HFMI-jälkikäsittelyn hyödyntäminen putkilaippaliitoksissa
Tanskanen, Antti (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025051240254
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025051240254
Tiivistelmä
HFMI-jälkikäsittelymenetelmää on tutkittu laajasti, mutta sen soveltuvuudesta ruostumattomille teräksille ei tunneta tarpeeksi hyvin. Tiettyjen ruostumattomien terästen väsyminen hitsatussa tilassa on kriittinen ongelma, jota on pyritty parantamaan erilaisilla jälkikäsittelymenetelmillä.
Kandidaatintutkielmassa tutkittiin HFMI-jälkikäsittelyn vaikutusta hitsin rajaviivan paikalliseen muotoon, jäännösjännityksiin ja alkuvikoihin. Työn tavoitteena on selvittää HFMI-menetelmän vaikutuksia rajaviivaan eri prosessiparametreillä ja arvioida menetelmän vaikutusta väsymiskestävyyteen. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen ruostumattomista teräksistä ja niiden hitsaamisesta, väsymisestä ja jälkikäsittelymenetelmistä. Näiden lisäksi työ sisältää kokeellisen osuuden. Työssä ei suoritettu väsytyskoetta ajan rajallisuuden vuoksi.
Kokeellista osuutta varten LUT-yliopistolle toimitettiin putkilaippaliitokset, jotka on valmistettu 316 L-, 904 L-, 2205- ja 2507-ruostumattomista teräksistä. HFMI-jälkikäsittely suoritettiin 4 mm työkalupäälle ja prosessiparametreillä 3, 6 ja 10. Jälkikäsittelyn jälkeen koekappaleille suoritettiin jäännösjännitysmittaus röntgendiffraktiolaitteella. Mittausten jälkeen koekappaleista leikattiin paloja ja mikrorakennetta tutkittiin elektronimikroskoopilla.
Tuloksissa huomattiin, että jälkikäsittelyllä saatiin muodostettua puristavia jäännösjännityksiä rajaviivalle, mutta materiaalien välillä oli merkittäviä eroa prosessiparametrien vaikutuksessa jäännösjännityksiin. Elektronimikroskooppikuvissa huomattiin merkittäviä alkuvikoja, jotka vaikuttavat väsymiskestävyyteen. The HFMI post-weld-treatment has been extensively studied, but its application to stainless steels is not yet well understood. Fatigue in welded joints of certain stainless steels is a critical issue that has been addressed through various post-weld-treatment methods.
This bachelor's thesis examined the effect of HFMI post-weld-treatment on the local geometry of the weld toe, residual stresses, and initial defects. The objective was to investigate the impact of HFMI parameters on the weld toe under different process settings and evaluate the method’s effect on fatigue resistance. The thesis includes a literature review on stainless steels, their welding, fatigue, and post-weld-treatment methods. In addition, the thesis contains an experimental section. Fatigue testing was not carried out due to time constraints.
For the experimental part, pipe flange joints were delivered to LUT University, made of 316 L, 904 L, 2205 and 2507 stainless steels. HFMI treatment was applied using a 4 mm tool with process parameters of 3, 6 and 10. After the treatment, residual stresses were measured using an X-ray diffraction device. Samples were the cut from the specimens and their microstructures was examined with a Scanning Electron Microscope.
The results showed that compressive residual stresses were successfully introduced at the weld toe with HFMI post-weld-treatment. However, significant variation was observed in the residual stresses between different materials and process parameters. The SEM images also revealed notable initial defects, which may influence fatigue performance.
Kandidaatintutkielmassa tutkittiin HFMI-jälkikäsittelyn vaikutusta hitsin rajaviivan paikalliseen muotoon, jäännösjännityksiin ja alkuvikoihin. Työn tavoitteena on selvittää HFMI-menetelmän vaikutuksia rajaviivaan eri prosessiparametreillä ja arvioida menetelmän vaikutusta väsymiskestävyyteen. Työ sisältää kirjallisuuskatsauksen ruostumattomista teräksistä ja niiden hitsaamisesta, väsymisestä ja jälkikäsittelymenetelmistä. Näiden lisäksi työ sisältää kokeellisen osuuden. Työssä ei suoritettu väsytyskoetta ajan rajallisuuden vuoksi.
Kokeellista osuutta varten LUT-yliopistolle toimitettiin putkilaippaliitokset, jotka on valmistettu 316 L-, 904 L-, 2205- ja 2507-ruostumattomista teräksistä. HFMI-jälkikäsittely suoritettiin 4 mm työkalupäälle ja prosessiparametreillä 3, 6 ja 10. Jälkikäsittelyn jälkeen koekappaleille suoritettiin jäännösjännitysmittaus röntgendiffraktiolaitteella. Mittausten jälkeen koekappaleista leikattiin paloja ja mikrorakennetta tutkittiin elektronimikroskoopilla.
Tuloksissa huomattiin, että jälkikäsittelyllä saatiin muodostettua puristavia jäännösjännityksiä rajaviivalle, mutta materiaalien välillä oli merkittäviä eroa prosessiparametrien vaikutuksessa jäännösjännityksiin. Elektronimikroskooppikuvissa huomattiin merkittäviä alkuvikoja, jotka vaikuttavat väsymiskestävyyteen.
This bachelor's thesis examined the effect of HFMI post-weld-treatment on the local geometry of the weld toe, residual stresses, and initial defects. The objective was to investigate the impact of HFMI parameters on the weld toe under different process settings and evaluate the method’s effect on fatigue resistance. The thesis includes a literature review on stainless steels, their welding, fatigue, and post-weld-treatment methods. In addition, the thesis contains an experimental section. Fatigue testing was not carried out due to time constraints.
For the experimental part, pipe flange joints were delivered to LUT University, made of 316 L, 904 L, 2205 and 2507 stainless steels. HFMI treatment was applied using a 4 mm tool with process parameters of 3, 6 and 10. After the treatment, residual stresses were measured using an X-ray diffraction device. Samples were the cut from the specimens and their microstructures was examined with a Scanning Electron Microscope.
The results showed that compressive residual stresses were successfully introduced at the weld toe with HFMI post-weld-treatment. However, significant variation was observed in the residual stresses between different materials and process parameters. The SEM images also revealed notable initial defects, which may influence fatigue performance.