Mitä hitsaus on?

Hitsausteknologian perusteita

Hitsauksella tarkoitetaan osien liittämistä toisiinsa käyttämällä hyväksi lämpöä ja/tai puristusta siten, että osat muodostavat jatkuvan yhteyden. Lämmönlähteenä hitsauksessa käytetään yleensä hitsausvirtalähteen tuottamalla sähköllä aikaansaatavaa valokaarta. Valokaareen perustuvaa hitsaustapaa kutsutaan kaarihitsaukseksi.

Osien liittäminen voi tapahtua pelkällä valokaaren tuottamalla lämmöllä siten, että hitsattavat osat sulavat yhteen. Tällaista menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi TIG-hitsauksessa.

Yleensä hitsaussaumaan eli hitsiin sulatetaan kuitenkin myös lisäainetta joko langansyöttölaitteella hitsauspistoolin läpi (MIG/MAG-hitsaus) tai käsin syötettävällä hitsauspuikolla. Lisäaineella on tällöin oltava likimain sama sulamispiste kuin hitsattavalla materiaalilla.

Ennen hitsauksen aloittamista hitsattavien kappaleiden reunat työstetään yleensä sopivan muotoiseksi hitsausrailoksi, esimerkiksi V-railoksi. Hitsauksen edetessä valokaari sulattaa railon reunat ja lisäaineen yhteen muodostaen ns. hitsisulan.

Yleisimmin hitsattavia materiaaleja ovat metallit, kuten alumiini, teräs ja ruostumaton teräs. Myös muoveja voidaan hitsata. Tällöin lämmönlähteenä käytetään kuumaa ilmaa tai sähkövastusta.

Valokaari

Hitsauksessa tarvittava valokaari on sähkönpurkaus hitsauselektrodin ja hitsattavan kappaleen välillä. Valokaari syttyy, kun kappaleiden välille synnytetään hitsausvirtalähteen avulla riittävän suuri jännitepulssi (liipaisusytytys) tai kun hitsattavaa materiaalia raapaistaan hitsauselektrodilla (raapaisusytytys).

Valokaari on kaarihitsauksen perusta. Se sulattaa hitsattavan perusaineen ja lisäaineen yhteen muodostaen hitsin.

Tällöin jännite purkautuu salaman tavoin ja sähkö alkaa virrata ilmaraon läpi muodostaen valokaaren, jonka lämpötila voi olla useita tuhansia celsiusasteita, korkeimmillaan jopa 10 000 astetta. Syntyy jatkuva sähkövirta hitsausvirtalähteestä hitsauselektrodin kautta työkappaleeseen, joten työkappale on ennen hitsauksen aloittamista maadoitettava hitsauslaitteessa olevalla maadoituskaapelilla.

Jotta hitsistä tulisi siisti ja pitävä, hitsauksessa pyritään saamaan aikaan tasainen valokaari. Siksi on tärkeätä, että käytetään hitsattaviin materiaaleihin ja niiden paksuuteen sopivaa hitsausjännitettä ja langansyöttönopeutta.

Myös hitsarin työskentelytekniikka vaikuttaa valokaaren tasaisuuteen ja siten hitsin laatuun. Hitsauselektrodin tasainen etäisyys railosta ja hitsauspolttimen tasainen kuljetusnopeus ovat tärkeitä hitsin onnistumiselle. Tarvittavan jännitteen ja langansyöttönopeuden arviointi on tärkeä osa hitsarin ammattitaitoa.

Nykyaikaisissa hitsauslaitteissa on kuitenkin useita hitsarin työtä helpottavia ominaisuuksia, kuten aiemmin käytettyjen hitsausasetusten tallennus sekä ennalta ohjelmoidut synergiakäyrät, jotka helpottavat hitsausparametrien asettamista kulloiseenkin hitsaustyöhön sopivaksi.

Suojakaasu

Suojakaasulla on usein ratkaiseva vaikutus hitsauksen tuottavuuteen ja laatuun. Nimensä mukaisesti suojakaasun tehtävänä on suojata kovettuvaa hitsisulaa hapettumiselta sekä ilman epäpuhtauksilta ja kosteudelta, jotka voivat huonontaa hitsin korroosionkestävyyttä, saada aikaan huokosia ja heikentää hitsin lujuutta muuttamalla liitoksen geometrisia ominaisuuksia. Suojakaasu myös jäähdyttää hitsauspistoolia. Yleisimmät suojakaasuseoksen komponentit ovat argon, helium, hiilidioksidi ja happi.

Suojakaasu voi olla joko inerttiä tai aktiivista kaasua. Inertti kaasu ei reagoi lainkaan hitsisulan kanssa, kun taas aktiivinen kaasu osallistuu hitsausprosessiin vakauttamalla valokaarta ja varmistamalla aineen tasaisen siirtymisen hitsiin. Inerttiä kaasua käytetään MIG-hitsauksessa (Metal-arc Inert Gas welding) ja aktiivista kaasua MAG-hitsauksessa (Metal-arc Active Gas welding).

Helium (He) on myöskin inertti suojakaasu. Heliumia sekä heliumin ja argonin seosta käytetään TIG- ja MIG-hitsauksessa. Helium antaa paremman sivutunkeuman ja suuremman hitsausnopeuden verrattuna Argoniin.

Hiilidioksidi (CO2) ja happi (O2) ovat aktiivisia kaasuja, joita käytetään niin sanottuna hapettavana komponenttina vakauttamaan valokaarta ja varmistamaan tasainen aineen siirtyminen MAG-hitsauksessa. Näiden kaasukomponenttien osuus suojakaasussa määräytyy terästyypin mukaan.

Normit, standardit ja turvallisuus hitsauksessa

Hitsausprosesseista sekä hitsauslaitteiden ja -tarvikkeiden rakenteesta ja ominaisuuksista säädetään useissa kansainvälisissä standardeissa ja normeissa. Niissä on esitetty toimintatavoille ja laitteiden rakenteille määritelmiä, ohjeita ja rajoituksia, joilla pyritään lisäämään prosessien ja laitteiden turvallisuutta sekä takaamaan tuotteiden laatu.

Esimerkiksi kaarihitsauslaitteita koskeva yleisstandardi on IEC 60974-1 ja hitsausaineiden tekniset toimitusehdot sekä tuotemuodot, mitat, toleranssit ja merkinnät on esitetty standardissa SFS-EN 759.

Hitsausturvallisuus

Hitsaustyöhön liittyy monenlaisia vaaratekijöitä. Valokaari lähettää erittäin kirkasta valoa ja ultraviolettisäteilyä, joka voi vahingoittaa silmiä. Sulat metalliroiskeet ja kipinät voivat polttaa ihoa ja aiheuttaa palovaaran, ja hitsauksessa syntyvät huurut voivat olla vaarallisia hengitettyinä.

Näiltä vaaratekijöiltä voi kuitenkin välttyä varautumalla niihin ennakolta ja käyttämällä tarvittavia suojavarusteita.

Palovaaralta voi suojautua tarkistamalla hitsauspaikan ympäristön etukäteen ja poistamalla palonarat materiaalit lähistöltä. Myös sammutuslaitteisto on pidettävä helposti saatavilla. On huolehdittava siitä, että ulkopuoliset eivät pääse vaaraetäisyydelle.

Silmät, korvat ja iho on suojattava tarvittavilla suojavarusteilla. Tummennetulla lasilla varustettu hitsausmaski suojaa silmiä, hiuksia ja korvia. Nahkaiset hitsausrukkaset sekä luja, huonosti syttyvä hitsausasu suojaavat käsiä ja kehoa kipinöiltä ja kuumuudelta.

Hitsaushuuruilta voi suojautua huolehtimalla riittävästä ilmastoinnista työskentelyalueella.

Hitsausmenetelmät

Hitsausmenetelmät voidaan erotella sen mukaan, millä menetelmällä hitsauksessa tarvittava lämpö tuotetaan ja miten lisäaine syötetään hitsiin. Käytettävä hitsausmenetelmä valitaan sen mukaan, mitkä ovat hitsattavat materiaalit ja niiden paksuudet, millaista tuotantotehokkuutta edellytetään ja kuinka siistiä hitsiä halutaan saada aikaan.

Yleisimmin käytetyt hitsausmenetelmät ovat MIG/MAG-hitsaus, TIG-hitsaus ja puikkohitsaus. Näistä vanhin, tunnetuin ja vieläkin yleisin hitsaustapa on puikkohitsaus, jota käytetään paljon esimerkiksi asennustyömailla ja ulkokohteissa, joissa edellytetään hyvää ulottuvuutta.

Hitaammalla TIG-hitsauksella sen sijaan on mahdollista tuottaa hyvinkin siistiä hitsausjälkeä, joten sitä käytetään näkyviin jäävissä tai erityistä tarkkuutta vaativassa hitseissä.

MIG/MAG-hitsaus on monikäyttöinen hitsausmenetelmä. Siinä lisäainetta ei tarvitse syöttää hitsisulaan erikseen. Sen sijaan lisäainelanka juoksee hitsisulaan hitsauspistoolin kautta suojakaasun ympäröimänä.

Lisäksi on olemassa muitakin erityistarkoituksiin sopivia hitsausmenetelmiä, kuten laserhitsaus, plasmahitsaus, pistehitsaus, jauhekaarihitsaus, ultraäänihitsaus sekä kitkahitsaus.

Sulje

Tekniset tiedot