Robottihitsaus ja lujat

1 Author / Subject Robottihitsaus ja lujat teräkset metsäkoneissa Heikki Selkälä Tuotannonkehityspäällikkö Ponsse Oyj

2 Sisältö Ponsse Hitsaustuotanto Hitsattavat lujat teräkset Hitsauslisäaineet ja laitteet Hitsauksen valmistelu Lämmöntuonnista hitsauksessa Robottien hitsausarvojen määritys Lujien terästen hitsausarvot Hitsien viimeistely ja tarkastus Huomioita lujien terästen hitsauksesta Yhteenveto

3 Ponsse-konserni Ponsse Oyj on tavaralajimenetelmän metsäkoneiden myyntiin, tuotantoon, huoltoon ja teknologiaan erikoistunut yritys. Yhtiö kehittää ja valmistaa kestävän kehityksen mukaisia, innovatiivisia puunkorjuuratkaisuja asiakastarpeiden mukaisesti. Ponsse lyhyesti Kotipaikka Vieremä Koneiden valmistus Vieremällä, ohjausjärjestelmien valmistus Seinäjoella Osakkeet noteerataan Nasdaq OMX:n pohjoismaisella listalla Liikevaihto 2010 262,4 (146,7) MEUR ja liiketulos 21,7 (-15,7) MEUR Tytäryhtiöitä 11 Jälleenmyyjäverkostossa 26 jälleenmyyjää Palveluksessa noin 800 työntekijää Päämarkkinat Suomi, Ruotsi, Venäjä, Pohjois-Amerikka, Ranska ja Saksa

4 Vieremän tehdas vuodesta 1970

5

6 Hitsaustuotanto Hitsareita n. 75 henkilöä Robottihitsausasemia 7 kpl, operaattoreita 17 kpl Hitsarit ja operaattorit pätevöitettyjä Roboteilla sulatetaan n. 50% kaikesta käytetystä hitsauslisäaineesta ja niiden käyttöaika vuodessa on noin 2000-3000 h. Runkohitsausrobotit ovat osa tuotantolinjaa, linjan tahtiaika määrää käyttöasteen. Rungot silloitetaan ja varustellaan käsinhitsauksena ennen robottia. Robottihitsauksen jälkeen rungot viimeistellään käsin. SFS-EN ISO 5817-C käytössä. Hitsauksen laatukäsikirja on käytössä. SFS-EN ISO 3834-2 mukaan tehty. Jalkauttaminen jatkuu edelleen. Lean SixSigma laatutyökalujen käyttöönotto hitsaustuotannossa etenee.

7 Hitsattavat lujat teräkset Erikoislujat rakenneteräkset: QT-teräkset Weldox 700 Dillimax 690 Naxtra 700 RQT 701 Optim 700 QL Kulutusteräkset: QT-teräkset Hardox 400 Dillidur 400 Abrazo 400 Raex 400 C E <0.54, suurin osa C E <0.41 TM-teräkset Optim 700MC (Plus tulossa) Optim 650 MC Optim 500 ML/MC Domex 640

8 Hitsauslisäaineet ja -laitteet Lisäaineen määritys: ISO 14341-A-G 46 5M G3Si1 Suojakaasun määritys: SFS-EN ISO 14175 (M20/M21) Synergiset 500A virtalähteet käsi- ja robottihitsauksessa Roboteilla virtalähde ohjaa prosessia, myös aloitukset sekä lopetukset Robotti parhaimmillaan polttimen kuljetuksessa, robotilla ohjataan virtalähteellä kaari päälle/pois Roboteilla käytetään railonhakua ja seurantaa

9

10 Hitsauksen valmistelu Suunnittelussa pyritään sijoittelemaan hitsit oikein, muistaen myös liitosmuodot ja rakenteen juohevuuden. Simuloinnilla varmistetaan tuotteen robottihitsattavuus suunnittelun aikana, ennen levyosien tilausta. Robottihitsausaste n. 80% uusilla rungoilla. Levyaihiot ostetaan valmiina leikkeinä, jotka on myös särmätty, viisteytetty ja raepuhallettu. Silloitus suoritetaan kiinnittimissä ja ylisuuret raot pohjataan. Esilämmitystä ei tehdä, sillä hitsattavat lujat teräkset ovat alle 20 mm paksuisia. Hitsien järjestyksen määrittäminen on tärkeää jäännösjännitysten ja rakenteen vetelyn minimoimiseksi.

11 Robottien ohjelmoinnista 100% etäohjelmointi vuodesta 2005 lähtien Käytössä Delfoi UltraArc ja ABB RobotStudio Tuotteiden hitsattavuuden tutkimus Hitsausaikojen määritys Tuotekustannusten määritys Ohjelmien suoritusajat rungoilla n. 2-3 h Tavoitteena vakioitu ohjelmankierto, jonka suorituksesta syntyy vain vähän variaatiota

12 Lämmöntuonnista hitsauksessa MAG-hitsauksen tuottavuusvaatimus on suuri; lisäainetta on sulatettava mahdollisimman paljon tunnissa Pienemmällä lämmöntuonnilla saatavat edut; lujuus, sitkeys, pienemmät muodonmuutokset ja jäännösjännitykset sekä kapeampi HAZ ovat tuotteen kannalta tärkeitä Menetelmäkokeissamme kiinnitetään erityistä huomioita HAZ:in iskusitkeyteen Iskusitkeyden testaus tehdään -40 C lämpötilassa Charpy-V iskukokeena hitsille ja HAZ:ille. Myös CTOD-kokeita on tehty -40 C lämpötilassa Aliluja hitsiaine lujittuu hitsauksen yhteydessä hyvin lähelle vaatimuksia ja täyttää hyvin iskusitkeysvaatimukset

13 Robottien hitsausarvojen määritys Hitsausarvojen määrityksen perusteena teräsvalmistajien suositukset, hitsin mitoitus ja hitsausasento Määritys hitsauskokeilla; visuaalinen tarkastus, a-mitan mittaus ja makrohie tunkeuman muodon määrittämiseksi Samaan a-mittaan pyritään suurella ja pienellä teholla Roboteilla hitsataan lähes aina käyttäen railonseurantaa, joten sitä käytetään myös hitsausarvoja määritettäessä Tunkeumalla haetaan suurta hitsautumissyvyyttä ja sitä kautta alkusärön pienenemistä Juohevat hitsin liittymät tavoitteena

14 Hitsautumissyvyys

15 Author / Subject Lujien terästen hitsausarvot Käsihitsauksessa lämmöntuonti n. 0,8-1,4 kj/mm Yksilankahitsauksessa a-mitat 3-7 mm, lämmöntuonti n. 0,5-1,5 kj/mm, sulatuskyky n. 6,2-10,4 kg/h Tandemhitsauksessa a-mitat 5-7 mm, lämmöntuonti n. 0,8-1,6 kj/mm, sulatuskyky n. 13,4-19,8 kg/h. Rakenneteräksillä myös a-mitat 8-10 mm. Tandemhitsauksen lämmöntuonti n. 0,1 kj/mm pienempi vrt. yksilankahitsaukseen samalla a-mitalla CMT+pulssi-hitsaus soveltuu hyvin lujien terästen hitsaukseen käsihitsauksessa ja roboteilla ohuilla ainepaksuuksilla. Prosessin hallittavuus ja roiskeettomuus ovat omaa luokkaansa Pulssituksella dynaamisesti säädellyllä kuumakaarella on saatu hyviä tuloksia tunkeuman ja hitsauksen aloituksen/lopetuksen suhteen. Mahdollistaa kevyen pulssituksen käytön railonseurannan kanssa! Robottioperaattorit eivät muuta hitsausarvoja, vaan käyttävät vain sallittuja arvoja

16 Hitsien viimeistely ja tarkastus Lujilla teräksillä entistä pienemmät virheet hitseissä ja epäjatkuvuuskohdat rakenteessa ovat merkitseviä Hitsien jälkikäsittely suoritetaan Tig-hitsauksena (puomit). Hiontaa kulmahiomakoneella (lamellilaikka) tehdään myös, hionta kuormituksen suuntaan Hitsien NDT-tarkastusta pyritään lisäämään

17 Huomioita lujien terästen hitsauksesta Lujien terästen käyttö ohentaa hitsattavaa materiaalia Jäykkyyden lisäämiseksi suurin osa levyistä särmätään profiileiksi Sovitusvirheet levyjen ja särmättyjen osien välillä Railomuodoista suunnitellaan helposti hankalia Hitsattavat reunat matalia Hitsien pohjaamistarve Lisäaineen määrä pienenee, hitsaus suoritettava tarkemmin Tunkeuman hyväksikäyttö vaatii kunnollisen railonvalmistuksen sekä robotin.

18 Ongelmia robottihitsauksessa Levyleikkeiden laatu, särmättyjen kappaleiden toistotarkkuus Sovitusvirheet sekä hitsauksen aiheuttamat muodonmuutokset Levyjen valssihilse -> käytettävä raepuhallettuja levyjä Hitsauspoltinongelmat suurilla hitsausarvoilla Magneettinen puhallus tandemhitsauksessa

19 Yhteenveto Luja teräs tuo mukanaan paremman suorituskyvyn ja painoedut, myös kustannusten aleneminen on mahdollista Hitsattavan tuotteen suunnitteluun on panostettava Lujasta teräksestä valmistettujen särmättyjen levyjen laadunvalvontaan kiinnitettävä huomiota Hitsausarvojen valintaan ja koehitsauksiin on panostettava riittävästi HAZ:in iskusitkeysarvoilla on suuri vaikutus väsytettävän rakenteen kestävyyteen pakkasessa

20 Author / Subject A logger s best friend PONSSE PLC Ponssentie 22 FI-74200 Vieremä, Finland Tel. +358 20 768 800 Fax +358 20 768 8690 www.ponsse.com