Perusaineesta johtuvat hitsausvirheet ovat pääasiassa halkeamia, kuuma- ja/tai kylmähalkeamia.

Transkriptio

1 B.5 Hitsausvirheet 1 B.5.1 Hitsausvirheiden syyt Perusaine Perusaineesta johtuvat hitsausvirheet ovat pääasiassa halkeamia, kuuma- ja/tai kylmähalkeamia. Tavallisimmat syyt kuumahalkeamien syntymiseen ovat teräksen epäpuhtaudet kuten rikki ja fosfori. Ne hitsausprosessit, joilla sulatetaan suuria määriä perusainetta ( = suuri sekoittumisaste), aiheuttavat sen vuoksi enemmän kuumahalkeamia kuin muut hitsausprosessit. Kuumahalkeamat Esimerkkinä voidaan vertailla sekoittumisastetta jauhekaarihitsauksessa, mikä on 60-80%, verrattuna MAG-hitsauksen 30-50% ja puikkohitsauksen 20-40%. Seostamattomille teräksille on kaava kuumahalkeamariskin (UCS) ennustamiseen. Kaava on seuraavanlainen: UCS = 230xC + 190xS + 75xP + 45xNb - 12xSi - 5,4xMn 1 C = hiili S = rikki P = fosfori Nb = niobi Si = pii Mn = mangaani Jos USC on < 10 on halkeamariski vähäinen Jos USC on > 30 on halkeamariski suuri. Kylmähalkeamat, eli vetyhalkeamat syntyvät tavallisesti muutosvyöhykkeessä palonalaisina reuna- tai juurihalkeamina, useimmiten sularajojen vieressä tai niiden suuntaisina. Kylmähalkeamat syntyvät 100 o C 150 o C lämpötiloissa tunteja, jopa kymmeniä tunteja hitsauksen jälkeen. Kylmähalkeamavaara lisääntyy, kun aineenpaksuus, hiilipitoisuus ja hitsiaineen vetypitoisuus kasvavat ja lämmöntuonti vähenee. Kylmähalkeamavaaraa pienennetään esikuumentamalla, käyttämällä kuivia lisäaineita ja puhtaita railoja. Hitsausprosessi Kuten edellä on esitetty aiheuttavat eri hitsausprosessit erilaisia sekoittumisasteita. Mutta ei vain hitsausprosessin valinnalla ole merkitystä. Itse hitsaustapahtuma merkitsee myös paljon. Parametrien valinta, hitsausnopeus, hitsausasento jne. voivat aiheuttaa hitsausvirheitä.

2 Hitsaaja 2 Hitsaajan vaikutus hitsausvirheisiin riippuu hitsaajan ammattitaidosta ja kokemuksesta. Hitsausohjeessa (WPS) on määritetty hitsausprosessi ja raja-arvot hitsausvirralle ja jännitteelle sekä käytettäville suojakaasuille. Lisäksi tarvittava esikuumennus. Käsinhitsauksessa jää kuitenkin hitsaajan vastuulle kuljetusnopeus, polttimen/ puikon asento samoin polttimen liikkeet. Lisäksi hitsaajan on huolehdittava railon puhtaudesta, olosuhteiden vaikutuksesta esim. ilmavirtaukset ja lisäaineiden oikeasta käsittelystä. Käsinhitsauksessa tyypillisimpiä hitsausvirheitä ovat; Liitosvirheet esiintyvät paksulla levyillä railojen kyljissä ja palkojen välissä. Reunahaavat ja pintapalon valumat syntyvät usein vääristä hitsausparametreistä tai väärästä polttimen/ puikon asennosta. Kuumahalkeilu, esiintyy jäykillä rakenteilla ja käytettäessä suuria hitsausarvoja ja kun hitsin korkeus on suurempi kuin hitsin leveys. Huokoset syntyvät usein epäpuhtauksista railossa, ilmavirtauksista tai väärästä kaasuvirtauksesta. Hitsausroiskeiden syntyyn vaikuttaa hitsausparametrit ja polttimen/ puikon asennot. Hitsausvirheiden luokittelusta ja niiden esiintymisestä on standardissa Railomuoto Railomuodoilla on merkitys edellä mainittuihin hitsausvirheisiin. Kapea railokulma paksuilla materiaaleilla voi johtaa kuumahalkeaman syntyyn. Leveä railokulma paksulla materiaaleilla aiheuttaa rakenteeseen suuria hitsausjännityksiä ja taipumia. Lisäksi railon valintaan vaikuttaa materiaalin paksuus, hitsausprosessi ja perusaine. Hyvälle railolle asetettavia vaatimuksia liittyvät: - Railokulmaan - Ilmarakoon - Juuripinnan korkeuteen - Railopinnan laatuun - Puhtauteen Terästen railomuodot esitetään standardissa B.5.2 Katsaus eri hitsausvirheisiin ja niiden syihin Tässä on kuvattu tavallisimmat hitsausvirheet ja niiden syyt. Hitsausvirheet on selitetty siinä järjestyksessä kuin ne esiintyvät standardissa Hitsaus ja lähiprosessit. Geometristen hitsausvirheiden luokittelu metallisissa materiaaleissa. Osa 1: Sulahitsaus. Hitsausprosessit, jotka tässä kuvataan, ovat puikkohitsaus, MAG-hitsaus umpilangalla ja MAGtäytelankahitsaus sekä TIG-hitsaus. Useimmilla hitsausvirheillä on kirjainkoodi, joka juontaa juurensa International Institute of Welding (IIW:n) kokoelmaan Collection of Reference Radiographs. Halkeamat Halkeama on virhe, joka muodostaa paikallisen murtuman ja joka syntyy jäähtymisen tai jännitysten johdosta.

3 3 Halkeamat ovat hyvin vakavia hitsausvirheitä, jotka aina hitsauskokeessa ja yleensä tuotantohitsauksessa johtavat hylättyyn tulokseen. Taulukko: Ryhmä 1: Halkeamat hitsausvirheen kuvaukset Toimenpiteet hitsausvirheiden Ea Eb E Ec Pitkittäishalkeamat hitsiaineessa. Pitkittäishalkeamat sularajalla Pitkittäishalkeamat muutosvyöhykkeessä Pitkittäishalkeamat perusaineessa Poikittaishalkeama hitsiaineessa Poikittaishalkeama muutosvyöhykkeessä Poikittaishalkeama perusaineessa Säteittäis- tai tähtihalkeamat sekä halkeamaryhmät hitsiaineessa. Säteittäis- tai tähtihalkeamat sekä halkeamaryhmät muutosvyöhykkeessä Säteittäis- tai tähtihalkeamat sekä halkeamaryhmät perusaineessa. Pituussuuntainen kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa. Poikittainen kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa. Säteittäinen (tähtihalkeilu) kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa. Useimmat pitkittäishalkeamista ovat ns. kuumahalkeamia. Ne syntyvät siihen osaan hitsistä, mikä jähmettyy viimeksi ts. hitsin keskelle. Usein näkyvissä pinnassa, mutta voi olla myös pinnan alla näkymättömissä. Virheen esiintymistä edesauttavat perusaineen epäpuhtaudet (korkea P-, C- ja/tai S-pitoisuudet) yhdistettynä suureen lämmöntuontiin. Muilla halkeamilla on samat syyt, ts. perusaineen sopimaton analyysi. Poikittaishalkeamat ovat usein kylmähalkeamatyyppisiä. Ne muodostuvat liian pienen hitsausenergian ja hitsin sisäisten jännitysten yhdistelmänä Halkeamat, jotka johtuvat hitsin tai perusaineen karkenemisesta. Kraatterihalkeama johtuu virheellisestä lopetuksesta yhdessä väärin valitun lisäaineen kanssa. Puikko: Käytä emäksiä puikkoja. MAG: Hitsin leveys/syvyys suhde oikeaksi eli > 1. Kaikki: Liian suuri virta tai liian hidas kuljetusnopeus pahentaa asiaa. Kaikki: Hitsausparametrien arvojen lisäys ja hitsin jännitysten pienentäminen oikealla hitsausjärjestyksellä. Kaikki: Ole tarkkana hitsausparametrien kanssa. Vältä nopeaa jäähtymistä hitsauksen jälkeen. Älä koskaan sytytä puikkoa railon vieressä. Puikko/MAG/MIG: Lopeta hitsaus oikealla liikkeellä. Käytä sopivaa lisäainetta. TIG: Käytä jaksotusta oikeaan lopetukseen. 1) Muutosvyöhyke

4 Ea/1011Pitkittäishalkeama hitsissä (kuumahalkeama) Ea/1012 Pitkittäishalkeama sularajalla Ea/ 1013 Pitkittäishalkeama muutosvyöhykkeessä Ea/1014 Pitkittäishalkeama perusaineessa Eb/1021 Poikittaishalkeama hitsiaineessa (kutistumishalkeama) Eb/1023 Poikittaishalkeama muutosvyöhykkeellä Eb/1024 Poikittaishalkeama perusaineessa 4 E/1031 Halkeamaryhmä hitsiaineessa Eb/1033 Halkeamaryhmä muutosvyöhykkeellä Eb/1034 Halkeamaryhmä perusaineessa Ec/1045 Pituussuuntainen kraatterihalkeama Ec/1045 Pituussuuntainen kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa KUVAT: Esimerkkejä halkeamista. Ontelot Ec/1046 Poikittainen kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa Ec/ Säteittäinen kraatterihalkeama palon lopetuskohdassa Onteloita voi syntyä joko kaasuista tai kutistumisesta. Huokosiksi kutsutaan kaasujen aiheuttamia onteloita ja niitä on olemassa monenlaisia. Tässä esitellään vain neljä. Kutistumisontelot syntyvät, kun materiaali ei pääse vapaasti kutistumaan. Tästä syntyy esimerkiksi hitsin lopettamiskohdassa imuontelo. TAULUKKO: Ryhmä 2: Ontelot. Aa Ab hitsausvirheen kuvaukset Huokonen, joka on oleellisesti pallomainen. Pitkänomainen suuri huokonen Huokoset syntyvät epäpuhtauksista railossa ja/tai lisäaineessa, riittämättömästä kaasusuojasta, liian pitkästä valokaaresta, väärästä napaisuudesta jne. Aloitushuokoset voivat syntyä hitsauksen alkaessa ennen kuin lisäaine on ehtinyt muodostaa kaasusuojausta ohjaajan kraatterin Huokosryhmä K Imuontelo (paippi) Imuontelo syntyy kutistumisesta palon lopetuskohtaan, jos hitsaus päätetään virheellisellä lopetustekniikalla. Toimenpiteet hitsausvirheiden Kaikki: Railopintojen ja lisäaineiden tulee olla puhtaita ja kuivia. Hitsaus pitää suorittaa oikealla napaisuudella. Sytytä lisäaine hitsauksen aloituskohdan edessä ja siirry taaksepäin railossa niin vältät aloitushuokoset. MAG/TIG: Tarkista kaasuvirtaukset Kaikki: Päätä hitsaus kuljettamalla valokaarta hieman taaksepäin ja lopeta valmiin hitsin päällä ja täytä kraatteri. TIG: Käytä slope-toimintaa, eli virran pienentämistä. Aa/2011Yksittäinen huokonen Aa/2013 Huokosryhmä Ab/2015 Pitkänomaisia huokosia

5 5 KUVA: Esimerkkejä huokosista ja niiden syistä. Esimerkkejä kutistumisonteloista K/2024 Imuontelo K/2025 Avoin imuontelo Sulkeumat Sulkeumat voivat olla hitsiaineeseen jääneitä vieraita aineita kuten kuonaa, oksideja, metallia jne. TAULUKKO: Ryhmä 3: Sulkeumat hitsausvirheen kuvaukset Toimenpiteet hitsausvirheiden Ba Bb Kuonasulkeuma on kuonaa, joka on jäänyt sulaan sen jähmettyessä. Se voi esiintyä jonossa tai hajallaan. Huolimattomuus kuonan poistossa. Muodostunut kuona yhdistettynä virheelliseen palkogeometriaan monipalkohitsauksessa. Liian hidas etenemisnopeus ja/tai liian alhaiset hitsausparametrien arvot. Kaikki: Kuona on poistettava huolellisesti kaikissa yhteyksissä Vältä kuparia (kukkuraisia) hitsejä. Hitsaa oikeilla parametreillä (ei liian alhaisilla arvoilla). J H Oksidisulkeuma tai oksidikalvo. Metallisulkeuma. Sen materiaalin voi olla volframi tai Riittämätön pintojen puhdistus. MAGhitsauksessa puutteellinen puhdistus hitsauspalkojen välissä. Volframisulkeuma syntyy TIGhitsauksessa liian suuresta hitsausvirrasta tai elektrodin kärjen tarttumisesta sulaan ja murtumisesta. TIG: Vaihda suurempaan elektrodiin, jos pitää käyttää suurempaa virtaa kupari Kuparisulkeuma voi johtua kuparisesta juurituesta.

6 6 Kuperat hitsit ovat suuri riski kuomasulkeumille. Esimerkkejä sulkeumista BA/301Kuonasulkeuma Koverat hitsit tekevät hitsin hionnan ja muun toimenpiteen tarpeettomaksi. Liitosvirhe ja vajaa hitsautumissyvyys Liitosvirhe on epätäydellinen liittyminen hitsiaineen ja perusaineen tai hitsauspalkojen välillä. Vajaa hitsautumissyvyys esiintyy hitsin juuressa ja näkyy juurenpuolelta (yhdeltä puolelta hitsaus) tai on piilossa hitsin sisällä (molemmilta puolilta hitsaus). TAULUKKO: Ryhmä 4: Liittymävirheet (liitosvirheet ja vajaa hitsautumissyvyys) C hitsausvirheen kuvaukset Liitosvirhe railon kyljessä. Liitosvirhe palkojen välissä. D 402 Vajaa hitsautumissyvyys tarkoittaa, että hitsi ei ole täydellisesti läpihitsautunut. Liitosvirheet ovat tavallisia MIG/MAG- ja kaasu- hitsauksessa ja johtuvat railon kylkien tai alapuoleisen palon epätäydellisestä sulamisesta. Virheellinen tai epätäydellinen railomuoto (väärä railokulma, liian pieni ilmarako, liian suuri juuripinnan korkeus) Riittämätön railon valmistus hitsaukseen toiselta puolelta. Toimenpiteet hitsausvirheiden Puikko: Aika harvinaista. Voi muodostua jos railogeometria on virheellinen esim. hitsattaessa päittäisliitosta vaaka-asennossa (PC). MAG: Riittämättömät parametrit, virheellinen pistoolin asento, hitsaus alaspäin tai pienahitsejä. Kaikki: Huolellinen railon valmistus on tärkeä toimenpide kaikissa hitsauksissa. Jos juuri avataan, niin täytyy katsoa, että kaikki virheet poistetaan. Hiottaessa/taltattaessa; katso, että juuresta tulee riittävän leveä. On helppoa hioa virheet piiloon. C/4011Liitosvirhe railon kyljessä C/4012 Liitosvirhe palkojen välissä Esimerkkejä liitosvirheistä

7 7 Riittämättömät hitsausparametrit voivat aiheuttaa vajaan hitsautumissyvyyden. KUVAT: Esimerkkejä vajaasta hitsautumissyvyydestä. Muotovirheet Muotovirheellä tarkoitetaan hitsin ulkopinnan virheellinen muoto tai hitsausliitoksen epätäydellinen geometria. Taulukko: Ryhmä 5: Muotovirheet hitsausvirheen kuvaukset Toimenpiteet hitsausvirheiden F Reunahaava on hitsauksen aiheuttama epäsäännöllinen ura palon reunassa perusaineessa tai edellisessä palossa. Virheellinen lisäaineen kuljetus, virheelliset hitsausparametrit tai virheellinen puikon /hitsauspistoolin kallistus Kaikki: Katso, että puikon/hitsauspistoolin kallistus on oikein. Hitsaa oikeilla parametreillä. Ole erityisen tarkkaavainen hitsattaessa vaaka-asennossa. F Liian suuri kuvun korkeus päittäishitsin pinnan puolella. Liian suuri kuvun korkeus pienahitsissä Virheellinen hitsin geometria ts. hitsin muoto on väärä. Kaikki: Liian hidas kuljetusnopeus tai liian alhaiset hitausparametrien arvot. Virheellinen palkosuunnittelu. Puutteelliset merkinnät Liian suuri a-mitta Liian pieni a-mitta Kateettipoikkeama Pintapalon valuma Pohjapalon valuma Virheellinen kuljetusnopeus aiheuttaa virheellisiä hitsin muotoja. Puikon/pistoolin väärä asento. Liian suuret hitsausparametrit. Virheellinen railo (esim. liian suuri ilmarako). Kaikki: Vaatii harjoittelua antaa hitsille oikea koko. Kiinnitä huomiota puikon/ pistoolin kaltevuuteen. Kaikki: Hitsaa oikeilla hitsausparametreillä - ei liian suurilla. Ole tarkkana railon kanssa, tarkista, että raot ja kulmat ovat oikein. Älä hitsaa liian lähellä juurta yksipalkohitsauksessa tai pohjapalkoa hitsattaessa. Puutteelliset merkinnät Tasomainen sovitusvirhe Vajaa kupu Epäsäännöllinen hitsin leveys Virheellinen railo. Virheellinen hitsausnopeus/palkosuunnitelma. Puutteelliset hitsaustaidot. Kaikki: Katso, että hitsattavat osat ovat samassa tasossa. Kaikki: Kiinnitä huomiota railon reunoihin, että hitsi pysyy railossa. Hitsauksen pitää

8 514 Epätasainen hitsin pinta. tapahtua railossa Vajaa juuri on kutistumisen aiheuttama laakea ura päittäishitsin juuressa Virheelliset hitsausparametrit. Virheellinen railo. Väärä puikon/pistoolin kallistus. Liian pitkä valokaari. Kaikki: Ongelma muodostuu tavallisesti hitsausasennossa PE eli lakihitsauksessa. Ole tarkkana railon kanssa. Älä kallista puikkoa/ pistoolia liikaa menosuuntaan. Käytä mahdollisimman lyhyttä valokaarta. Puikko: Jos hitsausohje ja puikko sallii; niin yritä hitsata tasavirralla ja miinusnavassa. F/5011 Reunahaava Terävä reunahaava on murtuman lähtökohta ja pidetään vakavana hitsausvirheenä. Matalat ja pyöreät reunahaavat voidaan sen sijaan hyväksyä. 502 Korkea kupu päittäishitsissä 1) normaali 503 Korkea kupu pienahitsissä 1) normaali 5213 Liian pieni a-mitta. 1) nimellinen paksuus 2) todellinen paksuus 5214 Liian suuri a-mitta 1) nimellinen paksuus 2) todellinen paksuus 512 Kateettipoikkeama 1) nimellinen muoto 2) todellinen muoto 515 Vajaa juuri Pintapalon valuma 5062 Juuripalon valuma

9 9 507 Sovitusvirhe 511 Vajaa kupu. Muotovirheet Muut virheet (epäjatkuvuudet ja muotovirheet, joita ei voida luokitella edellä esitettyihin luokkiin) Tähän ryhmään kuuluvat hitsausvirheet, joita ei selvästi voida luokitella, mutta joilla kuitenkin voi olla hyvin suuri merkitys hitsauksen lopputulokselle ja hitsaustuloksen arvioinnille. Useimmat näistä virheistä voidaan täydellä syyllä pitää hitsaajan huolimattomuudesta tai tietämättömyydestä johtuviksi. TAULUKKO: Ryhmä 6: Muut hitsausvirheen kuvaukset Toimenpiteet hitsausvirheiden 601 Sytytysjälki Hitsaajan huolimattomuus Kaikki: Sytytä aina valokaari railossa älä koskaan kappaleen pinnasta railon vierestä. 602 Roiskeet Väärät hitsausparametrit, liian pitkä valokaari. Puikko: Hitsaa oikean pituisella valokaarella ja sopivalla virralla MAG: Laske jännitystä tai langansyöttönopeutta. 603 Viottunut pinta Pintavirheitä aiheutuu hitsattujen jäykisteiden, kiinnikkeiden jne poistamisesta. Kaikki: Kaikki hitsatut apuvälineet poistetaan siten, että apuhitsit leikataan kokonaan tai osittain auki ja sitten murretaan varovasti irti. Jos pinnat työkappaleessa yhä ovat vahingoittuneet, hitsaa virheet umpeen ja hio tasaiseksi. 604 Hiontajälki Hionnan aiheuttama pinnan paikallinen vaurioituminen. Kaikki: Varovaisuutta hiontaan niin että hiontajälkiä ei synny. 605 Talttausjälki Taltan tai muun työkalun aiheuttama pinnan paikallinen vaurioituminen. Kaikki: Poista kuona ja muut epäpuhtaudet huolellisesti siten, että talttausjälkiä ei synny.

10 606 Liiallinen hionta Työkappaleen hionta niin paljon, että sen paksuus tulee liian pieneksi. 10 Kaikki: Älä koskaan hio perusainetta liian ohueksi. Jos niin kuitenkin käy, korjaa vajaus hitsaamalla. Huom. Ota hitsausohje huomioon. B.5.3 Hitsausvirheiden vaikutus tuotteen valmistukseen Tuotteen valmistuksen yhteydessä syntyvät hitsausvirheet aiheuttavat lisäkustannuksia. Suoria kustannuksia ovat työaika (palkat) ja lisäaine kustannukset. Välillisiä kustannuksia ovat valmistuksen myöhästyminen. Ohuilla materiaaleilla ja erityisesti alumiinilla ja ruostumattomilla teräksillä tulee ongelmia ulkonäkölaadun kanssa. Näillä materiaaleilla lämpölaajenemisesta johtuen korjattuihin kohtiin syntyy paikallisia jännityksiä ja ne aiheuttavat rakenteeseen näkyviä muodonmuutoksia. B.5.4 Hitsausvirheiden vaikutus tuotteen väsymiskestävyyteen Hitsin geometrialla on erittäin tärkeä merkitys väsymiskestävyyden kannalta. Geometrisistä virheistä pahimpia ovat, sovitusvirheet, jyrkkä liittymä (korkea kupu) ja alkusärö (reunahaava). Tutkimuksissa on selvitetty että normaalissa hitsauksessa syntyy pieni alkusärö (reunahaava) hitsin ja perusaineen liittymäkohtaan. Normaalisti se on n. 0.2 mm mutta voi olla suurempikin. Korkeasta kuvusta ei tasaisella kuormalla ole suurempaa haittaa. Korkean kuvun mukana esiintyvä jyrkkä liittymä perusaineeseen vaikuttaa väsyttävästi kuormitetussa rakenteessa jännitysvaihtelukertojen romahtamiseen. Lisäksi kun otetaan hitsauksessa syntyvä alkusärö huomioon on laskemalla saatu Wöhler käyrästöä apuna käyttäen esimerkki taulukko jännitysvaihtokerroista, kun jännitystaso on n. 100 N/mm² Kuvun liittymäkulma Jännitysvaihtokerrat 0,2 mm alkusärö 0,4 mm alkusärö 180 tasaiseksi hiottu n n n Taulukko on suuntaa-antava mutta tästä voidaan päätellä, että särön kasvu yhdessä liittymäkulman kanssa voi pudottaa jännitysvaihtokertojen lukumäärän murto-osaan Sovitusvirheellä (levyt ristissä) ei ole suurta merkitystä tasaisella kuormalla, mutta ovat merkittäviä vaihtelevasti eli väsyttävästi kuormitetuissa rakenteissa. On laskettu, että esim. 10 mm levyssä oleva 1 mm sovitusvirhe jännitystasolla 100 N/mm² pudottaa väsymiskestävyyden puoleen suunnitellusta. Esim jännitysvaihtoa putoaa kertaan.

11 11