Ultralujien terästen hitsaus

Abstract

Terästen lujuuden kasvun myötä erilaisista rakenteista voidaan tehdä kevyempiä ohuempien ainepaksuuksien vuoksi. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan ultralujien terästen soveltuvuutta hitsattaviksi, ja mitä etuja ja rajoituksia niiden hitsauksessa esiintyy. Työn alkuosassa käsitellään lujien terästen mekaanisia ominaisuuksia, valmistusprosesseja ja käyttökohteita sekä selvitetään, millaisia hyötyjä ultralujien terästen käytöllä saadaan aikaan. Työssä perehdytään tämän jälkeen yleisimpiin hitsausmenetelmiin ja niiden mahdollisuuksiin sekä etuihin lujempia teräksiä hitsattaessa. Hitsauksen vaikuttavista tekijöistä tärkeimpinä havaittiin lämmöntuonti, jäähtymisaika, seosaineet ja hiiliekvivalentti. Työssä tarkastellaan hitsausliitoksen vyöhykkeitä ja hitsausmetallurgisia ongelmia, jotka vaikuttavat merkittävästi hitsin ja perusaineen laatuun. Työn lopussa keskitytään Ruukin Optim-teräksen ja SSAB:n Strenx-teräksen hitsattavuuden arviointiin.

Työssä tarkasteltavien terästen myötölujuuden olivat 960 – 1300 MPa. Hitsiliitoksen laadulla on erittäin suuri merkitys siihen, että rakenteet kestävät. Pienellä lämmöntuonnilla ja sitä kautta lyhyellä jäähtymisajalla, saadaan hitsin laatu pysymään korkeampana. Seosaineet vaikuttavat teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin sekä myös hitsin laatuun ja hitsattavuuteen. Hiiliekvivalentti -arvolla pystytään arvioimaan teräksen hitsattavuutta, johon vaikuttavat hiili- ja seosainepitoisuus. Hitsauksessa tuodulla lämmöllä voidaan vaikuttaa muun muassa halkeilutaipumukseen. Hitsausongelmia kuten kylmä- ja kuumahalkeilua voidaan estää myös hitsausmenetelmän valinnalla. Yleisesti laserhitsaus soveltuu erinomaisesti ultralujien terästen hitsaukseen, mutta myös MIG/MAG-, TIG- sekä plasma-hitsausmenetelmät soveltuvat kohtuullisen hyvin niiden hitsauskeen. Työssä tarkastellut Optim- ja Strenx-teräkset soveltuvat hyvin ultralujien terästen hitsaukseen, kunhan suosituksien mukaisia hitsausarvoja noudatetaan.