Kitkahitsauksen muutosvyöhykkeen jaottelu kovuuden perusteella materiaalimallinnusta varten
Kemppi, Juho (2019)
Kandidaatintyö
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019121348078
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019121348078
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan Ramor450 ja kylmävedetyn S355 -teräksen kitkahitsausliitosta ja sen metallurgiaa. Tavoitteena on jakaa hitsausliitos ja siinä oleva muutosvyöhyke kovuusjakauman perusteella erilaisiin vyöhykkeisiin. Vyöhykkeille lasketaan myötö- ja murtolujuudet ja niitä verrataan vetokokeesta saatuihin arvoihin. Vyöhykejakoa käytetään liitoksen materiaalimallinnuksessa.
Työ jakaantuu kirjallisuuskatsaukseen sekä kokeelliseen osioon. Työssä tutkitaan hitsausliitosta käyttäen vain yksiä hitsausparametreja. Vyöhykejaossa vyöhykkeiden määrä on pidettävä mahdollisimman pienenä, jotta myöhemmin tehtävä materiaalimallinnus ei kestä kohtuuttoman kauan.
Tulosten perusteella voidaan todeta, että kitkahitsauksessa syntyvän muutosvyöhykkeen materiaaliominaisuudet ovat heikomman kuin perusaineen. Ramor-Ramor liitokseen vaikuttaisi muodostuvan metallurginen reunaehto muutosvyöhykkeen ominaisuuksien takia. Reunaehdon takia vetokokeessa kappaleeseen muodostuu homogeeniseen sauvaan verrattuna suurempi kolmiaksiaalijännitys, joka puolestaan vaikuttaa koetulokseen. Kovuusjaottelu on tehty silmämääräisesti siten, että määrättyjen vyöhykkeiden ja mittaustulosten erotus on pyritty pitämään pienenä, ottaen huomioon laskentakapasiteetin aiheuttamat rajoitukset vyöhykkeiden lukumäärään. In this bachelor’s thesis, friction stir welding joint of Ramor 450 and cold-drawn S355 steel and its metallurgy are studied. Purpose is to discretize heat affected zone of joint into various zones based on hardness distribution. Yield and tensile strengths of zones are calculated and compared to values from tensile test. Zone discretion is used in material modelling of joint.
This thesis is divided into literary research and experimental part. Welding joint is studied with only single welding parameters. Number of zones in zone discretion is kept as low as possible so that material modelling, which is done later, will not take unreasonable time.
Based on results can be proven that heat affected zone formed in friction stir welding has weaker material properties than base material. In Ramor-Ramor joint metallurgical constraint seems to form due to material properties of heat affected zone. Higher triaxial stress forms in part with joint than with homogenic material due to metallurgical constraint in tensile test. This triaxial stress affects results from tensile test. Hardness discretising has been done visually so that difference of defined zones and measuring results has been kept low, considering the limitations caused by computation capacity with number of zones.
Työ jakaantuu kirjallisuuskatsaukseen sekä kokeelliseen osioon. Työssä tutkitaan hitsausliitosta käyttäen vain yksiä hitsausparametreja. Vyöhykejaossa vyöhykkeiden määrä on pidettävä mahdollisimman pienenä, jotta myöhemmin tehtävä materiaalimallinnus ei kestä kohtuuttoman kauan.
Tulosten perusteella voidaan todeta, että kitkahitsauksessa syntyvän muutosvyöhykkeen materiaaliominaisuudet ovat heikomman kuin perusaineen. Ramor-Ramor liitokseen vaikuttaisi muodostuvan metallurginen reunaehto muutosvyöhykkeen ominaisuuksien takia. Reunaehdon takia vetokokeessa kappaleeseen muodostuu homogeeniseen sauvaan verrattuna suurempi kolmiaksiaalijännitys, joka puolestaan vaikuttaa koetulokseen. Kovuusjaottelu on tehty silmämääräisesti siten, että määrättyjen vyöhykkeiden ja mittaustulosten erotus on pyritty pitämään pienenä, ottaen huomioon laskentakapasiteetin aiheuttamat rajoitukset vyöhykkeiden lukumäärään.
This thesis is divided into literary research and experimental part. Welding joint is studied with only single welding parameters. Number of zones in zone discretion is kept as low as possible so that material modelling, which is done later, will not take unreasonable time.
Based on results can be proven that heat affected zone formed in friction stir welding has weaker material properties than base material. In Ramor-Ramor joint metallurgical constraint seems to form due to material properties of heat affected zone. Higher triaxial stress forms in part with joint than with homogenic material due to metallurgical constraint in tensile test. This triaxial stress affects results from tensile test. Hardness discretising has been done visually so that difference of defined zones and measuring results has been kept low, considering the limitations caused by computation capacity with number of zones.