Jäännösjännitysten ja muodonmuutosten hallinta tuotantomenetelmien modernisoinnilla
Soinila, Joona (2017)
Soinila, Joona
2017
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-09-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241788
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201708241788
Tiivistelmä
Laivanrakennuksessa trendinä on rakentaa entistä kevyempiä ja teknisempiä aluksia, mikä aiheuttaa omat haasteensa tuotannolle. Perinteiset tuotantomenetelmät soveltuvat huonosti ohuille materiaaleille aiheuttaen rakenteisiin suuria jäännösjännityksiä ja tätä kautta suunnittelemattomia muodonmuutoksia. Suuren lämmöntuonnin takia pitkät levylakanoiden ja jäykisteiden päittäis- ja pienahitsit aiheuttavat rakenteeseen sisäisiä voimia, jotka aiheuttavat sisäisiä jännityksiä. Nämä jännitykset esiintyvät rakenteessa ilman ulkoisia kuormituksia. Sisäisistä jännityksistä aiheutuneet muodonmuutokset aiheuttavat kuudenlaisia muodonmuutoksia riippuen jännitykset suunnasta. Muodonmuutosten vähentämiseksi pyritään minimoimaan hitsausprosessissa tuotua lämpöenergiaa sekä optimoimaan hitsin geometriaa. Lämpövyöhyke jää kapeaksi ja termisen työstön aiheuttamasta epätasaisesta lämpenemisestä ja jäähtymisestä syntyvien voimien aiheuttamat muodonmuutokset ovet hyväksyttävällä tasolla.
Tässä diplomityössä tarkoituksena on toimintatutkimuksella kehittää konsepti tuotan-tolinjasta, jotta jäännösjännityksiä ja muodonmuutoksia voidaan minimoida. Kirjallisuustutkimuksessa on tutkittu menetelmiä, jotka tutkimusten mukaan vähentävät jäännösjännitysten laajuutta ja muodonmuutosten suuruutta. Ohuilla materiaaleilla erityisesti hitsin pituussuuntaisten jäännösjännitysten aiheuttama lommahdus on kriittinen rakenteen suorituskyvyn kannalta ja tätä pyritäänkin vähentämään modernisoidun tuotantolinjan myötä.
Uuden tuotantolinjan konseptissa on pyritty vähentämään termisen työstön aiheuttamia jäännösjännityksiä ja muodonmuutoksia sekä pyritty nostamaan tuotantolinjan tuottavuutta ja pienentämään tuotannon kustannuksia. Uuden tuotantolinjan konseptissa levylakanoiden päittäishitsauksessa jauhekaarihitsaus on korvattu laser-hybridihitsauksella, jossa lämmöntuonti on huomattavasti alhaisempaa ja prosessinopeus monikertainen. Jäykisteiden pienahitsauksessa tullaa käyttämään tandem MAG-hitsausta. Uuden tuotantolinjan konseptissa manuaalisen hitsauksen määrä vähenee hitsausrobottien myötä. Hitsausprosessista tulee näin kontrolloidumpi, jolloin muodonmuutokset ja niiden aiheuttama korjaustarve pienenevät. Tällöin voidaan saavuttaa huomattavia kustannussäästöjä myös sekundaarisesti. Keskeneräisiin lohkoihin kohdistuvia kuormituksia voidaan minimoida hydraulinostureilla varustetuilla kuljetusvaunuilla, jotta rakenteita siirretään nosturilla ainoastaan pystysuunnassa.
Tässä diplomityössä tarkoituksena on toimintatutkimuksella kehittää konsepti tuotan-tolinjasta, jotta jäännösjännityksiä ja muodonmuutoksia voidaan minimoida. Kirjallisuustutkimuksessa on tutkittu menetelmiä, jotka tutkimusten mukaan vähentävät jäännösjännitysten laajuutta ja muodonmuutosten suuruutta. Ohuilla materiaaleilla erityisesti hitsin pituussuuntaisten jäännösjännitysten aiheuttama lommahdus on kriittinen rakenteen suorituskyvyn kannalta ja tätä pyritäänkin vähentämään modernisoidun tuotantolinjan myötä.
Uuden tuotantolinjan konseptissa on pyritty vähentämään termisen työstön aiheuttamia jäännösjännityksiä ja muodonmuutoksia sekä pyritty nostamaan tuotantolinjan tuottavuutta ja pienentämään tuotannon kustannuksia. Uuden tuotantolinjan konseptissa levylakanoiden päittäishitsauksessa jauhekaarihitsaus on korvattu laser-hybridihitsauksella, jossa lämmöntuonti on huomattavasti alhaisempaa ja prosessinopeus monikertainen. Jäykisteiden pienahitsauksessa tullaa käyttämään tandem MAG-hitsausta. Uuden tuotantolinjan konseptissa manuaalisen hitsauksen määrä vähenee hitsausrobottien myötä. Hitsausprosessista tulee näin kontrolloidumpi, jolloin muodonmuutokset ja niiden aiheuttama korjaustarve pienenevät. Tällöin voidaan saavuttaa huomattavia kustannussäästöjä myös sekundaarisesti. Keskeneräisiin lohkoihin kohdistuvia kuormituksia voidaan minimoida hydraulinostureilla varustetuilla kuljetusvaunuilla, jotta rakenteita siirretään nosturilla ainoastaan pystysuunnassa.