1 2009 HITSAUS UUTISET GLOBAL SOLUTIONS FOR LOCAL CUSTOMERS EVERYWHERE Kuumalujaa hitsausta Kapearailohitsaus
2 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Tuulivoima ja ESAB 1 2009 HITSAUS UUTISET Tuulienergia kasvaa vauhdilla ja tuulivoimateollisuudesta on tullutkin yksi nopeimmin kasvavista toimialoista maailmassa. Kasvuvauhti on noin 25 % vuodessa. Taustalla on EU:n direktiivi uusiutuvan energian käytöstä ja sen lisäämisestä Euroopassa sekä toisaalta ilmaston yleinen lämpeneminen. Suomessa hallitus hyväksyi marraskuussa 2008 energiapoliittisen ohjelman, jonka mukaan tavoitteena on nostaa uusiutuvan energian osuus 38 %:iin. Tämä edellyttää tuulienergian käytön voimakasta lisäämistä. Suomi on vielä kehitysmaa tuulienergian hyväksikäytössä. Vuonna 2008 Suomessa toimivan noin 120 tuulivoimalan yhteenlaskettu kapasiteetti oli vain noin 140 MW (megawattia), mikä on noin 0,2 % sähkön kokonaiskulutuksesta. Tanskassa se on noin 21 %. Hallituksen asettaman velvoitteen täyttäminen edellyttää, että vuoteen 2020 mennessä on rakennettava tuulivoimaloita niin, että niiden kokonaisteho olisi noin 2000 MW. Määrä vastaa käytännössä noin 1000 tuulimyllyä, jos ne olisivat teholtaan noin 3 MW:n suuruisia. Ruotsissa tavoite merkitsee eräiden arvioiden mukaan 3000-5000 myllyä. Tuulivoimalan tornit ovat lähes puhtaita hitsattuja tuotteita. Torni on putkirakenteinen terästorni, joka koostuu kymmenistä noin 3 m pitkistä renkaista eli lieriöistä ( tummeista ). Suurimmat halkaisijat ovat yli 5 m ja levynpaksuudet reilusti yli 50 m. Korkeimmat tornit ovat nykyään jo yli 100 m ja roottorien läpimitat luokkaa 100 m. Tyypilliset tehot ovat luokkaa 1,5-2,5 MW, vaikka suurempiakin on, jopa yli 5 MW:n tehoista. Hitsausmenetelmä on jauhekaarihitsaus, jolle kilpailijaa ei ole näköpiirissä. Tuottoisin ja uusin jauhekaarimenetelmä on ns. twin-tandem eli kaksoislanka-tandem-jauhekaarihitsaus, jonka ESAB esitteli Essenin hitsausmessuilla 2005. ESABilla on tarjolla tornien valmistajille laaja tuoteohjelma polttoleikkauksesta tuotantolinjoihin, erilaisiin jigeihin ja hitsauskoneisiin sekä lisäaineisiin. ESAB on ylivoimaisesti johtava yritys alalla sekä Euroopassa että USA:ssa. Johtava tuulimyllyjen valmistaja maailmassa on tanskalainen Vestas A/S, joka on perustanut myös USA:han Coloradoon valtavan tehtaan, joka toimiessaan täydellä teholla tulee olemaan maailman suurin. Se merkitsee ESABille myös valtavia laitetoimituksia, mm. polttokoneita, tuotantolinjoja, jauhekaarihitsauskoneita ja hitsaustorneja. Toimitukseen kuuluu myös aivan uudentyyppisiä jauhekaarihitsaustorneja, ns. teleskooppitorni Telbo. 2000-luvun alussa ESAB kehitti myös uuden jauheen tuulimyllyjen valmistajille, OK Flux 10.72, joka yhdessä seostamattoman langan OK Autrod 12.22 kanssa antaa erinomaista iskusitkeyttä vielä -50 C:ssa. HITSAUSUUTISET Nro 1/2009 43. vuosikerta Päätoimittaja Juha Lukkari Toimitussihteeri Tuula Virta Taitto ja painopaikka Painoprisma Julkaisija OY ESAB Ruosilantie 18 00390 Helsinki Puh. (09) 547 761 Faksi (09) 547 7773 www.esab.fi Sähköpostiosoitteet etunimi.sukunimi@esab.fi Jakelu Jaetaan ilmaiseksi hitsauksesta ja leikkauksesta kiinnostuneille. Tilaukset ja osoitteenmuutokset Faksilla: OY ESAB/Hitsausuutiset, (09) 547 7773 tai sähköpostitse esab@esab.fi JUHA LUKKARI
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 3 Sisältö Kuumalujaa hitsausta Miten hitsataan kuumalujia teräksiä sivu 4 Nordic Welding Expo 08 Tampereella Pohjoismaiden suurin hitsausalan messutapahtuma sivu 11 ESAB hitsausmessuilla Tampereella sivu 11 Kemikaaliasetus REACH Euroopan Unionin asetus kemikaaleista sivu 14 Jauhekaarihitsauspäivät Laxåssa Esittelyssä kolmannen sukupolven kaperailohitsauspää sivu 16 Käytännön hitsausmetallurgiaa Ferriitin ristiriitainen rooli sivu 18 MIG/MAG-hitsaus Säätämisen sietämätön helppous sivu 23 Falconilla toiminta tehostuu Suomalaisia tutustumassa jauhekaarikapearailohitsaukseen sivu 16 Plasma- ja kaasuleikkauskone esittelyssä sivu 26 Tuoteuutuuksia Uusien tuotteiden esittely sivu 28 Falcon leikkaa teräslevyjä sivu 26
4 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Kuumalujaa hitsausta Kuumalujien terästen tyypillisiä käyttökohteita ovat kattilat, höyrylieriöt, höyryputkistot, lämmönvaihtimet, eväputkipaneelit, jakotukit, tulistimet ja vetyreaktorit energiantuotantolaitoksilla sekä kemian- ja petrokemianteollisuudessa. Kuumalujilla teräksillä tarkoitetaan teräksiä, joilla on hyvät ja määritellyt lujuusominaisuudet korkeissa käyttölämpötiloissa, riippuen teräslajista aina n. 650 C:seen saakka. Hitsaus on melkein aina mukana tuotteiden valmistuksessa ja asennuksessa. Oikean hitsausmenetelmän, lisäaineen, esikuumennuksen ja jälkilämpökäsittelyn valinta on avainasioita hitsausten onnistumisille ja liitosten ominaisuuksille. 0,5 %:n seosainelisäyksen vaikutus lujuuteen korkeissa lämpötiloissa. Kuumalujien putkiterästen kuumalujuuksia (SFS-EN 10216-2). Käyrät leikkauspisteen vasemmalla puolella ovat kuumamyötörajoja ja oikealla puolella 100 000 tunnin virumismurtolujuuksia. Korkeissa lämpötiloissa vaaditaan teräksiltä: Hyviä kuumalujuusominaisuuksia: - kuumamyötö- ja kuumamurtolujuus - virumisraja ja virumismurtolujuus (Hyvää kestävyyttä hapettumista vastaan) (Hyvää korroosionkestävyyttä) Seostamattomien terästen lujuusominaisuudet korkeissa lämpötiloissa ovat vaatimattomat. Niiden ylimmät järkevät käyttölämpötilat ovat luokkaa 350 C. Seostettujen kuumalujien terästen käyttölämpötilat ovat noin 300-650 C. Hapettuminen ei ole vielä erityisen voimakasta matalissa lämpötiloissa, mutta tulee esille yli n. 550 C:n lämpötiloissa. Korroosionkestävyysvaatimus esiintyy kuumien vesihöyryjen kanssa tekemisissä olevissa laitteissa. Kuumalujuutta parannetaan seosaineilla, joista molybdeeni on tehokkain ja yleisin, kuva vieressä. Se muodostaa raudan kanssa kuumalujuutta nostavia sekakiteitä. Lisäksi teräslajista riippuen muita seosaineita voivat olla kromi, vanadiini, niobi ja typpi. Kromi parantaa ennen kaikkea kestävyyttä hapettumista ja korroosiota vastaan. Niobi, vanadiini ja typpi muodostavat lujittavia karbideja ja nitriidejä. Kromipitoisuus on korkeimpia lämpötiloja varten jopa 12 %. Teräksen lujuus riippuu voimakkaasti lämpötilasta, jonka noustessa lujuus laskee. Kun terästä kuormitetaan vakiolämpötilassa ja vakiokuormalla, niin teräksessä ei tapahdu mitään myötämistä ajan mukana, kun ollaan tietyn teräskohtaisen lämpötilan alapuolella. Tällöin mitoitusperusteena on kuumamyötöraja (0,2- raja), joka saadaan lyhytkestoisessa vetokokeessa ko. lämpötilassa. Terässtandardeissa on annettu lujuusominaisuudet sekä huoneenlämpötilassa että korkeissa lämpötiloissa. Teräslajikohtaisen lämpötilarajan jälkeen tulee hallitsevaksi ajan mukana hitaasti lisääntyvä pysyvä muodonmuutos, kun rakenne on vakiokuormituksen alaisena. Tätä myötämistä kutsutaan virumiseksi. Mitoitusperusteena näissä lämpötiloissa voi olla esim. virumisraja, jolla tarkoitetaan jännitystä, joka aiheuttaa tietyssä lämpötilassa ja tietyn ajan jälkeen tietyn suurui-
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 5 sen pysyvän venymän, esim. 1 %, tai virumismurtoraja. Aika voi olla esim. 100 000 tuntia (n. 10 vuotta) tai 200 000 tuntia (n. 20 vuotta). Mitoitus virumislujuuden mukaan alkaa kuumamyötölujuuden ja virumislujuuden leikkauskohdan jälkeen, kuva edellisellä sivulla. Kuumalujien terästen standardeissa on annettu nämä lujuusarvot. Esim. 1: Teräksen P355GH lujuusarvoja (SFS-EN 10028-2): Myötöraja tai 0,2-raja (16-40 mm): +20 C: 345 MPa +50 C: 334 MPa + 200 C: 267 MPa + 400 C: 190 MPa 1 % -virumisraja (100 000 tuntia): +380 C: 153 MPa + 450 C: 59 MPa + 500 C: 29 MPa Kuumalujat teräkset voidaan ryhmitellä eri ryhmiin joko mikrorakenteen tai seostuksen perusteella. Seostuksen perusteella ryhmittely kulkee seuraavasti, jolloin seostuksen kasvaessa kuumalujuus ja hapettumisenkestävyys paranevat: Seostamattomat teräkset: C- ja CMn-teräkset Seosteräkset: Mo-, NiCuMo- ja CrMo-seosteiset teräkset Seosteräkset voidaan ryhmitellä vielä seostuksensa perusteella seuraavalla tavalla: Niukkaseosteiset Mo-teräkset: esim. 16Mo3 Niukkaseosteiset MoV-teräkset: esim. 14MoV6-3 Niukkaseosteiset NiCuMo-teräkset: esim. 15NiCuMo5-6-4 Niukkaseosteiset CrMo-teräkset: esim. 13CrMo4-5 ja 10CrMo9-10 Runsasseosteiset CrMo-teräkset: esim. X10CrMoVNb9-1 ja X20CrMoV11-1 Kuumalujien terästen kehitystyö on voimakasta ja uusia entistä parempia teräksiä tulee markkinoille. Kehitystyötä vauhdittaa erityisesti tarve voimalaitoksissa nostaa käyttöparametrejä, lämpötiloja ja paineita, jotta laitosten hyötysuhteet saataisiin korkeammiksi ja fossiilisten polttoaineiden polttaminen olisi entistä tehokkaampaa. Euroopassa on kuumalujille teräksille omat EN-standardit sekä putkille, levyille että valuille: SFS-EN 10028-2: Painelaiteteräkset. Levytuotteet. Osa 2: Kuumalujat seostamattomat ja seosteräkset SFS-EN 10216-2: Saumattomat painelaiteteräsputket. Osa 2: Kuumalujat seostamattomat ja seostetut teräsputket SFS-EN 10213-2: Painelaiteteräkset. Valuteräkset. Osa 2: Huoneenlämpötilassa ja korkeissa lämpötiloissa käytettävät teräkset Taulukko 1. Valikoima kuumalujia levyteräksiä (SFS-EN 10028-2). Teräslaji C Si Mn Cr Mo Muu Nimike Numero (%) (%) (%) (%) (%) (%) P235GH 1.0345 0,16 0,35 0,60-1,20 0,30 0,08 - P265GH 1.0425 0,20 0,40 0,80-1,40 0,30 0,08 - P295GH 1.0481 0,08-0,20 0,40 0,90-1,50 0,30 0,08 - P355GH 1.0473 0,10-0,22 0,60 1,10-1,70 0,30 0,08-16Mo3 1.5415 0,12-0,20 0,35 0,40-0,90 0,30 0,25-0,35-15NiCuMoNb5-6-4 1.6368 0,17 0,25-0,50 0,80-1,20 0,30 0,25-0,50 Cu: 0,50-0,80 Nb: 0,015-0,045 13CrMo4-5 1.7335 0,08-0,18 0,35 0,40-1,00 0,70-1,15 0,40-0,60-10CrMo9-10 1.7380 0,08-0,14 0,50 0,40-0,80 2,00-2,50 0,90-1,10 - X12CrMo5 1.7362 0,10-0,15 0,50 0,30-0,60 4,00-6,00 0,45-0,65 - X10CrMoVNb9-1 1.4903 0,08-0,12 0,50 0,30-0,60 8,00-9,50 0,85-1,05 V: 0,18 0,25 Nb: 0,06-0,10
6 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Taulukko 2. Valikoima kuumalujia putkiteräksiä (SFS-EN 10216-2). Teräslaji C Si Mn Cr Mo Muu Nimike Numero (%) (%) (%) (%) (%) (%) P235GH 1.0345 0,16 0,35 1,20 0,30 0,08 - P265GH 1.0425 0,20 0,40 1,40 0,30 0,08-16Mo3 1.5415 0,12-0,20 0,35 0,40-0,90 0,30 0,25-0,35-14MoV6-3 1.7715 0,10-0,15 0,15-0,35 0,40-0,70 0,30-0,60 0,50-0,70 V: 0,22-0,28 13CrMo4-5 1.7335 0,10-0,17 0,35 0,40-0,70 0,70-1,15 0,40-0,60-10CrMo9-10 1.7380 0,08-0,14 0,50 0,30-0,70 2,00-2,50 0,90-1,10 - X11CrMo5 1.7362 0,08-0,15 0,15-0,50 0,30-0,60 4,00-6,00 0,45-0,65 - X10CrMoVNb9-1 1.4903 0,08-0,12 0,20-0,50 0,30-0,60 8,00-9,50 0,80-1,20 V: 0,18-0,25 Nb: 0,06-0,10 N: 0,030-0,070 X20CrMoV11-1 1.4922 0,17-0,23 0,15-0,50 1,00 10,00-12,50 0,80-1,20 Ni: 0,30-0,80 V: 0,25-0,35 Kuumalujien terästen uudet eurooppalaiset terästen merkinnät ovat hyvin samanlaiset kuin vanhat saksalaiset DIN-merkinnät, paitsi seostamattomissa teräksissä, joissa merkinnät ovat toisenlaiset. Kuumalujien terästen tärkein hitsattavuusasia on karkenemistaipumus ja siihen liittyvä vety- eli kylmähalkeilutaipumus. Yleensä teräksen hitsattavuus heikkenee, kun teräksen seostus kasvaa. Usein seostuksen vaikutus hitsattavuuteen (vetyhalkeilutaipumukseen) kuvataan hiiliekvivalentin avulla, joka sisältää eri seosaineiden pitoisuudet. Mitä korkeampi hiiliekvivalentti on, sitä karkenevampi teräs on. Tämä merkitsee kasvavaa esikuumennus- ja jälkilämpökäsittelytarvetta. Toki muitakin hitsausmetallurgisia ongelmia voi olla: mm. myöstöhalkeilu, päästöhaurastuminen ja huono iskusitkeys Tunnetuin hiiliekvivalentin kaava on ns. IIW:n kaava: Mn (Cr+Mo+V) (Ni+Cu) CE(IIW) = C + + + (%) 6 5 15 Esim. 2: Kuumalujien terästen hiiliekvivalenttien arvoja (laskettu standardin SFS-EN 10028-2 enimmäispitoisuuksista). P235GH: max 0,36 % P265GH: max 0,43 % P295GH: max 0,45 % P355GH: max 0,50 % 16Mo3: max 0,42 % 15NiCuMoNb5-6-4: max 0,61 % 13CrMo4-5: max 0,69 % 10CrMo9-10: max 0,98 % Tyypilliset arvot käytännössä voivat olla paljonkin alempia, joten esikuumennusta määritettäessä on syytä käyttää sulatustodistuksen arvoja, jos sellainen on käytettävissä. Yhteenvetona voidaan todeta, että hyvin hitsattavia teräksiä ovat P235GH...16Mo3 ja rajoitetusti hitsattavia teräksiä 15NiCuMoNb5-6-4...10CrMo9-10. Hyvin rajoitetusti hitsattavia teräksiä ovat runsasseosteiset 10-12CrMoteräkset, joille hiiliekvivalentti kaava ei enää sovellu, X10CrMoVNb9-1 ja X20CrMoV11-1, joista X10 on selvästi parempi kuin X20. Useimmat seostetut teräkset ovat niin karkenevia (so. ilmassa karkenevia), että tarvitaan ennen hitsausta esikuumennus, joka on samalla hitsauksen aikaisen välipalkolämpötilan vähimmäisarvo, ja vielä hitsauksen jälkeen jälkilämpökäsittely. Esikuumennus hidastaa hitsin jäähtymisnopeutta estäen karkenemista ja antaen vedylle enemmän aikaa poistua hitsiaineesta. Teräksen seostus, aineenpaksuus, hitsin vetypitoisuus ja lämmöntuonti ovat esikuumennukseen vaikuttavia tekijöitä. Esikuumennus voidaan määrittää standardin SFS-EN 1011-2 (Metallisten materiaalien hitsaussuositukset. Osa 2: Ferriittisten terästen kaarihitsaus) mukaan seostamattomille ja niukkaseosteisille (paitsi kuumalujat seosteräkset) teräksille näiden määritystekijöiden avulla graafi sesti käyrästöistä. Yhteenvetona voidaan sanoa, että teräksille P265GH...16Mo3 esikuumennustarve alkaa aineenpaksuudesta n. 20-30 mm määritettynä SFS-EN 1011-2 mukaan olettaen hieman konservatiivisesti, että hiiliekvivalentti on standardin enimmäisarvo, vetypitoisuus C-asteikko (5-10 ml/100 ml) ja lämmöntuonti 1 kj/mm. Teräkselle P223GH paksuus on luonnollisesti moninkertainen. Seostetuille kuumalujille teräksille standardissa on oma esikuumennustaulukko, jossa vaikuttavat tekijät ovat teräksen seostus (terästyyppi), aineenpaksuus ja hitsin vetypitoisuus, taulukko 3. Lämmöntuonti lienee jätetty pois, jotta taulukko olisi yksinkertaisempi.
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 7 Taulukko 3. Esikuumennus- ja välipalkolämpötilasuositukset kuumalujille seosteräksille (SFS-EN 1011-2). Terästyyppi Aineen- Vähimmäisesikuumennus- ja välipalkolämpötila ( C) Enimmäis- (esimerkki) paksuus välipalko- (mm) Hitsiaineen vetypitoisuus lämpötila ( C) Vetyasteikko D Vetyasteikko C Vetyasteikko B 5 (ml/100 g) 5 10 (ml/100 g) >15 (ml/100 g) 0,3Mo 15 20 20 100 250 (16Mo3) > 15 30 75 75 100 > 30 75 100 ei sovellu 1Cr-0,5Mo 15 20 100 150 300 (13CrMo4-5) ja > 15 100 150 ei sovellu 1,25Cr-0,5Mo 0,5Cr-0,5Mo-0,25V 5 100 150 ei sovellu 300 > 5 100 200 ei sovellu 2,25Cr-1Mo 15 75 150 200 350 (10CrMo9-10) > 15 100 200 ei sovellu 5Cr-0,5Mo kaikki 150 200 ei sovellu 350 (X11CrMo5) ja 9Cr-1Mo (X10CrMoVNb9-1) 12Cr-Mo-V 8 150 ei sovellu ei sovellu (X20CrMoV11-1) > 8 200 a) ei sovellu ei sovellu 300 a) 350 b) 450 b) a) Martensiittinen tapa, jossa esikuumennuslämpötila on martensiittireaktion alkamislämpötilan (M s ) alapuolella ja muutos martensiitiksi tapahtuu hitsauksen aikana. b) Austeniittinen tapa, jossa esikuumennuslämpötila on martensiittireaktion alkamislämpötilan (M s ) yläpuolella ja liitoksen annetaan jäähtyä lämpötilan (M s ) alapuolelle, jotta varmistetaan muutos martensiitiksi ennen jälkilämpökäsittelyn aloittamista. Taulukko 4. Aineenpaksuus hitsaukseen ilman esikuumennusta (20 C) SFS-EN 1011-2 tapa A:n mukaan teräkselle P355GH (oletettu hiiliekvivalentti 0,45 %) eri lämmöntuonneille ja vetypitoisuuksille. Lämmöntuonti Q Vetypitoisuus HD Esikuumennus Aineenpaksuus, max (kj/mm) (ml/100 g) ( C) (mm) 1,0 C: 5 10 20 n. 27 1,5 20 n. 35 2.0 20 n. 47 1,0 D: 3 5 20 n. 50 1,5 20 kaikki 2,0 20 kaikki Taulukkoon sisältyy myös välipalkolämpötilan enimmäisarvo, joka tarvitaan myös hitsausohjeissa. Välipalkolämpötilanvähimmäisarvo on yleensä sama kuin esikuumennuslämpötila. Taulukoissa 4-6 on vielä tarkasteltu esikuumennuksen riippuvuutta eri tekijöistä seostamattomalla P355GH, 16Mo3 ja 13CrMo4-5 teräksillä. Taulukossa 4 esikuumennus on määritetty standardin SFS-EN 1011-2 tapa A:n mukaan ja taulukoissa 5 ja 6 tapa B:n mukaan. Taulukoista nähdään selvästi, miten paljon esikuumennus riippuu vetypitoisuudesta, lämmöntuonnista ja aineenpaksuudesta. Taulukko 5. Teräksen 16Mo3 ilman esikuumennusta hitsauksen rajapaksuus määritettynä SFS-EN 1011-2 tapa B: mukaan (oletettu keskimääräinen hiiliekvivalentti). Vetypitoisuus HD Lämmöntuonti Aineenpaksuus max (ml/100 g) Q (kj/mm) (mm) 5 1,5 21 4 23 3 27 5 2,0 24 4 26 3 30
8 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Taulukko 6. Teräksen 13CrMo4-5 ilman esikuumennusta hitsauksen rajapaksuus määritettynä SFS-EN 1011-2 tapa B: mukaan (oletettu keskimääräinen hiiliekvivalentti). Vetypitoisuus HD Lämmöntuonti Aineenpaksuus, max (ml/100 g) Q (kj/mm) (mm) 5 1,5 10 4 12 3 15 5 2,0 14 4 16 3 19 Taulukko 7. Hitsien jälkilämpökäsittelyt (SFS-EN 13445-4: Säiliöt). Materiaali- Teräs Nimellis- Pitoaika Pitoryhmä (laji tai tyyppi) paksuus (min) lämpötila e a) (mm) ( C) 1.1 Seostamattomat 35 b) 30 1.2 teräkset ja > 35 90 e-5 550-600 1.3 normalisoidut > 90 40+0,5xe hienoteräkset 1.2 16Mo3 35 b) 30 > 35 90 e-5 550-620 > 90 40+0,5xe 5.1 13CrMo4-5 c) 15 30 > 15 60 2xe 630-680 >60 60+e 5.2 10CrMo9-10 d) 15 30 > 15 60 2xe 670-720 > 60 60+e 5.3 X16CrMo5-1 15 30 > 15 60 2xe 700-750 > 60 60+e 5.4 X11CrMo9-1 12 30 > 12 60 2,5xe 740-780 > 60 90+e 6.4 X20CrMoNiV11-1 12 30 > 12 60 2,5xe 730-770 > 60 90+e 9.1 MnNi- ja Ni- 35 30 9.2 teräkset paitsi > 35 90 e-5 530-580 X8Ni9 2) > 90 40+0,5xe 9.3 X8Ni9 Normaalisti hitsataan austeniittisella lisäaineella. Hiilikadon uhatessa on myöstöä vältettävä. a) Nimellispaksuuden e määrääminen, ks. standardin kohta 10.2.2 b) Aineenpaksuuksilla < 35 mm jälkilämpökäsittely on tarpeen vain erityistapauksissa, esim. jännityskorroosio- tai vetyhalkeiluriski. c) Jälkilämpökäsittelyä ei vaadita, jos seuraavat ehdot on täytetty: - putkien nimellishalkaisija < 120 mm ja nimellispaksuus < 13 mm d) Jälkilämpökäsittelyä ei vaadita, jos seuraavat ehdot on täytetty: - putkien nimellishalkaisija < 120 mm, nimellispaksuus < 13 mm ja suunnittelulämpötila > 480 C Euroopassa on voimassa useita painelaitteita koskevia ns. harmonisoituja standardeja, joita kutsutaan tuotestandardeiksi. Painelaitteiden valmistaminen näiden mukaan varmistaa painelaitedirektiivin (PED) olennaisten turvallisuusvaatimusten täyttymisen. Olennainen osa niiden sisällössä on hitsausta koskevat vaatimukset, mm. hitsaushenkilöstön pätevyys, hitsausohjeet ja niiden hyväksyttäminen, esikuumennus, jälkilämpökäsittely, hitsauslisäaineet ja tarkastukset. Yleisimmät standardit ovat: SFS-EN 134445: Lämmittämättömät painesäiliöt (Osa 4: Valmistus) SFS-EN 13480: Metalliset teollisuusputkistot (Osa 4: Valmistus ja asennus) SFS-EN 12952: Vesiputkikattilat ja oheislaitteet (Osa 5: Valmistus) Säiliöstandardi SFS-EN 13445-4 sanoo esikuumennuksesta mm. seuraavaa. Valmistajan tulee esittää WPS:ssä esikuumennuslämpötilat ja tarvittaessa hitsauksessa vaadittavat välipalkolämpötilat. Esikuumennuslämpötilan määrityksessä on otettava huomioon hitsattavan metallin koostumus ja paksuus, käytetty hitsausprosessi ja valokaaren parametrit. Suositukset ferriittisten terästen esikuumennuslämpötiloista on esitetty standardissa SFS-EN 1011-2 ja suositukset lämpötilan valvonnasta on esitetty standardissa SFS-EN ISO 13916 (Esikuumennus-, välipalko- ja ylläpitolämpötilan mittausohjeet). Suurin piirtein samanlainen teksti sisältyy myös putkistostandardiin SFS-EN 13480-4. Esikuumennus voidaan tehdä usealla eri tavalla: kaasulämmitys ( kaasupoltin ), vastuslämmitys ja induktiivinen lämmitys. Hitsin jälkilämpökäsittely PWHT (post-weld heat treatment) kuuluu tärkeänä osana kuumalujien terästen hitsaustyöhön. Lämpökäsittelyn tarkoitus on mm. poistaa hitsausjännityksiä ja pehmentää mikrorakennetta. Lämpökäsittely voidaan tehdä koko tuotteelle tai ns. vyöhykelämpökäsittelynä kehähitseille. Tuotestandardeissa on taulukot, joiden mukaan lämpökäsittely pitää tehdä: materiaaliryhmä, teräslaji/terästyyppi, aineenpaksuus, pitoaika ja pitolämpötila. Taulukossa 7 on säiliöstandardin lämpökäsittelyvaatimukset ja taulukossa 8 putkistostandardin lämpökäsittelyvaatimukset.
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 9 Materiaaliryhmät raportin CR ISO 15608:2000 mukaan. a) Materiaaliryhmät, joita taulukossa ei ole mainittu, vaativat erityisharkintaa. b) Näille paksuuksille jälkilämpökäsittely on tarpeen vain erityistapauksissa (esim. jännityskorroosio, vetyhauraus, matalat lämpötilat). c) Teräkselle 16Mo3 lämpötilan pitää olla 550-620 C. d) Nuorrutusteräksillä lämpötilan pitää olla 20 C alle päästölämpötilan. e) Jälkilämpökäsittely on mahdollista jättää tekemättä putkille, joiden da 114,3 mm ja w 7,1 mm, kun esikuumennuslämpötila on vähintään 200 C. f) Ennen jälkilämpökäsittelyä pitää hitsin antaa välijäähtyä, jotta martensiittimuutos pääsee tapahtumaan. Kuumalujista teräksistä seostamattomille teräksille (P235GH...P355GH) ja 16Mo3:lle ei yleensä vaadita taulukon mukaan jälkilämpökäsittelyä, jos aineenpaksuus on < 35 mm. Niukkaseosteisille CrMo-teräsputkille (13CrMo4-5 ja 10CrMo9-10) täytyy SFS-EN 13480-4 (Putkistot) mukaan tehdä aina lämpökäsittely, paitsi pienille putkille: da 114,3 mm ja 7,1 mm, kun esikuumennus on vähintään 200 C. Säiliöstandardissa SFS-EN 13445-4 nämä niukkaseosteisten CrMo-terästen lämpökäsittelystä luopumisen ehdot on kirjoitettu hieman eri tavalla. Niiden mukaan lämpökäsittelyä ei vaadita putkien hitseille, jos nimellishalkaisija < 120 mm, nimellisseinämänpaksuus < 13 mm ja suunnittelulämpötila > 480 C. Luonnollisesti runsasseosteisten CrMo-terästen ( X10 ja X20 -terästen) hitsit pitää lämpökäsitellä aina. Lämpökäsittely voidaan tehdä uunissa, vastuselementeillä, induktiivisesti tai kaasupolttimella. Käsin tehtävä lämpökäsittely kaasupolttimella on huonoin vaihtoehto, koska se on hallitsematon prosessi. Taulukko 8. Hitsien jälkilämpökäsittelyt (SFS-EN 13480-4: Putkistot). Materiaali- Terästyyppi a) Vaikuttava Pitoaika Pitoryhmä aineenpaksuus (min) lämpötila w (mm) ( C) 1.1 Seostamattomat < 35 b) 30 1.2 teräkset, > 35-90 w, väh 60 550-600 c) R eh 360 N/mm 2 > 90 40+w (ml. 16Mo3) 1.3 Normalisoidut < 35 b) 30 hienoraeteräkset 35-90 w, väh 60 530-580 b) 360 < R eh 460 > 90 40+w N/mm 2 3.1 Nuorrutusteräkset < 15 30 360 < R eh 690 15-60 2xw, väh. 530-580 b) N/mm 2 > 60 60+w d) 3.2 Nuorrutusteräkset 60 60 530-580 b) R eh > 690 N/mm 2 > 60 60+w d) 3.3 Erkautuskarkenevat 60 60 530-580 b) teräkset > 60 60+w d) 4 CrMo(Ni)-teräs, jossa < 20 30 on hyvin vähän 20 < 35 60 550-620 vanadiinia 0,1 % ja 35-90 w,väh 60 Mo 0,7 % > 90 40+w 5.1 CrMo-teräs, jossa ei < 15 2xw, väh. 15 ole vanadiinia ja 15-60 2xw, väh. 60 630-700 e) 0,75 % < Cr 1,5 % > 60 40+w (esim. 13CrMo4-5) 5.2 CrMo-teräs, jossa ei < 15 2xw, väh. 15 ole vandaania ja 15-60 2xw, väh. 60 670-730 e) 1,5 % < Cr 3,5 % > 60 40+w (esim. 10CrMo9-10) 5.3 CrMo-teräs, jossa ei Kaikki 2xw, väh. 60 ole vandaania ja 700-750 3,5 % < Cr 7,0 % (esim. X16CrMo5-1) 5.4 CrMo-teräs, jossa ei < 12 30 ole vandaania ja 12-60 2,5xw, väh. 60 730-780 7,0 % < Cr 10 % 90+w (esim. 14MoV6-3) 6.1 CrMo(Ni)-teräs, jossa < 12 30 on vandaania ja 12-60 2,5xw, väh. 60 690-730 0,3 Cr 0,75 % > 60 90-w (esim. 14MoV6-3) 6.2 CrMo(Ni)-teräs, jossa < 12 30 on vandaania ja 12-60 2,5xw, väh. 60 710-740 0,75 Cr 3,5 % > 60 90+w (esim. 15CrMoV5-10) 6.4 CrMo(Ni)-teräs, jossa < 12 30 on vandaania ja 12-60 2,5xw, väh. 60 730-770 f) 7,0 Cr 12,5 % > 60 90+w (esim. X20CrMoV11-1 ja X10CrMoVNb9-1) 9.1 Teräs, jossa 8 % Ni < 20 b) 30 9.2 20 < 35 b) väh. 60 530-580 35-90 w, väh. 60 > 90 40+0,5xw
10 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Taulukko 9. Lisäainesuositukset kuumalujille seosteräksille. Teräslaji Puikko TIG-lanka MAG-lanka MAG-täyte- MAG-täyte- Jauhekaarilanka (P) lanka (M) lanka EN 10216-2 Numero Vanha OK OK OK OK OK OK (putket) tunnus DIN Tigrod AristoRod/ Tubrod Tubrod Autrod EN 10028-2 merkintä Autrod (rutiili) (metalli) P235GH 1.0345 St35.8, HII 48.00 12.64 12.50/12.51 15.4 14.12 12.22 P265GH 1.0425 St45.8, HIII 48.00 12.64 12.50/12.51 15.4 14.12 12.22 P295GH 1.0481 17Mn4 48.00 12.64 12.50/12.51 15.4 14.12 12.22 P355GH 1.0473 19Mn6 48.00 12.64 12.50/12.51 15.4 14.12 12.22 16Mo3 1.5415 15Mo3 74.46 13.09 13.09 PZ6222 14.02 12.24 13CrMo4-5 1.7335 13CrMo44 76.18 13.12 13.12 PZ6225-13.10SC 10CrMo9-10 1.7380 10CrMo910 76.28 13.22 13.22 - - 13.20SC X11CrMo5, 1.7362 12CrMo5 76.35 13.32 13.32 - - 13.30 X12CrMo5 X12CrMo5 1.7362 12CrMo5 76.35 13.32 13.32 - - 13.30 X10CrMoVNb9-1 1.4903 X10CrMoVNb91 76.98 13.38 13.38 - - - Kaikki kaarihitsausmenetelmät soveltuvat hyvin kuumalujien terästen hitsaukseen: puikkohitsaus (No 111) MAG-hitsaus umpilangalla (No 135) MAG-hitsaus täytelangalla (No 136) TIG-hitsaus (No 141) jauhekaarihitsaus (No 12) Lisäksi kuumalujia teräksiä pinnoitetaan nauhahitsauksella, joka voi olla jauhekaarihitsausta tai kuonahitsausta. Lisäaine on ruostumaton teräs tai nikkeliseos. Hitsauslisäaineiden pitää soveltua ko. teräkselle ja hitsiaineen täyttää perusaineelle asetetut vaatimukset. Kuumalujien terästen lisäaineet ovat kemialliselta koostumukseltaan perusainetta vastaavia, vaikkakin pieniä koostumuseroja voi olla, jotta hitsiaineilla olisi samat kuumalujuusominaisuudet kuin teräksilläkin. ESABilla on laaja valikoima hitsauslisäaineita kuumalujille teräksille, taulukko 9. Painelaitteiden tuotestandardien mukaan hitsausohjeet (WPS) pitää laatia hitseille seuraavasti: painesäiliöt: kaikille hitseille. putkistot: kaikille hitsauksille painetta kantavien osien välillä ja lisäosien hitsauksille paineellisiin osiin sekä asennuspaikalla että konepajassa. Hitsausohjeet (WPS) on tuotestandardien mukaan hyväksytettävä seuraavilla tavoilla: painesäiliöt: painesäiliön paineen kuormittamille hitseille: menetelmäkokeella SFS-EN ISO 15614-1 tai esituotannollinen kokeella SFS-EN ISO15613 putkistot: putkistoluokissa II ja III menetelmäkokeella SFS-EN ISO 15614-1 tai esituotannollinen kokeella SFS-EN ISO15613 JUHA LUKKARI puh. (09) 547 7890 tai 0500 414 045
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 11 Hitsausmessut Nordic Welding Expo 08 Tampereella Tervetuloa ESABin osastolle. Tampereen Messut Oy järjesti yhteistyössä Suomen Hitsausteknillisen Yhdistyksen kanssa Tampereen Messu- ja Urheilukeskuksessa viime marraskuussa Pohjoismaiden suurimman hitsausalan messutapahtuman. Toista kertaa järjestettävillä messuilla esiteltiin kattavasti hitsauksen, leikkauksen ja termisen ruiskutuksen sekä niihin läheisesti liittyvien alojen tuotteita, ratkaisuja ja palveluita. ESABin esittelijät Juha Hurtta (vas.) ja Esa Penttilä saapuvat osastolle.
12 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Nordic Welding Expo 08 -messuilla oli mukana 103 näytteilleasettajaa. Messujen näyttelypinta-ala, 3422 m 2, oli lähes 400 m 2 suurempi kuin edellisellä kerralla. Messutapahtumassa vieraili yhteensä 6055 kävijää, mikä oli yli 500 enemmän kuin kaksi vuotta sitten. NWE 08 -messut onnistuivat yli odotusten ja messujen kävijämäärän kasvu on upea asia, totesi Tampereen messujen toimitusjohtaja Hannu Vähätalo. On hieno huomata, että nämä Tampereella järjestettävät teollisuuden erikoismessut ovat vahvalla pohjalla. Messuilla oli erinomaisen myönteinen tulevaisuutta rakentava ilmapiiri. Uskomme yhteistyön SHY:n kanssa jatkuvan tulevaisuudessakin. Nordic Welding Expo -messut onnistuivat jälleen erinomaisesti. Lisäksi monissa seminaareissa pureuduttiin monipuolisesti ajankohtaisuuteen kuten koulutukseen, hitsauksen laatuun ja kustannuksiin ja hitsaustyöympäristöön, totesi SHY:n toiminnanjohtaja Esa Tikka. Alan ammattilaisilla oli messuilla jälleen loistava tilaisuus etsiä tehokkaita ratkaisuja sekä tavata toisiaan ja luoda uusia kontakteja. ESAB oli luonnollisesti jälleen mukana isolla osastolla. Uusi hitsauslisäaineluettelo ilmestyi sopivasti messuille ja oli jaossa messuilla. Joka kymmenes messuvieras sai mukaansa uuden luettelon. Hitsauslisäaineista esillä olivat erityisesti hitsauspuikkojen VacPac -tyhjöpakkaukset, ruostumattomat Shield-Bright-täytelangat ja kuparoimattomat OK AristoRod -MAG-hitsauslangat sekä MIG/MAG-hitsauslankojen MarathonPac -suurpakkaukset, jota myös käsinhitsaajat käyttävät yhä enemmän. Jauhekaarilisäaineissa korostettiin OK Tubrod S -täytelankojen käyttöä jauhekaarihitsauksen tuottavuuden helppoon nostamiseen. Koko hitsaavan teollisuuden odottama keltainen kirja (lisäaineluettelo) ilmestyi sopivasti messuille, tässä jättikoossa. Hitsausvarusteet olivat näyttävästi esillä. Esitteitä, olkaa hyvä. Uudet Origo Cut- ja POWERCUT -plasmaleikkauslaitteet näytteillä.
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 13 MIG/MAG-hitsaukseen ESAB on tuonut markkinoille uudet Aristo Mig -hitsauskoneet, joissa on panostettu erityisesti käyttäjäystävällisyyteen. Käyttöpaneelin valinnalla ne soveltuvat myös puikko- ja TIG-hitsaukseen. Koneet olivat näyttävästi esillä messuilla. Hitsauksen kevytmekanisointi valtaa alaa koko ajan. Osastolla olivat näytteillä tunnetut Miggytrac- ja Railtrac-kevytmekanisointilaitteet hitsaajan työn keventämiseksi ja helpottamiseksi sekä hitsauksen tuottavuuden nostamiseksi. Jauhekaarihitsauksessa suurena uutuutena ESAB on tuomassa markkinoille ns. Telbo teleskooppitornin, jolla pystytään säästämään huomattavasti tilaa. Telbo on esillä toisaalla tässä lehdessä. Hitsaustyön terveys- ja turvallisuusasiat korostuvat koko ajan monestakin syystä, mm. viranomaisvaatimusten tiukentumisen myötä, kuten messujen yhteydessä Työterveyslaitoksen järjestämässä työturvallisuusseminaarissa kuultiin. Hitsaajan henkilökohtaiset suojaimet ovat avainasemassa näissä asioissa. ESAB toi markkinoille viime vuoden lopulla mm. uudet -hitsausnaamarit New-Tech ja Albatross 3000X, joiden kehitystyössä on kuunneltu paljon käyttäjien kokemuksia. Messujen yhteydessä pidetyssä nuorten hitsauskilpailussa ratkottiin Suomen mestari. Alkukarsinnoissa oli mukana 22 nuorta kilpailijaa, joista kahden karsinnan jälkeen kahdeksan kilpailijaa selvisi messuilla järjestettyyn loppukilpailuun. Järjestäjinä toimivat SHY yhteistyössä Vaasan aikuiskoulutuskeskuksen, seinäjokisen Koulutuskeskus Sedun sekä useiden muiden alan oppilaitosten ja Tampereen messujen kanssa. Suomen mestariksi leivottiin Isak Ahlvik Pietarsaaresta. Kilpailukoneina olivat ESABin Origo Mig 4001iw -hitsauskoneet ja Origo Feed 3004w -langansyöttölaitteet synergisellä MA24 -käyttöpaneelilla. Seuraavan kerran messut pyritään järjestämään vuonna 2010. JUHA LUKKARI puh. (09) 547 7890 tai 0500 414 045 Rauno Takala esittelemässä uusia orbitaali-tig-hitsauslaitteita. Lisäaineita - OK Flux, OK Band, Shield-Bright, VacPac ja OK Tubrod Mekanisoitua hitsausta Miggytrac ja A2-traktori. MarathonPac -rivistöä. Nuorten hitsauksen SM-kisat kilpailtiin ESABin koneilla.
14 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Kemikaaliasetus REACH voimaan Suomi hävisi pääministerien taistelun Berlusconi - Lipponen elintarvikevirastosta, kun italialainen tyrmäsi suomalaisen Parman kinkulla. Suomi sai tilalle kuitenkin kemikaaliviraston ECHAn (European Chemicals Agency). Kemikaaliasioissa Suomi on siis Euroopan keskipisteessä. REACH-järjestelmässä kemikaaleja valmistavat yritykset ja maahantuovat yritykset velvoitetaan arvioimaan aineiden käytöstä aiheutuvat riskit ja antamaan ohjeet kemikaalien turvallisesta käytöstä. Vastuu kemikaalien turvallisesta käytöstä siirtyy viranomaisilta teollisuudelle. Tieto välitetään käyttäjille käyttöturvallisuustiedotteilla. ESAB on muuttanut hitsauslisäaineiden käyttöturvallisuustiedotteita vastaamaan REACHin vaatimuksia. Esimerkkinä on ruostumattoman yliseostetun hitsauspuikon OK 67.60 uusittu käyttöturvallisuustiedote. Kemikaaliviraston ylläpitämään REACH-järjestelmän tietokantaan rekisteröidään kaikki aineet, joita valmistetaan tai tuodaan maahan vuosittain yksi tonni tai enemmän. Tällaisia kemikaaleja on käytössä Euroopassa noin 30 000. Uusia aineita tulee Euroopan markkinoille n. 300 kpl vuodessa. Vaikka REACH on nimeltään kemikaaliasetus, sanaa kemikaali ei otsikkoa lukuun ottamatta asetustekstistä löydä. Kemikaaleiksi mielletään perinteisesti mm. erilaiset kemian teollisuuden raakaaineet, hapot, liuottimet, torjunta-aineet, tuholaismyrkyt ja muut häijyt aineet. Sen sijaan REACH-asetuksessa viitataan kolmeen pääluokkaan: aineisiin (substances), valmisteisiin (preparations) ja esineisiin (articles). On melko helppo tietää, onko jokin aine, sillä se määritetään puhtaaksi materiaaliksi, kuten esimerkiksi raudaksi Fe. JUHA LUKKARI REACH on uusi Euroopan unionin asetus kemikaalien rekisteröinnistä, arvioinnista, lupamenettelyistä ja rajoituksista. REACH on lyhenne sanoista Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemical substances. Uusi laki tuli voimaan 1. kesäkuuta 2007. REACH-asetuksen tavoitteena on parantaa ihmisten terveyden ja ympäristön suojelua kemikaalien olennaisten ominaisuuksien tehokkaan ja nopean tunnistamisen avulla. Samaan aikaan tulee parantaa EU-alueen kemianteollisuuden innovatiivisuutta ja kilpailukykyä. REACHjärjestelmän edut tulevat näkymään asteittain sitä mukaa kuin aineita rekisteröidään järjestelmään..., lainaus Helsingissä sijaitsevan Euroopan kemikaaliviraston (ECHA) lausunnosta. REACH ja hitsaus Hitsaustuotteita valmistavalle teollisuudelle lainsäädäntö on aiheuttanut vakavaa päänvaivaa, sillä ei ole täysin selvää, miten hitsauslisäaineet (mm. erilaiset hitsauspuikot, umpilangat, täytelangat ja hitsausjauheeet) tulee luokitella. Siten herää kysymys siitä, mikä on esim. hitsauslanka. Monet sanovat, että hitsauslanka on selvästi esine, mutta toiset (ECHA) ovat sitä mieltä, että kyseessä on valmiste (jotain, mikä on valmistettu monista aineista). Esineitä käsitellään eri tavalla ja myöhemmin, mutta valmisteiden osalta on vaadittu esirekisteröintiä, jotta niitä voi käyttää 1. joulukuuta 2008 jälkeen. ESAB ja Euroopan hitsaustuotteita valmistavien yritysten järjestö EWA (European Welding Association) ovat ottaneet sellaisen kannan, että hitsauslisäaineet ovat valmisteita. ESAB on tarkistanut sekä raakamateriaalien että valmiiden tuotteiden tuonnin varmistaakseen yhdenmukaisuuden REACH-lainsäädännön kanssa ja jatkaa samojen tuotteiden toimittamista kuin ennen 1. joulukuuta. REACH-järjestelmän ensimmäinen vaihe on näin ollen päättynyt, ja SIEF-ryhmissä tutkitaan saatuja tietoja mahdollisiin vaaroihin liittyen. ESAB on varannut edustajan kutakin asiaankuuluvaa materiaalia kohden, ja kaikkia näitä kysymyksiä käsitellään. REACH edellyttää, että erityistä huolta aiheuttavia aineita, ns. SVHC-aineita (Substances of Very High Concern), tutkitaan lisää. Kaikilta yrityksiltä edellytetään, että kyseisiä aineita ei käytetä ilman erikoislupaa ja että ne huomioivat ECHAn SVHC-luetteloon lisäämät uudet aineet. ESAB on tutkinut lisäaineita ja kaikkia esineitä (kuten hitsauskoneita, leikkauskoneita ja varusteita) varmistaakseen, ettei se käytä tällaisia aineita omissa tuotteissaan. Myös ESABin toimittajat ovat sitoutuneet siihen, etteivät he käytä kyseisiä aineita. Tällaisia aineita ei ole löytynyt. REACH-asetus lisää teollisuuden vastuuta hallita kemikaaleista aiheutuvia riskejä ja antaa aineita koskevia turvallisuustietoja. Valmistajilta
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 15 Kuvassa hitsauspuikon OK 67.60 käyttöturvallisuustiedotteen ensimmäinen sivu. ja maahantuojilta edellytetään, että he keräävät kemikaaliensa ominaisuuksia koskevia tietoja ja rekisteröivät kyseiset tiedot Helsingissä sijaitsevan Euroopan kemikaaliviraston European Chemicals Agency (ECHA) keskustietokantaan, mikä mahdollistaa kemikaalien turvallisen käytön. Kemikaalivirasto toimii REACH-järjestelmän keskuksena: se hallitsee järjestelmän käyttöön tarvittavia tietokantoja, koordinoi epäilyttävien kemikaalien arviointia ja ylläpitää julkista tietokantaa, josta kuluttajat ja ammattilaiset saavat aineisiin liittyviä vaarallisuustietoja. (Lainaus Euroopan kemikaaliviraston lausunnosta.) Luultavasti kukaan ei epäile lainsäädännön hyvää tarkoitusta selvittää EU-alueelle tuotavia materiaaleja, mutta lainsäädäntö ei ole riittävän selvä, ja se sisältää paljon poikkeuksia ja poikkeuksen poikkeuksia sekä vielä tämän jälkeen harmaalle, epäselvälle alueelle jääviä kohteita. Lainsäädännön tarkoitusten tulkitseminen ei ole itsestään selvää yksityiskohtaisella tasolla. Hitsausliiketoimintaan ja luultavasti kaikkeen liiketoimintaan, jossa ei käsitellä kemikaaleja suoraan, liittyvät tuotteet ovat juuttuneet eri eturyhmien näkökantojen väliin. Onko esimerkiksi Euroopan rauta- ja terästeollisuuden liitto (Eurofer) samaa mieltä siitä, että hitsauslisäaineet ovat valmisteita? Tämän vuoksi asiakkaiden ei ole helppoa ymmärtää, onko heidän käyttämänsä materiaali REACH-vaatimusten mukaista vai ei. ESAB on noudattanut lainsäädäntöä kirjaimellisesti ja pitää käytetyn materiaalin vaarallisuustason tuntemista tärkeänä maailmanlaajuisesti. Lisäämme SVHC-aineet EHS-järjestelmämme mustaan tai harmaaseen listaan ja päivitämme listaa jatkuvasti. Näin varmistamme, että mitään sellaisia aineita, joita ei ole tutkittu, ei käytetä ja että aineiden mahdollinen myrkyllisyys ja mahdolliset vaarat tunnetaan ja kirjataan ylös ja että niistä huolehditaan. Meidän kaikkien on hyväksyttävä se tosiasia, että erittäin hyvin tunnetut aineet (kuten rauta) tutkitaan. Monet näistä aineista ovat täysin vaarattomia, elleivät ne ole teräviä tai osu kovalla voimalla päähän. Tämä on luultavasti kuitenkin pieni hinta maksettavaksi siitä, että ympäristömme on turvallinen kaikille ihmisille. REACH-asetusta koskevat lakitekstit Osoitteessa Regulation (EC) No 1907/2006 on Euroopan kemikaalipolitiikan keskeinen asetus. Siihen viitataan usein REACH-asetuksena. Osoite Directive 2006/121/EC sisältää direktiivin Directive 67/548/EEC teknisiä mukautuksia, jotka ovat tärkeitä uuden REACH-asetuksen valossa (direktiivi 67/548 koskee vaarallisten aineiden luokitusta, pakkausta ja merkintöjä ja sitä sovelletaan rinnakkain REACH-asetuksen kanssa). Christer Hidesjö ESAB AB Göteborg
16 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Jauhekaari avasi ovensa Laxåssa ESAB järjesti Laxåssa Avoimet ovet -jauhekaaripäivät 13-15.1.2009 eurooppalaisille asiakkailleen. Vierailijoita oli kolmen päivän aikana yhteensä lähes 150. Suomesta päiville osallistui 26 hengen ryhmä. Pääpaino oli paksujen levyjen jauhekaarikapearailohitsaus. Automaation johtaja Kari Lahti toivotti vieraat tervetulleiksi. ESAB on johtava yritys maailmassa jauhekaarikapearailohitsauksessa. Ensimmäinen sovellutus kehitettiin jo 1979. Asiakas oli ydinvoimalaitosten reaktoripaineasioiden valmistaja Venäjällä. Toisen sukupolven kapearailohitsauspää tuli markkinoille 1986. McDermott Skotlannissa, öljynporauslauttojen runkoputkien valmistaja oli seuraava suuri asiakas. 1990-luvulla tuli laitteistoon mukaan myös tandem-hitsaus. Tällä kertaa esiteltiin Laxåssa uusi kolmannen sukupolven kapearailohitsauspää. Ensimmäinen asiakas on ydinvoimalaitosten reaktoripaineastioita valmistava Areva Ranskassa, jonka laitteisto oli nähtävillä Laxåssa. Päivien aikana kuultiin esitelmiä ja katseltiin hitsausesityksiä. Uusi laitteisto perustuu tandem-hitsaukseen (2-lankahitsaukseen), jolla päästään jo suuriin hitsiaineentuottoihin, tyypillisesti 15 kg/h. Tyypillinen railon leveys on n. 20 mm. Toki hitsausta voidaan tehdä tarvittaessa paljon leveämpäänkin railoon. Suurin railon syvyys voi olla 350 mm. Railonseurantalaite seuraa sivusuunnassa kumpaakin railokylkeä ja pystysuunnassa hitsin pintaa. Kapearailohitsauksessa hitsataan kaksi palkoa/palkokerros, palko vuorotellen kummallekin railokyljelle, jolloin hitsit ovat tavallaan pienahitsejä. Tässä hitsaustavassa kuonan irtoavuus on erinomainen. Hitsausparametrit olivat: Langat: 4,0 mm Virtalajit: AC/AC Hitsausvirrat: 500 A/500 A Kaarijännitteet: 30 V/30 V Hitsausnopeus: 70 cm/ min Lämmöntuonti: 26 kj/cm Hitsiaineentuotto: 12,9 + 13,1 = 16 kg/h Hitsaus tapahtuu täysin automaattisesti. Uusi hitsausarvojen taltiointiohjelma WeldLog kerää mitatut hitsausarvot (hitsausvirta, kaarijännite, hitsausnopeus ja langansyöttönopeus) ja laskee lämmöntuonnin ja hitsiaineentuoton. Laxån konetehtaan yhteydessä olevaa esittelykeskusta, Demo Centreä, ollaan laajentamassa ja perustamassa sinne todellista jauhekaarikeskusta, jossa tullaan enemmän ja enemmän tekemään asiakkaille erilaisia hitsauskokeita, tarvittaessa myös suomalaisille asiakkaille.
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 17 Tandem-kapearailolaitteisto esittelyssä. Suomalaisten ryhmä kuuntelemassa esitelmiä. Per-Arne Forsman kertoi jauhekaarikapearailohitsauksen 30-vuotisesta historiasta. Uusi kapearailohitsauspää HNG Multi Narrow Gap Welding Head. Palkokerrokset hitsataan kahdella palolla. Kehähitseissä hitsauspää vaihtaa automaattisesti puolta. Levyn kapearailopäittäishitsi, jonka paksuus on n. 250 mm. JUHA LUKKARI puh. (09) 547 7890 tai 0500 414 045
18 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Käytännön hitsausmetallurgiaa Mitä tekemistä ferriitillä on ruostumattomissa hitsiaineissa? Ferriitti tekee hyvää ja pahaa riippuen mm. hitsattavasta teräslajista, hitsiainetyypistä ja käyttökohteesta. Ferriitin ristiriitaisen roolin takia on hyvä tuntea paitsi sen vaikutuksia austeniittisissa ruostumattomissa hitsiaineissa, myös ferriittipitoisuuden mittausta ja laskemista sekä pitoisuuksille annettuja rajoja. Alalla hyvin tunnettu tosiasia on, että pieni määrä ferriittiä muuten austeniittisessa hitsiaineessa vähentää dramaattisesti kuumahalkeilutaipumusta verrattuna saman tyyppiseen hitsiaineeseen mutta ilman ferriittiä. Tästä syystä asetetaan usein alaraja pitoisuudelle. Lisäainevalmistajat suunnittelevatkin tavanomaiset ruostumattomat lisäaineet, kuten 18/8 (308), 18/12/3 (316) ja 23/13 (309) siten, että hitsiaineet sisältävät hiukan ferriittiä. Käytännön olosuhteissa kuumahalkeilu on silti mahdollinenkin näissäkin hitsiaineissa. Ruostumattomissa teräksissä ja hitsiaineissa esiintyy pääasiassa kolmea metallurgista faasia eli mikrorakennemuotoa: austeniitti, ferriitti ja martensiitti, joista martensiitti ei kuulu tähän aiheeseen. Austeniitti on sitkeämpi kuin ferriitti ja lujuudeltaan heikompi eikä muodosta hauraita yhdisteitä korkeissa lämpötiloissa niin helposti kuin ferriitti. Ferriitti puolestaan on lujempi ja hyvin kestävä jännityskorroosiota vastaan. Sillä on taipumusta muodostaa mm. haurasta sigmafaasia, kun hitsiaine on lämpötila-alueella 550-900 C. Sitä voi syntyä jopa monipalkohitsissä toistuvien kuumennusten takia jos ferriittipitoisuus on riittävän korkea. Tästä syystä pitoisuudelle asetetaan myös yläraja. Yhtenä syynä ylärajalle voi olla myös ferriittiin liittyvä korroosioriski. Austeniittiseen hitsiaineeseen syntyvä ferriitti vaikuttaa seuraavasti hitsiaineen ominaisuuksiin: vähentää kuumahalkeilutaipumusta tekee magneettiseksi pienentää lämpölaajenemiskerrointa suurentaa lämmönjohtavuutta nostaa lujuutta huonontaa sitkeyttä saattaa syöpyä (ns. selektiivinen korroosio) saattaa muodostaa hauraita yhdisteitä korkeissa lämpötiloissa Eräs syy, miksi ferriitistä on etua kuumahalkeilun estämisessä, on että halkeilua edistävien aineiden, kuten rikin, fosforin, niobin ja tinan, liukoisuus on ferriittiin suurempi kuin austeniittiin. Nämä muodostavat erilaisia yhdisteitä, joiden sulamispiste on paljon matalampi (n. 1000 C) kuin muun hitsiaineen. Koska niiden liukoisuus austeniittiin on pieni, yhdisteet erkautuvat viimeksi jähmettyvään osaan hitsiainetta eli yleensä keskilinjalle, johon syntyy helposti kuumahalkeamia vetojännitysten vaikutuksesta. Toisena syynä mainitaan usein, että austeniittisen rakenteen lämpölaajenemiskerroin on suurempi, mikä lisää kutistumisjännityksiä ja siten halkeilutaipumusta. Ferriittipitoisuus määritetään laskemalla tai mittaamalla Hitsiaineen ferriittipitoisuus voidaan joutua määrittämään monesta eri syystä. Tilaaja voi edellyttää tilausvaatimuksissaan määrittämistä ja antaa sille rajatkin. Tuotestandardi tms. voi myös
HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 19 edellyttää ferriittipitoisuuden määrittämistä. Kun esimerkiksi meillä Suomessa voimayhtiöt Fortum (Loviisa) ja TVO (Olkiluoto) tilaavat ruostumattomia lisäaineita, heidän tilausspesifi - kaatioissaan edellytetään myös ferriittipitoisuuden määrittämistä ja vaatimusten (esim. 4-10 FN) täyttymistä. ESAB käyttää siihen tarkoitukseen WRC-1992-diagrammia, josta puhtaan hitsiaineen tai hitsauslangan kemiallisen koostumuksen perusteella määritetään ferriittipitoisuus FN. Ferriittipitoisuus voidaan tavallaan määrittää kahdella tavalla: laskeminen (ennustaminen) puhtaan hitsiaineen/hitsauslangan kemiallisesta koostumuksesta: ns. ferriittidiagrammit mittaus hitsinäytteestä: metallografi nen tai magneettinen tapa Schaeffler-diagrammia (1943) käytetään yhä yleisluontoisissa ruostumattoman teräksen tarkasteluissa ja seostamaton/ ruostumaton-eripariliitosten lisäaineen valinnassa. Mittaus- ja ennustamismenetelmät antavat usein erilaisia tuloksia johtuen monista eri tekijöistä, esimerkiksi ferriittipitoisuuden vaihtelusta hitsin eri osissa tai mittaus- ja ennustamismenetelmien välisistä eroista. Ennustaminen Vuosien varrella monet tutkijat ovat laatineet ferriittipitoisuuden määrittämiseksi ns. ferriittidiagrammeja, Schaeffl er-diagrammeja. Niiden käyttö edellyttää, että tunnetaan hitsiaineen/ hitsauslangan kemiallinen koostumus. Ensimmäinen tällainen diagrammi oli Schaeffl er-diagrammi, jonka Anton Schaeffl er konstruoi jo vuonna 1949. Vaikka se on jo auttamattomasti vanhentunut ferriittipitoisuuden ennustamiseen, sitä käytetään vielä paljon yleisluontoisissa ruostumattoman teräksen tarkasteluissa ja seostamaton/ruostumaton-eripariliitosten lisäaineen valinnassa, koska se kattaa paitsi ruostumattomien terästen niin myös seostamattomien/niukkaseosteisten terästen alueet. Mikrorakenteen ennustaminen perustuu hitsiaineen/hitsauslangan kemialliseen koostumukseen, josta seosaineet on ryhmitelty ekvivalenttilausekkeisiin, pystyakselille austeniitin syntymistä suosivat seosaineet (Ni-ekvivalentti, Ni-ekv, Ni ekv ) ja vaaka-akselille ferriitin syntymistä suosivat seosaineet (Cr-ekvivalentti, Cr-ekv, Cr ekv ). Uudempi ja edelleen käytetty diagrammi on DeLongin diagrammi (1973), joka ottaa huomioon myös typen voimakkaan austeniittia suosivan vaikutuksen Ni-ekvivalentissa. Diagrammissa on %-pitoisuuden rinnalla myös ferriittinumero FN. Eripariliitoksen lisäaineen valinta. (1): seostamaton teräs, (2) ruostumaton teräs (AISI 316), (3) seostamattoman teräksen ja ruostumattoman teräksen eriparihitsi hitsattuna ilman lisäaineitta. (A) seostamaton lisäaine OK 48.00 ja (A1) eriparihitsi hitsattuna OK 48.00:lla: huono hitsiaine. (B) yliseostettu haponkestävä lisäaine OK 67.70 ja (B1) eriparihitsiaine hitsattuna OK 67.70:lla: hyvä hitsiaine. DeLong-diagrammi (1973) ottaa huomioon myös typen voimakkaan austeniittia suosivan vaikutuksen.
20 HITSAUSUUTISET NRO 1 2009 Koska ferriitti on magneettinen ja austeniitti ei-magneettinen, voidaan ferriitin magneettista vetovoimaa käyttää hyväksi ferriittipitoisuuden määrittämisessä. Tähän tarkoitukseen on erilaisia laitteita, joista tunnetuimmat ovat Magne Gage ja Ferritoscope. Nämä ovat myös rikkomattomia menetelmiä, jotka edellyttävät tietyn kokoista pientä tasopintaa. Niitä voidaan käyttää myös määritykseen hitseistä tuotanto-olosuhteissa tai jopa asennuspaikalla. Mittausta varten laitteet on kalibroitava käyttäen kalibrointinäytettä, jonka ferriittipitoisuus tunnetaan luotettavasti. WRC-1992-diagrammi. Kuvassa oleva piste edustaa haponkestävän puikon OK 63.30 puhtaan hitsiaineen tyypillistä kemiallista koostumusta, jonka ferriittipitoisuudeksi saadaan 6 FN. Uusin ja tarkin diagrammi on WRC-1992. Siinä on myös muutamia oleellisia muutoksia ekvivalenttien lausekkeissa aikaisempiin diagrammeihin verrattuna. Sen kattavuus on myös laajennettu ferriittinumeroon 100 FN saakka. WRC-diagrammiin on piirretty myös austeniittisen neljän jähmettymisjärjestyksen viivat, joiden avulla voidaan arvioida myös hitsiaineen kuumahalkeilutaipumusta. Halkeiluriski kasvaa järjestyksessä F - FA - AF - A. Halkeiluriskin kannalta tärkeä viiva on AF:n ja FA:n alueiden välinen viiva, jonka vasemmalla puolella riski on vähintään kohtalainen ja oikealla puolella puolestaan pieni riittävän ferriittipitoisuuden ansiosta. Kuumahalkeilun estämiseksi tarvittava vähimmäismäärä kasvaa hieman hitsiaineen seostuksen kasvaessa, koska AF:n ja FA:n välinen rajaviiva ei ole samansuuntainen FN-viivojen kanssa. Enimmäismäärä tulee lähinnä sitkeyden (haurastumisriski) ja korroosionkestävyyden heikkenemisestä. Mittaaminen Ferriitin määrä voidaan määrittää hitsatusta hitsiainenäytteestä luotettavimmin metallografi sesti (ASTM E562). Tämä tehdään suurella suurennokselle mikroskooppikuvasta viiva- tai pistelaskumenetelmällä. Mikroskooppiin kytketty kuva-analysaattori laskee nopeasti ferriitin tilavuusosan eli ferriittipitoisuuden %:na. Tällainen määrittäminen on kuitenkin työlästä ja kallista hieen valmistuksineen ja syövytyksineen eikä sitä juurikaan käytetä muuhun kuin kalibrointinäytteiden valmistamiseen. Ferriittipitoisuus hitsiaineissa Ferriittipitoisuuteen vaikuttaa hitsiaineen kemiallinen koostumus, johon puolestaan vaikuttaa lisäaineen koostumuksen lisäksi perusaineen kemiallinen koostumus sekoittumisen kautta, mahdollinen typen liukeneminen sulaan (pitkä valokaari tai huono kaasusuojaus) ja jäähtymisnopeus. Jäähtymisnopeuden vaikutus on kuitenkin pieni, kun kyse on kaarihitsauksesta. Se tulee merkittäväksi vasta sädehitsausmenetelmien puolella. Ferriitin määrä ei ole myöskään sama hitsin kaikissa osissa, ja sen vaihtelua on mahdotonta välttää. Ferriitin määrä vaihtelee myös eri lisäaine-erissä, koska standardit sallivat melko laajat vaihtelurajat eri seosaineille. Kuitenkin lisäainevalmistajilla on yleensä ahtaammat rajat ja niiden asettelussa on myös ferriittipitoisuus otettu huomioon. Ehkä tärkein käytännössä vaikuttava tekijä, joka ei ole lisäainevalmistajan hallinnassa, on eräiden aineiden liukeneminen hitsisulaan. Tärkein näistä aineista on typpi, joka erittäin voimakas austeniitin muodostaja. Sivun yläosan WRC-1992 -diagrammista voidaan arvioida, että esimerkiksi 0,1 %:n typpilisäys merkitsee 2 %-yksikköä lisää Ni-ekvivalenttiin. Tämä voi merkitä ferriittipitoisuuden alenemista 6 FN -viivalta lähelle 2 FN -viivaa, josta seuraa kuumahalkeiluriskin kasvaminen. Puikkohitsauksessa tällainen typpilisäys voi olla seurausta mm. hitsauksessa pitkällä valokaarella, jolloin typpeä pääsee liukenemaan ympäröivästä atmosfääristä. MIG/MAG-hitsauksessa sulaan voi päästä typpeä ympäristöstä kaasusuojan häiriintymisen takia, mm. vetoisuus, liian pieni kaasunvirtaus ja liian suuri kaasunvirtaus (aiheuttaa helposti pyörteisyyttä). Toinen tärkeä tekijä MIG/MAG-hitsauksessa on hiili, jota runsaasti CO 2 :ta sisältävästä suo-