Täytelankahitsaus on kaarihitsausta jatkuvalla lisäaineella, joka on putkimainen ja jonka sisällä on jauhetta täytteenä. Täytelankahitsauksessa yhdistyvät jatkuvalankahitsauksen edut ja täytejauheella saavutettavat metallurgiset hyödyt. Täytelankamenetelmä voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: suojakaasullinen ja suojakaasuton täytelankahitsaus. Suojakaasullinen täytelankahitsaus voidaan edelleen jakaa metalli- ja jauhetäytelankoihin.
Täytelankahitsaus on menetelmänä tunnettu jo noin 60 vuotta mutta sen käyttö Suomen konepajateollisuudessa ei välttämättä ole täysipainoista. Edelleenkin Suomesta löytyy konepajoja, jotka ”takkuavat” koko tuotantonsa läpi esimerkiksi 1,0 mm umpilangalla, eivätkä siten optimoi hitsiaineen tuottoa (kg/h) useinkaan tuotantoprosessin aikana.
Täytelankahitsauksesta yleensä
Täytelankahitsaus on ollut Suomessa laajemmalti käytössä jo yli kolmekymmentä vuotta. Täytelankahitsauksen edelläkävijät Suomessa löytyvät offshore- ja telakkapuolelta. Kilpailu ja korkeat laatuvaatimukset ovat antaneet pontta menetelmien kehittämiselle. Ensimmäiset täyteIankaversiot ovat lähtöisin jo 1950-luvulta. 1970-luvun lopulla opittiin valmistamaan pienempiä lankahalkaisijoita kuten 1,6 mm ja 1980-luvun taitteessa 1,2 mm. Tänä päivänä voidaan teollisesti tuottaa jopa alle 0,8 mm:n lankaa.
Täytelangan valmistus alkaa noin 13 milliä leveän teräsnauharainan taivuttamisella kourumuotoon, johon tilaan tuodaan esisekoitettu ”pulveri” täytteeksi, kuva 1. Täytelanka on putkimainen lisäaine, jossa on ohut metallinen kuori ja sisus (ydin) on täynnä jauhemaisia partikkeleita.
Useimmiten kuorimateriaali säilyy samana sisuksen koostumuksen eli reseptin vaihdellessa. Tänä päivänä yleisin täyteIankavalmistajien langan poikkileikkauksen muoto on pyöreä, jossa rainan reunat ovat vastakkain, kuva 2 vasen. Jotkut täytelangan valmistajista hitsaavat rainan reunat yhteen (kiinni) jolloin puhutaan ns. saumattomasta täytelangasta. Langan ytimeen pulveri tuodaan joko ennen tai jälkeen hitsauksen valmistajasta riippuen. Kun teräsraina on saatettu suljetun ympyrän muotoon, vedetään ”aihio” yhä pienenevien reikien läpi kunnes haluttu ulkohalkaisija on saavutettu. Lopuksi langan pintaan usein tartutetaan liukastusainetta langansyötettävyyden optimoimiseksi. Valmistus tapahtuu tarkoin valvotussa tilassa sisältäen lukuisia toimenpiteitä laadun varmistamiseksi.
Täytelangat voivat olla myös ns. itsesuojaavia eli suojakaasuttomia täytelankoja, jotka eivät vaadi hitsisulan ympärille ulkoista suojakaasua. Suomessa käytössä olevat itsesuojaavat täytelangat ovat olleet pääosin päällehitsaussovellutuksissa ja vain suhteellisen vähäisin määrin liitoshitsauksissa. Tähän on kuitenkin tulossa selkeästi muutos. RETCO SSW-10 kaasuton täytelanka soveltuu erinomaisesti ulkona tapahtuvaan hitsaukseen, koska se ei tarvitse ulkoista suojakaasua. Yhdellä 1,6 mm lankahalkaisijalla voidaan korvata 2,5–5,0 mm hitsauspuikot 30 % tehokkaammin. Lisäaine soveltuu asentohitsaukseen ja säästää selvästi lisäainekustannuksissa mm. siksi, ettei lisäaineen ”hukkapätkiä” synny kuten hitsauspuikolla. Tämän ”puikot kelalla” lisäaineen hitsaukseen on kehitetty PIKKUMUSTA-lankahitsauskone, joka pienen painonsa vuoksi on saavuttanut suuren suosion ”keikkakoneena”. Vaikka kannettava laite painaa ainoastaan 19 kg, se on koostaan huolimatta täysiverinen ammattilaiskone ED 270 A/22 %, 180 A/60 %. Laite ei ole pelkästään kaasuttomalle täytelangalle tehty, vaan se soveltuu myös puikkohitsaukseen, umpilangalle, alumiinille, kaarijuottoon jne. PIKKUMUSTA toimii ns. yksinuppisäädöllä, eli esimerkiksi kaasuttomalla SSW-10-langalla laitteessa on langalle kaikki hitsausparametrit valmiina. Painat vain liipaisimesta ja yhdellä säätimellä haet helposti oikean hitsausvirran ainevahvuudelle sopivaksi.
Ulkoisen suojakaasun vaativat täytelangat jaotellaan karkeasti kahteen eri ryhmään: jauhetäytelangat (esim. ns. asentohitsattavat) ja metallitäytelangat. Jako perustuu putken sisällä olevan täytteen ominaisuuksiin.
Metallitäytelangat sisältävät pääosin metallijauhetta sekä valokaarta rauhoittavia eli stabiloivia ainesosia että seostavia elementtejä. Metallitäytelangat ovat täytelangoista lähimpänä umpilankaa. Asentohitsaukset suoritetaan metallitäytelangoilla Iyhytkaarella kuten umpilangallakin, jolloin tuotto on pieni mutta sulan hallittavuus selvästi helpompi verrattaessa umpilankaan. Metallitäytelangoilla parhaan hitsaustuloksen saavuttaminen edellyttää seoskaasun (75/25 tai 82/18) käyttöä (Hobart MF 710M tai Hyundai Supercored 70 NS). Lyhytkaariarvoilla myös hiilidioksidin käyttöä voi harkita (Hyundai SC-70T). Perinteisesti täytelangat on mielletty paksujen levyjen hitsaukseen (>5 mm) haluttaessa suurta lisäaineen tuottoa kg/h. Tämän päivän valmistusteknologia on mahdollistanut sen, että etuja saavutetaan myös ohuiden (< 5mm) ja pohja-/juuripalkojen hitsauksissa. Huippuunsa viritetyt lyhytkaariominaisuudet 1,2 mm metallitäytelangalla antavat mahdollisuuden hitsata jopa niinkin alhaisilla virroilla kuin 50 A! (Hyundai SC-70T). Tämä mahdollistaa hyvän sulan hallinnan ilman lankahalkaisijan pienentämistä ja lankahitsauslaitteiksi soveltuvat erinomaisesti ”karvalakki”-mallin perinteiset lankahitsauskoneet. Metallitäytelangalla spraymäinen aineen siirtyminen alkaa umpilankaan verraten samalla lankahalkaisijalla selvästi pienemmällä teholla, jolloin roiskeeton lisäaineen siirtyminen on mahdollista. Umpilangalla pienipisaraiseen aineen siirtymiseen pääsy vaatii suht’korkeata kaarijännitettä, joka taas tekee helposti reunahaavaa. Tämä umpilangan ominaisuus rajoittaa kuljetusnopeuden nostoa, joka pienentää tuottavuutta ja lisää lämmöntuontia työkappaleeseen. Kun robottihitsauksissa on siirrytty umpilangan käytöstä metallitäytelangan käyttöön, usein suurimman ihmetyksen tuottaa se, että metallitäytelangalla kuljetusnopeutta voidaan nostaa umpilankaan nähden reilusti ja kuitenkin hitsisauman ja -palon muoto säilyy halutunlaisena. Metallitäytelanka palaa pehmeän nätisti ja roiskeettomasti myös seoskaasulla, jonka CO2- pitoisuus on suurempi (82/18 verraten 92/8 kaasuun) ja siten ”välttämätöntä pahaa” eli kaasukustannusta voidaan pienentää.
Tiesitkö, että umpilankahitsauksessa suojakaasun kustannus per hitsikilo on suurempi kuin lisäainekustannus? Metallitäytelangan tuotto umpilankaan verraten samalla lankahalkaisijalla ja samalla hitsausvirralla on noin 15–20 % suurempi (kuva 5).
Tämä ominaisuus myös leikkaa kaasukustannusta. Metallitäytelangan tunkeuman muoto on edullisempi kuin umpilangalla, jolloin esimerkiksi pienahitsauksessa sulamissyvyys yhdistettynä tunkeuman muotoon varmistaa pienan kulmasärmän sulamisen varmemmin (kuvat 6 ja 7).
Jauhetäytelangat sisältävät mm. seostavia, valokaarta eli palamista rauhoittavia aineita, deoksidaatioaineita (ehkäisevät huokosen muodostumista) ja kuonaa muodostavia aineita. Nämä langat muodostavat hitsipalon pintaan kuonakerroksen kuten hitsauspuikotkin. Jauheen pääaineosat voivat olla emäksisiä tai rutiilivaltaisia tai niiden yhdistelmä. Tarkkaa rajanvetoa on vaikea tehdä, kuitenkin puhekielessä mainitaan rutiili/emästäytelangat.
Emästäytelankojen hitsattavuudessa on rutkasti toivomisen varaa, mutta niillä kuitenkin saavutetaan helpommin hyviä iskusitkeysominaisuuksia alhaisissa lämpötiloissa. Rutiilitäytteisten lankojen rintamalla tapahtunut kehitys on johtanut lankoihin, joilla on erinomaiset iskusitkeydet alhaisissa lämpötiloissa jopa myöstöhehkutuksen jälkeen.
Rutiilitäytelankoja on kehitetty sekä asentohitsauksiin (Hobart MF 713R ja Hyundai SF- 71MC), että jalko/alapienahitsauksiin. Asentohitsausominaisuudet perustuvat nopeasti jähmettyvään kuonaan, joka tukee sulaa (kuva 8 ja 9). Tämä mahdollistaa esim. 1,2 mm:n lankahalkaisijalla pienahitsauksen alhaalta ylös suoralla nostolla aina a-mittaan ~5 mm asti. Suoralla nostolla tarkoitetaan lisäaineen pään sytyttämistä tarvittavan hitsipalon alusta ja jatkamista ylöspäin ilman pistoolin sivuttaisliikettä (Hyundai SF-71MC, nopeasti jähmettyvä kuona).
Puikko- ja umpilankahitsauksissa asentohitsauksen suorittaminen vaatii jo taiteellista silmää reunapysähdyksineen ja jatkuvaa skarppina olemista, hitsausnopeuden ollessa noin puolet tai kolmannes rutiilitäytelangan vastaavasta nopeudesta. Tunkeuma puikko- ja umpilankahitsauksessa verraten täytelankaan asentohitsauksissa vaikuttaa lähinnä ”huonolta vitsiItä”. Asentohitsattavan rutiilitäytelangan edut korostuvat esim. alhaalta ylös tapahtuvissa hitsauksissa, jolloin suuremman hitsausnopeuden ansiosta myös lämmöntuonti työkappaleeseen on olennaisesti vähäisempi ja näin oikaisun tarve on pienempi. Roiskeiden muodostuminen on olematonta. Ominaista asentotäytelangalle on se, että kerran oikeaksi etsityillä arvoilla on mahdollista hitsata esimerkiksi putkea asennosta klo 6.00 asentoon klo 12 hitsausvirtaa ja -jännitettä muuttamatta. Täytelangan laaja virransietoalue tarjoaa herkuttelun mahdollisuuden alueen ansiosta, yhdellä halkaisijalla voidaan kattaa monta puikkohalkaisijaa (kuva 10).
Rutiililanka jalkohitsauksiin voi olla vaikkapa tyyppiä, jolla on mahdollista saavuttaa tiivis hitsi hyvinkin epäpuhtaaseen materiaaliin hitsattaessa. Täytteessä olevilla aineilla on mahdollista vaikuttaa sulan metallurgisiin ominaisuuksiin ja näin ”puhdistaa” ei toivotut aineet.
Useissa tapauksissa normaali tilanne konepajoilla on hitsata kiinteissä työpisteissä ja sisätiloissa umpilangalla. Yhdellä käytössä olevalla Iankahalkaisijalla ”hierotaan” koko tuotantorepertuaari läpi, eikä juuri missään optimoida hitsauslisäainetuottoa (kg/h). Kärjistäen jalkohitsauksissa poltetaan levypinnat reunahaavalIe pikkuisen isoimmilla arvoilla ja asentohitsauksissa kylvetään roiskeita inhottavalla sekakaarialueella tai etanan vauhtia etenevällä Iyhytkaarihitsauksella.
Täytelankatyyppeissäkään ei ole olemassa yhtä ja ainoaa yleistäytelankaa, jolla voitaisiin hoitaa koko vaihtelevan tuotannon tarve. Kukin täytelankatyyppi toimii hyvin omalla ominaisella sektorillaan. Joku langoista on erinomainen hitsattaessa epäpuhtaita materiaaleja, toinen lankatyyppi on mahtava asentohitsauksissa, kun taas kolmas on alapienassa edellistä selvästi taloudellisempi vaihtoehto. Tästä seuraakin monilanka-ajattelun hyödyntäminen, rajoittuen aluksi kaksilankamenettelyyn, jolloin tuottoa on mahdollista optimoida kaikissa asennoissa, läpi tuotannon, erilaisilla lisäainekombinaatioilla.
Kaksilanka-ajattelussa lähtökohtana on se, että hitsarilla on käytössään kaksi erillistä toisistaan riippumattomasti toimivaa hitsauspistoolia, jotka on varustettu eri täytelangoilla. Esim. pistoolissa numero 1 voi olla nopea, tehokas asento-hitsauslanka ja pistooli numero 2 voi olla varustettu tehokkaalla, suurituottoisella jalko/alapienatäytelangalla. Kun asentohitsattavalle kuonalliselle täytelangalle on kerran haettu optimaaliset hitsausarvot, voidaan samoilla arvoilla hitsata kutakuinkin kaikki asentohitsit läpi arvoja muuttamatta, samoin on tilanne jalko/alapienalisäaineella. Asentohitsaukset hitsataan pistoolilla numero 1 ja jalko/ alapiena- hitsaukset pistoolilla numero 2. Toisin sanoen hitsaaja voi optimoida hitsaustapahtuman hyvin pitkälle ilman lankakelojen vaihtamista tai arvojen uudelleensäätämistä. Hitsaus suoritetaan nopeasti, joustavasti, kuhunkin asentoon nähden parhaalla tunkeumalla, vaihtamalla ainoastaan pistoolia hitsausasennon mukaan.
Lankaparina voi olla myös esim. ”musta/kirkas” tai ”täyte/ umpilanka” jne. Koska kaksi pistoolia on yhden hitsaajan käytössä, voidaan tällöin käyttää yhtä virtalähdettä kahdella eri syöttölaitteella, siten kaksiIankamenetelmään siirryttäessä laiteinvestoinniksi riittää toisen syöttölaitteen ja pistoolin hankinta tarvittavine välikaapeleineen, yksi kaasupullo voi palvella kumpaakin syöttölaitetta. Esimerkiksi käytettäessä paria ”musta/ kirkas” -lisäaine, valitsemalla ”kirkkaaksi” lisäaineeksi täytelanka voidaan suojakaasuna käyttää normaaleja ”mustan” teräksen suojakaasuja, kuten 100 % CO2 tai 75/25–80/20-seoskaasuja. Näiden ns. ”kirkkaiden” täytelankojen valikoima sisältää tänä päivänä jo hyvinkin eksoottisia materiaaleja. Täytelangan käyttöönotto ei aseta hitsauslaitteistolle valtaisia vaatimuksia.
Normaalit lankahitsaukseen hankitut laitteistot soveltuvat useimmiten myös täytelangalle. Laitteiden tulee kuitenkin olla riittävän tehokkaita täytelankahitsaukseen, jolloin useimmiten hitsataan kuumakaariarvoilla. Myös hitsauspistoolien tulee kestää täytelankahitsauksen kuormitukset. Syöttöpyörinä suositellaan käytettäviksi pyällettyjä syöttöpyöriä, jotta pienemmällä rullien puristuspaineella saavutetaan tasainen lisäaineensyöttö. Pyälletyt syöttöpyörät muokkaavat lisäaineen pintaa ja siksi suositellaan terässpiraaleja langansyöttöputkien materiaaliksi (kuva 11).
Summa summarum
Täytelanka maksaa per lisäainekilo yleensä enemmän kuin umpilanka tai puikko. Siksi on toisinaan vaikeata ymmärtää: ”Miksi pitäisi käyttää kalliimpaa lisäainetta, jotta kustannus per hitsikilo olisi edullisempi tai jopa halvempi?” Jotta voi hahmottaa kokonaiskuvan verraten tällä hetkellä käytössä olevaan lisäaineeseen, pitää huomioida täytelangan mahdollisesti työlle tuottamat taloudelliset edut kuten suurempi tuotto (kg/h), parempi tunkeuma (pienemmät a-mitat, railokulman pienentäminen), paloaikasuhteen nousu, suurempi kuljetusnopeus, roiskeiden vähentyminen, asentohitsaukset ilman kappaleen kääntelyä, pienemmät vetelyt, umpilankahitsauslaitteisto pienin tai olemattomin muutoksin soveltuu täytelankahitsaukselle, jolloin laiteinvestointeja ei tarvita jne. Pienemmät savukaasumäärät per hitsattu kilo auttavat luomaan puhtaamman työympäristön. Täytelankahitsaus on helposti mekanisoitavissa, jolloin umpilankaan verraten suurempia lisäainehalkaisijoita (tehokkaampia) on mahdollista käyttää. Retco Oy:n asiantuntijat ovat käytettävissäsi, jotta sinun on helpompi arvioida ja selvittää, miten voit parantaa katetta ja kilpailukykyä, nostaen samalla työntuottavuutta.
Kirjoitus on lyhennelmä Retco Oy / Jukka Setälän koulutusmateriaalista.
