Hitsauskoneiden tietosanakirja

1. työterveys ja -turvallisuus

a. Vaarat.

Yleensä hitsaukseen liittyy lähes aina voimakkaita virtauksia tai räjähtäviä kaasuja, myrkyllisiä höyryjä, vaarallista valon- ja lämmöntuottoa sekä nestemäisen metallin roiskeita. Vaarat riippuvat siitä, mitä hitsausprosessia käytetään. Usein hitsaushuurut sisältävät syöpää aiheuttavia aineita. Näin on aina, erityisesti kun hitsataan korkeaseosteisia materiaaleja. Kromia ja/tai nikkeliä kromaatteina ja/tai nikkeliyhdisteinä sisältävien hitsauslisäaineiden käyttö tuottaa myös syöpää aiheuttavia savuja. Akuutti myrkytys hengitettäessä pölyä, jonka mangaanipitoisuus on erittäin korkea, voi johtaa tulehdusreaktioihin keuhkoissa. Tämä myrkyllisyys ilmenee keuhkoputkentulehduksena ja voi kehittyä kuitumaiseen keuhkosairauteen. Jos poistojärjestelmää käytetään oikein, mangaanin ja sen yhdisteiden raja-arvo ei ylity. Tästä huolimatta hitsaushenkilöstölle on määrättävä keuhkojen erityinen terveystarkastus (G39) säännöllisin väliajoin.

Saksassa on noudatettava raskasmetallien TRK-raja-arvoja. Myös monet muut komponentit ovat haitallisia ja ne on arvioitava vastaavasti (TRGS403, MAK-arvot). TRGS 528, joka on korvannut BGR 220:n (hitsaussavut), sääntelee muun muassa hitsaustyöpaikkaa koskevia vaatimuksia.

b. Toimenpiteet.

Hitsaustyöpaikoista on tehtävä riskinarviointi. Kaikki hitsaushuurujen ainesosat on otettava huomioon, mukaan lukien titaanidioksidi, fluoridit, magnesiumoksidi, kalsiumoksidi, rautaoksidit ja niiden seosaineet, kuten nikkeli, koboltti, kromi ja mangaani. Korkeaseosteisten terästen osalta elektrodihitsauksesta olisi mahdollisuuksien mukaan luovuttava ja sen sijaan käytettävä kaasusuojattua hitsausta tai automatisoituja prosesseja, koska elektrodin ympärillä ei ole vaippaa, jolloin kromaatteja vapautuu vähemmän. Työterveys- ja työturvallisuuslain (ArbSchG) mukaan kaikkien riippuvaisten työntekijöiden on saatava asianmukainen asiantunteva koulutus, ja lisäksi koulutustodistus (ammattitutkintotodistus tai käsityökamarin kurssitutkinto) on yleinen. Monilla teollisuudenaloilla, kuten rautatiesovelluksissa, vaaditaan hitsauksen valvojaa.

Aksiaasetyleenihitsauksessa vaaditaan suojalasit, jotta hehkuvat osat tai kipinät eivät pääse silmiin. Suojalasit ovat värilliset, jotta hitsausympäristöä voidaan tarkkailla häikäisemättä.

Kaarihitsaus tuottaa ultraviolettisäteilyä, joka vahingoittaa ihoa, mutta erityisesti silmiä.

Lisäksi syntyy infrapunasäteilyä (lämpösäteilyä), joka aiheuttaa palovammoja suojaamattomiin kehon osiin ja voi myös vahingoittaa verkkokalvoa.

Siksi on käytettävä suojalaseja, jotka suojaavat näitä kahta säteilytyyppiä. Tällaisten lasien suojausluokat on määritelty eurooppalaisessa standardissa EN 169. Esimerkiksi happiasetyleenihitsausta varten on säädetty suojausluokat 2-8, kun taas avokaarihitsausta varten on säädetty luokat 9-16. Suojalaseissa on etiketti, joka kuvaa lasin ominaisuuksia. Tiedot ovat seuraavat: Suojaluokka, valmistajan lyhenne, optinen luokka 98, DIN-standardi. Suojalasien nykyaikainen korvike ovat automaattiset hitsaussuojasuodattimet.

Koska UV-säteily vaurioittaa myös ihoa, käytetään koko kasvot peittävää suojusta. Varsinaisen lähes mustan lasin edessä on yleensä tavallinen lasi, joka pitää kipinät poissa ja on halvempi vaihtaa. Jotta molemmat kädet olisivat vapaina, sateenvarjo voidaan kiinnittää saranallisesti suojakypärään tai päähän puettavaan laitteeseen. Lisäksi on käytettävä erityistä liekinkestävää hitsausvaatetusta, joka peittää turvallisesti kaikki ihopinnat. Monet hitsausprosessit ovat hyvin meluisia, joten riittävä kuulonsuojaus on tarpeen.

Hitsauksessa syntyy myös hyvin hienoja pölyhiukkasia, jotka on poistettava, jotta ne eivät pääse hitsaajan keuhkoihin ja leviä sieltä verenkiertoon. Tätä tarkoitusta varten käytetään siirrettäviä tai kiinteitä hitsaushuurujen suodattimia, jotka poistavat ja suodattavat tämän hienon pölyn. Nykyisin uusinta tekniikkaa ovat niin sanotut ePTFE-suodattimet (pintasuodatus). Jos hitsaushuurujen tehokasta poistoa ei voida varmistaa, hitsaajaa on suojattava henkilökohtaisilla suojavarusteilla puhallussuodatinlaitteen (PAPR) muodossa. Nämä laitteet eivät suojaa hapenpuutteelta tai haitallisilta kaasuilta kuiluissa ja säiliöissä. Jos riittävä ilmanvaihto ei ole mahdollista, on käytettävä itsenäistä hengityslaitetta. Erityistä varovaisuutta on noudatettava, kun liekkiä suoristetaan ja esilämmitetään kaasupolttimilla puutteellisesti tuuletetuissa suljetuissa tiloissa, sillä liekki kuluttaa osan hengityshapesta.

Hitsauksen aikana on myös lähistöllä olevat ihmiset suojattava säteilyltä ja melulta. Tähän tarkoitukseen on saatavilla hitsaussäleikköjä, hitsausverhoja ja äänieristettyjä väliseinäjärjestelmiä. Käsin suoritettavassa kaarihitsauksessa on kiinnitettävä erityistä huomiota hitsaajaan kohdistuvaan sähkövaaraan. Vaikka valokaaren jännite on alle - yleensä - vaarallisen alueen, on erityisesti työskenneltäessä erityisten sähköisten vaarojen vallitessa, eli esimerkiksi työskenneltäessä suljetuissa sähköä johtavissa tiloissa (kattilat, putket jne.), noudatettava tiettyjä varotoimenpiteitä, joita ehdotetaan muun muassa Saksan metallityöväen tapaturmavakuutusliiton tiedotteessa BGI 553.

Laserhitsauksessa lasersäde itsessään on ylimääräinen vaaranlähde. Se on yleensä näkymätön. Kun lähi-infrapuna-alueen säteily (kiinteän tilan laserit, kuitulaserit, diodilaserit) läpäisee ihon ja silmän ja aiheuttaa verkkokalvon vaurioita jo pienilläkin intensiteeteillä (hajasäteily), CO2-laserin säteily (keski-infrapuna-alue) absorboituu pinnalle (iholle ja silmän sarveiskalvoon) ja aiheuttaa pinnallisia palovammoja. Lähi-infrapunalasereiden aiheuttamat ihon palovammat ovat vaarallisia osittain siksi, että säteily absorboituu syvälle ihon alle, jossa ei ole lämpötilaherkkiä hermoja. Laserhitsauslaitteet on yleensä sijoitettu turvallisesti (lukitut turvaovet, lasersuojaikkunat), jolloin ne kuuluvat laserluokkaan I ja niitä voidaan käyttää turvallisesti ilman lasersuojalaseja.

2. Elektrodihitsaus ja kaarihitsaus

Käsikäyttöinen kaarihitsaus (käsikäyttöinen sähköhitsaus EN ISO 4063: prosessi 111) on yksi vanhimmista metallimateriaalien sähköhitsausprosesseista, jota käytetään edelleen. Vuonna 1891 Nikolai Gawrilowitsch Slawjanow korvasi siihen asti kaarihitsauksessa käytetyt hiilielektrodit metallipuikolla, joka oli sekä valokaaren kantaja että hitsauslisäaine. Koska ensimmäisiä puikkoelektrodeja ei ollut pinnoitettu, hitsauskohtaa ei suojattu hapettumiselta. Siksi näitä elektrodeja oli vaikea hitsata.

Hitsauksen lämmönlähteenä käytetään lisäaineena sulavan elektrodin ja työkappaleen välistä valokaarta. Valokaaren korkean lämpötilan vuoksi materiaali sulaa hitsauskohtaan. Hitsausvirtalähteenä toimivat hitsausmuuntajat (hajakenttämuuntajat), joissa on tai ei ole hitsaussuuntaajaa, hitsausmuunninta tai hitsausinvertteriä. Sovelluksesta ja elektrodityypistä riippuen hitsaus voidaan tehdä tasasähköllä tai vaihtovirralla.

Päällystetyt puikkoelektrodit, esimerkiksi seostamattomille teräksille ISO 2560-A -standardin mukaisesti, kehittävät sulatuksen aikana kaasuja ja hitsauskuonaa. Pinnoitteesta peräisin olevat kaasut stabiloivat valokaaren ja suojaavat hitsisulaa ilmakehän hapen aiheuttamalta hapettumiselta. Hitsauskuonan tiheys on pienempi kuin sulan metallin, se huuhtoutuu hitsin päälle ja suojaa hitsiä lisäksi hapettumiselta. Toinen hitsauskuonan toivottava vaikutus on hitsauksen kutistumisjännitysten väheneminen hitaamman jäähtymisen vuoksi, koska komponentilla on enemmän aikaa kehittää plastinen muodonmuutos uudelleen.

Elektronipommituksen ansiosta anodi (positiivinen napa) kuumenee enemmän. Useimmissa hitsausprosesseissa kuluvia elektrodeja käytetään anodina, eli työkappaletta käytetään katodina (negatiivinen napa). Pinnoitettujen puikkoelektrodien tapauksessa napaisuus riippuu elektrodin pinnoitteesta. Jos pinnoite koostuu heikosti ionisoituvista komponenteista, kuten peruselektrodien tapauksessa, elektrodi hitsataan kuumemmalla positiivisella navalla, muutoin negatiivisella navalla pienemmän virtakuorman vuoksi.

Kaarihitsauksen pääkäyttökohde on teräs- ja putkirakentaminen. Elektrodihitsausta suositaan kokoonpanossa huomattavasti alhaisempien hitsausnopeuksien vuoksi, koska koneen työpanos on suhteellisen pieni muihin prosesseihin verrattuna. Elektrodihitsaus voidaan suorittaa moitteettomasti myös epäsuotuisissa sääolosuhteissa, kuten tuulessa ja sateessa, mikä on erityisen tärkeää ulkotöissä. Toinen etu on se, että - toisin kuin muissa prosesseissa - hitsaus voidaan usein suorittaa virheettömästi, vaikka hitsausliitos ei olisikaan metallisesti täysin kirkas.

3. MIG - MAG-hitsaus (metallin suojakaasuhitsaus)

Osittain mekanisoitu kaasumetallikaarihitsaus (MSG), johon voidaan viitata myös nimellä MIG (metal arc welding with inert gases, EN ISO 4063: prosessi 131) tai MAG-hitsaus (metal arc welding with active, eli reaktiivisten kaasujen kanssa, EN ISO 4063: prosessi 135), on kaarihitsausprosessi, jossa sulavaa hitsauslankaa syötetään moottorilla jatkuvasti muuttuvalla nopeudella. Yleiset hitsauslangan halkaisijat ovat 0,8-1,2 mm (harvoin 1,6 mm). Samanaikaisesti langansyötön kanssa suojakaasua tai sekakaasua syötetään hitsauskohtaan suuttimen kautta noin 10 l/min (nyrkkisääntö: suojakaasun tilavuusvirta 10 l/min hitsauslangan mm:n halkaisijaa kohti). Tämä kaasu suojaa valokaaren alla olevaa nestemäistä metallia hapettumiselta, joka heikentäisi hitsiä. Metalliaktiivisessa kaasuhitsauksessa (MAG) käytetään joko puhdasta CO2:ta tai argonista ja pienistä määristä CO2:ta ja O2:ta koostuvaa seoskaasua (esim. "Corgon"). Koostumuksesta riippuen voidaan aktiivisesti vaikuttaa hitsausprosessiin (tunkeuma, pisarakoko, roiskehäviöt); metallien inertti kaasuhitsauksessa (MIG) käytetään jalokaasuna argonia ja harvemmin kallista jalokaasua heliumia. MAG-prosessia käytetään ensisijaisesti teräksille ja MIG-prosessia ensisijaisesti ei-rautametalleille.

Kaasumetallikaarihitsauksessa voidaan käyttää valinnaisesti täytelankoja, joita kutsutaan myös putkilangoiksi (aktiivikaasuhitsauksessa EN ISO 4063: prosessi 136, suojakaasuhitsauksessa EN ISO 4063: prosessi 137). Ne voidaan varustaa kuonanmuodostajalla ja mahdollisesti sisäpuolella olevilla seostavilla lisäaineilla. Niillä on sama tarkoitus kuin puikkoelektrodin pinnoitteilla. Toisaalta ainesosat edistävät hitsaustilavuutta, toisaalta ne muodostavat kuonaa hitsauslankojen päälle ja suojaavat saumaa hapettumiselta. Jälkimmäinen on erityisen tärkeää ruostumattomia teräksiä hitsattaessa, sillä hapettuminen, sauman "tahraantuminen", on estettävä myös sen jälkeen, kun poltin on siirretty eteenpäin ja siten suojakaasukello on siirretty eteenpäin.

MIG-MAG-prosessien historia
MIG-MAG-hitsausta käytettiin ensimmäisen kerran Yhdysvalloissa vuonna 1948 suojakaasu- tai jalokaasuvaihtoehdossa, tuolloin sitä kutsuttiin myös SIGMA-hitsaukseksi (suojakaasumetallikaari).

Neuvostoliitossa käytettiin vuodesta 1953 lähtien hitsauksessa kalliiden jalokaasujen, kuten argonin tai heliumin, sijasta aktiivikaasua, hiilidioksidia (CO2). Tämä oli mahdollista vain siksi, että tällä välin oli kehitetty lankaelektrodeja, joilla kompensoitiin aktiivikaasuhitsauksessa tapahtuvaa seosaineiden suurempaa palamista.

Itävallassa oli vuoteen 2005 mennessä kehitetty sarjatuotantoa varten CMT-hitsaus (Cold Metal Transfer), jossa hitsausvirta on pulssimaista ja lisäainelankoja liikutetaan edestakaisin suurella taajuudella, jotta pisaroiden irtoaminen saadaan kohdennettua pienellä lämmöntuonnilla.

4. Plasmaleikkuri

Plasmaleikkuri koostuu virtalähteestä, käsikappaleesta, maadoituskaapelista, virransyöttöjohdosta ja paineilman syöttöjohdosta. Plasma on sähköä johtavaa kaasua, jonka lämpötila on noin 30 000 °C. Valokaari tuotetaan yleensä plasmakaarella. Valokaari sytytetään yleensä korkeataajuussytyttimellä ja supistetaan ulostulon kohdalla eristetyllä, yleensä vesijäähdytteisellä kuparisuuttimella. Joissakin järjestelmissä käytetään myös nostokaarisytytystä, jota käytetään myös TIG-hitsauslaitteissa. Näissä laitteissa poltin asetetaan työkappaleen päälle rajapinnan kohdalle, jolloin virtaa pieni virta, joka ei riitä vahingoittamaan poltinta. Kaasuvirtaus työntää polttimen irti työkappaleen pinnasta, valokaari syttyy ja hitsausvirtalähteen elektroniikka nostaa virran leikkauksen edellyttämään voimakkuuteen. Valokaaren suuri energiatiheys sulattaa metallin ja kaasusuihku puhaltaa sen pois, jolloin syntyy viilto. Puhalluskaasuna käytetään usein paineilmaa. Paremman viillon aikaansaamiseksi käytetään myös suojakaasuseoksia, jotka estävät tai heikentävät hapettumista. Plasmaleikkausliitoksille on ominaista reunan pyöristyminen tulokohdassa.

Prosessilla on useita etuja muihin sulahitsausprosesseihin verrattuna. Yhdistettynä TIG-pulssihitsaukseen ja TIG-vaihtohitsaukseen voidaan yhdistää mitä tahansa sulahitsaukseen soveltuvaa materiaalia. TIG-hitsauksessa ei synny käytännössä lainkaan hitsausroiskeita, ja hitsaushuurujen aiheuttama terveysriski on suhteellisen pieni. TIG-hitsauksen erityisenä etuna on, että siinä ei käytetä sulatuselektrodia. Täyteaineen lisääminen ja virran voimakkuus ovat näin ollen riippumattomia toisistaan. Hitsaaja voi säätää hitsausvirran optimaalisesti hitsaustehtävän mukaan, ja hänen on lisättävä lisäainetta vain niin paljon kuin kulloinkin tarvitaan. Tämän vuoksi prosessi soveltuu erityisen hyvin juurihitsaukseen ja hitsaukseen ahtaissa paikoissa. Suhteellisen alhaisen ja pienimuotoisen lämmöntuonnin ansiosta työkappaleiden hitsausvääristymät ovat pienemmät kuin muilla prosesseilla. Hitsaussauman korkean laadun vuoksi TIG-prosessia käytetään mieluiten silloin, kun hitsausnopeus ei ole yhtä tärkeä kuin laatuvaatimukset. Tällaisia ovat esimerkiksi putki- ja laitevalmistuksen sovellukset voimalaitosrakentamisessa tai kemianteollisuudessa.
TIG-hitsausjärjestelmä koostuu virtalähteestä, joka voidaan useimmissa tapauksissa kytkeä tasavirta- tai vaihtovirtahitsaukseen, ja hitsauspolttimesta, joka liitetään virtalähteeseen letkupaketilla. Letkukokonaisuus sisältää hitsausvirtajohdon, suojakaasun syöttöjohdon, ohjausjohdon ja isompien polttimien tapauksessa jäähdytysveden syöttö- ja palautusjohdon.

5. Plasmahitsaus

Plasmahitsauksessa (plasma-metalliin suojakaasuhitsaus, EN ISO 4063: prosessi 151) plasmasuihku toimii lämmönlähteenä. Plasma on sähköä johtavaa kaasua, jota valokaari kuumentaa voimakkaasti. Plasmapolttimessa läpi virtaava plasmakaasu (argon) ionisoidaan korkeataajuuspulsseilla ja sytytetään apukaari (pilottikaari). Tämä palaa negatiivisesti napatun volframielektrodin ja suuttimeksi muodostetun anodin välissä ja ionisoi kaasupatsaan suuttimen ja plusnapatun työkappaleen välissä. Näin valokaari voidaan sytyttää ilman kosketusta. Plasmakaasuna käytetään yleisesti argonin ja vedyn tai argonin ja heliumin kaasuseoksia suojaamaan sulaa hapettumiselta ja vakauttamaan valokaari. Heliumin tai vedyn pieni lisääminen vahvistaa tunkeumaa ja lisää siten hitsausnopeutta. Plasman supistuminen vesijäähdytetyn kuparisuuttimen läpi lähes sylinterimäiseksi kaasupatsaaksi johtaa suurempaan energiakonsentraatioon kuin TIG-hitsauksessa, mikä mahdollistaa suuremmat hitsausnopeudet. Vääristymät ja jännitykset ovat näin ollen pienempiä kuin TIG-hitsauksessa. Koska plasmakaari palaa vakaasti jopa pienimmillä virroilla (alle 1 A) ja koska se ei reagoi herkästi suuttimen ja työkappaleen välisen etäisyyden muutoksiin, prosessia käytetään myös mikrohitsaustekniikassa. Mikroplasmahitsausprosessilla (hitsausvirta-alue 0,5-15 A) voidaan hitsata vielä 0,1 mm:n levyjä. Plasmapisto- tai avaimenreikähitsausta käytetään 3 mm:n levypaksuudesta alkaen, ja hitsattavasta materiaalista riippuen sitä voidaan käyttää aina 10 mm:n paksuuteen asti yksikerroshitsauksessa ilman saumanvalmistusta. Tärkeimmät käyttöalueet ovat säiliö- ja laitevalmistus, putkistojen rakentaminen ja ilmailu- ja avaruusala.

6. volframi-inertti kaasuhitsaus (TIG)

Volframi-inertti kaasuhitsaus (TIG-hitsaus, EN ISO 4063: Prosessi 141) on peräisin Yhdysvalloista ja tuli siellä tunnetuksi vuonna 1936 nimellä Argonarc-hitsaus. Se alkoi yleistyä Euroopassa vasta 1950-luvun alussa. Englanninkielisissä maissa prosessia kutsutaan nimellä TIG tai GTAW. TIG on lyhenne sanoista Tungsten Inert Gas Welding (volframin suojakaasuhitsaus) ja GTAW on lyhenne sanoista Gas Tungsten Arc Welding (kaasukaarihitsaus). Molemmat lyhenteet sisältävät sanan "tungsten", joka on englanninkielinen termi volframille.

Valokaari sytytetään kahdella tavalla, kosketussytytyksellä ja korkeataajuussytytyksellä:
Historiallisessa kosketussytytyksessä (lyönti- tai raapaisusytytys), joka on samanlainen kuin elektrodihitsauksessa, volframielektrodia lyödään lyhyesti työkappaletta vasten - kuten tulitikkua - ja näin syntyy oikosulku. Kun elektrodi nostetaan irti työkappaleesta, volframielektrodin ja työkappaleen välinen valokaari palaa. Tämän prosessin suurimpana haittana on se, että aina kun volframielektrodi sytytetään, sulaan kylpyyn jää jonkin verran materiaalia vieraana kappaleena, koska volframin sulamislämpötila on korkeampi. Siksi sytyttämiseen käytettiin usein erillistä kuparilevyä, joka makasi työkappaleen päällä.
Korkeataajuussytytys on käytännössä korvannut harjasytytyksen kokonaan. Korkeataajuussytytyksessä korkeajännitteinen pulssigeneraattori, joka syöttää korkeajännitteen volframielektrodiin, ionisoi kaasun elektrodin ja työkappaleen välissä ja sytyttää valokaaren. Suurjännitepulssigeneraattorin virran voimakkuus on vaaraton.
Kosketussytytyksen muunnos on nostokaarisytytys. Siinä elektrodi asetetaan suoraan työkappaleen päälle hitsauskohtaan. Siinä kulkee pieni virta, joka ei riitä vahingoittamaan elektrodia. Kun poltin nostetaan, plasmakaari syttyy ja hitsauskoneen elektroniikka nostaa virran hitsausvirraksi. Tämän menetelmän etuna on, että vältetään sähkömagneettiset häiriöt, joita voi esiintyä suurtaajuussytytyksessä.

Yleensä hitsauksessa käytetään jalokaasuna argonia, harvemmin heliumia tai molempien kaasujen seosta. Suhteellisen kallista heliumia käytetään sen paremman lämmönjohtavuuden vuoksi lämmöntuonnin lisäämiseksi. Austeniittisten ruostumattomien terästen tapauksessa pienet määrät vetyä suojakaasussa voivat vähentää sulan viskositeettia ja lisätä hitsausnopeutta (vety ei ole enää inertti vaan pelkistävä kaasu, ks. suunniteltu muutos EN ISO 4063:een.

Suojakaasu syötetään kaasusuuttimen kautta hitsauskohtaan. Nyrkkisääntö on: kaasusuuttimen sisähalkaisija = 1,5 × hitsausaltaan leveys. Suojakaasun määrä riippuu muun muassa sauman muodosta, materiaalista, hitsausasennosta, suojakaasusta ja suuttimen halkaisijasta; tietoja tästä on valmistajan tietolehdissä.

TIG-hitsaus voidaan tehdä joko lisäaineen kanssa tai ilman. Kuten kaasusulatushitsauksessa, myös käsinhitsauksessa käytetään yleensä puikkomaisia lisäaineita. Sekaannusta kaasuhitsauspuikkojen kanssa on kuitenkin vältettävä kaikin keinoin, sillä niiden kemialliset koostumukset eroavat toisistaan.

TIG-hitsauksessa tehdään ero tasavirta- ja vaihtovirtahitsauksen välillä. Tasavirtahitsausta negatiivisesti poleeratulla elektrodilla käytetään kaikenlaisten terästen, värimetallien ja niiden seosten hitsaukseen. Vaihtovirtahitsausta sen sijaan käytetään pääasiassa kevytmetallien, alumiinin ja magnesiumin hitsaukseen. Erikoistapauksissa kevytmetalleja hitsataan myös tasavirralla ja positiivisella elektrodilla. Tähän käytetään erityisiä hitsauspolttimia, joissa on erittäin paksu volframielektrodi ja suojakaasuna heliumia. Volframielektrodin positiivinen napaisuus on tarpeen kevytmetallien hitsauksessa, koska niiden pinnalle muodostuu yleensä kova oksidikerros, jolla on erittäin korkea sulamispiste (kuten alumiinioksidilla ja magnesiumoksidilla). Tämä oksidikerros hajoaa, kun työkappaleen napaisuus on negatiivinen, koska työkappale toimii nyt elektronien lähettämänä napana ja negatiiviset happi-ionit purkautuvat.

BGI 746 (Toriumoksidia sisältävien volframielektrodien käsittely volframi-inertti kaasuhitsauksessa (TIG)) sisältää tietoja toriumoksidia sisältävien volframielektrodien turvallisesta käsittelystä volframi-inertti kaasuhitsauksessa, ja siinä kuvataan tarvittavat suojatoimenpiteet, jotka on toteutettava, jotta näiden elektrodien käsittelystä mahdollisesti aiheutuvat vaarat voidaan sulkea pois tai minimoida hyväksyttävälle tasolle. Tämä on tarpeen toriumin vähäisen radioaktiivisuuden ja raskasmetallin haitallisten pölyjen vuoksi. Koska lantaanilla tai harvinaisilla maametalleilla seostettuja volframielektrodeja on saatavilla, toriumilla seostettujen volframielektrodien käytöstä voidaan nykyään luopua.

TIG-hitsaus - impulssihitsaus

TIG-hitsausta on kehitetty edelleen impulssivirralla tapahtuvalla hitsauksella. TIG-impulssimaisessa hitsauksessa hitsausvirta sykkii perus- ja impulssivirran välillä vaihtelevalla taajuudella, perus- ja impulssivirran korkeudella ja leveydellä. Pulssitaajuutta, pulssin leveyttä ja pulssin korkeutta voidaan säätää erikseen. TIG-sykäys muuttuvalla virralla voidaan suorittaa vain erityishitsauslaitteilla (hitsausinvertterit). Hienosäädettävä lämmöntuotto TIG-pulssihitsauksessa mahdollistaa hyvän rakojen silloituksen, hyvän juurihitsauksen ja hyvän hitsauksen rajoitetuissa asennoissa. Hitsausvirheitä sauman alussa ja lopussa, kuten putkihitsauksessa, vältetään.

Kaikki kuvaukset koskevat käsin tai osittain koneistettua TIG-hitsausta, jossa käytetään pääasiassa ø 1,6 mm:n lisäainetta. Kevytmetallien (nimittäin: AA6061) impulssikaarihitsauksessa voidaan saavuttaa sulaminen pinnalla ja siten välttää läpisulaminen ohuilla levyillä < 1,0 mm. Erityisesti täytehitseissä kulma saadaan kiinni nopeammin kuin vakiovirralla tapahtuvassa tavallisessa hitsauksessa. Myös 0,6 mm:n paksuiset levyt hitsattiin täydellisesti tyssähitsaamalla, koska valokaaren vakaus ja keskitetty lämmöntuonti mahdollistavat pienen määritellyn sula-altaan. Takertuminen on suurin ongelma silloin, kun on rako, jolloin happi pääsee juuren puolelle. Volframielektrodiseoksen ja suojakaasun koostumuksen vaikutus on tärkeä; nämä parametrit vaikuttavat merkittävästi prosessiin.

7. Hitsauksen tarkoitus

Määritelmässä tehdään ero liitoshitsauksen ja hitsauskertohitsauksen välillä hitsauksen tarkoituksen mukaan. Liitoshitsaus on työkappaleiden yhdistämistä (DIN 8580) esimerkiksi putken pituussuuntaisella saumalla. Asennushitsaus on työkappaleen pinnoittamista (DIN 8580) hitsaamalla. Jos perusmateriaali ja päällystemateriaali ovat erilaisia, erotetaan toisistaan kovapinnoitus, päällyste ja puskurikerros.

Sulahitsaus on hitsausta, jossa sulaa virtaa paikallisesti, ilman voimankäyttöä, joko samantyyppisen lisäaineen kanssa tai ilman (ISO 857-1). Toisin kuin juottamisessa, perusmateriaalien liquiduslämpötila ylitetään. Periaatteessa kaikki materiaalit, jotka voidaan siirtää sulaan vaiheeseen, voidaan yhdistää hitsaamalla. Hitsausta käytetään yleisimmin metallien, kestomuovien tai lasin yhteenkuuluvaan liittämiseen sekä kuluttajatuotteissa että lasikuitujen liittämisessä viestintätekniikassa. Hitsausprosessista riippuen liitos tehdään hitsaussaumalla tai pistehitsillä, kitkahitsauksessa myös laajalla alueella. Hitsaukseen tarvittava energia syötetään ulkopuolelta. Automatisoidusta hitsauksesta käytetään termiä ratahitsaus, kun käytetään robotteja.

a. Hitsauksen vaikutus perusaineeseen.

Hitsauslämmön ja sitä seuraavan suhteellisen nopean jäähtymisen vuoksi perusaineella voi olla haitallisia ominaisuuksia. Materiaalista ja jäähdytysprosesseista riippuen voi aiheutua esimerkiksi kovettumista tai haurastumista. Lisäksi hitsaussauman ja perusmateriaalin väliseen siirtymäkohtaan voi syntyä suuria jäännösjännityksiä. Tätä voidaan torjua erilaisilla vastatoimenpiteillä tuotannossa. Näitä ovat hitsaustekniset toimenpiteet, kuten sopivien hitsausprosessien, lisäaineiden ja hitsauksen jälkeisten käsittelyprosessien valinta, työkappaleen esilämmitys, sekä suunnittelu- ja tuotantotoimenpiteet, kuten oikea hitsaus- ja siten kokoonpanojärjestys, sopivien saumamuotojen valinta ja, jos mahdollista, oikean perusmateriaalin valinta.

b. Käyttöiän pidentäminen jälkikäsittelymenetelmillä.

Dynaamisesti kuormitettujen, hitsattujen teräsrakenteiden toimintalujuus ja käyttöikä määräytyvät monissa tapauksissa hitsaussaumojen ja erityisesti hitsaussaumojen siirtymien perusteella. Jälkikäsittelemällä siirtymiä kohdennetusti hiomalla, räjäyttämällä, haulipuhaltamalla, korkeataajuusvasaralla jne. voidaan monissa rakenteissa käyttöikää pidentää huomattavasti yksinkertaisin keinoin.

c. Teräksen hitsattavuus.

Teräkset, joiden hiilipitoisuus on yli 0,22 %, ovat vain rajoitetusti hitsattavia; lisätoimenpiteitä, kuten esilämmitystä, tarvitaan. Teräksen hiilipitoisuus ei kuitenkaan yksinään kerro mitään hitsattavuudesta, sillä siihen vaikuttavat myös monet muut seosaineet. Sen vuoksi arvioinnissa otetaan huomioon hiiliekvivalentti (CEV). Monien komponenttien osalta tarvitaan rakenteesta ja materiaalista riippuen lisätoimenpiteitä halkeilun ja murtumien (terassimurtumien) estämiseksi, esilämmitystä tai hidasta jäähdytystä, jännityksenpoistoa tai puskurihitsausta. Yleisesti ottaen korkeaseosteisia tai korkeaseosteisempia teräksiä on vaikeampi hitsata, ja ne vaativat valmistajalta erityisosaamista ja valvontaa. Muun muassa tästä syystä kaikissa yrityksissä nimitetään hitsauksesta vastaava hitsausvalvoja pakollisten sertifioitujen hitsaajien lisäksi. Ilman nimeämistä yrityksen omistaja on automaattisesti vastuullinen hitsauksen valvoja. B-luokasta alkaen on käytettävä erikoiskoulutettua hitsaushenkilöstöä, kuten hitsausinsinöörejä/-teknikoita, varmistamaan hitsaustyön tarvittava tekninen valvonta.