TIG-hitsaus

TIG-hitsaus (engl. Tungsten Inert Gas Arc Welding) on kaasukaarihitsausprosessi, jossa valokaari palaa sulamattoman volframielektrodin ja työkappaleen välissä suojakaasun ympäröimänä. Suojakaasuna käytetään aina inerttiä kaasua, joka ei vaikuta hitsausprosessiin. Monesti käytetään argonia, joka ei reagoi sulan kanssa. TIG-hitsausta voidaan tehdä lisäainetta syöttäen tai ilman lisäainetta. Lisäaine on yleensä 1–3,5 mm paksu noin metrin mittainen paljas lanka, jonka koostumus vastaa hitsattavaa materiaalia. Käsinhitsauksessa lisäaine syötetään hitsisulaan käsin. Lisäaine voidaan syöttää myös koneellisesti, jolloin puhutaan mekanisoidusta TIG-hitsauksesta.

TIG-hitsauspoltin ja siihen liittyviä tarvikkeita.

TIG-hitsausta käytetään yleisesti vaativien putkistojen hitsauksiin, ruostumattomien putkien ja putkipalkkien hitsaukseen ja valmistukseen, ohuiden aineiden hitsaukseen, alumiinien ja erikoismetallien hitsaukseen sekä pieniin korjaushitsauksiin. Käyttöalue alkaa noin 0,1 mm:n ainepaksuudesta. TIG-hitsaus sopii sekä käsin tehtyyn- mekanisoituun- että robotilla suoritettavaan hitsaukseen.

Hitsausprosessin etuja ovat muun muassa hyvä sulan ja tunkeuman hallinta, tarkasti säädeltävä lämmöntuonti ja hitsin puhtaus. Hitsaus on mahdollista ilman lisäainetta, hitsin päälle ei muodostu kuonakerrosta, ja hitsistä saadaan helpommin halutun muotoinen kuin muilla hitsausprosesseilla. Huonoja puolia ovat hitsaamisen hitaus sekä useissa tapauksissa laitteiston kallis hinta. Hitsaus on suoritettava suojassa tuulelta. TIG-hitsausta pidetään yleensä vaativampana kuin muita kaarihitsausmenetelmiä, koska hitsaaja joutuu käyttämään poltinta toisella kädellä ja syöttämään lisäainetta toisella.

Laitteisto

Tig-hitsausvirtalähde.

Hitsauspoltin purettuna.

TIG-hitsauslaitteisto muodostuu virtalähteestä, hitsauspolttimesta ja poltinkaapelista, maadoituskaapelista ja suojakaasulaitteistosta. Suojakaasuvirtauksen ohjaus on lähes aina integroitu virtalähteen yhteyteen. Suojakaasun lähteenä toimivaan kaasupulloon asennetaan paineen alennin ja alennettu kaasunpaine johdetaan hitsausvirtalähteeseen integroiduille suojakaasulaitteille. Tämän jälkeen kaasuvirtaus johdetaan poltinkaapelin suojakaasuletkuja pitkin hitsauspolttimelle ja polttimenkaasuhylsyn lävitse suojaamaan hitsaustapahtumaa. Virtalähde tuottaa ja ohjaa hitsausvirtaa, joka syötetään poltinkaapelia pitkin hitsauspolttimen elektrodille. Kuljettuaan elektrodin ja työkappaleen välille syntyvän valokaaren kautta, virta kytkeytyy maadoituskaapelin kautta virtalähteen toiseen napaan.

Virtalähde

Virtalähteenä käytetään vakiovirtalähdettä, jonka jännite muuttuu hitsausvirtapiirin vastuksen mukaan, mutta virta pysyy likimain samana hitsaustilanteesta riippumatta. Sama virtalähde soveltuu käytettäväksi niin puikko- kuin TIG-hitsauksessakin. Virtalähde voi kyetä syöttämään ainoastaan tasavirtaa tai tasavirran lisäksi vaihtovirtaa. Rautametalleja hitsataan yleensä tasavirralla ja ei rautametalleja vaihtovirralla. TIG-hitsauksessa käytettävät virtalähteet ovat olleet yleisesti muuntajia, joiden tuottama virta on tasavirtahitsausta varten tasasuunnattu tai vaihtovirtahitsausta varten jätetty tasasuuntaamatta. Nykyisin yleisimpiä ovat invertterit, jotka kykenevät tuottamaan pelkkää tasavirtaa tai myös vaihtovirtaa. Useimmissa inverttereissä vaihtovirran puolijaksojen suhde ja jopa taajuus on useimmiten säädettävissä, mikä ei ollut yleensä mahdollista hitsausmuuntajien aikakaudella.

Virtalähde voi kyetä vaihtelemaan hitsausvirtaa eli tuottamaan pulsseja, joiden aikana on käytössä pohjavirtaa suurempi pulssivirta. Pulssien taajuus voi vaihdella muutamista hertseistä satoihin hertseihin. Kehittyneissä laitteissa pulssien taajuuta, pituutta ja suuruutta voi säätää. Virran pulssituksen avulla saavutetaan kapeampi ja syvempi tunkeuma sekä pienempi lämmöntuonti, mikä auttaa hitsin laadun parantamisessa. Pulssitusta käytetään erityisesti ohuiden aineiden hitsauksessa.

Virtalähteessä voi olla jokin sytytystoiminto, kuten liftarc tai HF-sytytys. HF-toiminto on käytännössä välttämätön vaihtovirtahitsauksessa. Jos näitä valokaaren sytyttämistä helpottavia toimintoja ei ole, valokaari sytytetään raapaisemalla elektrodia hitsattavan kappaleen pintaan hitsausvirran ollessa kytkettynä.

Virtalähteen tärkeimpiä suoritusarvoja ovat maksimivirta, minimivirta, tyhjäkäyntijännite ja paloaikasuhteet. Usein tärkeä valintakriteeri on myös se, millaisen verkkoliitännän ja kuinka suuren verkkosulakkeen kone vaatii. Kolmivaihevirtaa on yleensä hankalammin saatavilla, ja tavanomaista käyttöä varten valitut sulakkeet kestävät yleensä korkeintaan 16 A:n kuorman, mikä voi rajoittaa hitsauslaitteen valintaa.

Hitsauspoltin

Hitsauspoltin on hitsauslaitteiston osa, jonka elektrodin ja työkappaleen välissä palaa valokaari, ja joka syöttää suojakaasua hitsauskohtaan. Hitsaaja pitää hitsausta suorittaessaan hitsauspoltinta kädessään. Hitsauspolttimessa on kytkin tai kytkimiä, joilla hitsaustapahtumaa hallitaan. Hitsauspolttimessa on paikat kaasusuuttimelle ja elektrodille. Elektrodi asennetaan polttimeen elektrodikoon mukaan valittavalla poltinkohtaisella kiristysholkilla. Suojakaasuvirtauksen parantamiseksi polttimeen voidaan asentaa kaasulinssi.

Hitsauspoltin on kytketty virtalähteeseen poltinkaapelilla. Poltinkaapelin sisällä kulkevat virtalähteen ohjaukseen tarvittavat signaalijohtimet, virtajohdin ja kaasuletku ja vesijäähdytetyn polttimen tapauksessa myös jäähdytysnesteletkut.

Elektrodit

Elektrodien perusaine on poikkeuksetta volframi. Alumiinia hitsatessa voidaan käyttää puhdasta volframielektrodia, muita aineita hitsattaessa käytetään aina seostettuja elektrodeja. Elektrodeja lisäaineistetaan toriumilla, zirkoniumilla, ceriumilla ja lantaanilla. Useimmiten elektrodin kärki tulee teroittaa määrättyyn hitsaustilanteesta riippuvaan muotoon. Elektrodi on asetettava polttimeen siten, että sen ulkonema on sopiva.

Kauko-ohjaimet

Hitsauslaitteen parametreja voidaan muuttaa kauko-ohjaimilla hitsauspaikalla käymättä virtalähteen luona. Kauko-ohjaimilla voidaan säätää esimerkiksi hitsausvirtaa tai valita esiasetettuja asetuksia hitsauskoneen muistista. Tyypillinen kauko-ohjain on jalkapoljin jolla hitsaaja voi vaikuttaa hitsausvirtaan hitsauksen jatkuessa.

Suojakaasu

Suojakaasun tehtävänä on suojata hitsiä ja elektrodia ilman vaikutukselta ja jäähdyttää hitsauslaitteita. TIG-hitsauksessa suojakaasuna käytetään lähes aina puhdasta argonia, mutta toisinaan myös heliumia ja näiden kaasujen seoksia. Argonia käyttäen voidaan hitsata kaikkia metalleja mitä TIG-prosessilla voi hitsata. Heliumia käytetään tavoiteltaessa parempaa tunkeumaa ja suurempaa hitsausnopeutta.

Varsinaisen suojakaasun lisäksi voidaan käyttää juurikaasua. Juurikaasu johdetaan hitsisauman takapuolelle, jotta vältetään sauman taustan hapettuminen ja saavutetaan siistimpi sauma. Juurikaasuna TIG-hitsauksessa käytetään yleensä typen ja vedyn seoskaasua (esim. Formier 10) tai puhdasta argonia. Juurikaasun käyttö on tavanomaista etenkin ruostumattomien ja haponkestävien putkistojen hitsauksissa.

Titaania ja muita reaktiivisia metalleja hitsattaessa hitsisaumaa on suojattava myös kauempaa kuin valokaaren läheisyydestä. Tällöin voidaan käyttää kaasulaatikkoa, joka suojaa valmista jäähtyvää hitsiä pidemmälle taaksepäin kuin polttimesta tuleva suojakaasuvirtaus.

Laitteiston valmistelu

Hitsaajan on valittava hitsauksessa käytettävä elektrodi, kaasuhylsy, suojakaasu ja hitsausarvot. Virtalaji valitaan hitsattavan aineen mukaan. Yleensä alumiinia hitsattaessa käytetään vaihtovirtaa ja rautametalleja hitsattaessa tasavirtaa. Hitsausvirta valitaan pääasiassa kappaleen ainevahvuuden, mutta myös virtalajin mukaan. Elektrodi ja kaasuhylsy valitaan hitsattavien aineiden, hitsausasennon, virtalajin ja virran suuruuden mukaan. Elektrodi on mahdollisesti teroitettava oikeaan muotoon hitsausta varten. Suojakaasuna käytetään useimmiten argonia, mutta joskus myös heliumia tai argonin ja heliumin seosta. Myös kaasunvirtaus on asetettava hitsaustilanteeseen sopivaksi.

Hitsattavien kappaleiden valmistelu

Hitsattavat kappaleet on puhdistettava maalista, rasvasta, hapettumista ja muusta liasta. Usein kappaleisiin on tehtävä sopiva railo. Joskus kappaleita esilämmitetään.

Hitsauksen suorittaminen

Hitsaus aloitetaan sytyttämällä valokaari. Valokaaren sytyttäminen voi tapahtua useilla eri tavoilla käytettävästä laitteistosta riippuen. Kun valokaari on sytytetty valokaarella sulatetaan hitsin aloituskohtaan sula piste. Sulan muodostuttua voidaan sulaan lisätä lisäainetta. Tämän jälkeen siirretään hitsauspoltinta eteenpäin, sulatetaan hitsirailoa hieman ja lisätään taas lisäainetta. Näitä vaiheita toistetaan kunnes koko hitsi on hitsattu. Hitsaus lopetetaan kuljettamalla valokaarta hieman taaksepäin ja sammuttamalla kaari. Hitsaus voidaan suorittaa myös siten, että valokaarta kuljetetaan ja lisäainetta syötetään jatkuvasti. Hitsaus voidaan suorittaa myös ilman lisäainetta ainoastaan sulattamalla kappaleet yhteen.

Hitsin jälkikäsittely

Hitsi kappale voidaan hioa, puhdistaa teräsharjalla tai peitata. Hitsi saatetaan myös tarkastaa silmämääräisesti tai jollakin muulla tarkastusmenetelmällä.

Katso myös

• MIG/MAG-hitsaus