Kallioporalaitteen hitsatun teräspuomin väsymiskestävyyden määritys ja testaus

Abstract

Tässä työssä tarkasteltiin kallioporalaitteen uuden puomirakenteen väsymiskestävyyttä. Tarkastelun kohteena olevalle rakenteelle suoritettiin väsytyskoe, jossa rakennetta kuormitettiin vakioamplitudisella voimalla niin pitkään, että siihen muodostui vaurio joka esti testin jatkon. Rakenteen suuren kokoluokan vuoksi testi oli mahdollista suorittaa vain yhdelle kappaleelle. Testijärjestelmä oli yksinkertainen, mutta muistutti testattavan rakenteen osalta todellisen käyttötilanteen asentoa ja sen aikana esiintyviä voimia mahdollisimman hyvin. Kuormitus toteutettiin siten, että rakenteeseen muodostui mahdollisimman monipuolinen kuormitustila ja testin aikana rakenteen kuormitusta mitattiin venymäliuskojen avulla. Rakenteeseen muodostui yhteensä viisi erillistä säröä testin aikana. Näistä ensimmäinen oli odottamaton ja muodostui jo testin alkuvaiheessa. Särö johtui hitsausvirheestä, joka korjattiin ennen kuin testiä jatkettiin. Seuraavat neljä säröä olivat odotetun kaltaisia väsymisvaurioita ja muodostuivat ennakoituihin paikkoihin. Kaksi säröistä muodostui hitsin rajaviivalle ja kaksi lähti kasvamaan hitsin juuren puolelta. Säröt kasvoivat testin aikana melko suuriksi ja testi päättyi kun kaksi säröä yhdistyivät 73 200 syklin kohdalla. Testin päätyttyä rakenne paloiteltiin vaurioiden tutkimiseksi ja kiinnostavista hitseistä teetettiin hieet hitsien laadun määrittämiseksi. Lisäksi yhdestä sopivasta hitsistä tehtiin replika, joka myöhemmin skannattiin ja liitettiin muun muassa osaksi lujuuslaskentamallia. Hitsien laatu pyrittiin ottamaan huomioon tulosten tarkastelussa mahdollisimman hyvin ja sen vaikutus väsymiskestävyyteen oli nähtävissä tuloksista. Laskennallisen väsymiskestävyyden määrityksessä hyödynnettiin lujuuslaskentamallia ja IIW:n menetelmiä, erityisesti tehollisen lovijännityksen menetelmää. Lopuksi rakenteen elinikää todellisissa käyttöolosuhteissa pyrittiin arvioimaan väsytyskokeen tulosten ja itse laitteella suoritettujen kenttämittausten perusteella. Yhden vaurioituneen kohdan lähellä oli venymäliuska sekä väsytyskokeessa, että kenttätesteissä. Tämän kohdan eliniän arviointi onnistui melko suoraviivaisesti ja luotettavasti, mutta muiden vaurioituneiden kohtien eliniän arviointiin sisältyi huomattavasti enemmän epävarmuutta. Jatkossa olisi hyvin tärkeää että väsytyskoe suoritettaisiin ennen kenttätestiä, jolloin kenttätestin venymäliuskojen paikat voitaisiin valita väsytyskokeen tulosten mukaan.