Pakina: Tuomo Tiainen: Kitkahitsauksen kimpussa, osa 2

Kuten edellisen pakinan lopussa (ks. Materia 5/2024, s. 77) totesin, jäi Oulun ajalta mielen pohjalle kytemään mahdollisuus käyttää kitkahitsausta alumiinin ja kuparin liittämiseen toisiinsa. Kitkahitsauksessa muodostuva metallurginen liitos on lisäksi vapaa kaikista epäpuhtauksista, jotka saattaisivat liitoksen ominaisuuksia (esim sähkönjohtavuutta) tärvellä.

Kävipä sitten niin, että runsas vuosikymmen myöhemmin työhuoneeni ovelle ilmaantui mieshenkilö, joka osoittautui toisesta maakunnasta kotoisin olevaksi pienyrittäjäksi. Hän oli ennen yrittäjäksi ryhtymistään ollut metalleja valmistavan yrityksen palveluksessa. Siellä hän oli törmännyt ongelmaan, jonka hän nyt toi ihan konkreettisen kappaleen muodossa nähtäväksi.

Kyse oli puhtaan metallin saostamisesta elektrolyyttiliuoksesta sähkövirran avulla. Jotta virta saatiin kulkemaan prosessissa, tarvittiin sähköä johtava välikappale, ns. elektrodipidin virtakiskon ja sen elektrolyyttiin upotetun levyn eli katodin välille, jonka pintaan metalli virran kulkiessa saostui. Käytännössä pidin oli vajaan metrin pituinen litteä, poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoinen alumiinivarsi. Sen toinen pää nojasi virtakiskoon ja toisessa päässä olivat levyn kiinnitykseen ja virran johtamiseen tarvittavat kiinnittimet.

Virtakiskon puoleisessa päässä oli puolisuunnikkaan muotoinen lovi. Se sijoittui toimiessaan poikkileikkaukseltaan neliön muotoisen virtakiskon päälle siten, että puolisuunnikkaan viistot pinnat nojasivat virtakiskon kulmiin mahdollisimman hyvän ja häviöttömän kontaktin aikaansaamiseksi. Alumiinin voimakas hapettumistaipumus elektrolyysiolosuhteissa sai kuitenkin aikaan sen, että varsin nopeasti kontakti virtakiskon ja elektrodipitimen välillä heikkeni, ja ylimenokohdassa alkoi syntyä kipinöintiä ja kuumenemista sekä häiriöitä ja häviöitä virran kulussa.

Tämän vuoksi oli tarpeen liittää alumiinitangon päähän hapettumiskestävyydeltään parempi kuparikappale, johon oli koneistettu tarvittava puolisuunnikkaan muotoinen lovi. Ongelma oli liitoksen aikaansaaminen alumiinin ja kuparin välille.

Elektrolyysilaitteiston ulkomaisen toimittajan alkuperäinen ratkaisu oli se, että alumiinivartta jatkettiin poikkileikkaukseltaan samankokoisella kuparikappaleella, johon tarvittava lovi oli koneistettu. Se sidottiin paikalleen jatketun tangon kuparisen pään ympäri taivutetulla alumiiniliuskalla, joka ulottui alumiinitangon sivuille saakka. Alumiiniliuska hitsattiin räjähdyshitsauksena kiinni alumiinitangon ja kuparipalan sivuihin, jolloin syntyi tarvittava sähköä johtava yhteys.

Rakenne oli kuitenkin monimutkainen, mekaanisesti heikko ja siinä oli monia korroosiota kiihdyttäviä rakoja. Tämän seurauksena katodipitimen käyttöikä aleni merkittävästi. Kun metallitehtaan prosessissa pitimiä oli silloin kerrallaan altaissa yli 30 000 kappaletta ja yhden pitimen keskimääräinen käyttöikä oli 5-6 vuotta, tarvittiin tehtaassa vuosittain 5 000 -6 000 uutta pidintä.

Yrittäjä oli ennen puheilleni tuloa hakenut ja saanut rahoitusta hankkeeseen ongelman ratkaisemiseksi. Sen turvin hän oli selvitellyt mahdollisuuksia ja teettänyt kokeita liitoksen tekemiseen juotosliitoksena sekä TIG- ja elektronisuihkuhitsausliitoksena, mutta heikoin tuloksin. Liitokset olivat joko mekaanisesti heikkoja, laadultaan ja korroosionkestävyydeltään epäilyttäviä tai elektronisuihkuhitsauksen tapauksessa hankalia valmistaa tarvittavina määrinä.

Yrittäjän lähdettyä jäin pohtimaan asiaa mielessäni. Oulun ajan muistojen pohjalta kitkahitsaus oli ilman muuta varteen otettava menetelmä ongelman ratkaisemiseksi. En kuitenkaan pystynyt kehittämään mielessäni menetelmää, jolla suorakaiteen muotoiset poikkileikkaukset voitaisiin luotettavasti liittää toisiinsa päittäisliitoksena. Silloisen tiedon mukaan kitkahitsaus näet soveltui hyvin vain poikkileikkaukseltaan pyöreiden kappaleiden päittäisliitoksiin.

Käänneltyäni ja väänneltyäni asiaa mielessäni hyvän tovin sain kerran saunassa istuessani (sauna on tunnetusti hyvien ajatuksen kehto) katoditangon pään geometriaa koskevan ratkaisevan oivalluksen. Se mahdollisti myös tarvittavan alumiini/kupariliitoksen toteuttamisen kitkahitsauksena.

Siitä ajatus lähti laukalle, ja pian olin hahmotellut mielessäni laitteiston tarvittavan liitoksen tekemiseen. Ajatustasolla ylimääräiseksi bonukseksi muodostui se, että laitteisto saattoi mahdollistaa kahden identtisen katodipitimen aihion tuottamisen yhdessä hitsausprosessissa. Samalla ajatustasolla varsinainen hitsaustapahtuma oli myös nopea; kun kappaleet oli saatu kiinnitetyksi laitteen pitimiin ja tarvittava energia varastoiduksi vauhtipyörään, kesti kappaleiden hitsautuminen vain muutamia sekunteja.

Kun esittelin tämän ajatuksen yrittäjälle, hän oli ehdottomasti sitä mieltä, että ajatuksen toimivuus pitää testata käytännössä ja päätti ohjata käytössään olevan rahoituksen tähän tarkoitukseen. Miten työ sitten eteni, siitä kerrotaan seuraavassa pakinassa. ▲

TUOMO TIAINEN