The dissimilar weld between cast steel and UHSS, and local geometry optimization of the weld detail
Havia, Juho (2023)
Diplomityö
Havia, Juho
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202301276074
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202301276074
Tiivistelmä
In recent years, the use of ultra-high-strength structural steels has been studied much and by utilizing these steels effectively, energy can be saved, and thus emissions, but only fossil-free steel can lead into an emission-free future. It has been found that by using UHSS, significantly lighter structures can be made, without compromising load-bearing capacity or safety. However, it has been found that UHSSs are generally more sensitive to manufacturing parameters and the production quality must be good in order to fully utilize the properties of the steels (Skriko, 2018, pp. 116–121).
However, the dissimilar weld between cast steels and UHSS has not been scientifically studied, even though there are large differences in the requirements of the materials for a successful weld, e.g. the limits of heat input. Also, the welded joint with permanent root backing and the effect of the initial defect caused by it on the fatigue strength of UHSS steels has not been investigated.
In this thesis, the quality of the welded joint in the previously mentioned dissimilar joint and the effect of the initial defect of the weld root equipped with a permanent root backing on the fatigue strength of UHSS are investigated with an experimental study. In the welding of the dissimilar joint, the importance of the quality required from the process used was observed and compromises must be made at the expense of the mechanical properties of the materials in order to make the welding successful. In addition, the results showed a better fatigue strength for the investigated welded detail than the current design guidelines recommend. Viime vuosina ultralujien rakenneteräksien käyttöä on tutkittu paljon ja hyödyntämällä näitä teräksiä tehokkaasti energiaa voidaan säästää, ja siten päästöjäkin, mutta vasta fossiilivapaasti valmistetulla teräksellä päästään kohti päästöttömyyttä. On havaittu, että käyttämällä UHSS teräksiä, voidaan tehdä huomattavasti kevyempiä rakenteita, kuormankantokyvystä tai turvallisuudesta tinkimättä. On kuitenkin havaittu, että UHSS teräkset ovat yleisesti herkempiä valmistusparametreille ja tuotanto laadun on oltava hyvä, jotta teräksien ominaisuuksia voidaan hyödyntää (Skriko, 2018, pp. 116–121).
Valuteräksien ja UHSS teräksien eripariliitosta ei kuitenkaan ole tieteellisesti tutkittu, vaikka materiaalien vaatimuksissa onnistuneelle hitsille on suuria eroja mm. lämmöntuonnin rajoissa. Myös hitsausliitos kiinteällä juurituella ja sen aiheuttaman alkuvian vaikutus UHSS teräksien väsymiskestävyyteen on jäänyt tutkimatta.
Tässä työssä tutkitaan hitsaus liitoksen laatua edellä mainitussa eripariliitoksessa ja kiinteällä juurituella varustellun hitsin juuren alkuvian vaikutusta UHSS teräksen väsymiskestävyyteen kokeellisella tutkimuksella. Eripariliitoksen hitsauksessa havaittiin prosessilta vaaditun laadun tärkeys ja kompromisseja on tehtävä materiaalien mekaanisten ominaisuuksien kustannuksilla, jotta hitsaus saadaan onnistumaan. Lisäksi tuloksista havaittiin tutkitulle hitsausdetaljille parempi väsymiskestävyys, kuin nykyiset suunnitteluohjeet suosittelevat.
However, the dissimilar weld between cast steels and UHSS has not been scientifically studied, even though there are large differences in the requirements of the materials for a successful weld, e.g. the limits of heat input. Also, the welded joint with permanent root backing and the effect of the initial defect caused by it on the fatigue strength of UHSS steels has not been investigated.
In this thesis, the quality of the welded joint in the previously mentioned dissimilar joint and the effect of the initial defect of the weld root equipped with a permanent root backing on the fatigue strength of UHSS are investigated with an experimental study. In the welding of the dissimilar joint, the importance of the quality required from the process used was observed and compromises must be made at the expense of the mechanical properties of the materials in order to make the welding successful. In addition, the results showed a better fatigue strength for the investigated welded detail than the current design guidelines recommend.
Valuteräksien ja UHSS teräksien eripariliitosta ei kuitenkaan ole tieteellisesti tutkittu, vaikka materiaalien vaatimuksissa onnistuneelle hitsille on suuria eroja mm. lämmöntuonnin rajoissa. Myös hitsausliitos kiinteällä juurituella ja sen aiheuttaman alkuvian vaikutus UHSS teräksien väsymiskestävyyteen on jäänyt tutkimatta.
Tässä työssä tutkitaan hitsaus liitoksen laatua edellä mainitussa eripariliitoksessa ja kiinteällä juurituella varustellun hitsin juuren alkuvian vaikutusta UHSS teräksen väsymiskestävyyteen kokeellisella tutkimuksella. Eripariliitoksen hitsauksessa havaittiin prosessilta vaaditun laadun tärkeys ja kompromisseja on tehtävä materiaalien mekaanisten ominaisuuksien kustannuksilla, jotta hitsaus saadaan onnistumaan. Lisäksi tuloksista havaittiin tutkitulle hitsausdetaljille parempi väsymiskestävyys, kuin nykyiset suunnitteluohjeet suosittelevat.