Hitsin HFMI-jälkikäsittelyprosessin vaikutus rajaviivan laatuun ja väsymiskestävyyteen
Leppälä, Pyry (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023050340501
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023050340501
Tiivistelmä
HFMI on verrattaen uusi hitsisaumojen jälkikäsittelymenetelmä, jonka avulla teräsrakenteiden väsymiskestävyyttä voidaan parantaa huomattavasti. Menetelmä on kuitenkin standardisoimaton, eikä yksiselitteisiä ohjeita käsittelyyn ole julkaistu. Etenkin jälkikäsittelyn suorittamisessa käytetyn työkalun kärjen koon valinta on tulkinnanvarainen seikka.
Kandidaatintyössä tarkasteltiin hitsin HFMI-jälkikäsittelyn vaikutusta rajaviivan muotoon ja jäännösjännityksiin. Työn keskeisin tavoite on selvittää, miten käsittelyyn käytettävän työkalun kärjen koko vaikuttaa lopputulokseen eri lujuusluokkien teräksillä. Työ sisältää lyhyen katsauksen hitsin väsymisen ja HFMI-menetelmän perusteisiin sekä kokeellisen osan.
Koetta varten valmistettiin koekappaleet S355-, S700-, ja S1100-lujuusluokkien teräksistä robotisoidusti hitsaamalla. Kappaleiden hitsien rajaviivojen pyöristykset ja jäännösjännitykset mitattiin hitsaamisen jälkeen. Koekappaleille suoritettiin HFMI-jälkikäsittely 3 mm, 4 mm ja 5 mm pyöristyksen omaavilla työkalunpäillä ja mittaukset toistettiin.
Huomattiin, että pienemmät työkalupäiden koot saivat aikaan syvemmät urat ja terävämmät pyöristykset käsiteltyjen hitsien rajaviivoille, kuin suuremmat työkalupäät. Jäännösjännitysten osalta huomattiin, että teräksen lujuusluokalla oli suurin vaikutus syntyneisiin jäännösjännityksiin. Aivan rajaviivalta mitatut jäännösjännitykset olivat noin puolet käsitellyn teräksen nimellisestä lujuudesta. HFMI is a relatively new type of weld postprocess, that enables a great increase in the fatigue strength of steel structures. It is however an unstandardized process without unambiguous published instructions. Particularly the size of the pin used to hammer the weld toe is often left for the user to decide.
This bachelor’s thesis examines the effect of the HFMI-treatment on the shape and residual stresses in the weld toe. The main objective is to find out what effect the size of the pin has on the results with three different types of steel. The thesis includes a short look into the theory of weld fatigue and basics of HFMI-treatment, and an experimental section.
Samples for the test were welded robotically from three different types of steel: S355, S700 and S1100. The shapes and residual stresses were measured as welded. HFMI-treatment was applied to the samples with pin sizes of 3 mm, 4 mm, and 5 mm. The measurements were then repeated.
It was noted that smaller pin sizes resulted in the deepest grooves and sharpest corners along the treated weld toe. The strength class of the steel was the most important factor for the formation of residual stresses. The residual stresses measured at the weld toe were ap-proximately half of the nominal yield strength of the material.
Kandidaatintyössä tarkasteltiin hitsin HFMI-jälkikäsittelyn vaikutusta rajaviivan muotoon ja jäännösjännityksiin. Työn keskeisin tavoite on selvittää, miten käsittelyyn käytettävän työkalun kärjen koko vaikuttaa lopputulokseen eri lujuusluokkien teräksillä. Työ sisältää lyhyen katsauksen hitsin väsymisen ja HFMI-menetelmän perusteisiin sekä kokeellisen osan.
Koetta varten valmistettiin koekappaleet S355-, S700-, ja S1100-lujuusluokkien teräksistä robotisoidusti hitsaamalla. Kappaleiden hitsien rajaviivojen pyöristykset ja jäännösjännitykset mitattiin hitsaamisen jälkeen. Koekappaleille suoritettiin HFMI-jälkikäsittely 3 mm, 4 mm ja 5 mm pyöristyksen omaavilla työkalunpäillä ja mittaukset toistettiin.
Huomattiin, että pienemmät työkalupäiden koot saivat aikaan syvemmät urat ja terävämmät pyöristykset käsiteltyjen hitsien rajaviivoille, kuin suuremmat työkalupäät. Jäännösjännitysten osalta huomattiin, että teräksen lujuusluokalla oli suurin vaikutus syntyneisiin jäännösjännityksiin. Aivan rajaviivalta mitatut jäännösjännitykset olivat noin puolet käsitellyn teräksen nimellisestä lujuudesta.
This bachelor’s thesis examines the effect of the HFMI-treatment on the shape and residual stresses in the weld toe. The main objective is to find out what effect the size of the pin has on the results with three different types of steel. The thesis includes a short look into the theory of weld fatigue and basics of HFMI-treatment, and an experimental section.
Samples for the test were welded robotically from three different types of steel: S355, S700 and S1100. The shapes and residual stresses were measured as welded. HFMI-treatment was applied to the samples with pin sizes of 3 mm, 4 mm, and 5 mm. The measurements were then repeated.
It was noted that smaller pin sizes resulted in the deepest grooves and sharpest corners along the treated weld toe. The strength class of the steel was the most important factor for the formation of residual stresses. The residual stresses measured at the weld toe were ap-proximately half of the nominal yield strength of the material.