som kan uppnås med förbränning av någon gas med syre.
MIT-artikeln underströk de praktiska gränserna för svetsning i sig, så trots publiceringsdatumet förblir några av dess resultat tidlösa . En sådan praktisk begränsning är ytan på materialen som ska svetsas; de kan göras attraktiva för bindning och befrias från föroreningar endast i begränsad utsträckning.
Dessutom, även om den absoluta temperaturen är avgörande, kan tiden för exponering för maximal värme ersätta lägre taktemperaturer. Så medan oxyacetylensvetsning gör att temperaturen stiger till så högt som 3 480 C, är bågsvetsning effektivare eftersom upp till 50 procent av värmen som skapas är teoretiskt tillgänglig för svetsning, jämfört med endast 10 procent för oxyacetylensvetsning.
Pappret beskrev andra viktiga överväganden av fysikalisk och kemisk natur, som inte nödvändigtvis skulle tyda på att någon process är överlägsen en annan, men som kan hjälpa till att förutsäga beteendet hos nyintroducerade teknologier. Dessa inkluderar gnistkörningshastighet, val av specifik yta och kostnaden för utrustning.
Svetsutrustning för syreacetylen
En uppfinnare vid namn Thomas tillverkade den första oxyacetylen-facklaapparaten 1903. Denne Thomas var dock inte Edison, som var upptagen med att uppfinna allt annat vid den tiden, utan Wilson. Thomas Wilson använde en blandning av ”rent” syre (faktiskt 99,5 procent syre, så bra som han kunde generera vid den tiden) för att producera en låga med en temperatur som är tillräckligt varm för att bränna stål. Än i dag är oxyacetylen den enda gasblandningen med denna förmåga, och den kan till och med användas under vatten.
I praktiken kommer oxyacetylen i olika blandningar, inte bara den mest potenta. Detta kan justeras av operatören när han är på väg, eftersom syret och acetylenet av uppenbara skäl lagras i olika tankar. I den så kallade neutrala inställningen, den vanligaste för svetsning, blandningen är ungefär lika delar syre och acetylen. I den så kallade oxiderande inställningen, som används för skärning, uteffekten av O2 gas in i blandningen ökas, och i uppkolning inställning ökar acetylenflödet.
Trots faran förknippad med att hålla dessa två gaser nära varandra och med de oberoende farorna som är förknippade med lagring av acetylen (vars faror beskrivits tidigare ) och syre (explosivt när det utsätts för en låga), är lagring och transport av oxyacetylensvetsutrustning lätt. Acetylen är trots allt en liten och lätt förening, och dess faror är väldokumenterade och därmed väl under kontroll i alla professionella, övervakade miljöer.
Utrustningen i sig har två stålcylindrar, en för varje gas och båda under press. Dessa är utrustade med slangar och reglerventiler, och röret leder i slutändan till den del av enheten du tänker mest på när du tänker på svetsning – blåsröret. Flera säkerhetsanordningar förhindrar bakslag i operatörens riktning.
