Hitsattujen alumiinirakenteiden jäännösjännitysmittaukset
Suhonen, Lauri (2024)
Kandidaatintyö
2024
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024043023997
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024043023997
Tiivistelmä
Tässä kandidaatin työssä tutkitaan hitsattujen alumiinirakenteiden jäännösjännityksiä. Jäännösjännityksillä on merkittävä vaikutus rakenteiden kestävyyteen, erityisesti väsyttävässä kuormituksessa. Alumiinirakenteet ovat erityisen tärkeitä esimerkiksi liikkuvissa sovelluksissa keveytensä ansiosta. Tämän takia on tärkeää, että hitsattujen alumiinirakenteiden jäännösjännityksistä on varmaa tutkittua tietoa. Tutkimuksia alumiinista on kuitenkin tehty huomattavasti vähemmän kuin teräksestä.
Tutkimuksessa tehtiin mittauksia MIG- ja TIG-hitsattujen alumiinikappaleiden jäännösjännityksistä. Jäännösjännityksiä mitattiin röntgendiffraktiolla, mikä on ainetta rikkomaton menetelmä. Röntgendiffraktion mittaussyvyys on hyvin matala, joten kaikki mittaustulokset ovat kappaleiden pinnasta. Koekappaleina toimivat alumiinisauvat, joilla oli erilaisia materiaalikoostumuksia ja ainepaksuuksia. Mittauksia tehtiin hitsin rajaviivalta poispäin lähtien 5 mm matkalta. Mittauksia vertailtiin muihin tutkimuksiin, luotettavuuden lisäämiseksi.
Mittaustulokset osoittivat, että hitsattuihin alumiinirakenteisiin syntyy jäännösjännityksiä. Mitatuissa koekappaleissa havaittiin veto ja puristus jäännösjännityksiä, molempia noin 150 MPa asti. MIG-hitsatuissa koekappaleissa havaittiin keskimäärin 50 MPa puristus jäännösjännitystä, kun taas TIG-hitsatuissa Koekappaleissa jäännösjännitykset olivat suurimmaksi osaksi vetoa noin 20 MPa verran. In this bachelor's thesis, the residual stresses of welded aluminum structures are studied. Residual stresses have a significant effect on the durability of structures, especially under fatigue loading. Aluminum structures are especially important, in mobile applications, due to their lightness. This is why it is important to have reliable researched information about the residual stresses of welded aluminum structures. However, much less research has been done on aluminum than on steel.
In this work, the residual stresses of MIG- and TIG-welded aluminum pieces were measured. Residual stresses were measured by X-ray diffraction, which is a non-destructive method. The measurement depth of X-ray diffraction is very shallow, so all measurement results are from the surface of the objects. Aluminum specimens with different material compositions and material strengths were studied. Measurements were made from the weld toe of the weld to 5 mm away from the boundary line. The measurements were compared to other studies to increase reliability.
The measurement results showed that residual stresses occur in welded aluminum structures. In the measured residual stresses, both tension and compression were observed, both up to about 150 MPa. The average residual stresses of the MIG-welded pieces were about 50 MPa of compression. In TIG-welded pieces, the stresses are mostly tension of around 20 MPa.
Tutkimuksessa tehtiin mittauksia MIG- ja TIG-hitsattujen alumiinikappaleiden jäännösjännityksistä. Jäännösjännityksiä mitattiin röntgendiffraktiolla, mikä on ainetta rikkomaton menetelmä. Röntgendiffraktion mittaussyvyys on hyvin matala, joten kaikki mittaustulokset ovat kappaleiden pinnasta. Koekappaleina toimivat alumiinisauvat, joilla oli erilaisia materiaalikoostumuksia ja ainepaksuuksia. Mittauksia tehtiin hitsin rajaviivalta poispäin lähtien 5 mm matkalta. Mittauksia vertailtiin muihin tutkimuksiin, luotettavuuden lisäämiseksi.
Mittaustulokset osoittivat, että hitsattuihin alumiinirakenteisiin syntyy jäännösjännityksiä. Mitatuissa koekappaleissa havaittiin veto ja puristus jäännösjännityksiä, molempia noin 150 MPa asti. MIG-hitsatuissa koekappaleissa havaittiin keskimäärin 50 MPa puristus jäännösjännitystä, kun taas TIG-hitsatuissa Koekappaleissa jäännösjännitykset olivat suurimmaksi osaksi vetoa noin 20 MPa verran.
In this work, the residual stresses of MIG- and TIG-welded aluminum pieces were measured. Residual stresses were measured by X-ray diffraction, which is a non-destructive method. The measurement depth of X-ray diffraction is very shallow, so all measurement results are from the surface of the objects. Aluminum specimens with different material compositions and material strengths were studied. Measurements were made from the weld toe of the weld to 5 mm away from the boundary line. The measurements were compared to other studies to increase reliability.
The measurement results showed that residual stresses occur in welded aluminum structures. In the measured residual stresses, both tension and compression were observed, both up to about 150 MPa. The average residual stresses of the MIG-welded pieces were about 50 MPa of compression. In TIG-welded pieces, the stresses are mostly tension of around 20 MPa.