Svetskommissionen är en teknisk branschorganisation för fogande industri. Vi jobbar med standardisering, forskning och utbildning. Svetskommissionens viktigaste uppgift är att verka för våra medlemmars intressen.

Om begreppet svetsbarhet

I samband med diskussioner om svetsupplysningarna på MNCs standardblad skrev Nils Gunnar Leide ned sina tankar om begreppet "svetsbarhet" (brev till Svetskommissionen 1977-01-20). Hans åsikter får anses ha stort allmänt intresse varför de citeras som inledning till detta avsnitt.

"I en mängd olika sammanhang talar man om ett materials svetsbarhet och detta uttryck förekommer inte minst inom svensk materialstandard och inom många skrifter om material och många materialblad. Uttrycket har sin motsvarighet i det engelska "weldability", det tyska "Schweissbarkeit" och det franska "soudabilité" och är därför i och för sig internationellt.

Inom IIW har man försökt att definiera uttrycket och det har också gjorts en svensk översättning, men denna översättning är så grumlig och diffus att den faktiskt ger ytterst lite vägledning om vad man menar när man använder uttrycket."

Den definition som Leide refererar till enades man om 1949 inom IIW:s Kommission IX. Den antogs av ISO/TC 44, Welding, 1953 och blev 1967 ISO-rekommendation R 581 med följande lydelse:

"Svetsbarhet är den egenskap hos ett metalliskt material som, vid användning av en given svetsmetod för ett givet ändamål, gör att en kontinuerlig metalliskt förbindning kan åstadkommas medelst ett lämpligt förfarande, varvid svetsen skall uppfylla de krav som ställs på svetsens lokala egenskaper och på dessas inflytande i den konstruktion, i vilken den ingår."

Den återgavs i Svetsteknisk ordlista 1968 och i inledningen till IIW:s Bonhomme-rekommendation (dokument IIW-367-71).

Leide fortsätter: "Enligt min uppfattning är uttrycket 'svetsbarhet' inte bara diffust utan i många fall också direkt vilseledande framför allt i kombination med utrycket att 'ett material är svetsbart' eller 'ett material är inte svetsbart'. Praktiskt taget allting är svetsbart, bara man genomför de för svetsningen erforderliga åtgärderna. Ett och samma material kan vara svetsbart i en viss godsdimension och i en viss konstruktion eller i en väsentligt annorlunda godstjocklek.

Eftersom uttrycket 'svetsbarhet' ger sådan egendomliga konsekvenser skulle jag vilja föreslå att man systematiskt söker utrota det i officiella sammanhang såsom standardblad, instruktionsböcker, informationer som Svetskommissionen ger ut antingen själv eller i samarbete med t ex MNC, SMS, SIS, Tryckkärlskommissionen etc.

Man bör istället för uttryck som att 'ett material är svetsbart' använda uttryck som att 'materialet är lämpligt för svetsning' eller 'att sammansättningen gör materialet lämpligt för svetsning'.

Man kan också i materialstandarder istället för 'svetsbarhet' använda uttryck såsom 'förutsättningar för smältsvetsning' etc - uttryck där man har möjlighet att anknyta till konstruktiv utformning, godsdimensioner, omgivning och yttre förhållanden.

Det är naturligt att ett så länge använt uttryck som 'svetsbarhet' inte kan utrotas på kort sikt men eftersom det internationellt är så debatterat och av så många ifrågasatt, så tycker jag att man i officiella sammanhang på standardblad etc, systematiskt bör ersätta 'svetsbarhet' men ovan angivna skrivsätt. Jag vill därför föreslå att Svetskommissionens och MNC/TK 44 tar upp denna sak till diskussion. Det skulle vara mycket glädjande om man kunde få fram ett beslut på att 'svetsbarhet' skall utgå och att alla Svetskommissionens kommittéer får besked om att utnyttja andra uttryck som är riktigare.

Även om ingen tidigare så konsekvent argumenterat för en ändring som Leide, har många under årens lopp haft liknande tankar.

Först några svenska röster. Ett av de tidigaste inläggen är en artikel 1941 av Elis Helin: "Faktorer som påverkat svetsbarheten hos grundmaterialet vid bågsvetsning" (ur festskriften Svetskommissionen 10 år - 1941, s 70-76):

"Begreppet svetsbarhet är något, som svetsteknici ända sedan bågsvetsningens begynnelse alltmera tvingats att sysselsätta sig med, ehuru denna fråga på allvar blev aktuell först i och med svetsningens verkliga genombrott för cirka tio år sedan. Tidigare hade man endast periferiskt sysselsatt sig med problemet, vilket nog berodde därpå, att tillsatsmaterialen på den tiden huvudsakligen utgjordes av obelagda och tunnbelagda elektroder, vilka voro tämligen okänsliga för stålets sammansättning och tillstånd i övrigt och dessutom gåvo svetsgods av mindre god kvalitet, varför man icke heller kunde ställa så stora fordringar på förbandens kvalitet.

Vid övergången till de tjockbelagda kvalitetselektroderna fick man emellertid upp ögonen för att även grundmaterialet borde ha egenskaper, som gjorde det lämpligt för svetsning, dvs att det borde äga god svetsbarhet. Man märkte bl a att kälsvetsar ibland oväntat kunde spricka under svetsningen, även om de lagts med en god elektrod. Denna och liknande erfarenheter gjorde, att man ansåg det nödvändigt att införa särskilda svetsbarhetsprovningar för grundmaterial, omfattande bl a kälsvetsprov, vilka skulle avslöja hur grundmaterialet och tillsatsmaterialet samarbetade."

"Ett grundmaterials svetsbarhet är, som torde ha framgått av denna uppsats, beroende av en mängd faktorer, som sammanhänga dels med sammansättningen, dels med grundmaterialets tillverkningsförhållanden. Vid mjukare material gör sig karaktär icke så mycket gällande, utan de problem man där har att brottas med uppkomma genom eventuella felaktigheter i materialet. Vid hårdare stål är det huvudsakligen härdningskänsligheten och svetsspänningarna, som äro avgörande för svetsresultatet, och för att motverka dessa använder man sig framför allt av förvärmning av arbetsstycket samt i viss mån av en modifiering av sammansättningen.

Den som kanske grundligast diskuterat svetsbarhetsgreppet i Sverige har varit T M Norén. I sitt arbete "Svetsbarhetsbegrepp inom stålmetallurgi och dess tillämpning på olika ståltyper" (Jernkontorets Annaler 1962, sid 346-367) ger han en utomordentligt intressant beskrivning av hur komplext detta begrepp är. I det följande citeras några avsnitt:

"Som en följd av den värmepåverkan för vilket ett stål utsätts vid all form av svetsning uppstår vissa - ofta kvarstående - förändringar i materialet. Det kan vara betingat av strukturomvandlingar under värmnings- och kylningsperioderna eller av värmespänningar som orsakar dimensions- eller formförändringar hos konstruktionen. Om ett stål kan svetsas med en viss metod utan att särskilda försiktighetsåtgärder måste vidtas och utan att därvid de nämnda förändringarna ger anledning till några farhågor för den svetsade konstruktionens bestånd sägs stålet vara väl svetsbart med denna metod. Om å andra sidan en normal svetsningsprocess leder till sådana förändringar i materialet att allvarlig risk finns för att konstruktionen inte skall uppfylla de nämnda fordringarna eller föranleder materialfel i form av t ex sprickbildningar redan under eller omedelbart efter svetsningen måste särskilda försiktighetsmått iakttas eller vissa för- och/eller efterbehandlingar göras. Man talar då om begränsat svetsbara stål.

Uttrycket 'ej svetsbart stål' är inte realistiskt. I verkligheten kan alla stål svetsas, om de riktiga metallurgiska betingelserna för processen väljs. Understundom kan emellertid dessa vara stå komplicerade att de verkstadsmässigt inte är praktiskt genomförbart. Vid en svetsningsprocess kan de i stålet lokalt uppträdande snabba värmnings- och kylningsförloppen karakteriseras som en termisk chockverkan eller som en serie sådana verkningar på stålet. Graden av svetsbarhet kan sägas vara ett uttryck för stålets förmåga att uthärda sådan chockverkan.

Svetsbarhetsbegreppet är komplext och därmed svårdefinierat men är ändå en av de vanligaste tekniska termerna. Oklarheten i fråga om vad man i dagligt tal menar med ett svetsbart grundmaterial är avsevärd. Därjämte har ordet 'svetsbarhet' en begränsad räckvidd och avser endast hur grundmaterialet reagerar under själva svetsningsprocessen.

Detta har framkallat ett behov av ett annat begrepp som täcker svetsförbandet i dess helhet och hur dess egenskaper påverkar den svetsade konstruktionens stabilitet. Man talat därför också om svetsförbands 'funktionsstabilitet' och om ståls 'svetssäkerhet'. Om man behandlar funktionsstabilitet hos svetsförband och svetssäkerhet hos olika grundmaterial måste man samtidigt också fullständigt behandla svetsbarhetsbegreppet som är en del av vad som inläggs i de båda andra termerna."

"En koncentrerad behandling av ståls svetsbarhet görs bäst genom konkret behandling av de olika svetsbarhetsproblemen. Detta kan göras genom tillämpning på huvudgrupper, i vilka stålen ur svetsbarhetssynpunkt kan uppdelas och genom en beskrivning av de metallurgiska reaktioner som allmänt erkänns ha inflytande på svetsbarheten för varje grupp svetsmetallurgisk likartade stål. Framställningen i det följande ansluter sig närmast till förhållandena vid smältsvetsning.

Den serie reaktioner som ett stål kan visa under och efter en svetsning utgörs av ett antal i vidaste bemärkelse metallurgiska företeelser, i vilka såväl smältnings- som stelningsförlopp och strukturomvandlingar likaväl som metallurgiskt betingade hållfasthetsförändringar, korrosions- och oxidationsfenomen samt termiska strukturstabilitetsfrågor ingår. Man kan sammanfatta dessa med följande:

1. Längsgående sprickbildningar i svetsgodset (stelningssprickor eller "varmsprickor").

2. Tvärgående sprickbildningar i svetsgodset (krympsprickor eller "svalningssprickor").

3. Härdningsförsprödning av stål och svetsgods.

4. Normalt sprött brottbeteende hos stål och svetsgods under en kritisk temperatur vid svåra spänningsförhållanden som följd av t ex svetsspänningar.

5. Onormalt sprött brottbeteende hos stål och svetsgods som följd av åldringsförsprödning i vissa värmepåverkade partier.

6. Termisk instabilitet och liknande hållfasthetspåverkade strukturförändringar i stål och svetsgods.

7. Ändringar i korrosions- och oxidationsbeständighet hos stål och svetsgods."

"Man har därför haft behov av att, i stället för det hittills ofta använda begreppet 'svetsbarhet', införa ett vidare uttryck för funktionsdugligheten hos en svetsad konstruktion. Svetsbarheten avser endast grundmaterialet och möjligheterna att rent metallurgiskt utföra en svetsning i detta utan att det strukturmässigt påverkas ogynnsamt. Man har därför börjat tala om 'funktionsstabilitet hos svetsförband' eller om 'ståls svetssäkerhet' i vilka begrepp man inkluderar all den inverkan svetsningen har på konstruktionen och där sålunda även dimensionsberoende, inflytande av svetsspänningar m m kommer in. En tillfredsställande funktionsstabilitet förutsätter t ex visserligen god svetsbarhet hos grundmaterialet, men en god svetsbarhet leder inte med nödvändighet till en god funktionsstabilitet."

Norén ville alltså liksom Leide införa ett vidare uttryck och talar om "ståls svetssäkerhet". Norén har fortsatt att vetenskapligt bearbeta svetsbarhetsbegreppet efter 1962 men det skulle föra för långt att här gå in på dessa arbeten.

Flera av de svetsforskare som skolats av Norén har också haft åsikter om ståls svetsbarhet som i mycket ansluter sig till hans idéer.

S E Eriksson har i otaliga föredrag och artiklar rett ut svetsbarhetsbegreppet. Ett typiskt sådant föredrag som hölls vid Oxelösunds Järnverk 1962 hade kort och gott titeln "Svetsbarhet". I detta redogör han för de komplikationer som kan uppstå i samband med svetsning och som har sina orsaker i materialets beteende. Så sammanfattar han med att säga om dessa "tråkigheter" ej inträffar är materialet svetsbart.

En som också hållit svetsbarhetsföredrag för bl a de flesta av landets svetstekniska föreningar är S Lundin. I "Svetsbarhetsbegreppet och svetsbarhetsprov" (Svetsaren 1970, sid 18-28) anger han i en tabell de faktorer som måste beaktas vid bedömning av ett ståls svetsbarhet:

"Grundmaterialet

  • Sammansättning och renhetsgrad
  • Behandlingstillstånd
  • Tjocklek och temperatur

Tillsatsmaterialet

  • Höljetyp, svetspulvertyp
  • Elektrodkärnans eller den obelagda kontunerliga elektrodens sammansättning och renhet
  • Elektroddimension
  • Elektrodhöljets eller svetspulvrets fuktighetsgrad
  • Skyddsgasens renhetsgrad vid gasmetallbågsvetsning

Svetsgods

  • Sammansättning och renhetsgrad
  • Väteinnehåll
  • Sträckgräns, brottgräns och seghet

Svetsmetoder och Svetsförfarande

  • Manuell metallbågsvetsning, pulverbågsvetsning,  
  • gasmetallbågsvetsning
  • Stor eller liten uppsmältning av grundmaterialet
  • Stor eller liten värmetillförsel till grundmaterialet

Konstruktionens

  • Vek konstruktion, relativt fri krympning

Styvhet

  • Relativt styv konstruktion, krympning förhindrad i en riktning
  • Styv konstruktion, alla krympningar upptas av svetsförbandet"

Noréns efterträdare som professor i svetsteknologi vid KTH, Stockholm, Nils-Erik Hannerz, har behandlat svetsbarhetsbegreppet i rad artiklar. I "Materialval och svetsbarhet" (Sveisetekknikk, Norge Nr 6-1977) diskuterar han ett ståls svetsbarhet i anknytning till ISOs definition med hjälp av 10 punkter som delvis inspirerats av Noréns arbete:

"Denna definition arbetar med 'grader' av svetsbarheten och logisk följd blir tanken att klassificera stålen i grupper efter olika svetsbarhetsgrad. Definitionen drar därefter uppmärksamheten i försiktighetsmått, vilka har till syfte att vid olika svetsbarhetsgrader förhindra:

  • Uppkomsten av stora och små sprickor (t ex varmsprickbildningar)
  • Bildandet av spröda strukturbeståndsdelar (t ex härdeeffekter)
  • Sprödbrott o s v.

För att förenkla frågan något kan det vara lämpligt att diskutera ett ståls svetsbarhet i anslutning till nedanstående 10 punkter (av praktiska skäl uttryckta på engelska):
1) Solidification (hot) cracking
2) Underbead cracking (cold cracking, hydrogen cracking)
3) Lamellar tearing
4) Fatigue strength deterioration
5) Weld metal brittleness
6) HAZ brittleness
7) Weldement softening
8) Stress relief embrittlement
9) Stress relief cracking
10) HAZ corrosion in water or other media, HAZ grafitization or other forms of sensitization of the weldment, hydrogen sulphide corrosion


Att driva denna behandling längre t ex mot ett kvantitativt betygssystem som tar hänsyn till den aktuella konstruktionens art vore måhända möjligt men kanske knappast ändamålsenligt.

De nämnda 10 punkterna kan och skall således användas i första hand endast som en checklista vid bedömningen av ett ståls svetsbarhet. Intressant är också att notera att i ett sent arbete av Nils Stenbacka: "Bedömning av svetsbarhet speciellt hos äldre konstruktionsstal" (SBI publikation 83, 19).

83 - Jämför också kapitel 8) är tankegångarna liknande. Om ISO:s definition sägs: "Denna definition antyder att ett materials svetsbarhet är beroende av svetsmetod, förbandets funktion och kvalitetskrav samt förbandets inflytande på svetskonstruktionens funktionsstabilitet. I strikt mening kan man således inte tala om svetsbarhet son en materialegenskap, eftersom del finns ett antal yttre faktorer son är av avgörande betydelse. Man bör hellre tala om ståls lämplighet för svetsning."

I våra grannländer har speciellt Herman Wintermark, Norge, med sina arbeten starkt påverkat synen på svetsbarhetsbegreppet också i Sverige. Ett föredrag 1976 med titeln "Sveisbarhet" (Sveisetekknikk 1977, sid 3-15) ger en god sammanfattning av hans syn på problemen. Här några utdrag:

"Hva er sveisbarhet? Sveisbarhet er ingen materialegenskap, men et generelt begrep med tilknytning till fabrikasjon og sveising. En treffende og kortfattet definisjon er vanskelig å gi. Men i vanlig forstand forstår man med detta at materialene skall kunne sommenføyes ved hjelp av en rekke forskjellige sveiseprosesser og metoder. Det skall oppnås en tillfredstillende, funksjonsdyktige forbindelse som er fri for skadlige defekter. Den skal ha de nødvendige mekaniske egenskaper og leverest til en akseptabel pris. Dette betyr at konstruksjonen også må kunne motså omgivelsens påvirkning.

Helt ideelt ville det vaere om sveiseoperasjonen kunne utføres uten spesielle foranstaltninger og at egenskapene i den sveiste forbindelse kunne vaere likeverdig med grunnmaterialets. I et slikt tilfelle kunne sveisbarheten sies å vaere 100% for den benyttede prosess og metode. Å gradere sveisbarhet er imidlertid upraktisk. Derimot kan man med en gitt prosess eller metode akseptere en viss mengde definerte feil.

Egentlig er det uten hensikt å referere til et ståls sveisbarhet uten at dette gjøres i samband med en bestemt konstruksjon eller struktur, en bestemt sveiseprocess og metode og til bestemte defekttyper man venter vil oppså i gjeldende tillfelle. Som illustrasjon til dette utsagn kan f. eks. Nevnes forskjellen mellom sveisbarhetskravet til elektroslaggsveising av grove stålplater og kravet til sveisbarhet av tynne strips av samme materiale når sveiseoperasjonen utføres som elektronstrålesveising.

I realiteten er sveiseprosessen en reversibel termisk/metallurgisk prosess. For de aller fleste prosesser brukes en intens lokal oppvarmingsskilde. Den tillførte varmemengden fører ttil forskjellige konsekvenser som kan vare av:
1) kjemisk natur (absorbsjon av gasser, kjemiske reaksjoner slagg/bad, etc.)
2) fysikalsk/metallurgisk natur, (faseforandringer, utskillelseeffekter m m.)
3) mekanisk natur. Deformasjoner finner sted. De kan vaere elstiske og gi restspenninger eller plastiske som gir flytning.

Hvordan eller i hvilken grad materialet tåler følgene av den kjemiske, metallurgiske eller den mekaniske prosess, er også et uttrykk for materialets sveisbarhet."
Til første kategori kan regnes alle de defekter eller feil som lokalt oppstår i forbindelse med utførelsen av sveiseoperasjonen. Dette er feil hovedsakelig av kjemisk, metallurgisk eller teknologisk natur, som kan inbefattes i begrep "lokal sveisbarhet". Till den andre kategori hører feil som oppstår under prøving eller drift. Den kan ofte starte fra, eller skyldes defekter i den første gruppen. Problemer knyttet til denne siste kategori kan vaere ansvarlig for hele konstruksjonens totale funksjonssikkerhet og kan betegnes som global sveisbarhet'.

Defekter eller feil knyttet till lokal sveisbarhet kan som regel utbedres uten større besvaer, mens feil som kan henføres til den andre kategori kan føre til omfattende reparasjoner - i verste fall til fullstendig haveri.

Sveisbarhetsproblemer i forbindelse med lokal sveisbarhet er følgende:
1) Endring eller forringelse av sveisforbindelsens mekaniske/fysiske egenskaper i forhold tildet upåverikede grunnmaterials egenskaper. (Sveisforbindelsenes habilitet)
2) Hydrogeninduserte sprekker - kaldsprekker (Herdbarhet)
3) Lamellaere sprekkdannelser (Renhetsgrad - Homogenitet - Design)
4) Størkningssprekker - varmsprekker (Renhetsgrad)
5) Overhetningssprekker - HAZ (Renhetsgrad)
6) Spenningssprekker (Herdbarhet - Design)
7) Defekter av teknologisk natur

Funksjonell sveisbarhet omfatter følgende problemer:
1a) Eftervarmningssprekker eller 'Reheat-cracking'
b) Anløpningssprøhet
2) Spenningskorrosjons-sprekker
3) Sprøbrudd
4) Utmatning"

Utanför Norden har givetvis svetsbarhetsproblemet diskuterats lika länge som i Sverige. Hela böcker har skrivits. En av de mest kända är Stout och Doty "Weldability of steels" utgiven i reviderad upplaga av Welding Research Council 1978. IIW:s Kommission IX: "Metallens beleende vid svetsning" bevakar kontinuerligt utvecklingen inom området svetsbarhet i vid bemärkelse och sammansätter aktuella lägesrapporter.

1970 anordnade The Welding Institute i Storbritannien en konferens: "Weldabilily of structural steels". Över 400 experten från de vikligaste industriländerna deltog och redovisade sina egna och sina nationella organisationens syn på svetsbarhetsproblemet. Han var det också tydligt att man inte var nöjd ned uttrycket "svetsbarhet". En av experterna föreslog drastiskt "att man skulle gräva ett stort hål i marken och där begrava termen svetsbarhet för gott". Men tyvärr kunde man inte heller i denna mycket sakkunniga krets komma överens om vad man skulle ersätta det med.

Den ovanstående redogörelsen som är långt ifrån fullständig visar klart hur komplext svetsbarhetsbegreppet är. Det är också alldeles tydligt att de flesta anser att det bör ersattas med något annat och bättre. Svetsbarhet är dock fortfarande ett i Sverige så inarbetat begrepp att det ansetts mindre lämpligt att försöka ta bort det ur denna handbok. Många av författarna till de olika delkapitlen har ju också använt sig av det. På sikt är det dock önskvärt att man försöker finna andra och bättre uttryck. Ett lämpligt tillfälle kan vara i samband med den omarbetning av svetsupplysningarna på standardbladen som planeras och vid framtida revideringar av denna handbok.

Senast ändrad av:

Sonja di Gleria
11 april 2016


Svetskommissionen  Box 5073, 102 42 Stockholm  Tel: 08-120 304 00  E-post: info@svets.se