Kosketukseton hitsin pintageometrian määrittäminen

Abstract

Yleisesti tiedetään hitsin pintageometrian vaikuttavan rakenteen väsymislujuuteen. Nopean, edullisen ja luotettavan pintageometrian mittausmenetelmän kehittäminen on askel kohti tarkempaa ja varmempaa rakenteen väsymislujuuden tarkastelua. Tässä työssä on tutkittu hitsejä, joiden pinnan geometria on mitattu norjalaisen SINTEF -yrityksen kehittämällä rakenteellisen valon menetelmällä. Osana työtä kehitettiin MatLab -pohjainen ohjelma, jolla jälkikäsitellään mittauksesta saadut x-y-z -mittapisteet. Mittausdatan jälkikäsittelyssä saadaan mittauksesta määritettyähitsin reunan pyöristys, liittymäkulma, a-mitta, reunahaava ja kateettisuhde. Kehitettyä menetelmää käyttämällä mitattiin lähes 300 voimaakantamatontaristiliitoksen hitsiä. Mittaustuloksia verrattiin vastaavista kappaleista tehtyihin hiemittauksiin. Manuaalisen hieestä tehdyn mittauksen havaittiin olevan tarkempi ja pystyttiin havaitsemaan paikallisempia muotoja. Rakenteellisen valon mittauksissa tapahtunut heijastelu saatiin pienenemään käsittelemällä mitattava pinta mattavalkoisella maalilla. Rakenteellisen valon mittatarkkuudeksi saatiin noin 0,2 mm. Pohjautuen mitattuun hitsin reunan pyöristykseen ja liittymäkulmaan voidaan yksinkertaista kaavaa käyttämällä laskea hitsin jännityskonsentraatio ja näin saada alkuarvaus väsymislujuudelle. Myös muiden tekijöiden tiedetään vaikuttavan hitsin väsymislujuuteen, joten pyöristyksen ja liittymäkulman avulla tehdyt arviot eivät ole absoluuttisen oikeita. Tämä havaittiin väsytyskokeilla, joista yhdessä väsymisvaurio ei syntynyt suurimmankaan jännityskonsentraation alueella.

It is well established that the geometry of a weld profile can greatly influence the fatigue strength of a structure. Therefore, a systematic, fast, reliable and inexpensive method for assessing the geometry of critical welds is an important step in ensuring the quality of fatigue loaded structures. In this thesis the structure light measurement system developed by SINTEF Trondheim, Norwayhas been studied and a means of assessing weld geometry. As part of this work, MathLab based programs were written to post process the basic structured light x-y-z data. Post processing provided estimates of weld toe radius, flank angle, throat thickness, undercut depth and leg ratio. Using the developed system, geometry measurements were made on nearly 300 non-load carrying cruciform welds. Structured light obtained results were compared to weld profiles measured by sectioning the weld and manually assessing the geometric characteristics. Manual measurements had higherresolution and therefore more local features were observed. To reduce reflections and improve contrast, a flat white paint was used on the weld. Resolution of the structured light system was approximately 0,2 mm. Based on the determined weld toe radius and flank angle, relatively simple equations could be used to determine the stress concentration of the weld and thus an initial estimate of the fatigue strength could be obtained. However, these indications are not absolute and other factors are also known to influence fatigue strength. At least in one fatigue test the fatigue failure did not occur in the region of highest stress concentration.