Hitsaus

Kaarihitsaus

Kaarihitsaukseksi kutsutaan kaikkia hitsausprosesseja, joissa käytetään valokaarta. Kaarihitsauksen yleisiä muotoja ovat mm:

• Suojattu metallikaarihitsaus (SMAW): SMAW tunnetaan myös nimellä "puikkohitsaus".
• Kaasumetallikaarihitsaus (GMAW): GMAW tunnetaan myös nimellä MIG (metal/inert gas welding).
• Kaasuvolframikaarihitsaus (GTAW): GTAW tunnetaan myös nimellä TIG (volframi-inertti kaasuhitsaus).

Kaarihitsaus kuumentaa metalleja synnyttämällä suurvirtaisen valokaaren liitettävien metallikappaleiden ja elektrodin välille.

Elektrodin käyttö vaihtelee hitsausprosessin tyypin mukaan. SMAW- ja GMAW-hitsauksessa sekä niihin liittyvissä hitsausprosesseissa elektrodi kuluu ja siitä tulee osa hitsaussaumaa. Elektrodi valmistetaan yleensä samasta hitsattavasta metallista. Koska elektrodi kuluu hitsausprosessissa, sitä on syötettävä jatkuvasti hitsiin. SMAW-hitsausprosessissa käytetään "puikko"-elektrodia, joka on kyllästetty hitsauksen edistäjällä, niin sanotulla vuolla, ja joka on kiinnitetty päähän.

GMAW-hitsausprosessissa käytetään pyörivällä kelalla olevaa ohutta lankaa jatkuvana elektrodina. Tämän elektrodin koko vaihtelee noin 0,635 millimetristä noin 4 millimetriin. Hitsauskoneen sisällä on moottorikäyttöinen kela, joka syöttää lankaelektrodin hitsin sisään.

TIG-hitsauksessa (GTAW) käytetään elektrodia, jota hitsausprosessi ei kuluta, koska hitsin muodostavan metallin läpi ei virtaa sähköä. Elektrodi on valmistettu volframista, joten sitä käytetään, koska se ei sula, kun se upotetaan valokaareen. Hitsausalueelle voidaan lisätä metallia lisäaineella, joka on puikon muodossa.

Lähes kaikessa hitsauksessa käytetään lisäainetta täyttämään pieni rako metallikappaleiden välissä. Lisämetalli auttaa tekemään hitsistä vahvan. Joskus hitsit on tehtävä ilman lisäainetta. Hitsausta ilman lisäainetta kutsutaan autogeeniseksi hitsaukseksi.

Suojaus kaarihitsauksessa

Kaikki hitsaustyypit edellyttävät, että kuumalla metallilla on suojaus. Lika, ruoste, rasva ja jopa metallin hapettuminen hitsausprosessin aikana voivat estää kunnollisen hitsausliitoksen syntymisen. Näin ollen kaikissa hitsausprosesseissa käytetään yhtä kahdesta suojamenetelmästä: sulatusliuosta ja suojakaasua.

Hitsausliuosta voidaan käyttää kiinteässä, nestemäisessä tai tahnamaisessa muodossa. Hitsauksen aikana sulaa ja osa siitä haihtuu. Näin hitsauskohdan ympärille muodostuu pieni kaasutasku. Tämä kaasutasku estää hitsattavan metallin hapettumisen. Sulanut vuoto puhdistaa syövyttävän reaktion kautta epäpuhtaudet, jotka estävät kunnollisen hitsauksen. Hitsauksen jälkeen vuoto jähmettyy. Tätä kiinteän vuon kerrosta kutsutaan kuonaksi, ja se on poistettava hitsistä. SMAW-hitsausprosessissa käytetään yleisimmin valuaineita, ja sitä käytetään yleisimmin teräkselle.

Suojakaasu suojaa hitsiä muodostamalla kaasutaskun hitsin ympärille. Tämän kaasun tarkoituksena on pitää normaali ilma, erityisesti happi, poissa. Se eroaa suojakaasusta, koska hitsissä ei ole nestettä. Hitsin ympärillä on vain kaasua. Koska nestettä ei ole, se ei puhdista likaa ja muita metallin päällä olevia asioita. Tämä tarkoittaa, että metallin on oltava puhdasta ennen hitsausta. Jos se ei ole puhdas, lika ja muut asiat voivat aiheuttaa ongelmia. Kaasuja, joita yleensä käytetään, ovat argon, helium ja seos, jossa on kolme osaa argonia ja yksi osa hiilidioksidia. Muissa kaasuseoksissa voi olla typpeä, vetyä tai jopa hieman happea. Yksi suojakaasua käyttävä hitsausmuoto on kaasumetallikaarihitsaus. Sitä käytetään yleensä tehtaissa tavaroiden valmistukseen.

Hitsaus, jossa käytetään fluxia, on helpompi tehdä ulkona tuulisella säällä. Tämä johtuu siitä, että nestemäinen juoksute suojaa kuumaa metallia, eikä se pääse puhaltamaan pois. Lisäksi vuonassa on aina kaasutasku, joka estää valokaaren sammumisen. Suojakaasua käyttävää hitsausta ei yleensä voi käyttää ulkona, koska kaasu puhaltaisi pois, jos tuuli puhaltaa.

Muut hitsauslajit

Joissakin hitsausmuodoissa ei käytetä valokaarta. Niissä saatetaan käyttää liekkiä, sähköä ilman valokaarta, energiasädettä tai fyysistä voimaa. Yleisintä hitsaustapaa, jossa ei käytetä valokaarta, kutsutaan kaasuhitsaukseksi. Kaasuhitsauksessa syttyvä (eli palava) kaasu ja happi yhdistetään ja poltetaan polttimen päässä. Kaasuhitsauksessa ei tarvita erityistä suojausta, koska oikein säädetyssä liekissä ei ole ylimääräistä happea. On silti tärkeää varmistaa, että metalli on puhdasta. Liekki kuumentaa metallia niin paljon, että se sulaa. Kun molemmat metallikappaleet ovat sulaneet reunasta, nestemäisestä metallista tulee yksi kappale.

Toisessa hitsauksessa, jossa ei käytetä valokaarta, käytetään edelleen sähköä. Sitä kutsutaan vastushitsaukseksi. Tässä hitsauksessa kaksi ohutta metallinpalaa puristetaan yhteen, minkä jälkeen niiden läpi johdetaan sähköä. Tämä saa metallin kuumenemaan ja sulamaan yhteen puristetun kohdan. Kappaleet sulavat yhteen kyseisessä kohdassa. Joskus tätä kutsutaan pistehitsaukseksi, koska hitsaus voi tapahtua vain yhdessä pienessä paikassa (tai pisteessä) kerrallaan.

Taontahitsaus on ensimmäinen koskaan käytetty hitsausmuoto. Taontahitsauksessa kaksi metallikappaletta on kuumennettava niin kuumiksi, että ne melkein sulavat. Sitten niitä lyödään yhteen vasaroilla, kunnes ne ovat yhtä kappaletta.

Muut hitsausmuodot, joissa ei käytetä valokaarta, ovat vaikeita tehdä, ja ne ovat yleensä uusia. Ne ovat myös kalliita. Useimmat tällaiset hitsaukset tehdään vain silloin, kun niitä tarvitaan erityisesti. Niissä saatetaan käyttää elektronisuihkua, laseria tai ultraääniaaltoja.

Hitsausenergia

Kaikenlainen hitsaus tarvitsee energiaa. Tämä energia on yleensä lämpöä, mutta joskus hitsaukseen käytetään myös voimaa. Kun lämpöä käytetään, se voi olla sähköä tai tulta.

Valokaarihitsauksessa käytettävät virtalähteet

Kaarihitsauksessa käytetään paljon sähköä. Joissakin hitsaustyypeissä käytetään vaihtovirtaa, kuten rakennusten käyttämässä sähkössä. Toisissa käytetään tasavirtaa, kuten autojen tai useimpien akulla varustettujen laitteiden sähkö. Lähes kaikissa hitsausmuodoissa käytetään pienempää jännitettä kuin voimalaitoksesta saatavassa sähkössä. Kaarihitsauksessa on käytettävä erityistä virtalähdettä, joka tekee voimalaitoksesta saatavasta sähköstä käyttökelpoista hitsaukseen. Virtalähde alentaa jännitettä ja säätelee virran määrää. Virtalähteessä on yleensä säätimet, joiden avulla näitä asioita voidaan muuttaa. Jos kyseessä on vaihtovirtaa käyttävä kaarihitsaus, virtalähde voi joskus tehdä erityisiä asioita, jotta sähkö vaihtuu eri tavalla. Jotkin virtalähteet eivät kytkeydy pistorasiaan, vaan ne tuottavat oman sähkönsä. Tällaisissa virtalähteissä on moottori, joka pyörittää generaattorin päätä sähkön tuottamiseksi. Moottori saattaa toimia bensiinillä, dieselpolttoaineella tai propaanilla.

Muuhun hitsaukseen tarkoitettu energia

OFW käyttää polttokaasun ja hapen polttamisesta syntyvää liekkiä metallin lämmittämiseen. Polttokaasu on lähes aina asetyleeniä. Asetyleeni on syttyvä kaasu, joka palaa erittäin kuumana, kuumempana kuin mikään muu kaasu. Siksi sitä käytetään useimmiten. Myös muita kaasuja, kuten propaania, maakaasua tai muita teollisuuskaasuja, voidaan käyttää.

Joissakin hitsausmuodoissa ei käytetä lämpöä hitsin tekemiseen. Tällaiset hitsausmenetelmät voivat kuumentua, mutta ne eivät saa metallia sulamaan. Taontahitsaus on esimerkki tästä. Kitkahitsaus on erityinen hitsauslaji, jossa ei käytetä lämpöä. Siinä käytetään erittäin voimakasta moottoria ja erityistä pyörivää piikkiä metallien sekoittamiseksi toisiinsa reunalla. Tämä vaikuttaa oudolta, koska metallit ovat kiinteää ainetta. siksi se vaatii paljon voimaa ja on hyvin vaikeaa. Tämäntyyppisen hitsauksen energia on mekaanista energiaa, joka saadaan pyörivästä hitsauslaitteesta.