Robotisoidun alumiinihitsauksen muodonmuutosten hallinta pienaliitoksissa

Abstract

Hitsauksen aikana kappale kuumenee ja jäähtyy epätasaisesti. Alumiinihitsauksen erityispiirteitä teräkseen verrattuna ovat alumiinin matalampi sulamispiste, korkeampi lämmönjohtavuus, korkeampi sähkönjohtavuus ja voimakkaampi lämpölaajeneminen. Alumiinin hitsauksessa kappaleeseen syntyy usein muodonmuutoksia.

Laivanrakennuksessa yleisin hitsityyppi on T-liitoksen pienahitsi. Pienahitsille tyypillisiä ja hankalasti hallittavia muodonmuutostyyppejä ovat kaareutuma ja kulmavetäymä. Kaareutumassa kappale taipuu pitkittäissuunnassa kaarevaksi. Kulmavetäymässä levy taipuu poikittaissuunnassa.

Robotisoidussa hitsauksessa hitsattava rata ohjelmoidaan robotilla suoritettavaksi robottityöksi. Hitsausmuodonmuutokset ovat ongelmallisia, koska robottityön rata ei enää vastaa muotoa muuttavaa kappaletta. Terästen hitsauksessa rataa voidaan korjata ajon aikana virran muutoksiin perustuvalla railonseurannalla. Alumiinin korkeamman sähkönjohtavuuden takia alumiinihitsauksessa railonseurantaa ei voi käyttää. Railonseurannan puuttuminen voi aiheuttaa hitsausvirheitä ja keskeytyksiä.

Työssä tutkittiin, onko molemmilta puolilta hitsattavan T-liitoksen hitsausmuodonmuutoksia mahdollista hallita pilkkomalla pienahitsit pienempiin osahitseihin. Tutkimuksessa perehdyttiin alumiinin robotisoituun hitsaamiseen ja keinoihin hallita muodonmuutoksia. Löydettyjen keinojen pohjalta suunniteltiin kuusi erilaista hitsaussekvenssiä, jotka hitsattiin robotilla. Hitsatuista kappaleista mitattiin muodonmuutosten aiheuttama poikkeama ja vaikutus hitsauslaatuun.

Tutkimustuloksissa todettiin, että eri sekvensointitavat eivät oleellisesti vaikuta lopullisten muodonmuutosten poikkeamiin. Kulmavetäymien ääriarvot keskittyivät sekvensseissä eri osioihin. Kaareutuma oli voimakkainta sekvensseissä, joissa oli enemmän pienempiä osahitsejä. Hitsin laatuun sekvensoinnilla oli suurempi vaikutus. Vain yksinkertaisin päästä päähän hitsaus soveltui vaativamman hitsiluokan raja-arvoihin. Tulosten analysoinnissa huomattiin, että kaareutuman muodonmuutos hitsauksen aikana oli merkittävin hitsauslaatuun vaikuttava tekijä.