Dissimilar metal joint welding properties and cost analysis
Tuominen, Jussi (2019)
Diplomityö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019062722142
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019062722142
Tiivistelmä
This thesis investigates of high-strength steel and steel casts in underground loader front frame structure. It focuses on the welding properties and limits of a previously unknown material pairing. In addition, the impact on material and welding costs for a new front frame concept is estimated.
Material testing for welds in accordance with the SFS-EN ISO 15614-1 standard is performed for the material pair SSAB Domex 500 ML and G24Mn6+QJ2. Testing includes radiographic examination, macroscopic examination and transverse tensile, hardness, and impact tests. Also, some cooling time measurements and microscopic examinations are performed. Welding of test pieces for material testing is performed in laboratory and workshop environments. Test results are used to verify the welds and as baseline information for strength analysis in future projects.
Test results showed that it is possible to weld the chosen material pair. Boundary values for the preheat and heat input used are generated by G24Mn6+QJ2. Welding of the material pair is more challenging than welding only SSAB Domex 500 ML. The material pair is usable for loader front frames, but, because material and welding costs increase by several thousands of euro, the new concept should not be implemented without further evaluation.
Future projects would consist of front frame weight optimisation and further development of the welding process. Further development of the welding process could include improving impact energy, hardness and tensile properties, discovering single bevel butt welds and fillet welds and determining weld behaviour under fatigue stresses. Tässä työssä tutkitaan suurlujuusteräksen ja teräsvalujen hyödynnettävyyttä maanalaisen kaivoskuormaajan eturunkorakenteessa. Tutkimus keskittyy entuudestaan tuntemattoman materiaaliparin hitsauksen ominaisuuksien ja raja-arvojen selvittämiseen. Lisäksi arvioidaan uusien materiaalien ja uuden eturunkokonseptin vaikutusta materiaali- ja hitsauskustannuksiin.
Valitun materiaaliparin, SSAB Domex 500 ML ja G24Mn6+QJ2, hitsaukselle suoritetaan standardin SFS-EN ISO 15614-1 mukaiset hitsin aineenkoetuskokeet. Näihin kuuluu radiografinen tutkimus, makrohietutkimus, poikittainen vetokoe, poikittainen taivutuskoe, kovuuskoe ja iskukoe. Lisäksi suoritetaan jäähtymisajan mittauksia ja mikrohietutkimuksia. Aineenkoetuskokeita varten suoritetaan koehitsit sekä laboratorio-olosuhteissa että konepajaolosuhteissa. Kokeiden tuloksena saatavaa tietoa voidaan hyödyntää hitsausprosessin verifioimisessa ja tulevaisuuden projektien lujuuslaskennan lähtötietona.
Koetuloksien perusteella valittu materiaalipari osoittautui kelvolliseksi hitsata. Rajaehdot käytettävälle lämmöntuonnille ja esilämmitykselle tulee G24Mn6+QJ2:n myötä ja materiaaliparin hitsaus on haastavampaa kuin pelkän SSAB Domex 500 ML:n hitsaus. Materiaalipari on hyödynnettävissä kuormaajan eturunkorakenteessa, mutta kun hitsauksen haasteiden lisäksi selvisi, että uusi runko tulee olemaan hitsaus- ja materiaalikustannukset huomioon ottaen useamman tuhatta euroa kalliimpi, ei uutta konseptia ole syytä käyttöönottaa harkitsemattomasti.
Jatkotutkimuksen aiheiksi jäi eturungon painon optimointi ja hitsausprosessin lisäselvitykset. Hitsausprosessin lisäselvityksissä tutkittavina aiheina voisi olla kovuuden madaltaminen, iskusitkeyden ja vetolujuuden parantaminen, puoli-v hitsin
Material testing for welds in accordance with the SFS-EN ISO 15614-1 standard is performed for the material pair SSAB Domex 500 ML and G24Mn6+QJ2. Testing includes radiographic examination, macroscopic examination and transverse tensile, hardness, and impact tests. Also, some cooling time measurements and microscopic examinations are performed. Welding of test pieces for material testing is performed in laboratory and workshop environments. Test results are used to verify the welds and as baseline information for strength analysis in future projects.
Test results showed that it is possible to weld the chosen material pair. Boundary values for the preheat and heat input used are generated by G24Mn6+QJ2. Welding of the material pair is more challenging than welding only SSAB Domex 500 ML. The material pair is usable for loader front frames, but, because material and welding costs increase by several thousands of euro, the new concept should not be implemented without further evaluation.
Future projects would consist of front frame weight optimisation and further development of the welding process. Further development of the welding process could include improving impact energy, hardness and tensile properties, discovering single bevel butt welds and fillet welds and determining weld behaviour under fatigue stresses.
Valitun materiaaliparin, SSAB Domex 500 ML ja G24Mn6+QJ2, hitsaukselle suoritetaan standardin SFS-EN ISO 15614-1 mukaiset hitsin aineenkoetuskokeet. Näihin kuuluu radiografinen tutkimus, makrohietutkimus, poikittainen vetokoe, poikittainen taivutuskoe, kovuuskoe ja iskukoe. Lisäksi suoritetaan jäähtymisajan mittauksia ja mikrohietutkimuksia. Aineenkoetuskokeita varten suoritetaan koehitsit sekä laboratorio-olosuhteissa että konepajaolosuhteissa. Kokeiden tuloksena saatavaa tietoa voidaan hyödyntää hitsausprosessin verifioimisessa ja tulevaisuuden projektien lujuuslaskennan lähtötietona.
Koetuloksien perusteella valittu materiaalipari osoittautui kelvolliseksi hitsata. Rajaehdot käytettävälle lämmöntuonnille ja esilämmitykselle tulee G24Mn6+QJ2:n myötä ja materiaaliparin hitsaus on haastavampaa kuin pelkän SSAB Domex 500 ML:n hitsaus. Materiaalipari on hyödynnettävissä kuormaajan eturunkorakenteessa, mutta kun hitsauksen haasteiden lisäksi selvisi, että uusi runko tulee olemaan hitsaus- ja materiaalikustannukset huomioon ottaen useamman tuhatta euroa kalliimpi, ei uutta konseptia ole syytä käyttöönottaa harkitsemattomasti.
Jatkotutkimuksen aiheiksi jäi eturungon painon optimointi ja hitsausprosessin lisäselvitykset. Hitsausprosessin lisäselvityksissä tutkittavina aiheina voisi olla kovuuden madaltaminen, iskusitkeyden ja vetolujuuden parantaminen, puoli-v hitsin