Pistehitsaus

Pistehitsausprosessilla on taipumus kovettaa materiaalia, jolloin se vääntyy. Tämä vähentää materiaalin väsymislujuutta ja saattaa venyttää materiaalia sekä hehkuttaa sitä. Pistehitsauksen fysikaalisia vaikutuksia ovat muun muassa sisäinen halkeilu, pinnan halkeamat ja huono ulkonäkö. Kemiallisiin ominaisuuksiin, joihin vaikutetaan, kuuluvat metallin sisäinen kestävyys ja sen korroosio-ominaisuudet.

Hitsausajat ovat usein hyvin lyhyitä, mikä voi aiheuttaa ongelmia elektrodien kanssa – ne eivät pysty liikkumaan tarpeeksi nopeasti pitääkseen materiaalin puristettuna. Hitsausohjaimet käyttävät kaksoispulssia tämän ongelman kiertämiseksi. Ensimmäisen pulssin aikana elektrodin kosketus ei ehkä pysty tekemään hyvää hitsausta. Ensimmäinen pulssi pehmentää metallia. Kahden pulssin välisen tauon aikana elektrodit lähestyvät toisiaan ja saavat paremman kontaktin.

Pistehitsauksen aikana suuri sähkövirta aiheuttaa suuren magneettikentän, ja sähkövirta ja magneettikenttä vuorovaikutuksessa keskenään tuottavat myös suuren magneettisen voimakentän, joka saa sulaneen metallin liikkumaan hyvin nopeasti jopa 0,5 m/s nopeudella. Näin ollen lämpöenergian jakautuminen pistehitsauksessa voi muuttua dramaattisesti sulatetun metallin nopean liikkeen vuoksi. Pistehitsauksessa tapahtuvaa nopeaa liikettä voidaan tarkkailla suurnopeusvalokuvauksella.

Peruspistehitsauslaite koostuu virtalähteestä, energiavarastoyksiköstä (esim. kondensaattoripankista), kytkimestä, hitsausmuuntajasta ja hitsauselektrodeista. Energiavarastoelementin avulla hitsaaja voi tuottaa suuria hetkellisiä tehotasoja. Jos tehontarve ei ole suuri, energiavarastoelementtiä ei tarvita. Kytkin saa aikaan sen, että varastoitu energia tyhjennetään hitsausmuuntajaan. Hitsausmuuntaja laskee jännitettä ja nostaa virtaa. Muuntajan tärkeä ominaisuus on se, että se pienentää virran tasoa, jota kytkimen on käsiteltävä. Hitsauselektrodit ovat osa muuntajan toisiopiiriä. On myös ohjauskotelo, joka hallitsee kytkintä ja voi valvoa hitsauselektrodien jännitettä tai virtaa.

Hitsaajalle esitetty vastus on monimutkainen. Siinä on toisiokäämityksen, kaapeleiden ja hitsauselektrodien vastus. On myös hitsauselektrodien ja työkappaleen välinen kosketusvastus. On työkappaleiden vastus ja työkappaleiden välinen kosketusvastus.

Hitsauksen alussa kosketusvastukset ovat yleensä suuria, joten suurin osa alkuenergiasta haihtuu sinne. Tuo lämpö ja puristusvoima pehmentävät ja tasoittavat materiaalia elektrodin ja materiaalin rajapinnassa ja saavat aikaan paremman kosketuksen (eli pienentävät kosketusvastusta). Näin ollen enemmän sähköenergiaa menee työkappaleeseen ja kahden työkappaleen liitosvastus pienenee. Kun sähköenergiaa syötetään hitsiin ja aiheuttaa lämpötilan nousua, elektrodit ja työkappale johtavat tuon lämmön pois. Tavoitteena on antaa niin paljon energiaa, että osa pisteen sisällä olevasta materiaalista sulaa ilman, että koko piste sulaa. Pisteen kehä johtaa paljon lämpöä pois ja pitää kehän alhaisemmassa lämpötilassa. Kohdan sisäpuolelta johdetaan vähemmän lämpöä pois, joten se sulaa ensin. Jos hitsausvirtaa käytetään liian pitkään, koko piste sulaa, materiaali loppuu tai muuten pettää, ja ”hitsistä” tulee reikä.

Hitsaukseen tarvittava jännite riippuu hitsattavan materiaalin resistanssista, levyn paksuudesta ja halutusta nugetin koosta. Kun hitsataan yleistä yhdistelmää, kuten 1,0 + 1,0 mm:n teräslevyä, elektrodien välinen jännite on vain noin 1,5 V hitsin alussa, mutta se voi laskea jopa 1 V:iin hitsin lopussa. Tämä jännitteen lasku johtuu työkappaleen sulamisen aiheuttamasta resistanssin pienenemisestä. Muuntajasta tuleva avoimen piirin jännite on tätä korkeampi, tyypillisesti 5-22 voltin välillä.

Hitsauspisteen vastus muuttuu, kun se virtaa ja nesteytyy. Nykyaikaiset hitsauslaitteet pystyvät seuraamaan ja säätämään hitsausta reaaliaikaisesti tasaisen hitsin varmistamiseksi. Laitteisto voi pyrkiä hallitsemaan eri muuttujia hitsauksen aikana, kuten virtaa, jännitettä, tehoa tai energiaa.

Hitsauslaitteiden koot vaihtelevat 5-500 kVA:n välillä. Mikropistehitsauslaitteet, joita käytetään useilla teollisuudenaloilla, voivat laskea 1,5 kVA:iin tai alle 1,5 kVA:iin tarkkuushitsaustarpeisiin.

On tavallista, että sulan metallin pisaroiden suihku (kipinät) sinkoutuu hitsausalueelta prosessin aikana.

Vastuspistehitsaus ei tuota kirkasta valokaarta, joten UV-suojausta ei tarvita. OSHA edellyttää läpinäkyviä kasvosuojia tai suojalaseja roiskesuojausta varten, mutta ei vaadi mitään suodatinlinssejä.