Arto Alapere Jonne Kiilakoski Lassi Helkomaa

Teoreettiset hitsausarvot raskaan kauhan huulilevyn liittämiseksi kauhan pohjaan ilman levyjen esilämmitystä Arto Alapere Jonne Kiilakoski Lassi Helkomaa

Taustatietoa • Tällä hetkellä hitsataan MIG:llä. • Aikaa kuluu 1-2päivää. • Esilämmitys on pakollinen.

Tavoitteet • Liitetään 60 ja 30mm kulutusteräs- ja rakenneteräslevyt yhteen pienellä seevillä. • Etsiä raja-arvot kahden paksun teräslevyn liittämiseksi toisiinsa maksimaalisella hitsausenergialla. • Etsiä arvot joilla jauhekaarella saadaan hyvä tunkeuma ja puhdas sauma ilman juuren avausta. • Hitsaus pyritään tekemään valmiiksi ilman juuren aukaisua ja ilman varsinaisen pohjapalon hitsausta. • Hitsaus suoritetaan jauhekaarella tandem-päällä.

Jauhekaarihitsaus • Metallikaarihitsausprosessi, jossa valokaari palaa työkappaleen ja hitsauslangan välillä hitsausjauheen alla. • Jauhe suojaa hitsaustapahtumaa. • Osa jauheesta sulaa ja muodostaa hitsin päälle kuonakerroksen.

Jauhekaarihitsauksen edut ja haitat • Edut • Suuret hitsausvirrat • Suuri hitsiaineentuotto (kg/h) • Suuri tunkeuma (mm), suuri hitsausnopeus (cm/min) • Hyvä hitsin laatu • Mekanisointi helppoa, koneellinen hitsaus • Ei terveydellisiä haittoja • Jatkuva pitkäaikainen hitsaus mahdollista

Jauhekaarihitsauksen edut ja haitat • Haitat • Asentomahdollisuudet hyvin pienet • Kalliit laitteet • Tiukat railonvalmistus- ja sovitustarkkuusvaatimukset • Huono soveltuvuus monimutkaisiin kappaleisiin ja hitseihin • Suuri hitsausenergia • Jauheen aiheuttama pöly

Tandem-hitsaus menetelmä • Kaksilankahitsaus • 2 lankaa • 2 virtalähdettä • 2 langansyöttölaitetta • 2 ohjausyksikköä • Valokaari palaa saman kuonakerroksen alla. • Hitsausaineentuotto on lähes kaksinkertaista yksilankahitsaukseen verrattuna. • Tandem-hitsauksessa on useita vaihtoehtoja virtalajin ja napaisuuden suhteen.

Tandem hitsauksen edut ja haitat • Edut • Erittäin suuri sulatusnopeus. • Syvä tunkeuma. • Kaarien toisistaan riippumaton ohjaus. • Haitat • Kahdet laitteistot. • Riippuvaisuus vapaasta lankapituudesta.

Kuumamuokkaus • Kuumamuokkauksella kaksi tavoitetta: • Muokata aihio halutun muotoiseksi • Poistaa valurakenteeseen liittyvät lujuus- ja sitkeysominaisuusheikkoudet • Kuumamuokkauksen vaikutus mikrorakenteeseen riippuu muokkauslämpötilasta ja rakenteen jäähtymisnopeudesta • Aloituslämpötila n. 1200°C • Loppulämpötilan tulee vastata teräslaadun normalisointilämpötilaa, n. 900°C • Haluttu mikrorakenne saadaan jäähtymisnopeutta säätelemällä

Normalisointi • Tarpeen valuterästuotteille karkean valurakenteen poistamiseksi • Voidaan palauttaa rakenne jälleen hienorakenteiseksi sekä mekaaniset ominaisuuden ennalleen • Miten normalisointi tapahtuu? • Teräs kuumennetaan austeniittialuelle ja pidetään siellä niin kauan, että austeniitti homogenisoituu eli yhtenäistyy ja jäähdytetään sen jälkeen ilmassa

Normalisoinni kulku

Karkaisu ja päästö/nuorrutus • Ehkä kaikista tunnetuin terästen klassisista lämpökäsittelyistä • Terästen lujuusominaisuuksia voidaan säädellä tehokkaasti • Parhaaseen kovuuden ja sitkeyden yhdistelmään päästään kun päästölämpötila on alhainen, n. 200°C • Lujan ja sitkeän rakenteen saavuttamiseksi päästölämpötilan tulee olla n. 450-650°C, jolloin on kyseessä nuorrutus

Pehmeäksi hehkutus • Pehmeäksi hehkutuksella voidaan parantaa teräksen kylmämuokattavuutta ja lastuttavuutta • Karbidit pyritään pallouttamaan ja jakaa ne tasaisesti teräkseen

Myöstöhehkutus • Myöstöhehkutuksella voidaan poistaa kappaleesta sisäisiä jännityksiä esim. hitsatuista rakenteista ja se tapahtuu n. 500-650°C pitoajan ollessa tunti/tuuma • Myöstö voi johtaa esim. lujuuden laskuun • Mikäli teräksen ominaisuuksia ei voida palauttaa myöstöllä, käytetään normalisointia

Esilämmityksestä • Korjaa seuraavia teräksen piirteitä: • Korkeasti seostetut teräkset ovat herkkiä nopeille lämpötilan muutoksille. Lämmetessään ne laajenevat • Teräksen mitat (=tilavuus) muuttuvat, kun se ylittää kriittisen lämpötilan. Teräs pienenee. Siitä seuraa jännityksiä kappaleeseen, jos kappale on lämmennyt epätasaisesti • Liian pitkä aika karkaisulämpötilassa kasvattaa kidekokoa. Jos esilämmitys tehdään lähelle karkaisulämpötilaa, voidaan vähän alentaa kappaleen pitoaikaa itse karkaisulämpötilassa. Korkeissa lämpötiloissa teräs johtaa lämpöä nopeammin

Kulutusteräkset • Karkaistuja tai nuorrutettuja teräksiä • Kestävät hankaavaa kuormitusta ”normaaleja” teräksiä paremmin • Kulutuskestävyys määräytyy pinnan kovuuden mukaan • Tyypillisiä käyttökohteita ovat mm. rakenteet, jotka altistuvat maa-, kivi- ja sora-ainekselle,

Kulutusteräkset • Kovuus saadaan aikaan karkaisulla • Seosaineet määräävät karkenemisen • Esim. Hiili ja boori lisää karkenevuutta • Tarvitaan tietty hiilipitoisuus karkenevuuden varmistamiseksi • Mitä kovempi ja paksumpi levy sitä suurempi seostus mm. hitsattavuus huononee

Rakenneteräkset • Kovuusominaisuudet heikommat kuin kulutusteräksillä • Hitsattavuus ja muu työstö hyvä • Vähemmän seosaineita kuin karkaistuissa

Lisäaineet • Valinnalla voidaan vaikuttaa ratkaisevasti hitsattavan rakenteen kestävyyteen, lujuuteen, vetypitoisuuksiin ja syntyviin jännityksiin. • Karkaistuja teräksiä hitsattaessa pyritään yleensä tekemään hitsistä ns. aliluja. • Hitsausjauheen tehtävä on suojata hitsiä.

Hitsausparametrit • Hitsausvirta • Kaarijännite • Hitsausnopeus • Langanhalkaisija • Virtalaji ja napaisuus • Vapaalangan pituus • Langan asento

Hitsauksen toteutus • Aloitetaan pohjapalon hitsauksella • MIG:llä/puikolla • Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää juuritukena pyöröterästä/keraamista tukea. • Pyöröteräksen täytyy olla oikeanlaista materiaalia • Hitsattavien pintojen tulee olla riittävän suorat

Hitsauksen toteutus Lämmöntuonti ja työlämpö • Huulilevyn aloituskulma ennen hitsausta. • Huulilevyn lämpeneminen voidaan hyväksyä tiettyyn rajaan asti  Hitsausliitoksesta saadaan joustava. • Pohjan umpeen hitsaus saattaa jättää hitsausvirheitä. • Hitsaussuutin tulee suunnata niin, että sulassa tilassa oleva hitsi kaivaa kuonan pois. • Työlämpötila ei saa karkaistujen teräksien kohdalla nousta yli 175–200 C asteen

Hitsauksen toteutus Lisäaine ja hitsi • Karkaistujen terästen hitsauksessa pyritään hitsistä tekemään ns. aliluja • Lisäaineeksi valitaan OK Autrod 12.10 • Jauheeksi OK Flux 10.61 • Hitsauksessa käytetään 4 mm hitsauslankaa.

Hitsauksen toteutus Hitsausvirta • Tandem hitsauksessa voidaan käyttää suurempia virtoja. • Ensimmäisessä langassa käytetään DC+ virtalajia, jolla saadaan syvä tunkeuma suurella virralla. • Toisessa langassa käytetään AC virtalajia, jolla saadaan hitsi levityttyä ja hyvä pinta. • Suuttimen etäisyys 40 mm. • Vapaalangan pituus tulee olla 20–25 mm. Kaarijännite • Määritykseen omat kaavat ja arvot selviävät hitsausohjeesta (seuraava dia).

Arto Alapere Jonne Kiilakoski Lassi Helkomaa