Hitsauspinnoituksen menetelmävertailu ja kustannustehokkuus

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin pinnoitushitsausta sekä sen kustannuslaskentaa painelaitteita valmistavan konepajayrityksen käytössä. Lämmönvaihtimet sekä painesäiliöt ovat monesti kosketuksissa voimakkaasti korroosiota aiheuttavien nesteiden kanssa. Materiaalien korroosionkeston saavuttaminen voidaan tehdä seostamalla terästä, joka tekee niistä kalliita. Pinnoittamalla seostamatonta terästä voidaan saavuttaa kustannussäästöjä. Teräksen pinnoite voidaan valmistaa hitsaamalla, kuumavalssaamalla tai vuorauslevyillä. Tässä työssä tutkittiin pinnoitushitsausta. Työn tavoitteena oli selvittää mitkä pinnoitushitsausprosessit sopivat yrityksen käyttöön, jauhekaarihitsaukseen sopivia parametrejä, sekä kehittää yrityksen pinnoitushitsaukseen liittyvää tarjouslaskentaa. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena sekä kokeellisena tutkimuksena. Työssä valmistettiin päällehitsauksen menetelmäkoetta soveltava hitsaustestaus jauhekaariprosessilla.

Hitsauskokeissa pinnoitettiin P355 painelaiteteräs levyä 316L ruostumatonteräs lisäaineella. Tavoitteena oli saavuttaa korroosion kestävä pinta, jonka kriteerinä pidettiin EN 1.4404 levyä vastaava kemiallinen koostumus. Lisäksi tavoitteena oli pitää sekoittuminen sekä tunkeuma perusaineeseen pienenä. Työssä saavutettiin kolmella hitsauspalkolla 4 mm syvä koostumus, joka vastaa vaadittua kemiallista koostumusta. Työn tulokset myös osoittavat, että pinnoitushitsauksella voidaan saavuttaa kustannussäästöjä. Nauha- sekä kuonahitsausprosessit lyhentävät työaikoja sekä pienentävät sekoittumista. Pinnoittamisen kannattavuuteen vaikuttaa painesäiliön tai lieriön materiaalivalinnat sekä seinämänpaksuus. Nauha- ja kuonahitsausprosessien käyttöönotto vaativat laiteinvestointeja.

This master’s thesis examines weld overlay processes and cost estimation related to an engineering workshop manufacturing pressure equipment. Heat exchangers and pressure vessels are often in contact with highly corrosive fluids. Materials corrosion resistance can be achieved by alloying steel which makes them expensive. Cost savings can be achieved by cladding unalloyed steel. Cladding steel can be manufactured by weld overlay, hot rolling or using liner plates. This study focuses on weld cladding. The objective of this thesis was to determine which weld overlay processes are suitable for the company, find suitable welding parameters for submerged arc welding, and to develop the company’s cost estimation for weld overlays. This thesis was made by literature review and experimental research. A welding test was made applying the welding qualification test for overlay weld.

In the experimental welding P355 pressure vessel steel plate was overlay welded with 316L stainless steel filler material. The aim of this experiment was to achieve a corrosion resistant surface with a chemical composition equivalent to EN 1.4404. In addition, the aim was to minimize dilution and penetration into the base material. With three passes a 4 mm deep suitable composition was achieved, which meets the required chemical composition. Results also demonstrate that cost savings can be achieved by weld overlay processes. Strip and Electro slag welding processes reduce work times and lower dilution. The profitability of weld overlay depends on the materials and the wall thickness of the pressure vessel or cylinder. The adoption of strip and electro slag welding requires equipment investments.