Hitsaustekniikka 3/2011 - page 28

3/2011
[
]
26
kasvuun ei ole varauduttu. Tällöin yksi, tai
usein yhtäaikaisesti kaksi halkeamatekijää
on korostunut ja johtanut kylmähalkeami-
seen. Riskiä tällaisen tapahtumiseen lisää
de facto se, että varotoimenpiteet eivät
myöskään ole yhtä ” purevia” kuin jonkin
verran korkeammalla riskitasolla. Ajatellaan-
pa, mitä
ΣI
att
-arvolle tapahtuu, jos pienin
lämmöntuonnein (~1 kJ/mm) hitsattaessa
esikuumennuslämpötila nostetaan 50
75 °C (
Δ
+25 °C), verrattuna tilanteeseen
jossa se nostetaan 100
125 °C (
Δ
+25
°C). Edellisen antama hyöty
ΣI
att
-tekijään
on tyypillisesti noin +15 N/mm
3/2
– jälkim-
mäisen + 45 N/mm
3/2
eli kolmikertainen.
Tämä luonnollisesti johtuu vedyn diffuusi-
on voimakkaasta lämpötilariippuvuudesta:
poistumisedellytykset lähtöjään korkeassa
lämpötilassa ovat matalaa paljon paremmat.
Edellisen perusteella juuri HT -lehden artik-
kelissa käsitellyn kaltaisissa tilanteissa (riski
matalahko, mutta selvästi olemassa) tulee
olla erityisen huolellinen valittaessa riskin
arvioinnissa ja välttämisessä tarvittavien
laskentaparametrien arvoja. Tästä syystä
tuomme lopuksi esiin muutamia ’suden-
kuoppia’ kolmesta VTT-Osaka -menetelmän
käyttämästä keskeisestä parametrista: F
I
,
H
0
sekä H
R100
(~ t
15/1
).
Artikkelin kirjoittajat kertovat käyttäneensä
”railogeometrioissa keskimääräistä railotyy-
pin ankaruusparametria”. FI -parametrin arvo
ei kuitenkaan riipu ainoastaan railogeomet-
riasta, vaan myös muista paikallisista geo-
metrisistä tekijöistä. Niiden vaikutus otetaan
VTT-Osaka -menetelmässä huomioon kolmel-
la korjauskertoimella [1]. Näiden avulla korja-
taan kulloistakin tilannetta vastaavaksi F
I
:n
”standardiarvo”, jona pidetään ko. railogeo-
metrialle FEM -laskettua taulukkoarvoa, vrt.
[2]. Kokemuksen kasvaessa F
I
:n määritys
tapahtuu kuitenkin helpoimmin käyttämällä
korjauksen referenssinä geometrialtaan lä-
hintä käytännön hitsiä, jonka F
I
on kyseisen
railomuodon tapauksessa määritetty. Levyn
paksuutta lukuun ottamatta nämä korjaus-
tekijät kuvaavat pohjapalon geometriaa. Täl-
laisten tekijöiden arvoihin liittyy käytännön
hitsauksessa satunnaisvaihtelu. Yhdessä
ja samassakin hitsissä F
I
-parametrin arvot
vaihtelevat paikallisesti, minkä seurauksena
’pahin tapaus’ tulisi tietää – tämä kuitenkin
edellyttäisi jälkimetallografista hitsipalon
muodon tutkimusta useista poikkileikkaus-
hieistä, vrt. [12]. Keskimääräistäminen ’pa-
himman tapauksen’ sijasta on siten oikeu-
tettua, jos ja vain jos em. satunnaisvaihtelu
otetaan huomioon varmuustekijässä s.f.
Eri railomuotojen osalta jää F
I
:n satunnais-
vaihtelu halkeamariskin kannalta ankaralla
½-V -railolla onneksi selvästi pienemmäksi
kuin X -railolla. Käytännön railomuotoja suu-
remmaksi F
I
:n hajonta on puolestaan todettu
ns. pikku-y eli vino-y -railolla, jota käytetään
Tekken -halkeamakokeessa. VTT ja Osakan
yliopisto ovatkin ryhtyneet käyttämään sään-
nönmukaisesti F
I
-parametrin tarkkaa jälkime-
tallografista määritystä hitsaamilleen Tekken
-koekappaleille, vrt. [12]. Näin varmistetaan
sekä tulosten tulkittavuus että niiden luo-
tettavuus.
Käyttämällään ” railotyypin keskimääräisellä
ankaruusparametrillä” artikkelin kirjoittajat
tarkoittanevat VTT-Osaka -menetelmää kehi-
tettäessä koottua aineistoa. Tuo aineisto pai-
nottuu kuitenkin nyt tarkasteltua suurempiin
aineenpaksuuksiin ja hitsausenergioihin. Tä-
män aiheuttama virhe jäisi marginaaliseksi,
jos kyse olisi pelkästään ainepaksuuserosta
ja hitsipalon korkeus h
w
pysyisi muuttumatto-
mana. Tällöin aineenpaksuuden oheneminen
”vetäisi” F
I
:n arvoa alaspäin ja palonkorke-
us / levynpaksuus-suhteen (h
w
/ h) kasvu
ylöspäin – suunnilleen tasaväkisesti. Ero
käytetyssä hitsausenergiassa aiheuttaa kui-
tenkin palon korkeuteen h
w
selvän eron. VTT-
Osaka -datassa keskimääräinen pohjapalon
korkeus h
w
ylittänee 1,5–2 mm:llä sen arvon,
joka saataisiin kirjoittajien tarkastelemalla
0,9 kJ/mm:n lämmöntuonnilla. Karkeasti ar-
vioituna tämä tarkoittaa, että esimerkiksi ½
V-railon tapauksessa F
I
-arvo pienenee VTT-
Osaka -datan keskimääräisestä arvosta, n.
0,9 tasoon 0,7–0,75. Voidaan ehkä sanoa,
että onneksi kirjoittajat tätä kautta saivat
varmuuslisän, joka ilmeisesti jäi tekemättä
F
I
-parametrin tilastollisen luonteen pohjalta.
Artikkelin kirjoittajien menettely tarkastella
esikuumennustarvetta kahdella eri jäykkyys-
tasolla puoltaa paikkaansa. Lyhyiden hitsien,
kuten silloitusten tapauksessa R
F
-arvo voi
nousta jopa tasolle 700 . h (N/mm
2
), kun se
pitkissä hitseissä harvoin ylittää tasoa 400
. h (N/mm
2
). Kirjoittajien olisi ollut kuitenkin
syytä kertoa, mihin R
F
-arvoihin heidän esi-
kuumennussuosituksensa viittaavat. Lisäksi
artikkelin taulukon 3 (lyhyet hitsit) osalta olisi
mielenkiintoista tietää, ollaanko tässä tapa-
uksessa tilanteessa, jossa hitsin poikittainen
nettojännitys
σ
net
on saavuttanut hitsiaineen
myötörajan, jolloin siitä tulisi esikuumennus-
tarpeen mitoittava tekijä.
Hitsin lähtövetypitoisuus H
0
kuvaa VTT-Osaka
-menetelmässä samaa asiaa kuin standar-
dissa SFS-EN 1011-2 käytetty suure H
D
.
Käytetty mittausmenetelmä ja -yksikkö vain
poikkeavat toisistaan: [cm
3
/100g FM, Osa-
ka] vs. [cm
3
/100g DM, ISO 3690], mutta em.
vetypitoisuudet on keskinäisen korrelaation
pohjalta laskennallisesti muutettavissa toi-
siaan vastaaviksi.
Lähtövetypitoisuuden pienentäminen on
sinänsä erittäin kustannustehokas keino
kylmähalkeamariskin vähentämiseen. Mah-
dollisuudet tähän kaikilla kaarihitsauksen
keskeisillä prosesseilla ovat parantuneet
todella merkittävästi vuosien saatossa, ku-
va 7. Kiitos tästä lankeaa lisäaineiden val-
mistajien uutteralle kehitystyölle. Erityisen
merkillepantavaa on, että ainakin parhaat ru-
tiiliasentolangat haastavat tänä päivänä niin
hitsiaineen vetytason kuin iskusitkeydenkin
osalta perinteisesti näiltä osin lyömättöminä
pidetyt emäspuikot.
Tämän kehitystyön seurauksena lanseerat-
tiin vuosituhannen vaihteessa SFS-EN 1011-
2 -standardiin (Hitsaus- Hitsaussuositukset
metallisten materiaalien hitsaukseen. Osa
2: ferriittisten terästen kaarihitsaus) uusi
vetyasteikko E (
3 ml/100 g). Näin mata-
laan vetypitoisuuteen liittyy kuitenkin omat
riskinsä. Jo pitoisuuden luotettava mittaami-
nen on laboratorio-oloissakin vaativa ja eri-
tyistä huolellisuutta edellyttävä toimenpide.
Vetypitoisuuden määrityksen keskihajonta
näin matalilla vetytasoilla kasvaa selvästi
käytettäessä pieniä lämmöntuonteja (~ 1 kJ/
mm). Esimerkiksi artikkelissa käytetyllä VTT-
Osaka -menetelmällä tyypillinen keskihajonta
kasvaa 10 %:sta reiluun 15 %:iin. Tällainen
Kuva 7. Hitsiaineiden vetypitoisuuksia eri lisäaineilla.
1...,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27 29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,...68
Powered by FlippingBook