Seostamattomien ja niukkaseosteisten rakenneterästen, eli ns. mustien terästen hitsausta saatetaan monesti pitää yksinkertaisena tehtävänä. Niiden hitsauksessakin on kuitenkin omat erityispiirteensä, jotka paikoitellen aiheuttavat haasteita hitsauksen suorittamiseen. Tämän lisäksi on olemassa paljon keinoja, joilla näiden terästen hitsausta voidaan tehostaa merkittävästi ja hitsauksen laatua voidaan parantaa. Kovan kilpailun synnyttämien korkeiden tuottavuus- ja laatuvaatimusten keskellä nämä keinot voivat olla ratkaisevia tekijöitä kannattavuuden takaamiseksi. Tuottavuutta ja laatua on mahdollisuus parantaa muun muassa lisäainevalintojen, suoritustekniikoiden sekä hitsauslaitteiden kautta. Nykyaikaiset hitsauslaitteet tarjoavat kattavan valikoiman erikoisprosesseja ja toimintoja erikoissovellusten lisäksi myös kaikkein tavanomaisimpiin terästen hitsaustöihin.

Sekakaari yleisimpien ainevahvuuksien riesana

MIG/MAG-hitsauksessa aineensiirtyminen saadaan perinteisesti hyvin hallintaan pienillä tehoilla (lyhytkaari) ja suurilla tehoilla (kuumakaari). Näiden välissä oleva sekakaari (kuva 1) on vaikea hallittava, joka tarkoittaa käytännössä esimerkiksi sitä, että roiskeita pääsee syntymään paljon. Tyypillisesti sekakaarialue osuu aineenvahvuuksille 3...6 mm ja näitä ainevahvuuksia hitsataan terästen osalta todella paljon. Tästä syystä sekakaaren ongelmien välttämiseksi on kehitetty onnistuneesti erilaisia tapoja.

Kuva 1. MIG/MAG-hitsauksen kaarityypit. 1: lyhytkaari, 2: sekakaari, 3: kuumakaari, 4: pulssikaari.

Pulssihitsaus

Pulssihitsaus on yleisin tapa välttää sekakaaren hallitsematon aineensiirtyminen. Hitsausvirran pulssittamisen avulla saavutetaan sekakaaren ja lyhytkaarenkin tehoalueella oikosuluton ja hallittu aineensiirtyminen, joka mahdollistaa roiskeettoman hitsauksen. Sekakaarialueen välttämisen lisäksi pulssihitsausta voidaan seostamattomien ja niukkaseosteisten terästen hitsauksessa hyödyntää kuumakaaren tehoalueella lämmöntuonnin vähentämisessä ja lyhytkaaren tehoalueella hitsauksen tehostamisessa.

Ratkaisumme: WiseSteel-hitsaustoiminto

Kemppi on kehittänyt sekakaarialueen välttämiseen myös toisen tavan. WiseSteel-toiminnon avulla hitsauslaite ottaa sekakaaren tehoalueella automaattisesti käyttöön sellaisen valokaaren ohjauksen, jossa lyhytkaarta ja kuumakaarta vuorotellaan sellaisella suhteella, että haluttu keskiarvoteho toteutuu. Tällöin käytännössä hitsataan sekakaaren tehoalueella, mutta huonon alueen yli hypätään nopeasti, jolloin sen haitat vältetään. Myös muilla tehoalueilla WiseSteel-toiminto suorittaa automaattisesti hitsausta optimoivia asioita. Lyhytkaaren tehoalueella käyttöön tulee adaptiivinen valokaaren säätö, joka huolehtii esimerkiksi siitä, että vapaalangan muuttuessa valokaaren hallittavuus ja tunkeuma pysyvät vakaampana. Tätä voidaan hyödyntää käytännössä esimerkiksi pystypienan hitsauksessa levitysliikkeellä. Kuumakaaren tehoalueella WiseSteel ottaa käyttöön hitsausvirran mikropulssituksen sekä pitää valokaaren automaattisesti optimaalisen lyhyenä esimerkiksi pienahitsausta varten.

Asentohitsaus

Terästen asentohitsaus on tyypillisesti siinä mielessä haastavaa, että se asettaa erityisvaatimuksia niin hitsausparametrien valintaan kuin suoritustekniikkaankin. Tämä johtuu siitä, että hitsisula on herkkä romahtamaan, toisin kuin esimerkiksi alumiinin hitsauksessa, jossa asentohitsaus ei vaadi suuria muutoksia. Teräksillä pystypienan hitsaus vaatii merkittävästi normaalista poikkeavaa hitsausparametrien ja suoritustekniikan valintaa, jotta saavutetaan riittävä tunkeuma ilman, että hitsisula romahtaa.

Perinteisesti yli 3 mm levynvahvuudet on hitsattu lyhytkaarella ylämäkeen (PF) levitysliikettä käyttäen. Tämän tekniikan tuottavuus on suhteellisen pieni, joten sitä on laajasti korvattu rutiilitäytelankojen käytöllä. Näillä langoilla voidaan hitsata kuumakaariteholla suoraan ylöspäin ilman, että sula romahtaa, sillä langasta syntyvä kuona tukee hitsiä. Täytelangat ovat kuitenkin merkittävästi umpilankoja kalliimpia ja lankojen vaihtaminen eri asentojen välillä on ylimäräinen työvaihe. Lisäksi kuonan poistamiseen kuluu aikaa.

Ratkaisumme: MAX Position -hitsausprosessi

Tästä syystä Kemppi on kehittänyt umpilankojen asentohitsausta varten MAX Position -hitsausprosessin. Prosessin idea on pienen ja suuren langansyöttönopeuden vuorotteleminen optimaalisessa rytmissä. Suurempi langansyöttönopeus tekee hitsistä halutun kokoisen ja muotoisen, kun taas pienempi langansyöttönopeus jäähdyttää hitsiä ja estää sulan romahtamisen. Seostamattomilla ja niukkaseosteisilla teräksillä MAX Position käyttää pienemmällä langansyöttönopeudella lyhytkaarta ja suuremmalla langansyöttönopeudella pulssikaarta. Lopputuloksena on hitsausprosessi, jolla voidaan käyttää umpilangalla suoraa kuljetusta ylämäkeen ja saavuttaa silti riittävä tunkeuma ja hitsin koko (kuva 2). Tällä tavoin tehtynä pystyhitsien suoritustekniikka helpottuu merkittävästi.

Kuva 2. Vasemmalla MAX Positionilla suoralla kuljetuksella hitsattu pystypienahitsi. Oikealla perinteisellä MAG-lyhytkaarella levitysliikkeellä hitsattu pystypienahitsi. Hitsausasento PF. Perusaine 8 mm S 355. Lisäaine 1,0 mm OK Autrod 12.51 ja suojakaasu Ar + 18 % CO₂.

Pohjapalon hitsaus

Terästen hitsauksessa pohja-/juuripalon hitsaamista on perinteisesti pidetty vaativana tehtävänä muun muassa siksi, että sulan hallinta on suhteellisen haastavaa. Tyypillinen ratkaisu tähän haastavaan tehtävään on useasti TIG-hitsaus, mutta sille on olemassa merkittävästi tehokkaampi vaihtoehto, joka ei vaadi suoritusteknisesti haastavan TIG-hitsaustaidon opettelemista.

Ratkaisumme: WiseRoot+ -hitsausprosessi

Kempin WiseRoot+ on MAG-hitsausprosessi, jolla lämmöntuonti ja sen myötä hitsisula saadaan hallittua niin hyvin, että pohjapalon hitsaus mahdollistuu jopa tehokkaassa alamäkiasennossa (PG) ja ilman juuritukea. Prosessin tuottavuus on moninkertainen TIG-hitsaukseen verrattuna. Suoritusteknisesti WiseRoot+:lla hitsaus on nopea oppia kelle tahansa MIG/MAG-hitsaajalle. Ilmaraon suuruudesta riippuen hitsaus suoritetaan joko pienellä levitysliikkeellä tai suoraan kuljettamalla.

Ohutlevyt

Toinen lämmöntuonnin suhteen kriittinen terästen hitsaustyö on ohutlevyjen (alle 3 mm) hitsaus. Perinteisin MAG-hitsausmenetelmin ohutlevyjen hitsaus on etenkin kokemattomammille hitsaajille varsin haastavaa. Haastavuuteen on kaksi käytännön syytä: läpipalamisen riski ja hitsauksesta aiheutuvat muodonmuutokset. Lyhytkaarihitsausta modifioimalla on saatu aikaan pienen lämmöntuonnin prosessivariaatioita, joilla riskiä näihin kahteen asiaan saadaan huomattavasti pienennettyä.

Ratkaisumme: WiseThin+ -hitsausprosessi

Kempin WiseThin+ helpottaa merkittävästi etenkin kaikkein pienimpien ainevahvuuksien (alle 2 mm) hitsausta. Perinteistä lyhytkaarihitsausta pienemmän lämmöntuonnin ansiosta näiden ohuimpienkaan materiaalien hitsauksessa ei esimerkiksi tarvitse kuljettaa läpipalamisen pelossa liian nopeasti, jolloin hitsausvirheiden riski vähenee. Lisäksi WiseThin+:n avulla voidaan vähentää roiskeisuutta ohutlevyjen hitsauksessa. Kemppi on kehittänyt uusimpana pienen lämmöntuonnin prosessina myös MAX Coolin, joka yhdistelee WiseRoot+:n ja WiseThin+:n ominaisuuksia siinä määrin, että yhdellä hitsausprosessilla voidaan hitsata pohjapalkoja sekä ohutlevyjä. Ohutlevyjen hitsauksesta MAX Coolilla näkyy esimerkki kuvassa 3.

Kuva 3. MAX Coolilla hitsattu ulkonurkkahitsi. Perusaine 1 mm S 355.

Magneettinen puhallus

Kaikkien ferriittisten terästen hitsauksen jokseenkin yleinen ongelma on ilmiö nimeltä magneettinen puhallus. Levyjen magneettisuuden aiheuttamat kentät voivat häiritä valokaarta, jolloin tuloksena on epävakaa ja huomattavan roiskeinen valokaari. Mikäli magneettista puhallusta ilmenee, se häiritsee erityisesti pulssihitsausta voimakkaasti. Ilmiön aiheuttamia haittoja voidaan jossain määrin välttää hitsausparametreja säätämällä. Esimerkiksi kaarijännitteen, eli käytännössä valokaaren mitan pienentäminen auttaa ongelmaan hieman.

Ratkaisumme: MAX Speed -hitsausprosessi

Huomattavasti suurempi apu on kuitenkin siitä, että pulssituksen amplitudia pienennetään. Käytännössä tämän voi tehdä käyttämällä Kempin MAX Speed -hitsausprosessia, jossa käytetään korkeudeltaan matalaa pulssitusta vakiotaajuudella. MAX Speedillä suoritetuissa hitsauskokeissa on pystytty hitsaamaan onnistuneesti tarkoituksella voimakkaasti magnetoituja levyjä, joiden hitsaus perinteisellä pulssi-MAG-hitsauksella ei käytännössä onnistu. MAX Speedin muita hyötyjä ovat sietoisuus todella suurille kuljetusnopeuksille, suuri tunkeuma sekä näiden kahden asian johdosta mahdollisuus hitsata helposti ja tehokkaasti pieniä a-mittoja.