Alumiinin hitsaus – TIG, MIG, seokset ja yleiset virheet

Alumiinin hitsaus eroaa teräksen hitsauksesta ennen kaikkea lämmönjohtavuuden, pinnalle nopeasti muodostuvan oksidikerroksen ja pehmeän lisäainelangan vuoksi. Hyvä lopputulos alkaa siksi jo ennen valokaaren sytyttämistä: perusaineen seos, puhtaus, liitoksen sovitus ja oikea TIG- tai MIG-menetelmä vaikuttavat kaikki hitsin laatuun. Tässä oppaassa käydään läpi käytännön valinnat ilman, että keskitytään alumiinin päivän markkinahintaan tai yksittäisten tuotteiden ostamiseen.

Alumiinia voidaan hitsata monilla menetelmillä, mutta korjaus-, konepaja- ja valmistustöissä TIG ja MIG ovat tavallisimmat vaihtoehdot. TIG antaa paljon hallintaa lämmöntuontiin ja hitsisulaan, kun taas MIG sopii hyvin nopeampaan työskentelyyn ja pidempiin saumoihin. Menetelmän valinnassa ratkaisevat muun muassa ainevahvuus, liitoksen koko, ulkonäkövaatimus, käytettävissä oleva kone sekä se, kuinka hyvin kappaleen lämpenemistä voidaan hallita.

Miksi alumiinin oksidikerros on tärkeä?

Paljas alumiinipinta reagoi ilman hapen kanssa nopeasti ja muodostaa ohuen alumiinioksidikerroksen. Sen sulamislämpötila on selvästi korkeampi kuin varsinaisen alumiinin, joten oksidikerros voi häiritä hitsisulan muodostumista, jos pinta on likainen, hapettunut tai huonosti valmisteltu. Käytännössä ongelma voi näkyä huonona sulautumisena, epävakaana valokaarena, huokoisuutena tai saumana, joka näyttää pinnalta hyvältä mutta ei ole liittynyt perusaineeseen odotetusti.

Puhdistuksessa järjestyksellä on merkitystä. Rasva, öljy, leikkuuneste ja muu lika poistetaan ensin sopivalla rasvanpoistolla. Sen jälkeen oksidia voidaan poistaa mekaanisesti esimerkiksi alumiinille varatulla ruostumattomalla teräsharjalla. Sama harja ei saisi kiertää teräksen ja alumiinin välillä, koska pintaan voi muuten kulkeutua epäpuhtauksia. Puhdistettu alue kannattaa myös hitsata kohtuullisen pian, jotta uusi lika ja kosteus eivät ehdi kerääntyä liitokseen.

TIG-hitsaus alumiinille: hallittu vaihtoehto tarkkaan työhön

TIG-hitsauksessa valokaari syntyy volframielektrodin ja kappaleen välille, ja lisäainetta syötetään tarvittaessa erillisellä langalla. Alumiinia TIG-hitsattaessa käytetään tavallisesti vaihtovirtaa eli AC:tä. Vaihtovirran napaisuuden vaihtelu auttaa rikkomaan pinnan oksidia samalla kun toinen osa jaksosta tuottaa tehokkaammin tunkeumaa perusaineeseen. Modernissa invertterikoneessa AC-tasapainoa ja usein myös taajuutta voidaan säätää, mutta sopiva asetus riippuu koneesta, ainevahvuudesta, liitoksesta ja pinnan kunnosta.

TIG sopii erityisen hyvin silloin, kun saumasta halutaan siisti, sulan kokoa pitää hallita tarkasti tai materiaali on suhteellisen ohutta. Haittapuolena on hitaampi työskentely ja suurempi vaatimus käsien koordinaatiolle. Alumiini johtaa lämpöä nopeasti pois hitsauskohdasta, joten sauman alussa energiaa voidaan tarvita paljon. Kun koko kappale lämpenee, sama asetus voi puolestaan muuttua liian kuumaksi. Siksi etenemisnopeutta ja virtaa joudutaan usein mukauttamaan työn edetessä.

MIG-hitsaus alumiinille: nopeutta ja toimiva langansyöttö

MIG-hitsauksessa lisäainelanka toimii samalla elektrodina ja syöttyy jatkuvasti polttimeen. Alumiinilanka on teräslankaa pehmeämpää, joten tavallinen pitkä syöttöreitti voi aiheuttaa langan taipumista tai niin sanottua bird-nesting-ilmiötä syöttölaitteessa. Tätä varten käytetään usein spool gun -poltinta, jossa lankakela on lähellä poltinta, tai push-pull-järjestelmää, jossa polttimen oma moottori auttaa vetämään lankaa tasaisesti.

Alumiinin MIG-hitsauksessa käytetään tyypillisesti argon-suojakaasua. Prosessin pitää olla sovitettu alumiinille: langan halkaisijan, syöttörullien, linerin, kontaktisuuttimen ja koneen asetusten on toimittava yhdessä. Teollisessa alumiinihitsauksessa suihkukaaren tai pulssi-MIG:n kaltaiset toimintatavat ovat tavallisia, koska perinteinen lyhytkaari ei useissa alumiinisovelluksissa anna yhtä luotettavaa sulautumista. Ohuille kappaleille pulssitoiminto voi lisäksi helpottaa lämmöntuonnin hallintaa.

Seoksen tunnistus ja lisäaineen valinta

Kaikki alumiiniseokset eivät käyttäydy hitsattaessa samalla tavalla. Ennen työn aloittamista olisi hyvä tietää ainakin perusaineen seossarja ja käyttökohteen vaatimukset. Esimerkiksi 5xxx- ja 6xxx-sarjojen levyille ja profiileille käytetään erilaisia lisäainevalintoja tilanteen mukaan. Yleisiä lisäaineita ovat 4043- ja 5356-tyypit, mutta kumpikaan ei ole automaattisesti oikea kaikkiin liitoksiin. Valintaan vaikuttavat perusaine, lujuusvaatimus, korroosioympäristö, anodisoinnin jälkeinen ulkonäkö ja käyttölämpötila.

Jos materiaali on valittu profiilirakenteeseen, taustatietoa eri muodoista, mitoista ja painosta löytyy artikkelista alumiiniprofiilien muodot. Hitsauksen kannalta materiaalitunnus on kuitenkin tärkeämpi kuin pelkkä tuotteen muoto. Jos seos ei ole tiedossa, lisäainetta ei kannata valita vain sen perusteella, mikä lanka sattuu olemaan valmiiksi koneessa.

Alumiinilevyn ja -profiilin esivalmistelu ennen hitsausta

Liitoksen mekaaninen sovitus vaikuttaa alumiinilla paljon lopputulokseen. Suuri rako, epätasainen viiste tai huonosti tuettu ohut levy voi lisätä läpipalamisen ja muodonmuutosten riskiä. Leikattujen reunojen on oltava puhtaita, purseettomia ja hitsausmenetelmään sopivia. Jos kappale valmistetaan levystä, leikkausmenetelmä ja reunan laatu kannattaa huomioida jo suunnittelussa; tätä näkökulmaa täydentää alumiinin laserleikkausopas.

Myös lämmönhallintaa kannattaa suunnitella etukäteen. Kiinnitys, pistehitsausjärjestys, lyhyemmät saumat ja työjärjestyksen vaihtelu voivat pienentää vetelyä. Erittäin kylmää tai massiivista kappaletta voidaan joissakin prosesseissa esilämmittää hallitusti, mutta liiallinen esilämmitys voi heikentää lopputulosta tai muuttaa lämpökäsitellyn seoksen ominaisuuksia. Siksi lämpötilarajat tulee ottaa materiaalin, liitoksen ja käytettävän hitsausohjeen mukaan.

Yleisimmät alumiinin hitsausvirheet

Huokoisuus. Pienet kaasuhuokoset hitsissä liittyvät usein pinnan epäpuhtauksiin, kosteuteen, väärään kaasunsuojaukseen tai liian kylmään prosessiin. Ensimmäinen tarkistus on yleensä puhtaus: perusaine, lisäaine ja kaasulinja on pidettävä puhtaina ja kuivina. Myös vetoisa työympäristö voi häiritä suojakaasua.

Huono sulautuminen. Jos lämpöä on liian vähän, etenemisnopeus on väärä tai oksidia on liikaa, hitsi voi jäädä perusaineen päälle ilman riittävää liittymistä. MIG-hitsauksessa väärä siirtotapa tai liian matalat asetukset lisäävät riskiä. TIGissä sulan voi muodostaa hallitusti ennen lisäaineen syöttämistä, mutta asetusten pitää silti vastata kappaleen massaa.

Läpipalaminen ja vetely. Alumiinin suuri lämmönjohtavuus houkuttelee käyttämään alussa runsaasti energiaa, mutta kappale lämpenee hitsauksen edetessä nopeasti. Jos etenemisnopeutta tai virtaa ei mukauteta, ohut materiaali voi palaa läpi ja rakenne vetää kieroksi. Tämä korostuu erityisesti levyissä ja pitkissä yhtenäisissä saumoissa.

Langansyöttöhäiriöt MIGissä. Pehmeä lanka voi takertua, palaa kiinni kontaktisuuttimeen tai kasaantua syöttölaitteeseen. Oikeat U-uraiset syöttörullat, sopiva liner, kohtuullinen puristus ja alumiinille tarkoitettu poltinratkaisu helpottavat ongelmaa. Pitkä ja jyrkästi mutkitteleva poltinkaapeli lisää häiriöherkkyyttä.

Milloin TIG ja milloin MIG?

Yksinkertaistettuna TIG on usein hyvä lähtökohta, kun tärkeintä ovat hallinta, siisti ulkonäkö ja tarkka lämmöntuonti. MIG on usein järkevämpi, kun saumaa on paljon, kappale on paksumpi tai työnopeudella on suuri merkitys. Käytännön valinta tehdään kuitenkin aina koneen ominaisuuksien, ainevahvuuden, liitosmuodon ja vaaditun laadun perusteella. Rakenteellisissa tai turvallisuuskriittisissä kohteissa hitsausmenetelmä, lisäaine ja parametrit tulee määrittää hyväksytyn hitsausohjeen ja pätevien tekijöiden mukaan.

Materiaalin arvo ei puolestaan kerro, kuinka helposti se hitsautuu. Ajantasainen alumiinin hinta liittyy markkinahintaan, kun taas hitsattavuus riippuu ennen kaikkea seoksesta ja valmistustavasta. Myös käytöstä poistuneen materiaalin arvo on eri kysymys: siitä kerrotaan erikseen sivulla alumiiniromun ostohinta.

Yhteenveto: onnistunut alumiinin hitsaus alkaa valmistelusta

Alumiinin hitsauksessa TIG ja MIG voivat molemmat tuottaa hyvän lopputuloksen, kun menetelmä on valittu työn mukaan. TIG korostaa hallintaa ja tarkkuutta, MIG nopeutta ja tuottavuutta. Molemmissa onnistuminen perustuu puhtaaseen pintaan, tunnistettuun seokseen, oikeaan lisäaineeseen, toimivaan kaasunsuojaukseen ja hallittuun lämmöntuontiin. Jos hitsijälki on huono, syytä kannattaa etsiä ensin valmistelusta, asetuksista ja materiaalitiedosta ennen kuin ongelmaa yritetään korjata pelkällä virran lisäämisellä.