Teräksen pinnan esikäsittelyn vaikutus jäännösjännityksiin levyn pinnalla
Pasuri, Joonas (2023)
Kandidaatintyö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062057314
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023062057314
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää, kuinka teräksen eri pinnan esikäsittelymenetelmät vaikuttavat pinnalta mitattaviin jäännösjännityksiin. Esikäsittelymenetelminä työssä käytettiin hiontaa, kuumavesipesua, maalinpoistoainetta sekä suola- ja sitruunahappopeittausta. Koekappaleina käytettiin kolmesta teräslaadusta (S355, S700, S1100) laserleikattuja neliökappaleita, joihin hitsattiin keskelle palko jäännösjännitysten aiheuttamiseksi. Pintojen esikäsittelyt tehtiin LUT-yliopiston teräsrakenteiden laboratoriossa.
Kappaleiden jäännösjännitykset sekä pinnankarheus mitattiin ennen ja jälkeen käsittelyiden. Tuloksista huomattiin, kuinka eri menetelmät vaikuttivat pinnan jäännösjännityksiin ja pinnankarheuteen. Lisäksi havaittiin teräksen lujuudella olevan rooli siinä, kuinka esikäsittelymenetelmät vaikuttivat pinnankarheuteen ja jäännösjännityksiin.
Mekaanisista menetelmistä hionta aiheutti jäännösjännityksissä merkittäviä muutoksia, eikä näin sovellu pinnan puhdistusmenetelmäksi jäännösjännityksiä mitattaessa. Kuumavesipesun havaittiin kasvattavan vähän jäännösjännityksiä. Kemiallisista menetelmistä maalinpoistoaineella havaittiin olevan vähäinen vaikutus jäännösjännityksiin ja pinnankarheuteen. Peittauksien havaittiin poistavan pinnan jäännösjännityksiä, mutta suolahappopeittauksen kohdalla kertyi S1100 teräkseen merkittävää peittausnokea ja peittausprosessin vetyhaurastumisen vaikutus teräkseen jäi tuntemattomaksi. Peittausnesteen koostumuksen optimointi puhdistuksessa on mahdollinen jatkokokeiden kohde. The purpose of this bachelor's thesis was to investigate how different surface pretreatment methods for steel affect the residual stresses observed on the surface. The pretreatment methods used in the study included griding, pressure washing, chemical paint stripping and pickling with hydrochloric acid and citric acid. Square specimens laser-cut from three steel grades (S355, S700, S1100) were used as test samples, and a deposition weld was added in the center to induce residual stresses. The surface pretreatments were conducted at the Steel Structures Laboratory of LUT University.
The residual stresses and surface roughness of the specimens were measured before and after the treatments. The results revealed how different methods affected surface stresses and roughness. Additionally, it was observed that the strength of the steel played a role in how the pretreatment methods influenced surface roughness and residual stresses.
From the mechanical methods, grinding caused significant changes in residual stresses and is therefore not suitable as surface cleaning method when measuring residual stresses. Hot water washing was found to slightly increase residual stresses. Among the chemical methods, paint stripper had a minor effect on residual stresses and surface roughness. Pickling was found to remove surface residual stresses, but significant pickling residue accumulated on the S1100 steel, and the impact of the pickling process on hydrogen embrittlement in the steel remains unknown. Optimizing the composition of the pickling solution for cleaning purposes is a subject for further experiments.
Kappaleiden jäännösjännitykset sekä pinnankarheus mitattiin ennen ja jälkeen käsittelyiden. Tuloksista huomattiin, kuinka eri menetelmät vaikuttivat pinnan jäännösjännityksiin ja pinnankarheuteen. Lisäksi havaittiin teräksen lujuudella olevan rooli siinä, kuinka esikäsittelymenetelmät vaikuttivat pinnankarheuteen ja jäännösjännityksiin.
Mekaanisista menetelmistä hionta aiheutti jäännösjännityksissä merkittäviä muutoksia, eikä näin sovellu pinnan puhdistusmenetelmäksi jäännösjännityksiä mitattaessa. Kuumavesipesun havaittiin kasvattavan vähän jäännösjännityksiä. Kemiallisista menetelmistä maalinpoistoaineella havaittiin olevan vähäinen vaikutus jäännösjännityksiin ja pinnankarheuteen. Peittauksien havaittiin poistavan pinnan jäännösjännityksiä, mutta suolahappopeittauksen kohdalla kertyi S1100 teräkseen merkittävää peittausnokea ja peittausprosessin vetyhaurastumisen vaikutus teräkseen jäi tuntemattomaksi. Peittausnesteen koostumuksen optimointi puhdistuksessa on mahdollinen jatkokokeiden kohde.
The residual stresses and surface roughness of the specimens were measured before and after the treatments. The results revealed how different methods affected surface stresses and roughness. Additionally, it was observed that the strength of the steel played a role in how the pretreatment methods influenced surface roughness and residual stresses.
From the mechanical methods, grinding caused significant changes in residual stresses and is therefore not suitable as surface cleaning method when measuring residual stresses. Hot water washing was found to slightly increase residual stresses. Among the chemical methods, paint stripper had a minor effect on residual stresses and surface roughness. Pickling was found to remove surface residual stresses, but significant pickling residue accumulated on the S1100 steel, and the impact of the pickling process on hydrogen embrittlement in the steel remains unknown. Optimizing the composition of the pickling solution for cleaning purposes is a subject for further experiments.