// Blogi

// Hitsiä syntyy vain silloin, kun valokaari palaa!

Kuva 1: Asentohitsausta (PF) alhaalta ylös rutiilitäytelangalla mekanisoidusti (Bug-O Systems USA)

MIG/MAG-hitsaus eli metallikaasukaarihitsaus alkoi yleistyä Suomessa 1970 -luvun lopulla. Tämä lankahitsauksen käyttöönotto mahdollisti myös hitsausmekanisoinnin tehokkaamman hyödyntämisen.

Mitä hitsauksen mekanisoinnilla tarkoitetaan?

Mekanisoinnilla tarkoitetaan hitsausta, jonka hitsausmuuttujia ohjataan/hallitaan mekaanisesti tai sähköisesti ja niitä voidaan muuttaa hitsaustapahtuman aikana. Tässä ar tikkelissa käsitellään lähinnä ns. kevytmekanisointia, jolloin mekanisointilaite viedään työkappaleeseen tai sen luokse eikä päinvastoin.

Mitä mekanisoinnilla ymmärretään?

Puhuttaessa mekanisoidusta hitsauksesta sillä ymmärretään valokaaren paloajan lisäämistä käyttäen apuna jotain tai joitain mekaanisia apulaitteita. Tällaisia laitteita kutsutaan usein hitsauskuljettimiksi. Paloaikasuhde on kaariajan ja hitsaustyön suorittamiseen käytetyn ajan välinen suhde. Mitä pidempään valokaari palaa suhteessa kokonaistyöaikaan, sitä korkeampi on paloaikasuhde. Kuormitusaikasuhde on eri asia eikä sitä pidä sekoittaa tähän, vaan se liittyy hitsausvirtalähteisiin.

Työkustannukset muodostavat suurimman osan kokonaiskustannuksista suomalaisessa hitsaustyössä. Lisäaineiden kustannus jää usein reilusti alle 10% kokonaiskustannuksista eikä sieltä ole siten merkittäviä säästöjä saatavissa. Laadullisesti on lisäaineiden osalta paljon eroavaisuuksia ja huonolaatuisella lisäaineella saadaan kokonaiskustannuksia massiivisesti nostettua. Oikealla lisäainevalinnalla on merkitystä ja tehokkaat täytelangat tuovat merkittäviä parannuksia laadun ja tuottavuuden suhteen.

Nykyinen trendi kompensoida uudella virtalähdetekniikalla täytelangan kiistattomia hyötyjä ja etuja verrattuna vanhanaikaiseen umpilankaan on vähintäänkin arveluttavaa. Umpilankahitsauksessa suojakaasukustannus saattaa olla suurempi kuin lisäainelangan kustannus, vaikkei siihen juurikaan kiinnitetä huomiota.

Hitsauksen kevytmekanisointi

Hitsauksen kevytmekanisointi parantaa tuottavuutta, kun se toteutetaan oikein. Se parantaa laatua, työympäristöä, vähentää työkappaleen vetelyä ja siten pienentää oikaisun tarvetta tai joissain tapauksissa eliminoi sen kokonaan. Se vähentää myös työkappaleen kääntöjä tai tekee ne tarpeettomiksi. Mekanisointi nostaa paloaikasuhdetta käsinhitsaukseen verrattuna helposti 2-3 -kertaiseksi.

Koska halutun hitsausnopeuden ylläpito muuttuu vakioksi, hitsin muotovaihtelut eliminoituvat sekä lämmöntuonti työkappaleeseen on tasaisempaa ja helpompi kontrolloida. Lisäaineen kulutus usein pienenee ja tehokkaampien lisäaineiden käytön ansiosta myös suojakaasun kulutus vähenee. Kappaleen käsittely helpottuu, ei turhia kappaleen kääntöjä ( lisäainevalinta), jolloin voidaan hyödyntää tehollinen tunkeuma jne. Hitsaajasta tulee mekanisoinnin myötä operaattori, joka valvoo tosiaikaisesti hitsaustapahtumaa mutta etäämmältä kuin käsinhitsauksessa. Tällöin hän ei altistu suoraan savukaasuille, on kauempana valokaaren säteilystä ja vireystaso säilyy parempana, koska laite hoitaa polttimen kannattelemisen, levitysliikkeen ja polttimen painosta ja käsittelystä aiheutuvan kuorman.

Vireystason parempi ylläpito ehkäisee työtapaturmia ja pitää työkykyä yllä. Hitsin aloitus- ja lopetuskohdat minimoituvat jolloin myös potentiaaliset virhekohdat vähenevät. Railon seuranta on perinteisesti hoidettu operaattorin toimesta, mutta nykyaikaiset kuljettimet huolehtivat sivu- ja korkeussuuntaisista säädöistä tosiaikaisesti ”itse”.

Muutoksen tuulet metalliteollisuudessa

Käsiini sattui ins. Arto Helinin laatima esitelmä vuodelta 1986: ”Millä keinoin tuottavuutta voidaan nostaa yksittäis- ja piensarjatuotannossa?” Oli hämmentävää huomata, ettei 30 vuoden aikana ole juurikaan oleellisia muutoksia tapahtunut tämän peruspohdiskelun ympärillä. Jatkuva lanka mahdollistaa aina mekanisoinnin, jos kohde on siihen soveltuva. Lisäainevalinnalla voidaan vaikuttaa paljon lopputulokseen ja taloudellisuuteen. Mitä on hitsaavassa teollisuudessa muuttunut välillä 1986-2016 eli 30 vuodessa?

Periaatteessa ei paljon mikään, samankaltaiset mekanisointiapulaitteet ovat olleet käytössä jo ennen vuotta 1986. Ajatellen perinteistä konepajatoimintaa viimeisen 30 vuoden ajalta, suurin muutos on ko. työn dramaattinen väheneminen Suomesta, telakkateollisuuden kutistuminen, useiden raskaiden hitsaavien konepajojen siir tyminen maanrajojen ulkopuolelle, kotimaisten hitsaustyötä tekevien käsityöläisten katoaminen työvoimasta massiivisella tavalla ja sitä kautta ulkomaalaisten keikkatyöläisten lisääntyminen Suomessa. Suomessa ei ole yksinkertaisesti taloudellisesti kannattavaa tuottaa raskaita metallirakenteita entiseen malliin.

Muutama vuosi sitten, eräs suuren suomalainen teräsrakenneyhtiön toimihenkilö totesi: Olemme laskeneet kaikin käytettävissä olevin keinoin, mikä tuote olisi kannattavaa tehdä nykyisillä kustannuksilla meillä Suomessa ja vastaus oli, että ainoastaan yksi tuote. Palkeista tehty ristikkorakenne, mutta ongelmana siinä on se, ettei sitä tarvitse kukaan! 2000 -luvun trendi on mielestäni mennä liikaa teknologia edellä ja siten usein tehdä asioita vaikeammiksi. Pyritään ulkoistamaan ammattitaito, kuten hitsausarvojen asetukset. Tämän päivän hitsauskoneet ovat valintoja täynnä. Esim. MIG/MAG-laitteisto: valitse lankahalkaisija, valitse lankamateriaali, valitse suojakaasu, valitse ainevahvuus, valitse... paina sitä, paina tätä. Valokaarta on miltei mahdotonta saada edes palamaan ilman laitteen käyttöohjekirjaa. Hitsaustyö pitää saattaa loppuun oli laite säädetty ”automaattisesti” tai ”käsin”. Ja hitsarin se lopullinen työ pitää kuitenkin suorittaa. Miksi hitsarin ammattitaitoon ei enää kuulu laitesuunnittelijoiden käsityksen mukaan se helpompi osuus eli laitteen parametrien asetukset?

Itse hitsaustyö, se vaatii rautaisen ammattitaidon. Arvojen asetus - se ei yksin riitä. Aikoinaan nuorena myyntimiehenä oli kova halu mennä telakalle esittelemään uusi oskilloiva hitsauskuljetin. Vaikka hitsaustaitoinen olinkin, jännitti kovin mennä ammattimiehille esittelemään laitetta. Pohjatyönä opettelin laitteen käyttöä yötä päivää ja lopuksi ajoin itselleni ns. luokat ko. mekanisointilaitteella paikallisessa kurssikeskuksessa ennen demoa telakalla. Sekin vain ja ainoastaan, että olisi kompetenssia esitellä laitetta. Vastassa oli hitsauksen Suomen mestari, joka oli telakan ykkösnyrkkejä, kun ammattimiestä tarvittiin. Kyseessä oli yhdeltäpuolelta hitsaus, rutiililtäytelangalla keraamista juuritukea vasten. Olin mielestäni onnistunut luokkakokeessa erinomaisen hyvin, seisoihan paperissa vitonen. Mutta käytännön hitsaus tosi elämässä oli aivan jotain muuta.

Hitsaaja ymmärsi nopeasti ammattitaidottomuuteni pohjapalon hitsauksessa, mutta ei antanut asian vaikuttaa. Kertoi valokaaren palaessa rauhallisesti ohjeita, miten oskillointiliikkeen leveys, -nopeus jne. piti säätää. Lopputulema oli todella kaunis ja upea. Paras mitä olin ikinä siihen ikään nähnyt ja kokenut. Hän totesi rauhallisesti, että: ”... pohjapalko, se on se vaikein, joka ammattitaitoa vaatii. Seuraavat palot menee ihan ”otona”. Ja pohjapalossa, ne ensimmäiset 10 km ovat ne vaikeimmat”. Edelliseen liittyen, jos materiaalivahvuus on 100 mm, siinä on ehkä 200 palkoa mutta vain 1 pohjapalko! Hitsin pituuden ollessa esimerkiksi 1 metri muodostuu hitsattavaa pituutta 200 m, josta pohjapalkoa on 1 metri. Eli 99,5% on sitä ”helppoa” mekanisoitavasti hitsattavaa, jolloin säästö hitsaustyössä on merkittävä. Ja 0,5% onnistuu myös, kun mekanisointilaitetta operoi osaava huippuammattilainen.

Mekanisointi ei tarkoita pelkkää laiteinvestointia

Valmista hitsiä syntyy vain, kun valokaari palaa! Se on perusasia, jonka kanssa on pakko elää, vaikka kuinka sen ympärillä pyörisi kosmeettisia ja hämmentäviä argumentteja. Mekanisointilaitteen pitää pystyä toimimaan työkohteessa mahdollisimman pitkään keskeytyksettä, siksi työkappaleen ja työn suunnittelulla on merkittävä rooli mekanisoinnin onnistumisessa. Itse asiassa työpisteen layout`in tulee palvella mekanisoinnin aatetta. Kyseessä on siis kokonaisvaltainen työkohteen kehittäminen. Levytyö ja railonvalmistus nousevat perinteisen käsinhitsauksen tasolta uudelle ulottuvuudelle, joka vaatii yleensä esivalmistuskulttuurin muutosta. Se on elinehto mekanisoinnin onnistumiselle kuin myös oikeanlaisen asenneilmapiirin luominen.

Levytyöhön ja railonvalmistukseen panostaminen tuottaa lisäkustannuksia, mutta pitkässä juoksussa panostus niihin palaa takaisin moninker taisesti. Parempi levytyö ja railonvalmistus eivät ole haitaksi käsinhitsauksessakaan. Paremmat railosovitukset pienentävät hitsiainemäärää. Mekanisoinnissa oikealla lisäainevalinnalla suurennetaan hitsiaineen tuottoa ja paloaikasuhde nousee. Mekanisoinnilla voidaan vahvistaa hitsaavan konepajan asemaa kireillä kansainvälisillä markkinoilla. Sillä voidaan tehdä pienikatteisesta piensarjatyöstä taloudellisesti tuottavampi minimaalisin ”investoinnein” ja siten luoda pohjaa menestyä tulevaisuudessakin. Itse asiassa mekanisointilaitteen hankinta on työkaluhankinta eikä investointi. Mekanisointilaite on kädenjatke, työkalu parempaan ja tuottavampaan työhön. Tällaisen työkalun takaisinmaksuaika on erittäin nopea ja siksi niitä pitää ja täytyy käyttää aina, kun siihen on mahdollisuus.

Kuljetintyypit

Kevytmekanisoinnissa kuljettimet jaettiin aiemmin kahteen ja nykyään kolmeen kategoriaan:

1. Kiskoilla kulkevat kuljettimet, kiskot asetetaan railon suuntaisesti

a. jäykkä kisko joka voidaan tarvittaessa valssata kehämuotoon
b. taipuisat kiskot, taipuvat ilman työkaluja säteelle 5 m
c. supertaipuisat kiskot, säde 1 m

2. Pyörillä kulkevat kuljettimet, ns. “traktorit” varustettu kiintomagneeteilla

3. Hybridikuljettimet

a. “traktori”tyyppinen kuljetin, jonka kanssa voidaan tarvittaessa käyttää ohjainkiskoa

Viimeksi mainitut hybridikuljettimet ovat vallanneet alaa monikäyttöisyytensä ansiosta. Traktorityyppinen ”pienari” toimii kiskon ansiosta myös vaakahitsauksissa tai materiaalinvahvuuden rajoissa myös alhaalta ylös tapahtuvassa hitsauksessa.

Akkutekniikan hyödyntäminen hitsauskuljettimissa on tätä päivää. Hybridikuljettimet avaavat uusia käyttökohteita ”pienareille”. Adaptiivisuus valtaa alaa myös kevytmekanisoinnissa eli railonseuranta on tullut siirreltäviin laitteisiin. Mekaaninen railonseuranta sopii hyvin kokonsa ja luotettavuutensa puolesta kiskokuljettimiin.

Case: Outotec Turula ja hitsausinsinööri Antti Nykänen

Antti on kirjannut muutamia syitä:

1. Miksi mekanisointia käytetään heidän tuotannossaan: ……

• Halpa investointi ja helppo käyttää ……
• Sopii kaikille materiaaleille ja useimmille menetelmille ……
• Tuottavuus paranee, luotettava ja työturvallisuus kohenee ……
• Laatu paranee

2. Minkälaisille hitseille? ……

• Pitkät hitsit ……
• Yhdeltäpuolen hitsaus vasten keraamista juuritukea ……
• Kaikki asennot
• ……Kaikki materiaalit, menetelmät MIG/ MAG, TIG, plasma ja SAW ……
• Soveltuu myös avaukseen

3. Muut huomioon otettavat asiat? ……

• Tarkempi railonvalmistus verrattuna käsinhitsaukseen ……
• Huolellisempi levytyö
• ……Mekanisointilaitteiden lisäksi tarvitaan:
--- Mahdolliset ohjainkiskot
--- Keraamiset juurituet
--- Hitsausjigit
--- Hitsauslaite ……
• Muodonmuutosten huomioon ottaminen:
--- Mahdollinen esitaivutus ……
• Hitsausohjeet, työkokeet ja harjoittelu

Mekanisoinnin tuomat hyödyt: ……

• Paloaikasuhteen nousu jopa yli 50 %:iin
--- normaalisti paloaikasuhde ollut luokkaa 15-20 % ……
• Tuottavuus paranee …
• Toimitusvarmuus paranee
• Laatu paranee:
--- aloitus- ja lopetuskohdat minimoituvat
--- parempi visuaalinen ulkonäkö ja tekninen laatu
--- ylimittaisten hitsien eliminoituminen > vähemmän muodonmuutoksia sekä lisäaine- ja työkustannusten pieneneminen
• Työskentelyergonomian ja -olosuhteiden paraneminen
--- Imagotekijät

Esimerkkilaskelma: Projektit 1 ja 2

„„1 = 2235 h, säästö 749 h
2 = 2834 h, säästö 915 h
Yhteensä 1664 h x työkustannus euroa/h
(esim. 40 €/h x 1664 h = 66,560 euroa)

Traktorin kustannus noin 6000 euroa.

Säästöt muodostuvat:

……• Käsihitsaus:
--- paloaikasuhde 15 %,
--- keskimääräinen hitsin pituus 500 mm
--- hionta, lepoajat ja virheiden korjausta
--- hitsipituus 22 m / 8 h ……
• Mekanisoitu hitsaus
--- paloaikasuhde 50%
--- hitsipituus 122 m / 8 h
• Hitsausnopeus:
--- käsinhitsaus 300 mm/min
--- mekanisoitu hitsaus 510 mm/min

Yllä oleva esimerkki todellisesta kohteesta on yksiselitteinen ja kohtuullisen pienin panostuksin toteutettu.

Case: Japrotek Pietarsaari ja hitsausinsinööri Juha Pesonen

Pietarsaaressa toimiva Japrotek Oy Ab suunnittelee ja valmistaa sekoittimia, paineastioita, reaktoreita ja lämmönvaihtimia sekä suuria säiliöitä prosessiteollisuudelle. Yhtiön erikoisaloja ovat vaativien konstruktioiden sekä erikoismateriaalien kuten titaanin, nikkeliseosten sekä ruostumattomien ja haponkestävien terästen suunnittelu- ja valmistusosaaminen. Kevytmekanisointiin on panostettu voimakkaasti vuoden 2016 alusta ja tuotantoon on hankittu erilaisia kuljettimia. Aikataulu on Kuva 7. Pienahitsausta ( PB ) nelipyöräkuljettimella (Outotec Turula). Kuva 8. Pienahitsauksen ( PB ) harjoittelua täytelangalla ruostumattomaan työkappaleeseen (Retco Oy). ollut kireä ja hyvistä kokemuksista rohkaistuneena kehitystyötä mekanisoinnin saralla tullaan jatkamaan. Kuljettimet ovat osaltaan ottamassa työkuormaa suurilta hitsaustorneilta, koska tornien käyttö kaikkiin kohteisiin on toisinaan haastavaa.

Kevytmekanisoinnin hyödyntäminen siihen soveltuvissa kohteissa on tuotannon kannalta joustavampaa. Kuljettimia voidaan kätevästi hyödyntää paitsi pienissä kappaleissa mutta myös suurissa, varsinkin silloin kun hitsauspuomin ulottuvuus rajoittaa työskentelyaluetta.

Kevytmekanisointilaitteen siirreltävyys suoraan työkohteeseen on helppoa ja nopeaa. Kevytmekanisointi mahdollistaa uusien työtapojen käyttöönoton ja tämä edesauttaa tuotannon kehittämistä ja tehostamista. Käyttäjät ovat suhtautuneet kevytmekanisointilaitteiden käyttöönottoon erittäin myötämielisesti. Positiivinen asennoituminen on helpottanut hitsaajan ”sisäänpääsyä” uusiin tuottavampiin työskentelytapoihin. On huomion arvoista, että laitteita voidaan soveltaa hitsaustyön lisäksi esim. leikkaukseen/ viisteytykseen.

Juha tuo esille seuraavia etuja mekanisoinnin hyödyntämisestä: „„
• Nopeus, parempi paloaikasuhde, kohonnut tuottavuus, hiontatyön väheneminen
• Parempi laatu
• Hitsien tasalaatuisuus
• Parempi työergomia
• Hitsarin pienempi kuormitus (ammattisairaudet)
• Hitsauksen tuottavuuden nousu, kg/h „„ Imago, loppuasiakkaan tyytyväisyys

Yhteenvetona

Käytettävissä olevat keinot ovat kaikilla lähes samat. Lähtökohdat sen sijaan voivat olla kovastikin erilaiset.

a. On yrityksiä, jotka eivät juuri nimeksikään ole käyttäneet olemassa olevia keinoja, jolloin mekanisoinnin käyttöönoton tuoma tuottavuuden nousu ja sen kautta muodostuvat säästöt voivat olla odottamattoman suuria.

b. On toisaalta yrityksiä, joilla on osittain valmiina tietynasteinen mekanisointivalmius, jolloin tuottavuuden nousu ei ole yhtä jyrkkä kuin edellä mainituilla

Kun kohde on mekanisoinnille soveltuva, ja siirrämme hitsauspolttimen hitsaajan kädestä mekaaniseen kuljettimeen, jonka toimintaa hyvin osaava käsihitsari valvoo, on saavutettavissa todella suuri säästö. Hitsauskuljetin tekee työn yhtäjaksoisesti, väsymättä ja keskeytyksettä. Kuljetin ei kuitenkaan osaa hitsata, se ainoastaan tuottaa hitsejä, operaattorin antamien käskyjen mukaan. Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että kun hitsattava kohde on sellainen, että se sallii kuljettimen käytön (riittävästi ainevahvuutta ja / tai pituutta ), hitsaus tapahtuu 2-3 kertaa nopeammin kuin käsin hitsauksena.

Jukka Setälä
Retco Oy
jukka.setala@retco.fi

Kuvia

Kuva 1: Asentohitsausta (PF) alhaalta ylös rutiilitäytelangalla mekanisoidusti (Bug-O Systems USA)Kuva 2: Kokeessa hitsattu 100 kg valmista hitsiä, a-mitta 5-6 mm, asento PF. Pylväs 1: Puikko emäspuikko E 7018 läpim. 4,0 mm. Pylväs 2: Umpilanka 1,2 mm. Pylväs 3: Täytelanka asentohitsattava rutiilitäytelanka 1,2 mm. Pylväs 4: Täytelanka asentohitsattava rutiilitäytelanka 1,2 mm mekanisoituna.Kuva 3: Nelipyöräinen kuljetin, railonseuranta suoraan työkappaleesta (Retco Oy)Kuva 4: Kun hitsaus- ja kuljetinparametrit ovat oikein säädetyt, on hitsausjälki kaunista katseltavaa (Retco Oy)Kuva 5: Säiliön vaakahitsausta (PC) hybridikuljettimella (Promotech, Puola)Kuva 6: Kiskolla liikkuvan kuljettimen sähkömekaaninen railonseuranta (Retco Oy)Kuva 7: Pienahitsausta (PB) nelipyöräkuljettimella (Outotec Turula)Kuva 8: Pienahitsauksen (PB) harjoittelua täytelangalla ruostumattomaan työkappaleeseen (Retco Oy)Kuva 9: Hybridikuljetin urakoi halkaisijaltaan 9 m sylinterimäisen kappaleen hitsauksessa. Operaattori valvoo hitsaustapahtumaa haarukkanostimesta (Japrotek)Kuva 10: Hybridikuljetin urakoi halkaisijaltaan 9 m sylinterimäisen kappaleen hitsauksessa. Operaattori valvoo hitsaustapahtumaa haarukkanostimesta (Japrotek)Kuva 11: Säiliövaippojen pystyhitsausta alhaalta ylös (PF) hybridikuljettimella (Japrotek)
Tallenna tai tulosta »