Tuomo Tiainen: Pakina: Kitkahitsauksen kimpussa, osa 4

Edellisessä pakinassa (Materia 2/2025, ss. 82-83) kuvatulla improvisoidulla koelaitteistolla ja sillä toteutetuilla laajoilla koesarjoilla saatiin varmistetuksi se, että kitkahitsaus ja valittu liitostyyppi soveltuivat asiakkaan vaatimukset täyttävän lopputuotteen valmistamiseen. Rakennetun koelaitteiston kapasiteetti riitti kuitenkin vain juuri ja juuri sillä hetkellä käytössä olleiden tuotedimensioiden hitsaamiseen eikä siinä ollut varaa tulevaisuudessa tarvittavaan tuotedimensioiden kasvattamiseen.

Laitteisto soveltui myös käytettävyydeltään heikohkosti tarvittavien suurten kappalemäärien valmistamiseen. Siispä edessä oli juuri kyseisen tuotteen valmistukseen suunnitellun ja kapasiteetiltaan riittävän suurten tuotedimensioiden hitsaamiseen kykenevän kitkahitsauslaitteiston suunnittelu.

Olen aina ollut sitä mieltä, että jokaisen konetekniikan diplomi-insinöörin koulutuksen saaneen henkilön tulisi uransa aikana suunnitella ainakin yksi tuotantokone. Koin saaneeni tässä oman mahdollisuuteni.

Sovimme yrittäjän kanssa, että minun suunnitteluosuuteni kattaisi koneen perusrakenteen ja toimintajärjestelmän suunnittelun ja päärakenteiden sekä -komponenttien mitoituksen ja valinnan. Detaljisuunnittelu ja valmistuspiirustusten tuottaminen samoin kuin tarvittavien sähkö-, hydrauliikka- ja automaatiojärjestelmien suunnittelu ja yhteen kytkeminen päätettiin antaa yrittäjän tuntemien alan insinööritoimistojen tehtäviksi.

Kävin innolla työhön käsiksi ja käytin muutamina seuraavina kuukausina kaiken vapaa-aikani laitteen suunnitteluun. Tavoitteena oli laitteisto, johon työntekijän tarvitsisi vain asettaa esikoneistetut hitsattavat kappaleet kiinnittimiinsä ja käynnistää hitsausprosessi. Sen päätyttyä hitsattu rakenne poistettaisiin laitteesta jatkokäsittelyyn ja uudet hitsattavat kappaleet laitettaisiin kiinnittimiin seuraavaa sykliä varten.

Tuntui luontevalta rakentaa laitteesta pystykarainen aiemman, sorviin rakennetun vaakakaraisen koelaitteen asemesta. Hitsausenergian varastointiin tarkoitettu vauhtipyörä sijoitettiin pystyakselille alimmaksi, sen yläpuolella olivat akselin pyörityselementti sekä akselin laakerointi. Ylimmäksi tuli varsinainen hitsauspää, jonka tuli olla sopivalla työskentelykorkeudella kappaleiden asentamista ja poistamista varten.

Vauhtipyörän mitoitus oli keskeisimpiä tehtäviä tulevaisuuden suurempia tuotedimensioita silmällä pitäen. Tutkimalla aiempien koesarjojen vauhtipyörän massa/pyörimisnopeusyhdistelmiä ja tuloksena syntyneitä virheettömiä liitospinta-aloja sain karkeasti määritellyksi suurimpien tuotedimensioiden hitsaamiseen tarvittavan vauhtipyörän massan, kun pyörimisnopeus haluttiin pitää kohtuullisena.

Otin kuitenkin sekä pyörimisnopeuteen että massaan vielä ylimääräistä” kasvunvaraa” sellaistenkin tarpeiden osalta, joita ei suunnitteluhetkellä ollut edes näkyvissä. Tuloksena sain vauhtipyörälle massan, joka oli huomattavasti koelaitteistossa käytettyä suurempi.

Valitun pystykaraperiaatteen ja vauhtipyörän koon perusteella hahmottuivat myös laitteiston putkipalkeista valmistettavan rungon rakenne ja sen päädimensiot. Samalla ratkesivat myös laakerointityyppi ja laakerien mitoitukset. Laakerikoot taas määrittelivät akselihalkaisijan. Akselin kestävyys käytössä syntyviä kuormituksia vastaan voitiin sen jälkeen tarkistaa. Pyörityslaitteisto sähkömoottoreineen sijoitettiin rungon alaosaan.

Laitteiston hitsauspää tarvittavine johteineen, hydraulisylintereineen ja kappaleiden kiinnittimineen sijoittuivat rungon päälle. Johteiden mitoitus ja valinta, kiinnittimien perusrakenteen suunnittelu ja tarvittavien hydrauliikan toimintojen kuvaus kuuluivat vielä suunnittelutehtävääni. Sen jälkeen oli insinööritoimistojen vuoro huolehtia detaljisuunnittelusta ja järjestelmän eri osien kytkemisestä toimivaksi kokonaisuudeksi.

Laitteisto valmistui aikanaan ja osoittautui pienten säätöjen ja virittelyn jälkeen tehtäväänsä kykeneväksi. Se on nyt ollut tuotannossa lähes kolmenkymmenen vuoden ajan ja tänä aikana se on tarvinnut yhden perushuollon, kun pääakselin painelaakeri jouduttiin vaihtamaan. Kitkahitsattu komponentti on edelleen yrityksen tämän hetken päätuotteita.

Vuosittainen tuotantomäärä on suunnitteluvuosista lähes kolminkertaistunut ja käsittää tällä hetkellä noin 8 000 hitsaustapahtumaa vuodessa. Myös alkuperäisenä tavoitteena ollut alumiinivarren 12 millimetrin paksuus on kasvanut 18 millimetriin. Laitteisto on pystynyt täyttämään nämä kasvaneetkin vaatimukset.

Laitteiston suunnittelun ja varsinkin rakentamisen aika oli yrittäjälle taloudellisesti raskasta. Tuotteen osoittauduttua asiakkaan odotukset kaikin puolin täyttäväksi ja tuotannon päästyä täyteen vauhtiin tilanne kuitenkin vähä vähältä helpottui. Nyt yritys työllistää omistajan lisäksi muutaman henkilön ja tekee kohtuullisen hyvää tulostakin.

Seikkailut kitkahitsauksen kimpussa eivät kuitenkaan päättyneet tähän. 1990-luvun alussa alkoi maailmalta kuulua viestejä ns. kitkasekoitushitsauksesta tai tappikitkahitsauksesta, jota nykyään kutsutaan usein pyörivän työkalun kitkahitsaukseksi. Sitä pidetään viime vuosikymmenten suurimpiin kuuluvana hitsausteknisenä keksintönä. Totta kai sitäkin piti kokeilla myös tutkimusmaailmassa. Mitä sitten tapahtui, siitä kerrotaan seuraavassa ja kitkahitsaussarjan viimeisessä pakinassa.

TUOMO TIAINEN