Laser-MAG-hybridihitsauksen käyttöönotto laivan rungon valmistuksessa

Abstract

Perinteisten kaarihitsausmenetelmien suhteellisen suuri lämmöntuonti aiheuttaa huomattavia muodonmuutoksia laivan rungon valmistusprosessin alkuvaiheessa. Muodonmuutosten seurauksena rakenteiden mitta- ja muototarkkuus heikkenee, mikä lisää oikaisu- ja sovitustyötä myöhemmissä työvaiheissa. Hitsausmuodonmuutoksia voidaan vähentää siirtymällä käyttämään laser-MAG-hybridihitsausta, jossa lämmöntuonti on merkittävästi pienempi kuin kaarihitsauksessa. Näin kyetään oleellisesti leikkaamaan oikaisu- ja sovitustyöstä syntyviä kustannuksia.

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää tuotantovalmiiksi kuitulaser- ja MAG-hitsauksen yhdistelmäprosessi Aker Yards Oy:n Turun telakalla loppuvuoden 2006 aikana. Hitsauslaitteiston asennus oli valmistunut kesäkuussa 2006, minkä jälkeen aloitettiin luokituslaitoksen hyväksymän koeohjelman hitsaukset. Käyttöönotto suunnitelmaan sisältyvä koehitsausohjelma oli laadittu Det Norske Veritaksen julkaisemaa ohjetta (Guidelines no. 19) mukaillen.

Ensimmäiseksi määritettiin hitsauskokeiden avulla prosessille laadun ja tehokkuuden suhteen optimaalinen railogeometria. Seuraavaksi optimoitiin prosessin hitsausparametrit 6 mm:n aineenpaksuudelle hyödyntäen Taguchi-koesuunnittelumenetelmää. Tämän jälkeen optimiparametreilla hitsattiin koekappale väsytyskokeisiin, jotka suoritettiin Teknillisen korkeakoulun laivalaboratoriossa. Väsytyskoetulokset täyttivät luokituslaitoksen vaatimukset. Myös hitsauksen menetelmäkoe suoritettiin hyväksytetysti. Viimeinen koeohjelman mukainen hitsauskoesarja tehtiin prosessiparametrien sallittujen vaihtelurajojen määrittämiseksi.

Diplomityön tavoite täyttyi joulukuussa 2006, jolloin 'laivan kansipaneeli hitsattiin ensimmäistä kertaa uudella hitsausprosessilla. Hitsauksen laatu korreloi hyvin menetelmäkokeen tulosten kanssa ¿ hitsit olivat tasalaatuisia ja ne täyttivät B-luokan vaatimukset.

Traditional arc welding processes produce deformations in ship hull structures especially at the firststages of the process chain. As a result, the dimensional and shape accuracy ofstructures decreases, which in turn increases the amount of straightening and fit-up work in the following work phases. One way to reduce welding deformation is to change over from arc welding to low-heat input laser-arc hybrid welding. Consequently, it is possible to essentially reduce costs originating from straightening and fit-up work.

In this thesis, the main objective wasto develop and introduce a new laser-arc hybrid welding process at Aker Yards Turku shipyard during the second half of the year 2006. In June 2006 after the laser-MAG-hybrid welding system had been installed welding tests began. The tests were performed according to implementation plan approved by classification society. The implementation plan had been prepared in conformity with Det Norske Veritas (DNV) Guidelines no. 19.

The first step of the implementation was optimisation of joint geometry. The joint geometry was optimised in terms of efficiency and quality of the process. The second step of the implementation was optimisation of the welding parameters for 6 mm plate thickness. After that fatigue test specimen was welded with the optimised welding parameters. The fatigue tests were performed by the Helsinki University of Technology, Ship Laboratory. The fatigue test results indicate that fatigue performance of the weld fulfilled requirements of the classification society. Also welding procedure test was accepted. The last welding tests were performed in order to determine the limits for the process parameters.

The Objective of this thesisfulfilled in December 2006, when first deck panel was welded with the novel welding process. The weld quality correlated with the results of the welding procedure test. The welds met class B requirements.