Säde-, hybridi- ja kitkahitsauksen laatukysymykset

Transkriptio

1 Säde-, hybridi- ja kitkahitsauksen laatukysymykset Hitsauksen laatu päivät Turku, Mika Sirén, VTT Oy VTT beyond the obvious 1

2 Sisältö 1. Kaari- ja sädehitsaus, laserhybridihitsaus a. Sulahitsien laatuvaatimukset b. Säde- ja laserhybridihitsaus c. Hitsausvirheet: Pintavirheet, Sisäiset hitsausvirheet, Hitsausliitokseen kohdistuvat virheet, Useat samassa poikkileikkauksessa esiintyvät virheet 2. Kitkahitsaus pyörivällä työkalulla, Friction Stir Welding, FSW a. FSW-standardit ja -hitsausohje b. FSW-hitsausvirheet: pinta ja juuri, hitsausprosessi, hooking, sisäiset virheet, kauhugalleria 3. Yhteenveto VTT beyond the obvious 2

3 Kaari- ja sädehitsaus, laserhybridihitsaus VTT beyond the obvious 3

4 Sulahitsien laatuvaatimukset Mitkä ovat merkittävimmät erot sulahitsausmenetelmien välillä? Vertailu vain teräksen hitsauksen pohjalta Alumiinilla erot samansuuntaisia? SFS-EN ISO 5817 Hitsaus. Teräksen, nikkelin, titaanin ja niiden seosten sulahitsaus (paitsi sädehitsaus). Hitsiluokat. Welding. Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded). Quality levels for imperfections (ISO 5817:2014) SFS-EN ISO Welding. Laser-arc hybrid welding of steels, nickel and nickel alloys. Quality levels for imperfections (ISO 12932:2013) SFS-EN ISO Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 1: Steel (ISO :1996) VTT beyond the obvious 4

5 Säde- ja laserhybridihitsaus Sädehitseille (laser- ja elektronisuihkuhitsaus) kaksi standardia: Sekä teräksen että alumiinin hitsaukseen (SFS-EN ISO & 2) Kattavat myös lisäaineellisen sädehitsauksen Hybridihitsauksen määritelmä (SFS-EN ISO 12932): Hybridihitsaus on menetelmä, jossa kahta tai useampaa hitsausprosessia käytetään samanaikaisesti samassa hitsisulassa Standardi SFS-EN ISO kattaa laser-kaari-hybridihitsauksen Yleisimmin käytössä laser-mag-hitsaus Standardi kattaa teräksen, nikkelin ja nikkeliseosten hitsauksen VTT beyond the obvious 5

6 Hitsausvirheet 1: Pintavirheet Hitsausvirhe ISO Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO Sädehitsaus ISO kraatterihalkeama Ei sallittu D: sallittu D: sallittu 5011, 5012 reunahaavat B: ei sallittu 3 mm B: lyhyt sallittu Sallittu, max. mitat 5013 juurenpuolen reunahaava B: ei sallittu 3 mm B: lyhyt sallittu Sallittu, max. mitat korkea kupu pinta/juuri Sallittu, max. mitat Sallittu, max. mitat Sallittu, max. mitat 505 jyrkkä liittyminen Raja-arvot päittäis/piena , 5062 valuma pinta / pohja D: sallittu D: sallittu - 509, 511 vajonnut hitsi, vajaa kupu B: ei sallittu 3 mm B: ei sallittu 3 mm Sallittu, raja-arvot 515 vajaa juuri B: ei sallittu 3 mm Väljemmät rajat > 3 mm Sallittu, raja-arvot 517 uudelleenaloitusvirhe D: sallitaan liian suuri a-mitta Sallittu; raja-arvot B ja C , 602 sytytysjälki, roiskeet D: sallitaan - Roiskeet sovelluskoht VTT beyond the obvious 6

7 Hitsausvirheet 2: Sisäiset hitsausvirheet Hitsausvirhe ISO Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO Sädehitsaus ISO , 2011, 2012 huokoset %-osuus pinta-alasta + d max huokoselle 2013 huokosryhmä Huokoset kattavan ympyrän pinta-ala 2014 huokosjono Huokosten d max ja kannaksen leveys 2015, 2016 pitkänomainen ja madonreikähuokonen Raja-arvot h max %-osuus pinta-alasta + väljemmät mm-rajat, d max sama %-osuus pinta-alasta + d max yksittäiselle %-osuus pinta-alasta + d max yksittäiselle Väljemmät rajat, h max sama %-osuus pinta-alasta + l max huokoselle %-osuus pinta-alasta + l max huokoselle + max. väli %-osuus pinta-alasta + l max huokoselle + max. väli sulkeumat Raja-arvot samat Raja-arvot samat Ei relevantti liitosvirheet D: sallittu, rajat samat D: sallittu, rajat samat D: sallittu, tiukemmat rajat 402 vajaa hitsautumissyvyys D: sallittu; osatunkeumapiena ja päittäis-: sallittu C D: sallittu, rajat; 2-puol. osatunkeuma-t: sallittu C - D: täystunkeuma sallittu, rajat samat; osatunkeuma: sallittu, raja-arvot VTT beyond the obvious 7

8 Hitsausvirheet 3&4: Hitsausliitokseen kohdistuvat virheet, Useat samassa poikkileikkauksessa esiintyvät virheet Hitsausvirhe ISO Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO Sädehitsaus ISO sovitusvirheet Kulmapoikkeama ei määr. Kulmapoikkeama määrit. Kulmapoikkeama ei määr. 617 sovitusvirhe pienahitsissä Vain 1-puolinen 1- ja 2-puolinen Ei määritetty; viittaus: 5817 mukaan Poikkeama hitsilinjalta (kohdistus/kallistusvirhe) Useat samassa poikkileikkauksessa esiintyvät virheet (ei ISO ) Projisoitu ala tai poikkipinta-ala pituussuunnassa (ei ISO ) - - Sallittu, raja-arvot + h max 3 mm ei sallittu; > 3 mm raja-arvo + d max yksittäiselle %-osuus tarkastusalueesta tai virheen pituus + kannas 3 mm ei sallittu; > 3 mm raja-arvo + d max yksittäiselle %-osuus tarkastusalueesta tai virheen pituus + kannas VTT beyond the obvious 8

9 Kitkahitsaus pyörivällä työkalulla Friction Stir Welding, FSW VTT beyond the obvious 9

10 Friction Stir Welding, FSW University of North Dakota, Advanced Engineered Materials Center Friction Stir Welding. ( ) Nuclear Engineering International Welding stir-up, ( ) VTT beyond the obvious 10

11 FSW-standardit Hitsausohje on hyväksyttävä ennen tuotantohitsausta Pohjautuu tuotantokelpoiseen alustavaan hitsausohjeeseen (pwps) pwps pohjalta laaditaan hitsausmenetelmän hyväksymispöytäkirja (WPQR) pwps hyväksytään joko menetelmäkokeella (welding procedure test) tai esituotannollisella kokeella (pre-production welding test) WPQR perusteella hyväksytään hitsausohje (welding procedure specification WPS) WPS pätevyysalueet ja toleranssit määritellään tarvittaessa standardien ja/tai kokemuksen pohjalta = Samanlainen periaate ja prosessi kuin sulahitsauksessa! VTT beyond the obvious 11

12 FSW-standardit Standardisarja SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium Osa 1: Sanasto (Vocabulary) Osa 2: Liitosten suunnittelu (Design of weld joints) Osa 3: Operaattorien pätevöinti (Qualification of welding operators) Osa 4: Hitsausohjeet ja niiden hyväksyntä (Specification and qualification of welding procedures) Osa 5: Laatu- ja tarkastusvaatimukset (Quality and inspection requirements) Osa 5: Ei varsinaista laatuluokitusta, vain hyväksytty / hylätty Vrt. sulahitsien laatuluokat D, C, B Ei päde kitkapistehitseille! VTT beyond the obvious 12

13 FSW-hitsausohje Työkalun tunnistaminen (kuva tarvittaessa) Työkalu on merkittävä pysyvästi ja sen kulumista on seurattava Kiinnitysjärjestelyt (kuva tarvittaessa) (p)wps: hitsausparametrit Työkalun pyörimisnopeus [r/min] (Tool motion, rotation speed) Työkalun tunkeuma [mm] tai pystyvoima [kn] (Plunge depth or axial force) Työkalun kallistukulma hitsaussuuntaan [ ] (Tilt angle) Työkalun sivukallistuskulma [ ] (Side tilt angle) Pitoaika ennen hitsauksen aloitusta (kuljetusliike) [s] (Dwell time) Hitsausnopeus [mm/min] (Welding speed) VTT beyond the obvious 13

14 FSW: hitsausvirheet SFS-EN ISO Virhetyyppi Testaus Hyväksymisraja ISO Vajaa hitsautumissyvyys juuressa ME ei hyväksytä - (4021) Korkea juurikupu VT, ME h 3 mm 504 Rajaviivan purse VT, ME määritetään tarvittaessa - Tasomainen sovitusvirhe VT, ME h 0.2t tai 2 mm 507 Vajonnut hitsi / vajaa kupu VT, ME h 0.2 mm + 0.1t (t 2 mm); h 0.15t (t < 2 mm) - (509, 511) Epäsäännöllinen hitsin leveys VT määritetään tarvittaessa 513 Epätasainen hitsin pinta VT määritetään tarvittaessa 514 Ontelo ME d 0.2s tai 4 mm 200 Koukku (hook): rajapinnan kääntyminen ME määritetään tarvittaessa VTT beyond the obvious 14

15 FSW-hitsausvirheet: pinta ja juuri VTT beyond the obvious Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University 15

16 FSW-hitsausvirheet: hitsausprosessi VTT beyond the obvious Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University 16

17 FSW-hitsausvirheet: hooking VTT beyond the obvious Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University 17

18 FSW-hitsausvirheet: sisäiset virheet VTT beyond the obvious Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University 18

19 FSW-hitsausvirheet: kauhugalleria VTT beyond the obvious Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University 19

20 Lopuksi VTT beyond the obvious 20

21 Yhteenveto Laserhybridi- ja muun sulahitsauksen (kaarihitsaus) hitsiluokat ja hyväksymisrajat hyvin samankaltaisia (SFS-EN ISO12932 ja 5817) Hybridille pienat määritelty kattavammin (täys- ja osatunkeuma, 1- ja 2-puolinen) Paikoin väljennyksiä vikakokoihin Sädehitseillä lukumääräisesti vähemmän hyväksymiskriteerejä/-rajoja Sovelletaan tarvittaessa osin myös SFS-EN ISO 5817, erityisesti pienoilla FSW-hitsausohjeen hyväksyntäprosessi samankaltainen kuin sulahitseillä FSW-standardi ei määritä hitsiluokkia: vain hyväksytty tai hylätty Standardit kattavasti saatavilla, mutta vain alumiinille ( soveltaen muillekin?) Kiitokset: prof. Pedro Vilaça, Aalto-yliopisto VTT beyond the obvious 21

22 Lähteet Tulokset Kujanpää, Veli; Kortelainen, Olli; Ion, John; Vartia, Pekka; Hyppölä, Tero Laser- ja EB-hitsien menetelmäkokeet. Espoo, VTT. 259 s. VALB 168 Mononen, Jukka; Savolainen, Kati; Saukkonen, Tapio; Hänninen, Hannu; Api, Marko; Keinänen, Heikki; Martikainen, Hannu; Tervo, Jyrki; Sirén, Mika Friction Stir Welding, STIR - Final report. Teknillinen korkeakoulu, koneenrakennustekniikan laitos, Espoo. 100 p. TKK Raportti K-2/08 Kuvat Nuclear Engineering International Welding stir-up, ( ) University of North Dakota, Advanced Engineered Materials Center Friction Stir Welding. ( ) VTT beyond the obvious 22

23 Lähteet Esityksessä käytetyt standardit: SFS-EN ISO Welding. Laser-arc hybrid welding of steels, nickel and nickel alloys. Quality levels for imperfections (ISO 12932:2013) SFS-EN ISO (Hitsaus. Elektronisuihku- ja laserhitsatut liitokset. Hitsiluokat. Osa 1: Teräs.) Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 1: Steel (ISO :1996) SFS-EN ISO (Hitsaus. Alumiinin sädehitsaus. Hitsiluokat.) Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 2: Aluminium and its weldable alloys (ISO :2003) SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium. Part 1: Vocabulary (ISO :2011) SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium. Part 2: Design of weld joints (ISO :2011) SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium. Part 3: Qualification of welding operators (ISO :2011) SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium. Part 4: Specification and qualification of welding procedures (ISO :2011) SFS-EN ISO Friction stir welding. Aluminium. Part 5: Quality and inspection requirements (ISO :2011) VTT beyond the obvious 23

24 Lähteet Muita standardeja: SFS-EN ISO Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedures specification. Part 3: Electron beam welding (ISO :2004) SFS-EN ISO Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedures specification. Part 4: Laser beam welding (ISO :2009) SFS-EN ISO Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedure specification. Part 6: Laser-arc hybrid welding (ISO :2013) SFS-EN ISO Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedure test. Part 11: Electron and laser beam welding (ISO :2002) SFS-EN ISO Hitsaus. Alumiinin ja alumiiniseosten kaarihitsaus. Hitsiluokat (ISO 10042:2005) SFS-EN ISO Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 2: Aluminium and its weldable alloys (ISO :2001) VTT beyond the obvious 24

25 Kiitos! VTT beyond the obvious 25