5/ 20 21 TEEMA: Korjaushitsaus ja vauriotapauksia www.kemppi.fi MasterTig 535 ACDC huippuluokan ratkaisu kaikille hitsattaville materiaaleille Designed for welders Kaikkea muuta kuin tavallinen
Tehostettuun hitsaustuotantoon hitsaustuotantoon Cobotit & Panasonic robotit K O N E E T , T A R V I K K E E T J A L I S Ä A I N E E T H I T S A U S A L A N A M M A T T I L A I S I L L E J A A S I A N T U N T I J O I L L E www.retco.f i Ojantie 36, 28130 Pori Puh. 02 634 1900 retco@retco.fi
The Welding Society of Finland puh. 0500 414 045 juha.lukkari@shy.fi Toimitussihteeri Editorial Assistant Angelica Emeléus puh. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 1 Tilaushinta Suomessa 80 . (09) 773 2199 tai 050 373 9559 angelica.emeleus@shy.fi Toimituskunta: Editorial Committee Mikko Aarnio, Angelica Emeléus, Minna Herrala, Juha Kauppila, Ari Koskinen, Jani Kumpulainen, Juha Lukkari, Eero Nykänen, Ville Setälä, Tuomas Skriko Toimisto Office Mäkelänkatu 36 A 2 00510 HELSINKI Puh. 040 152 4241 hanna.torenius@pp-marketing.fi Osoitteenmuutokset Address changes angelica.emeleus@shy.fi Kirjapaino Printers Oridea Oy Keskustie 32 35300 ORIVESI puh. +alv Subscriptions from abroad 140 . 050 553 6895 markku@oridea.fi Levikki Circulation 3400 Seuraavat numerot: ilmestyy: 6/2021 Terveys ja turvallisuus 13.12.2021 1/2022 Hitsausprosessit & NWE 2022 -info 17.02.2022 2/2022 Hitsaustalous ja tuottavuus 22.4.2022 3/2022 Laatu ja NDT 16.6.2022 Member of The International Institute of Welding Kukin kirjoittaja vastaa itse artikkelinsa sisällöstä eikä Hitsaustekniikka-lehdellä ole mitään vastuuta siitä. Lehden aineisto voidaan julkaista uudelleen verkossa. (09) 773 2199 Ilmoitukset Advertisements Hanna Torenius/T:mi Petteri Pankkonen puh. vuosikerta volume ISSN 0437-6056 Julkaisija Publisher Suomen Hitsausteknillinen Yhdistys r.y. (09) 773 2199 www.hitsaus.net Toimitus Editorial Staff Päätoimittaja Editor in Chief Juha Lukkari puh. Pääkirjoitus Teema – Korjaushitsaus ja vauriot Juha Lukkari 2 Artikkelit Muuta Kysy vielä jotakin Hitsaustekniikasta! 42 Hitsausstandardit 43 Pilapiirros – Eero Nykänen 44 Uutisia 45 Uutuustuotteita 55 koulutusuutisia 56 SHY – tiedottaa 60 Tuoteja toimialahakemisto 63 Teräsrakenteiden vauriot ja niiden analysointi Timo Kauppi 4 Painelaitteiden korjausja muutostyöt vaativat huolellista suunnittelua ja tekijöiden pätevyyksien varmistamista Markus Kauppinen 10 Painelaitteen korjaustyö Jukka Virtanen 12 Austeniittisen ruostumattoman valuteräksen korjaushitsaus-caseen liittyvä hitsattavuusselvitys Miikka Karhu, Veli Kujanpää, Joona Toikka, Esa Hiltunen, Tuomas Skriko 14 Huonosti hitsattavien terästen korjaushitsaus käyttäen ruostumattomia hitsauslisäaineita Juha Lukkari 18 Positive Material Identification – PMI Pekka Vallinkoski 22 Korjaushitsaus vai prosessin korjaaminen. +VAT TEEMA: Korjaushitsaus ja vauriotapauksia 5/2021 73. Oskari Ryti, Antti Nykänen ja Janne Kyllönen 26 Korjaushitsaus Case moottorin lohkon halkeama Jussi Lindgren 28 Sulkusyöttimien korjaushitsauksella lisää kulumiskestävyyttä Jenna Mattjus 30 Hitsaustekniikka-lehden artikkelit 19992021 – Korjaushitsaus ja vauriot 32 Puikkotyypin vaikutus hitsausvirtalähteen säätöihin Antti Kahri 33 Säänkestävät teräkset ja niiden hitsaus Sakari Tihinen ja Esa Virolainen 35. Finlands Svetstekniska Förening r.f
Alkuperäiset piirustukset ja käyttöohjeet sekä ainestodistukset auttavat selvittämään perusaineen laatua ja ominaisuuksia: kemiallinen koostumus, lujuus, kovuus, lämpökäsittelytila. Nykyään pitäisi olla kuitenkin riittävästi hitsausmetallurgista tietoa, sopivia menetelmiä ja lisäaineita, jotta onnistutaan hitsaamaan myös hyvin huonosti (rajoitetusti) hitsattavia materiaaleja käytännön olosuhteissa. vaurioanalyysiä, joka on nykyään oma opintoalansa oppilaitoksissa, kuten myöhempi Timo Kaupin artikkeli Teräsrakenteiden vauriot ja niiden analysointi näyttää ja kertoo. Perinteellisiä tutkimusmenetelmiä ”ennen vanhaan” ovat olleet kipinäkoe, viilakoe, kovuuskoe ja materiaalin päättely kappaleen perusteella, joiden tulokset ovat vain jossain määrin suuntaa antavia. Jukka Virtanen selostaa artikkelissaan Painelaitteen korjaustyö, miten yritys toimii painelaitteiden korjaustöissä virallisten standardien, asetusten ja lakien puitteissa. Huonon hitsattavuuden seurauksena voidaan joutua käyttämään mm. Hyväksyykö suunnittelija ja muut asianomaiset sellaisen päätöksen. Painelaitteiden korjausja muutostöistä säädetään painelaitelaissa ja valtioneuvoston asetuksessa painelaiteturvallisuudesta. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 2 PÄÄKIRJOITUS PÄÄKIRJOITUS Korjaushitsauksella tarkoitetaan yleensä vian tai vaurioituneen tuotteen korjaamista hitsaamalla, esim. Riittävän monipuolinen taustatiedon kerääminen on tärkeätä. Koko toiminnan aikana eri vaiheissa pitää ottaa huomioon asiaan kuuluvat vallitsevat standardit, lainsäädäntö ja direktiivit: esim. Vaurionäytteitä tutkitaan joko yksinkertaisemmilla tai monimutkaisemmilla menetelmillä tutkimuslaboratoriossa, kuten myöhempi vaurioanalyysiartikkeli osoittaa. On selvitettävä ja tutkittava kyseessä oleva kohde: mikä kohde ja komponentti on, onko se hitsattu tuote vai ei ja mikä on sen perusaine. Hitsauksen käyttö korjaukseen on paikallaan silloin, kun saavutetaan kustannussäästöjä muihin korjaustapoihin tai uudishankintaan verrattuna ja/tai kun seisokkiajan lyhentymisestä syntyy taloudellisia ja muita etuja. Vaurion syy pitää selvittää, mihin voidaan käyttää ns. Hänen mukaansa insinööriopiskelijoille pitäisi opetusta laajentaa ja lisätä, koska kurssitarjonta on kuitenkin hyvin pientä. Tärkeitä ovat myös tapausesimerkit ja hitsauskorjausselostukset, joita on ollut ja on hyvin runsaasti tämän lehden palstoilla, kuten myöhemmin nähdään HT-lehden korjaushitsauksen artikkeliluettelosta vuosilta 2000-2021. austeniittisen ja nikkeliseoksen käyttö huonosti hitsattaville teräksille, mistä kirjoitetaan artikkelissa Huonosti hitsattavien terästen korjaushitsaus käyttäen ruostumattomia lisäaineita. Hitsauksella voidaan saada tuotteet jälleen toimintakuntoon. Kun vaurion syy, materiaalitiedot ja käyttöolosuhteet on saatu selville, pitää miettiä ja löytää vastauksia mm. Nämä hitsaukset ovat alue, jossa nykyaikaista hitsaustekniikkaa joudutaan soveltamaan hyvin erilaisissa ja usein vaikeissakin käytännön kohteissa ja olosuhteissa. Eri materiaalien hitsattavuus vaihtelee huomattavasti huonosta (rajoitetusta) hitsattavuudesta erinomaiseen. Joskus voidaan joutua käyttämään aivan toisenlaista lisäainetta kuin perusaine on, Teema – Korjaushitsaus ja vauriot esim. Turvallisuusja kemikaalivirasto (Tukes) on julkaissut verkkosivuillaan ohjeen painelaitteiden korjausja muutostöistä. hitsausalan sanastostandardi SFS 3052:2020. Tarkastuslaitos tarkastaa korjausja muutostyön. Tärkeätä on miettiä myös seuraavia kysymyksiä: pitäisikö komponentti korvata uudella osalla, onko se halvempi ja parempi ratkaisu kuin korjaus, miten uuden komponentin hankinta vaikuttaa työn aikatauluun vai voidaanko se jättää sellaisenaan käyttöön (”as-is”). esikuumennusta, rajoittamaan lämmöntuontia, käyttämään vasarointia (”venytystä”), käyttämään hitsauksen aikana monimutkaisia ja hankalia lämpökäsittelyitä sekä hitsauksen jälkeistä jälkilämpökäsittelyä. Perusaineen ominaisuuksien ja vaatimusten mukaan valitaan yleensä hitsauslisäaine. Ne ovat myös edelleen tervetulleita lehteen. Avainasemassa on luonnollisesti perusaine ja sen hitsattavuus, kun ryhdytään suunnittelemaan hitsauskorjausta. Jotta hitsauskorjausta käytettäisiin laajasti ja onnistuneesti, on nykyaikaisten hitsausmenetelmien ja lähimenetelmien käyttötietous sekä erilaisten perusaineiden hitsausmetallurginen tieto tarpeen. Alussa on myös selvitettävä, onko tilaa kunnolliseen hitsauskorjaukseen ja tarkastukseen, voidaanko taata puhdas ja turvallinen työympäristö ja voidaanko vauriokohta valmistella kuntoon hitsausta varten. Markus Kauppinen selvittää artikkelissaan, kuinka painelaitteiden korjausja muutostyöt vaativat huolellista suunnittelua ja tekijöiden pätevyyksien varmistamista. Lisäksi artikkelit käsittelevät lisäaineita, korjaushitsauksia ja materiaalien analysointia. Juha Lukkari Päätoimittaja Hitsaustekniikka-lehti juha.lukkari@shy.fi. Painelaitteet lienee säädellyin ryhmä ja hitsauksen kannalta hyvin tärkeä. Tärkeitä ovat myös asiakkaan ja alkuperäisen valmistajan omat spesifikaatiot. Vaurion tapahduttua ja ennen korjaustoimenpiteisiin ryhtymistä on tärkeätä pyrkiä tunnistamaan vaurion luonne ja syyt tai tehdä ainakin ”valistunut” arvaus siitä, minkä tyyppisestä vauriosta on kyse. seuraaviin kysymyksiin: pitäisikö vika ylipäätänsä korjata, salliiko vikakohteen tyyppi ja luonne korjauksen, estääkö käyttöhistoria korjauksen ja lisääkö korjaus uuden vaurion mahdollisuutta. Hitsauskorjaukseen suhtaudutaan usein epäröiden, mihin saattaa olla huonot kokemukset aikaisemmista korjauksista – ehkä myös materiaalin huonosta hitsattavuudesta. painelaitelainsäädäntö ja tuotestandardit, teräsrakennestandardit ja laivaluokitussäännöt sekä hitsaajan pätevyyskoestandardit, hitsausohjeiden ja menetelmäkokeiden standardit. Korjaushitsaukseen kuuluu myös hitsausmenetelmän valinta ja hitsausohjeiden laatiminen sekä työturvallisuusja paloturvallisuusasioiden järjestäminen. Tuote voi olla kone, laite, rakenne tai mikä tahansa metallinen komponentti, joka on menettänyt tavalla tai toisella toimintakykynsä
sellaisen aiheuttamat vauriot. Teräsrakenteiden vauriot Hitsaustekniikkalehden numerossa 2/1997 Antti Hynnä kirjoitti ansiokkaasti vaurioanalyysin suorituksesta. Vaurioiden syyt voivat olla hyvinkin moninaisia ja voivat johtua usean tekijän yhtäaikaisesta esiintymisestä. Harvalla teollisuudessa toimivalla on käsitystä siitä, että mitä vaurioiden syiden selvittäminen vaatii. Muotoilun ja konstruktion puutteellisuudet (lovet ym. Metallirakenteiden vauriot voidaan jakaa karkeasti kolmeen ryhmään: 1. Näin asia ei kuitenkaan valitettavasti ole, Teräsrakenteiden vauriot ja niiden analysointi Timo Kauppi Tässä artikkelissa poraudutaan teräsrakenteiden vaurioihin ja niiden analysointiin. Vauriosyyt voidaan jaotella mm. virheelliset sovitukset ja niiden parantaminen väkivalloin. Ilmailu5/ 20 21 4. Materiaalien käsittelyvirheet, esim. Materiaalivirheet, esim. Virheellinen materiaalinvalinta, esim. Vaurioihin liittyvä tilastotietoa on erittäin vaikeaa löytää. Tämä pitää paikkaansa niin kauan, kun ne eivät vaurioidu käytössä. epäjatkuvuuskohdat, osien epäasiallinen vaihtaminen jne.) 2. käynnistysja sammutusjaksojen sekä ylösja alasajojen virheellinen suoritus, väärät prosessin toiminta-arvot tai puutteellinen huolto. Tilaston mukaan teollisuussektorissa käytettävissä komponenteissa yli 50 % vaurioista johtuu korroosiosta tai väsymisestä. 6. 2011 USA:ssa yli 270 miljardin dollarin kustannukset vuositasolla, mikä on n. virheelliset valintakriteerit tai käytettyjen valintakriteerien virheelliset raja-arvot. Murtumat voivat olla luonteeltaan sitkeätai haurasmurtumia tai näiden yhdistelmiä eli nk. Asennusvaiheessa syntyneet virheet, esim. kylmämuokkauksen tai hitsauksen aiheuttamat sisäiset jännitykset ja niiden vaikutus haurasmurtumistaipumukseen, korroosio-ominaisuuksiin ja väsymiskestävyyteen; pinnanlaadun vaikutus esim. Seuraavassa on referoitu ydinkohtia artikkelista. Kuitenkin esimerkiksi pelkästään korroosiovauriot aiheuttivat v. Murtumat, joiden syinä ovat mm. 4. sekamurtumia. valuvirheet, liitosvirheet ja muokkauksessa syntyneet virheet. ylikuormitukset, väsyminen, viruminen, jännityskorroosio jne. 3 % bruttokansantuotteesta. Vaurioiden aiheuttamista kustannuksista on vaikeaa löytää tilastoitua tietoa. Tämä johtuu osaltaan siitä, että vaurioanalyysin asiantuntijoita on enää harvassa ja toisaalta siitä, että vaurioanalyysin tekemiseen vaaditaan kalliita mikroskooppeja ja analysointilaitteistoja. Silloin kun on kyse teräsrakenteista, niin kuin yleensä teollisuudessa on, tulisi kaikkien niiden kanssa tekemisissä olevien ymmärtää vaurioiden syntymisen ja ennaltaehkäisyn perusteet. 5. [ www.hitsaus.net ] Teräksiä on käytetty niiden 166 vuotisen historiansa aikana niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ansiosta. Vaurioiden syistä ollaan kiinnostuneita nykyään enenevässä määrin. Korroosion, kulumisen yms. 3. vaan useasti vaurioanalyysi on yhtä vieras aihepiiri kuin hitsausmetallurgian perusasiat, joita tämän lehden metallurgia-artikkelisarjan osissa on käsitelty. Ne ovat lujia, sitkeitä, kierrätettäviä, uudelleenkäytettäviä niitä voidaan helposti muovata, valaa, hitsata ja koneistaa. Väärät toimintaolosuhteet, esim. Yksi harvoista tilastoista on julkaistu Findlayn ja Harrisonin ”Materials today” aikakausjulkaisuun kirjoittamassa artikkelissa ”Why Aircraft Fail”, taulukko 1. seuraavalla tavalla: 1. Osaltaan se johtuu valitettavasti korkeakoulujen ohuesta tarjonnasta vaurioanalyysin perusteiden koulutukseen liittyen. 2. väsymiskestävyyteen; hitsaus ja hitsausvirheet sekä niiden vaikutus väsymiskestävyyteen ja kylmähaurauteen. Teräsrakenteiden vaurioituminen on tosiasiassa hyvin tavallista, yksittäisten vaurioiden aiheuttaessa suurimmillaan miljoonien eurojen kustannuksia ja pahimmillaan henkilövahinkoja. Suuressa osassa suurteollisuuden organisaatioista on nykyään resursseja käyttövarmuuden hallintaan ja kehittämiseen liittyen. Ylikuormitusten ja sisäisten jännitysten aiheuttamat vauriot sekä mahdollisen alentuneen lujuuden seurauksena syntyneet muodonmuutokset. Nykyään puhutaan paljon juurisyyanalyysistä (RCA) ja käyttövarmuudesta, mutta harvemmin niiden yhteydessä hyödynnetään tässä läpikäytävää vaurioanalyysiprosessia. 3
Vaurioituneita vaarnaruuveja. Hauraan murtuman taas tunnistaa alustavasti siitä, että siihen ei liity poikkipinnan ohentumista tai kuroutumista. Rakenne Vaurioiden aiheuttaja Suunnittelu ja mitoitus Hitsausarvot Materiaali Hitsaus Käyttöolosuhteet Rakennukset (6 kpl) 17 % 33 % 83 % 17 % Sillat (26 kpl) 31 % 19 % 35 % 46 % 19 % Muut teräsrakenteet (13 kpl) 15 % 38 % 15 % 62 % 23 % Ylikuormituksen aiheuttaman sitkeän murtuman tunnistaa helposti siitä, että siihen liittyy lähes poikkeuksetta pysyvää muodonmuutosta eli murtuman läheisyydessä on selvästi havaittavia muutoksia komponentin/ rakenteen muodossa, kuvat 1 ja 2. Göran Alpsten on tutkinut neljänkymmenen vuoden aikana Ruotsissa tapahtuneita noin neljänsadan teräsrakenteen vaurioitumisen syitä. Hitsausarvot, 3. Haurasta murtopintaa S355J2 tyyppisessä rakenneteräksessä. (Somers & Pense 1994). Vaurioiden juurisyynä oli useammin inhimillinen virhe kuin käytön aikaiset ”normaalit” vaihtelut kuormitusten kantokyvyssä, jota käytetään yleensä oletuksena rakenteiden suunnitellussa. Hitsausliitos on kriittinen vaurioitumisen kannalta, koska se muodostaa aina vähintäänkin geometrisen epäjatkuvuuskohdan rakenteeseen. Somersin ja Pensen mukaan hitsatun rakenteen vaurioitumisen syyt voidaan jakaa yleensä viiteen luokkaan: 1. Haurasmurtuman pinta on karhea sitkeän murtuman murtopintaan verrattuna ja usein kimalteleva (väsymismurtumalla on silkkimäinen, tumma pinta). Silmällä havaittavia makroskooppisia piirteitä ovat säteittäisharjut (engl. Erityisesti väsymiseen liittyen hitsatulla rakenteella on kaksi tärkeää erityispiirrettä, joita läheskään kaikki eivät tiedä tai tiedosta: 1. Tutkimuksen mukaan staattinen kuormitus ja rakenteiden epästabiilius aiheuttivat eniten vaurioita. Hitsauksen suoritus ja 5. Kuva 2. Kuva 4. radial ridges), jotka muodostavat viuhkakuvion (engl. Tärkeä havainto tutkimuksessa oli se, että rakenteiden hitsit eivät olleet läheskään niin kriittisiä vaurioitumaan kuin yleensä oletetaan. Suunnittelu/mitoitus, 2. Kuva 3. Yksi vaurioitumisen perusedellytys on se, että rakenteeseen vaikuttaa särön ydintymiseen vaadittava ja sen kasvamisen mahdollistava jännitystila. väsymisja korroosionkestävyyttä. Chevronmerkit (”kersantin merkit”), kuva 4. fan-shaped pattern), kuva 3. Tämä edellyttää tietenkin sen, että tarkastusta tekevällä henkilöllä on käsitys erityyppisten murtopintojen makroskooppisista ominaispiirteistä. ”Kersantin” merkkejä HEB-500 palkin murtopinnassa.. Taulukko 1. Erityyppisten vaurioiden esiintyminen (Findlay & Harrison 2002). Se voi olla sisäisten tai ulkoisten jännitysten aikaansaama ja hyvinkin paikallinen. Tässä yhteydessä silmämääräinen tarkastus on yllättävän tehokas ja sillä voidaan saada selville paljon tapahtuneesta vauriosta ja sen luonteesta. Väsymisvaurion synnyssä voidaan erottaa väsymissärön ydintyminen, sen kasvu Kuva 1. Vaurioitunut syöttökiertoputki. Taulukosta 2 nähdään miten teräsrakenteissa esiintyvät vauriot jakaantuvat näihin luokkiin. Vauriomekanismin tunnistaminen Vaurion tapahduttua on tärkeää pyrkiä tunnistamaan vauriomekanismi mahdollisimman nopeasti tai ainakin tehdä alustava arvio eli valistunut arvaus siitä, minkä tyyppisestä vauriosta on kysymys. Lisäksi erilaiset hitsausvirheet heikentävät mm. Teräksen lujuus ei vaikuta kestoikään, vaan määräytyy nk. Siinä vaiheessa tietenkään ei yleensä ole käytettävissä esim. Levyrakenteissa on usein murtuman etenemismerkkeinä ns. Yleensä se etenee suoraan rakenteen läpi. Vauriomekanismi Teollisuus Ilmailu Korroosio 29 % 16 % Väsyminen 25 % 55 % Hauras murtuma 16 % Ylikuormitus 11 % 14 % Korkean lämpötilan korroosio 7 % 2 % SCC/korroosioväsyminen/HE 6 % 7 % Viruminen 3 % Kuluminen/eroosio 3 % 6 % Taulukko 2. Teräsrakenteiden hitsien vauriosyyt (Somers & Pense 1994 mukaillen). murtopintojen analysointiin vaadittavia laitteita, vaan toimeen on tultava varsin yksinkertaisilla apuvälineillä. Materiaali, 4. Ennakoimattomat käyttöolosuhteet. FAT-luokan mukaan. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 5 puolella väsyminen on ylivoimaisesti yleisin vaurioiden syy. 2. Göran Alpsten (2017). Kestoikä määräytyy ensisijaisesti kuormitussyklien lukumäärästä, koska väsymismurtuman ydintymisen vaihe on lyhyt verrattuna perusaineeseen
Kun vauriopaikalta on kerätty tarpeelliset näytteet, niin jatkotoimenpiteet siirtyvät yleensä vaurioanalyyseihin erikoistuneisiin laboratorioihin. Kuva 6. Käytännössä tämä ei toteudu tässä laajuudessa kuin poikkeustapauksessa. hakasmerkit (engl. Väsymismurtopinnalla on usein nähtävissä makroskooppisia piirteitä, joista voidaan päätellä etenemissuunta ja siten ydintymispaikka. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM tai FESEM) on murtopintatarkastelujen perustyökalu, jolla päästään riittävän suuriin suurennuksiin ja resoluutioon. Kuvassa 9 a nähdään haurasmurtuman murtopintaa, jossa on näkyvissä hauraalle lohkomurtumalle tyyKuva 5. Selvitettäviä lähtötietoja ovat: materiaalitiedot (mieluiten ainestodistus), käyttöolosuhteet, epänormaalien käyttöolosuhteiden esiintymistodennäköisyys, vaurion esiintymistaajuus jne. Pahimmassa tapauksessa murtopinnat ovat huolimattomalla menettelyllä ja suoranaisella välinpitämättömyydellä saatettu sellaiseen kuntoon, että niistä on vaikeaa tai mahdotonta saada mitään irti. Särön kasvaessa se tulee normaalijännityksen kontrolloimaksi, joten sen suunta muuttuu kohtisuoraksi vaikuttavaan normaalijännitykseen nähden, kuva 7. beach marks),kuva 5 a. Väsymismurtuma lähtee liikkeelle lähes poikkeuksetta kappaleen pinnalta siinä olevista lovista (pintavika, suuri pinnankarheus, kiilaura, ruuvin kierre jne.). Laboratoriossa ensimmäisiä töitä ovat silmämääräinen tarkastelu ja näytteiden valokuvaus laboratorio-olosuhteissa. Murtopinnoilta nähdään vauriomekanismi (sitkeävai haurasmurtuma, väsyminen, ylikuormitus jne.). Murtuman eteneminen tapahtuu dislokaatioiden liikkeen välityksellä eli se on sitkeää. radial ledges), pysähtymismerkit, ”rantajuovat” (engl. Kuvassa 8 nähdään henkilöauton murtunut kampiakseli, jossa väsymismurtuma on ydintynyt pinnassa olleeseen valmistusvikaan. Murtunut kampiakseli. Kuvassa 9 on esitetty esimerkkejä FESEM:llä kuvatuista murtopinnoista. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 6 ja lopullinen murtuminen ylikuormittumalla, kun kuormituksia kantava poikkipinta-ala on pienentynyt tarpeeksi. Seuraavassa vaiheessa vaurionäytteitä tutkitaan eri menetelmillä. Murtopintoja tulee siis kohdella huolella, niitä ei saa kolhia, ne eivät saa korrodoitua jne. Hakasmerkkejä väsymismurtuman murtopinnassa. Murtopintojen FESEM SEI -kuvia, a) lohkomurtuma ja b) väsymismurtuma. Kuva 9. ratchet marks), joita voi esiintyä pyörötaivutusväsytysmurtopinnalla, kuva 6. Kuva 8. Yleensä murtopintoja tutkitaan elektronimikroskopian avulla ja mikrorakenteita valotai lasermikroskoopilla. Näitä ovat säteittäismerkit (engl. Nuoli osoittaa väsymismurtuman ydintymiskohtaan.. Vauriopaikalla tulee ottaa riittävästi valokuva-aineistoa myöhempää analysointia varten. Tosin useasti tilanne on se, että vaurionäytteet ovat ”ruskettuneita” jo saapuessaan tutkittavaksi ja tällöin ensimmäinen toimenpide on niiden puhdistus jollain sopivalla menetelmällä. Vaurioanalyysin vaiheet Vaurion tapahduttua riittävän monipuolinen taustatiedon kerääminen on ensiarvoisen tärkeää, jo yksinomaan lähtöoletusten oikeellisuuden varmistamiseksi. Useat NDT-menetelmät ovat myös hyödyllisiä vaurioselvitysten yhteydessä. Näytteille voidaan tehdä myös mekaanista testausta, kuten kovuusmittauksia sekä vetoja iskukokeita. Muita merkkejä ovat esim-. Vetojännitykset vaikuttavat kohtisuoraan särön etenemissuuntaan nähden. Yleensä vaurioanalyysistä riittävästi ymmärtävä henkilö saapuu paikan päälle huomattavalla viiveellä ja pahimmassa tapauksessa ei ollenkaan. Mikroskooppitarkastelu vahvistaa useimmiten vauriomekanismin. Loppumurtuma voi olla luonteeltaan sitkeä tai hauras olosuhteista riippuen. Murtopinnat ovat vaurioselvityksen kannalta suoranainen informaation runsaudensarvi. Väsymismurtumia, a) meesauunin kannatinrullan akseli ja b) ratakisko. Kuva 7. Väsymismurtuma on luonteeltaan hauraan kaltainen, koska plastinen muodonmuutos on pientä ja keskittyy aivan särön kärkeen. Näitä löytyy Suomessa tällä hetkellä reilut puolikymmentä. Mur topintatarkastelut muodostavat useassa vaurioselvityksessä tarkastelun tärkeimmän osa-alueen
”helppo tapaus”, jossa on kyse uimahallin käyttöveden putkilinjan korroosiovauriosta. Analyysien suurella lukumäärällä haettiin tilastollista luotettavuutta. Käydään esimerkkinä läpi tyyppejä 1 ja 2 edustava, ns. korroosiotestit mahdollisimman todenmukaisissa ympäristöissä tai väsytyskokeet. Kuvassa 12 on esitetty näyteputken nro 1 hitsin 1_2 juuren puolta, jossa näkyy selkeästi valkoista väriä ja se, että hitsi ei ole myöskään paikoin tunkeutunut kunnolla läpi. Kuvassa 13 on esitetty näyteputken nro 2 hitsin 2_1 poikkileikkauksen mikrorakennetta. Näissä poliisitai työsuojeluviranomaisten edellyttämissä selvityksissä välitön syy on yleensä muu kuin taloudellinen. 2. Tässä esiteltyjen tutkimusmenetelmien lisäksi voidaan tehdä esim. Esimerkki tehdystä vaurioselvityksestä Vaurioselvitykset voidaan karkeasti jakaa kolmeen päätyyppiin: 1. Hitsien poikkileikkauksia tutkittiin ja valokuvattiin Leica IDM 5000 käänteismikroskoopilla. Usein halutaan myös parannussuosituksia sekä tarkastusja korjausohjeita. kipinäherätteisellä OES-analysaattorilla. Teräksen kemiallinen koostumus määritetään tavallisesti esim. Murtopinnoissa mahdollisesti olevia korroosiotuotteita analysoidaan tavallisimmin pyyhkäisyelektronimikroskooppiin yhdistetyllä EDStai WDS-alkuaineanalysaattorilla. pistekorroosio) on suuri. Hitsauksessa ei oltu käytetty kunnollista juurensuojausta eikä niille oltu tehty minkäänlaista jälkikäsittelyä. Tutkittavaksi toimitetut näyteputket. Siinä nähdään kloridien aiheuttama, rakeiden läpi etenevä ja voimakkaasti haarova jännityskorroosiosärö ruostumattomalla teräksellä. Mikäli vaurioselvityksen yhteenvetovaiheessa ei ole vielä täyttä selvyyttä vaurion syistä, voidaan painavista syistä ja suurten taloudellisten arvojen ollessa kyseessä turvautua vaurio-olosuhteita simuloiviin koejärjestelyihin. Poikkipintanäytteitä tarkastellaan yleensä joko valomikroskoopilla tai elektronimikroskoopilla. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 7 pillisiä jokikuvioita ja kuvassa 9 b väsymismurtumalle ominaisia etenemisjälkiä (engl. Putkisto oli vuotanut useammasta kohdasta ja vuodot olivat olleet kehähitsien alueella. Sisäiset tapaukset, joissa tilaaja haluaa selvitykset vaurion syistä lähinnä siksi, että saa jatkossa estettyä vastaavat vahingot. Näyteputkista leikattiin erikokoisia aihioita metallografisia tutkimuksia varten. Osa näytteistä kuumavalettiin Polyfast hartsiin, hiottiin, kiillotettiin mekaanisesti ja syövytettiin elektrolyyttisesti 10 % oksaalihapon vesiliuoksessa (I = 1.5 A/cm 2 , t = 15 – 30 s). Näyteputkista nro 1 ja 2 tutkittiin hitsit nro 1 ja 2. simulointikokeita ja erilaisia mallinnuksia. Kuva 10. 3. Onnettomuustapaukset, joihin liittyvät selvitykset tehdään viranomaisten vaatimuksesta. Kuvassa 10 on esitetty esimerkki vaurionäytteen poikkipinnasta valomikroskoopilla otetusta kuvasta. Juurensuojatahnan ohjeellinen kemiallinen koostumus on Kuva 11. Hitsin poikkileikkauksen mikrorakennetarkastelua varten näyteputkesta irrotettiin metallografisen näytteen aihio. Seuraavat lähtötiedot olivat käytössä: putkimateriaalina oli käytetty standardin SFS-EN 10217-7 vaatimusten mukaista EN 1.4307 (X2CrNi18-9) austeniittista ruostumatonta terästä (ø = 88.9 mm ja t = 2.0 mm) ja hitsauksessa käytetystä lisäaineesta ei ole tietoa. Se on samalla opettavainen tarina ruostumattomien terästen hitsauksen haasteista. Näyteputken nro 1 hitsin 1_2 juuren puoli. Jännityskorroosion (SCC) aiheuttama särö paperikoneen kuivausosan tuorevoiteluöljyputkessa.. Riitatapaukset, joissa tarvitaan puolueetonta lausuntoa vaurion syistä siihen liittyvien taloudellisten kysymysten selvittämiseksi. Tässä tapauksessa tutkittavaksi toimitettiin kolme päittäishitsattua 90°-putkikäyrää, kuva 11. Formier-kaasu). Kuvan perusteella korroosio on edennyt hitsin juuren puolella huomattavasti ja aineenpaksuus on pienimmillään enää luokkaa 1.7 mm. Kuva 12. Kehähitsien juuren puolella ollutta korroosiotuotetta analysoitiin FESEM-mikroskoopin EDS-alkuaineanalysaattorilla. Tuloksen onnistuminen riippuu tässä vaiheessa eniten teknisen raportin laatijan kokemuksesta ja harjaantumisesta. Epäpuhtaudet, kuten fosfori ja rikki, vaikuttavat ratkaisevasti terästen ominaisuuksiin. Jos on syytä epäillä epäpuhdasta materiaalia, on se syytä tarkistaa kemiallisen koostumuksen analysoinnilla. Tällaisen suojaamattoman ja jälkikäsittelemättömän hitsin korroosionkestävyys on huomattavasti huonompi kuin perusaineen ja riski erityisesti paikalliseen korroosioon (esim. Kaikkien toimitetuissa näyteputkissa olleiden kehähitsien juurenpuoli oli samankaltainen. Tarkoituksena on lähinnä saada tietoa lähinnä materiaalin mikrorakenteesta ja sen vaikutuksesta murtuman ydintymiseen, sen etenemiseen jne. striations). Korroosiotuotteessa huomiota kiinnittivät korkeat pii-, titaani-, kalkkija mangaanipitoisuudet (Si, Ti, Ca ja Mn). Viimeisessä vaiheessa tehdään tekninen raportti, jossa kootaan yhteen tutkimuksen eri osa-alueista koottu informaatio, sovitetaan kerätty tieto yhteen ja näin muodostuneen kokonaisnäkemyksen pohjalta muodostetaan johtopäätös vaurion syistä. Vaurionäytteille tehdään myös kemiallisia analyysejä. Valkoinen väri viittaa juurensuojatahnan käyttöön. Työ muistuttaa hyvin paljon ”salapoliisityötä”, jossa tarvitaan monialaista syvällistä osaamista niin fysikaalisen metallurgian, lujuusopin kuin standardien vaatimustenkin osalta. Hitsien juuren puolella ollutta korroosiotuotetta analysoitiin Quanta 450 FEG -kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskoopin (FESEM) EDSanalysaattorilla. Pintaan tehtiin satunnaisesti 60 kpl pisteanalyysejä ja 60 kpl alueanalyysejä. Silmämääräisellä tarkastuksella havaittiin, että näyteputken nro 1 kehähitsi 1_2 ja muutosvyöhyke olivat pahoin hapettuneita ja osin korroosiotuotteiden peittämiä. Tällaisia ovat esim. Korroosionkestävyyden varmistamiseksi hitsauksen yhteydessä pitäisi käyttää ensisijaisesti juurensuojakaasua (puhdas Ar tai esim
Taulukko 3. Viimeinen tietysti riippuu lähinnä vaurioanalyysin tekijän kyvystä opiskella ja omaksua uutta tietoa. Kehähitsien juuren puolen korroosio on selvä osoitus siitä, että juurensuojatahna ei anna riittävää suojaa hitsin hapettumiselle ja näin ollen sille olisi tehtävä mekaaninen puhdistus ja kemiallinen käsittely (peittaus ja passivointi) hitsin korroosionkestävyyden varmistamiseksi, mikä lienee putkihitseissä mahdoton tehtävä. Vol. Timo Kauppi, IWE, IWI-C, TkL Oulun yliopisto / Lapin ammattikorkeakoulu timo.a.kauppi@oulu.fi Kuva 13. Näistä kolme ensimmäistä johtuvat lähinnä vaurionäytteet lähettäneen organisaation riittämättömästä tiedosta vaurioanalyysiprosessiin liittyen eli siitä, että ei tiedetä, mitä edellä esitetyn mukaisesti pitäisi ottaa huomioon vaurionäytteitä otettaessa ja akuuttia tilanneselvitystä tehtäessä. Puutteelliset tai väärät tiedot käyttöolosuhteista 4. Ladattavissa https://www.stbk.se/1662cpaper34-iabse-2017-01-24.pdf. Alkuaine O-K F-K Na-K Si-K Cl-K K-K Ti-K Cr-K Mn-K Ni-K ka 5.52 0.85 2.34 5.77 1.8 0.558 11.59 15.23 8.23 5.83 n (kpl) 60 9 12 60 15 39 53 60 60 48 n (%) 100 % 15 % 20 % 100 % 25 % 65 % 88 % 100 % 100 % 80 %. Näissä selvityksissä kertyneiden kokemusten perusteella voidaan todeta, että vaurioanalyysin onnistumisen kannalta selvästi suurimmat haasteet ovat: 1. Puutteet vaurioanalyysin tekijän prosessija laitetietämyksessä. Puutteelliset lähtöja historiatiedot 2. alkuainetta on löytynyt. Oulun yliopisto, ”465113S Metallien vauriomekanismit”, 5 op . Taulukon n-% tarkoittaa sitä, kuinka monesta alueesta ko. Vesijohtoverkostoon muodostuvissa biofilmeissä voi olla eri tyyppisiä mikrobeja, jotka aiheuttavat korroosiota. Tässä meillä on haastetta tuleville vuosille! Lähteet Apsten G. W. Tilannehan pitäisi olla se, että jokaisella korkeakoululla pitäisi olla tekniikan alalle tarjolla ja mieluiten pakollisena ammattiaineena vaurioanalyysin perusteiden opettamiseen liittyvä kurssi. Welding Failure Analysis. Somers B.R., Pense A. Tämä johtuu siitä, että teräksen pinnassa ei ole sitä normaalisti suojaavaa passiivikalvoa. 2017. Internet julkaisu. Materials Characterization. Korroosio oli ydintynyt hapettuneeksi jääneeseen hitsiin, mikä on hyvin todennäköistä jo lievästikin korroosiota aiheuttavissa olosuhteissa. Näyteputken nro 2 kehähitsin 2_1 poikkileikkauksen korroosiotuotteiden EDS-analyysien keskiarvot. 33. Vaurioanalyysin haasteet Artikkelin kirjoittaja on tehnyt vaurioanalyysejä noin viidentoista vuoden ajan, viime vuosina 5-10 kpl vuosivauhdilla. Taulukossa 3 on annettu poikkileikkaushieestä analysoidun korroosiotuotteen EDSanalyysitulosten keskiarvot. Näyteputken nro 2 kehähitsin 2_1 poikkileikkauksen mikrorakennetta. Edellä esitetyn perusteella voidaan todeta, että uimahallin käyttövesiputkiston korroosiovaurioiden juurisyynä oli hitsauksessa käytetty puutteellinen juurensuojaus ja hitsien juurenpuolen jälkikäsittelyn puuttuminen. Hitsin pinnan hapettuessa puutteellisen juurensuojauksen vaikutuksesta sen alapuolelle muodostuu kromiköyhä vyöhyke, jonka korroosionkestävyys on perusainetta huomattavasti heikompi. Rikki voi aiheuttaa myös korroosiota, mutta yleensä se edellyttää tietyntyyppisten mikrobien läsnäoloa. 295-309. Tässä tapauksessa korroosiotuotteista ei löytynyt rikkiä. Juuren puolella hitsien pinnassa oli runsaasti korroosiotuotteita ja niissä oli havaittavissa materiaalihäviöitä sekä pistekorroosion aiheuttamia kuoppia. Näiden ei pitäisi kuitenkaan aiheuttaa korroosiota. Kaikki tässä artikkelissa esitetyt kuvat ovat peräisin noista tehdyistä vaurioselvityksistä. Korjaussuositukseksi annettiin putkiston uusiminen ainakin siltä osin kuin siinä on hapettuneita ja jälkikäsittelemättömiä hitsejä. Yhden haasteen tähän liittyen muodostaa vaurioituneeseen komponenttiin liittyvän teknisen dokumentaation puutteellisuus tai puuttuminen, mikä on varsin tavallista kolmannen osapuolen toimittamien laitteiden ja prosessien kyseessä ollessa. Haettu 9.10.2021. Kun Googlen hakukenttään vaihtaa sanan ”metallien vauriomekanismit”, niin saadaan seuraava tulos: . Suuressa kuvassa tarkasteltuna tämä merkitsee sitä, että suomalaiseen teollisuuteen koulutettaville insinööreillä pitäisi antaa opetusta aihealueeseen liittyen. Doi:10.1016/1044-5803(94)90049-3. Ei-edustavat tai korroosion pilaamat vaurionäytteet 3. Käyttövedessä olleet kloridit ja fluoridit ovat todennäköisimmin aiheuttaneet putkistossa ilmenneet korroosiovauriot. Sen sijaan kloridit, fluoridit ja rikki voivat aiheuttaa korroosiota etenkin silloin, kun ruostumattoman teräksen passiivikalvo on vaurioitunut. Taulukon perusteella syöpyneen hitsiaineen korroosiotuotteessa on korroosiota aiheuttavia alkuaineita eli fluoria (F) ja klooria (Cl). [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 8 seuraava: 35-45% SiO 2 , 25-35% Ca(OH) 2 , 10-20% TiO 2 ja 9-10% MnO, mikä selittää näiden alkuaineiden korkeat pitoisuudet. Kun opetuksen tarjontaa lähtee selvittämään Internetin kautta, niin hakusanalla ”vaurioanalyysi, kurssit” tulee vastaan lähinnä ajoneuvoalaan liittyviä koulutuksia. Causes of Structural Failures with Steel Structures. 1994. Metropolia AMK, ”TQ00AB05 Materiaalien vaurioitumismekanismit”, 3 op Eli näyttäisi vahvasti siltä, että kurssitarjontaa ei juurikaan ole, mikä tietysti omalta osaltaan heikentää suomalaista insinööriosaamista
[ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 9 O N K O S U L L A K A I K K I KONEET PAJASSA. –24.3.2022 22.–24.3.2022 Tampereen messuja Urheilukeskus Tulossa näytteilleasettajaksi. Ilmoita tuotteesi suosittuihin keräilykortteihin maksutta www.nordicweldingexpo.fi/kortit Protech Lahti D221 Stratasys F170 Ammattita son FDM 3D-tulosti n liukeneva lla tukimater iaalilla ja lämmitety llä kammiolla . Kehittyneimmät koneet • Moderni konepaja • Rohkeat investoinnit nordicweldingexpo.fi #NordicWeldingExpo konepajamessut.fi #Konepaja 3dnewmaterials.fi #3DNewMaterials Suomen Hitsausteknillinen Yhdistys The Welding Society of Finland UUTTA! 22. Lempinim i Paino Leveys Pituus Korkeus Pysty-Sta ra 227 kg 86 cm 71 cm 163 cm Nakamura-Tome NTY3-100 2-karainen cnc-sorvi. 3 x työkalurevolveri, 3 x pyörivät työkalut, 3 x Y-akseli. A101 Paino Leveys Pituus Korkeus 19 kg 21 cm 54 cm 44 cm Kemppi Oy. Lempinimi Paino Leveys Pituus Korkeus Super-Nakke 9500 kg 226 cm 343 cm 193 cm Insinööritoimisto Ismo Lindberg Oy E323 MasterTig 235ACDC Ergonomisella MasterTig ACDC:llä voi hitsata kaikkia hitsattavissa olevia materiaaleja
Perusasiat eivät kuitenkaan ole muuttuneet. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 10 Painelaitteiden korjausja muutostyöt vaativat huolellista suunnittelua ja tekijöiden pätevyyksien varmistamista Markus Kauppinen Painelaitteiden korjausja muutostöiden säädösvaatimuksia muutettiin vuonna 2016 uuden painelaitelain myötä. Korjausja muutostyö vaiheittain 1. Korjausja muutostyö on suunniteltava huolella. 2. Korjausja muutostöiden lainsäädäntövaatimukset Painelaitteiden korjausja muutostöistä säädetään painelaitelaissa 1144/2016 ja valtioneuvoston asetuksessa painelaiteturvallisuudesta 1549/2016. kohteen sijainti laitoksella, NDT:n tai lämpökäsittelyn suorittaminen tai työn ajankohta. Hankinta: Tee kirjallinen sopimus korjaustai muutostyön tekijän kanssa, sovi toimitettavista asiakirjoista etukäteen ja varmista tekijän pätevyys sekä osaaminen. Tarkastuslaitos tarkastaa korjausja muutostyön. 4. Korjausja muutostyössä on toimittava lain 76 §:ssä ja asetuksen 17 §:ssä säädetyn mukaisesti. 3. Tekijöiden ammattitaito ja osaaminen on varmistettava ennen työn aloittamista. Suunnittelu: Suunnittele työ huolella, hyödynnä tässä mahdollisuuksien mukaan painelaitteen alkuperäistä suunnitelmaa ja hitsausohjetta, tarkista painelaitteen luokitus, materiaalit, hitsaajien ja menetelmien pätevöinnit, laadi tarvittavat tekniset asiakirjat tai varmista niiden saatavuus työn suorittamisen jälkeen sekä hyväksytä korjaussuunnitelma tarkastuslaitoksella. Toteuttaminen: Ilmoita korjaustai muutostyöstä etukäteen tarkastuslaitokselle (rekisteröitävät painelaitteet) ja valvo korjaustai muutostyön toteuttamista hyväksyt. Vaatimusten soveltamiseen vaikuttavat korjausja muutostyön kohde, suoritettavan työn laajuus ja myös kiireellisyys. Turvallisuusja kemikaalivirasto (Tukes) on julkaissut verkkosivuillaan ohjeen painelaitteiden korjausja muutostöistä. Korjaustai muutostyön määrittely: Määrittele työ ja sen laajuus, aikataulu sekä työhön liittyvät erityiset haasteet, esim
Teknisiä asiakirjoja ovat esimerkiksi: . Muun moduulin soveltaminen korjausja muutostyössä Paineeltaan enintään 0,5 bar tai painelaitedirektiivissä 2014/68/EU (”PED”) hyvään konepajakäytäntöön luokiteltavien vaarallisten kemikaalien putkistojen korjausja muutostöissä voidaan toimia moduulin A mukaisesti. Korjaussuunnitelman perusteella tarkastuslaitos arvioi, täyttääkö korjausja muutostyö sovellettavat tur vallisuusvaatimukset ja antaa korjaussuunnitelman hyväksynnästä todistuksen. viittaus painelaitelakiin (1144/2016) 76 § ja painelaiteturvallisuusasetukseen (1548/2016) 17§ . Tekniset asiakirjat Painelaitteen omistajan tulee saada korjausja muutostyöstä tarpeelliset tekniset asiakirjat, erityisesti rekisteröitävistä painelaitteista. HUOM. Yksittäisissä, tyypillisesti kiireellisissä töissä tarkastuslaitos voi hyväksyä korjausja muutostyössä noudatettavan hitsausohjeen myös muun riittäväksi katsomansa menettelyn mukaisesti. Moduulissa G painelaitteen omistaja tai korjausja muutostyön tekijä toimittaa suunnitelman tarkastuslaitokselle hyväksyttäväksi. Painelaitteen omistajan on varmistettava korjausja muutostyön tekijää valittaessa, että tarvittavat hitsauksen pätevöinnit on tehty tai että ne tehdään ennen korjausja muutostyön aloittamista. Vaihtoehdot ovat seuraavat: . moduuli, jota on sovellettu . kuvaus siitä, mitä korjausja muutostyössä on tehty . Korjausja muutostyön tekijän on allekirjoitettava vaatimustenmukaisuusvakuutus. Korjaustai muutostyön tekijä laatii korjausja muutostyöstä vaatimustenmukaisuusvakuutuksen ja kokoaa tekniset asiakirjat. Korjausja muutostyön tekijän pätevyys Korjausja muutostöissä hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinnin vaatimukset ovat samat kuin uuden painelaitteen valmistuksessa. Moduuli A ei edellytä tarkastuslaitoksen tarkastuksia. tarkastuslaitoksen antamat todistukset. Painelaitteen omistaja tai korjausja muutostyön tekijä laatii korjaussuunnitelman sekä työn suorittamista koskevat tekniset asiakirjat. NDT:tä tekevillä henkilöillä on oltava pätevöintilaitoksen hyväksyntä, jos hitsaustyötä sisältävän korjaustai muutostyön kohteena on painelaite, joka luokitellaan painelaitedirektiivissä 2014/68/EU (”PED”) luokkiin III tai IV. Hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinneillä on oltava ilmoitetun laitoksen tai pätevöintilaitoksen hyväksyntä, jos hitsaustyötä sisältävän korjaustai muutostyön kohteena on painelaite, joka luokitellaan painelaitedirektiivissä 2014/68/EU (”PED”) luokkiin II, III tai IV. Tähän liittyy olennaisesti myös se, että korjausja muutostyön tekijän tulee huolehtia hitsaajiensa pätevyyden voimassaolosta. Lopuksi tarkastuslaitos antaa korjausja muutostyöstä G-moduulin mukaisen vaatimustenmukaisuustodistuksen. Korjausja muutostyön vaatimustenmukaisuuden arviointi Korjausja muutostöiden vaatimustenmukaisuuden arvioinnissa sovelletaan vastaavia menettelyitä kuin uusien painelaitteiden valmistuksessa. Asiakirjat: Liitä asiakirjat painelaitekirjaan. painekokeen pöytäkirja . Moduulin G soveltaminen korjausja muutostyössä Moduuli G on tarkoitettu rekisteröitävien painelaitteiden korjausja muutostöiden vaatimustenmukaisuuden arviointiin. Henkilöpätevyyden osalta on otettava huomioon myös, että NDT:tä tekevällä yrityksellä tulee olla käytettävissään NDT:n suorittamiseen tasoon 1 sertifioitujen henkilöiden lisäksi ainakin yksi tasoon 2 tai 3 sertifioitu henkilö. Korjausja muutostyötä koskevien hitsausohjeiden tulee olla hitsaajien käytössä työtä suoritettaessa. muu moduuli, jos tarkastuslaitos hyväksyy sen työn kohteen ja laajuuden perusteella. korjausja muutostyön tekijän nimi ja osoite . Moduulin A2 soveltaminen korjausja muutostyössä Moduuli A2 soveltuu putkistojen, paineenalaisten lisälaitteiden ja ei-rekisteröitävien painesäiliöiden korjausja muutostöihin. hitsaus-, lämpökäsittelyja NDT-asiakirjat . NDT-laitteet ovat käyttökelpoiset, huolletut ja kalibroidut . Korjausja muutostyön asiakirjat Vaatimustenmukaisuusvakuutus Korjausja muutostyön tekijän on annettava painelaitteen omistajalle vaatimustenmukaisuusvakuutus, joka sisältää seuraavia tietoja: . Markus Kauppinen Ryhmäpäällikkö, painelaitteet Turvallisuusja kemikaalivirasto (Tukes) markus.kauppinen@tukes.fi. Tilauksessa sovitut asiakirjat luovutetaan painelaitteen omistajalle. korjaussuunnitelma ja lisäksi korjauskertomus, jos toteutus poikkeaisi huomattavasti alkuperäisestä suunnitelmasta . Tarkastuslaitos valvoo pistokoemaisesti korjausja muutostöiden tekemistä sopimuksen mukaisesti. viittaukset tarkastuslaitoksen antamiin todistuksiin. NDT:ssä, sen laajuudessa ja tulosten tulkinnassa otetaan huomioon painelaitteisiin ja painelaitteiden standardeihin liittyvät vaatimukset. putkisto) . 5. Hitsausliitosten NDTtarkastukset Painelaitteiden korjausja muutostyön hitsaukseen liittyvässä rikkomattomassa aineenkoetuksessa (NDT) noudatetaan samoja vaatimuksia kuin painelaitteiden valmistuksessa. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 11 tyä suunnitelmaa noudattaen: tarkastukset, NDT, painekoe ja todistusten laatiminen. Korjausja muutostyön tekijä ilmoittaa työstä tarkastuslaitokselle. Korjausja muutostyötä ei CE-merkitä. tarkastuslaitoksen nimi ja osoite . moduuli A2, jos painelaite ei ole rekisteröitävä (esim. Moduulin A2 soveltaminen edellyttää korjausja muutostyön tekijän ja tarkastuslaitoksen välistä kirjallista sopimusta moduulin edellyttämästä valvonnasta. moduuli G, jos korjausja muutostyön kohteena on rekisteröitävä painelaite . Henkilöpätevyyden ohella on varmistettava NDT:n havaintojen ja tulosten asianmukaisuus: . Lisäksi tarkastuslaitos tarkastaa korjausja muutostyön suorittamisen, valvoo tarvittaessa painekokeen suorittamisen sekä tarkastaa työstä laaditut asiakirjat. NDT-pöytäkirjat täyttävät painelaitteisiin ja tarkastuksiin liittyvät vaatimukset . materiaalien ja hitsauslisäaineiden tai muiden liitosaineiden ainestodistukset . Painelaitedirektiivin henkilöja menetelmäpätevöintiä koskevia vaatimuksia on sovellettava myös muiden pysyvien liitosten kuten juotettujen, mankeloitujen, liimattujen tai niitattujen liitosten korjausja muutostöihin
Suunnitelman laajuus ja perusteellisuus vaihtelevat toki tapauskohtaisesti, mutta lähes poikkeuksetta suunnitelma perustuu painelaitteen valmistuksessa käytettyyn hyväksyttyyn rakennesuunnitelmaan. hitsaussuunnitelma . Korjaussuunnitelma tulee esittää ennen korjaustyön aloittamista hyväksytylle kansalliselle tarkastuslaitokselle. Painelaitteen käyttöönoton jälkeisistä korjaustöistä on säädetty painelaitelain (1144/2016) 76 §:ssä ja painelaiteturvallisuudesta annetun valtioneuvoston asetuksen (1549/2016) 17 §:ssä. NDTsuunnitelma (laajuus, toteutusja hyväksymisstandardi hyväksymisrajoineen) . Korjaustyön suunnittelu Korjaustyön tekijän (jatkossa valmistaja) tulee tehdä korjaustyön kartoitus sekä selvittää työn laajuus mahdollisimman yksityiskohtaisesti, vaikka omistaja/haltija tai joku muu taho olisikin sen jo osaltaan tehnyt. Korjaustyön toteutus Korjaustyön lähtökohta on, että korjaustyö tehdään ja tarkastetaan hyväksytyn tarkastuslaitoksen hyväksymän korjaussuunnitelman mukaisesti. WPS) . lämpökäsittely on asianmukainen. yhteyshenkilöt. Mikäli omistaja/haltija hankkii korjaustyön valmistajalta, jolla on sertifioitu johtamisjärjestelmä (ISO 9001) ja hitsauksen laadunhallintajärjestelmä (ISO 3834-2) sekä vuosien kokemus painelaitevalmistuksesta ja vastaavista korjausja muutostöistä, niin lähtökohdallisesti oltaneen hyvällä polulla. mitoitus on riittävä painelaitteen käyttöolosuhteisiin . 17 pykälän mukaan painelaitteen korjaustyössä on soveltuvin osin noudatettava painelaitteista annetun Valtioneuvoston asetuksen (1548/2016) olennaisia turvallisuusvaatimuksia ja toiminnanharjoittajan on annettava painelaitteen omistajalle tai haltijalle vaatimustenmukaisuusvakuutus. laadunvarmistussuunnitelma . Hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinneillä on oltava ilmoitetun laitoksen tai pätevöintilaitoksen hyväksyntä, jos hitsaustyötä Korjaustyön vaiheet. Korjaustyöhön ei sovelleta CE-merkinnän vaatimusta. Korjaussuunnitelman laadinnan yhteydessä on olennaisen tärkeää, että korjaustyön suunnittelijalla on käytettävissä mahdollisimman kattavat tiedot painelaitteen nykyisestä rakenteesta, käyttöolosuhteista ja tarkastushistoriasta. tarvittavat pysyvien liitosten ohjeet, kuten hitsausohjeet (WPS) . materiaalitiedot . rakennetarkastuksen toteutus . valmistajatiedot . Korjaustyön tekijän pätevyys ja valinta Valmistajan pätevyydelle ei ole asetettu muodollisia vaatimuksia, mutta valmistajalle on asetettu kuitenkin tiettyjä minimivaatimuksia hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinnistä, kun painelaitteen korjaustyö sisältää hitsausta. tyiskohtainen suunnitelma korjauksesta, toteutustavasta, tehtävistä tarkastuksista jne. Painelaitedirektiivin mukaan painelaitteiden paineenkestoon vaikuttavien osien ja niihin suoraan kiinnitettyjen osien pysyvät liitokset on teetettävä henkilöillä, joilla on asianmukainen pätevyys, ja ne on toteutettava pätevöityjen menetelmien mukaisesti. Kun on saatu puolin ja toisin ymmärrys korjaukseen johtaneista syistä, on helpompi tehdä yksiPainelaitteen korjaustyö Jukka Virtanen Tämä artikkeli käsittelee painelaitteen korjaustöitä, joissa painelaitteen painettakantavia osia korjataan hitsaamalla käyttöönottotarkastuksen jälkeen voimassa olevaan rakennesuunnitelmaan nähden, ja kun korjaustyö toteutetaan seuraten moduulia G vaatimustenmukaisuuden arvioinnissa. suunnitteluarvot . ainestodistukset . tarvittava suunnitteluaineisto (piirustukset, kaaviot, osaluettelot jne.) . ovat . kuvaus korjauksen toteutuksesta vaiheittain ja yksityiskohtaisesti . [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 12 Johdanto Omistaja/haltija vastaa laitteistaan niin, että turvallisuus on varmistettu laitteen koko käyttöiän ajan. Mikäli painelaite kuuluu sisällön, koon ja suurimpien sallittujen käyttöarvojen perusteella luokkiin I – IV, tulee korjaustyössä noudattaa painelaitedirektiivin liitteen I olennaisia turvallisuusvaatimuksia, joita mm. Korjaustöissä vaaditaan rautaista ammattitaitoa ja monipuolista osaamista, säädösten ja standardien hallintaa, materiaalien tuntemusta sekä hitsausja NDTosaamista ja -tietämystä. pysyvien liitosten tekijät ja NDTtarkastajat ovat pätevöitetyt . korjaustyössä käytettävät materiaalit ovat soveltuvia kyseisen painelaitteen käyttöolosuhteisiin . Korjaussuunnitelmassa olisi hyvä esittää . Perusvaatimukset ovat samat kuin itse valmistajalla. Mikäli korjaustyössä valmistaja käyttää alihankkijoita, on luonnollisesti alihankkijoiden pätevyydet tarkistettava sekä määriteltävä tarkasti alihankkijoilta vaadittavat asiakirjat. valmistusaikataulu . mahdolliset alihankkijat . Nämä vaatimukset ovat samat kuin painelaitteiden valmistuksessa. materiaalien jäljitettävyys on aukoton ja kaikista käytetyistä materiaaleista (levyt, laipat, putket, hitsauslisäaineet jne.) tulee löytyä ao. pysyville liitoksille löytyy menetelmäkokeilla hyväksytyt ohjeet (esim. sekä päättää korjaustyön vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelystä
mitta-, PWHT-, yms. . Vaatimustenmukaisuusvakuutuksen minimisisältö on . Hyväksytty tarkastuslaitos antaa hyväksymästään suunnitelmasta lausunnon tai päätöksen, johon perustuen valmistaja tekee tai teettää korjaustyön suunnitelman mukaisesti. arviointimenettely (moduuli tai moduuliyhdistelmä), jota on sovellettu . vaatimustenmukaisuustodistus ja -vakuutus . Kun käytetään akkreditoituja NDT-tarkastuslaitoksia, niin voidaan olla varmoja ainakin teoriassa, että NDT tulee hoidettua asianmukaisesti. Sopimusvaiheessa on siis syytä keskustella tarkasti, kuka oikeasti on oikea taho ottamaan vastuun korjaustyöstä ja antamaan vaatimustenmukaisuusvakuutuksen, sillä usein tilaaja (omistaja/haltija) kuitenkin tuntee valmistajaa paremmin . Korjaustyön NDTtarkastuksessa tulee noudattaa samoja vaatimuksia kuin painelaitteiden valmistuksessa eli painelaitteiden pysyvien liitosten ainetta rikkomattomat tarkastukset on teetettävä henkilöillä, joilla on asianmukainen pätevyys. laitteen toiminnan ja käyttöolosuhteet . NDT-tarkastajien ja pysyviä liitoksia tehneiden pätevyystodistukset . Teknisiä asiakirjoja ovat mm. Siksi olisi suositeltavaa, että hitsausohjeet ja niiden perusteena olevien menetelmäkokeiden hyväksynnät sekä jopa korjaustyöhön ajateltujen hitsaajien pätevyystodistukset esitettäisiin korjaussuunnitelman yhteydessä hyväksytylle tarkastuslaitokselle ennen korjaustyön aloittamista. Hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinnit on tehtävä ennen korjaustyön aloittamista. Lisäluettavaa Painelaitelaki (1144/2016) Valtioneuvoston asetus painelaiteturvallisuudesta 1549/2016 Valtioneuvoston asetus painelaitteista 1548/2016 https://tukes.fi/tuotteetja-palvelut/painelaitteet/ painelaitteiden-korjaus-ja-muutostyot Direktiivin 2014/68/EU soveltamisohjeet mm. painekoepöytäkirja . Vaatimukset) ja SFS-EN ISO 3834-2 (Metallien sulahitsauksen laatuvaatimukset. Valmistajasta eli tahosta, joka antaa vaatimustenmukaisuusvakuutuksen, on sovittava ennakkoon. ainestodistukset . Hitsaajien ja hitsausmenetelmien pätevöinti tulee tehdä ennen työn aloittamista. Vastuu korjaustyön asianmukaisesta toteuttamisesta on sillä yrityksellä, joka on antanut vaatimustenmukaisuusvakuutuksen. On valitettavan yleistä, että suoritetut menetelmäkokeet ja pätevyyskokeet eivät sittenkään pätevöitä työssä käytettävien materiaalien hitsaukseen, materiaalipaksuus on todistuksen pätevyysalueen ulkopuolella jne. Valmistaja vastaavasti antaa vaatimustenmukaisuusvakuutuksen ja luovuttaa korjaustyötä koskevat asiakirjat omistajalle/haltijalle. Muutama havainto Kun korjaustyö tehdään kansallisen lainsäädännön mukaisesti ja kohteena oleva laite muodostuu useasta osakomponentista, niin pienellä peliliikkeellä omistaja/haltija pystyy ihan lainsäädännön puitteissa uusimaan koko laitteen olemassa olevan rakennesuunnitelman puitteissa pienessäkin aikaikkunassa kokonaan, kun pilkkoo korjaustyön käyttäen ”pelisilmää”. miten painelaite liittyy kokonaisuuteen jne. mitä on korjattu ja miten, tehdyt tarkastukset ja tekijät sekä jäljitettävyys. ohjeet . Toimitettavat tekniset asiakirjat Painelaitteen omistajan/haltijan pitää saada korjaustyöstä tarpeelliset tekniset asiakirjat, joista ilmenee yksityiskohtaisesti mm. Tärkeää on huomioida, että vastaavat asiakirjat tulee esittää myös aliurakoitsijoiden toimittamista osista ja niiden valmistuksesta ja tarkastuksesta. omistaja/haltija tai tämän edustaja (esim. tehtyjen NDT-tarkastusten pöytäkirjat . Jos kuitenkin esim. korjaussuunnitelma . hitsaus-, lämpökäsittely(PWHT), yms. pintakäsittelypöytäkirja . insinööritoimisto) tekee korjaussuunnitelman, valmistaja antanee vain alihankkijavakuutuksen. tosimittapiirustus . materiaalien, hitsauslisäaineiden, yms. Osa 2: Kattavat laatuvaatimukset) sekä vuosien kokemus painelaitevalmistuksesta, voidaan lähtökohdallisesti pitää hyvänä valintana korjaustyön tekijäksi ja tarkastajaksi. mahdollisesti päivitetty käyttöohje. Tarkastuslaitos, jolla on ao. Jotta kaikki lainsäädännön ja standardien vaatimukset tulevat huomioiduksi vaatimusten mukaisesti, on omistajan/haltijan etu, jos korjaustyön tekee ja tarkastaa taho, jolla on vankka ammattitaito ja kokemus vastaavista operaatioista. Jukka Virtanen, IWE COO Vahasilta Oy Paimio jukka.virtanen@vahasilta.fi www.vahasilta.fi. Monesti myös eteen tulee tilanne, että korjaustyön tulisi täyttää PED:n vaatimukset kirjaimellisesti lujuustarkasteluineen, vaikka laite olisi alkujaan suunniteltu, valmistettu ja tarkastettu SFS:n mukaan. korjaustyön tehneen toiminnanharjoittajan nimi ja osoite . tarkastuslaitoksen nimi ja osoite . tarkastuslaitoksen antama todistus hyväksytystä korjaussuunnitelmasta . turvallisuusriskit . Vaatimustenmukaisuuden arviointi Valmistajan esittämien asiakirjojen perusteella hyväksytyn tarkastuslaitoksen tulee arvioida, täyttääkö korjaustyö suunnittelun ja rakenteen osalta PED:n liitteen I suunnittelua ja valmistusta koskevat olennaiset turvallisuusvaatimukset. Yhteenveto Korjaustyön suunnittelu, toteutus ja tarkastustoimet vaativat rautaista ammattitaitoa jo ihan henkilö-, laiteja laitosturvallisuuden takia. akkreditoinnit ja valmistaja, joilla on sertifioituna standardien SFS-EN ISO 9001 (Laadunhallintajärjestelmät. Täten sitä saa, mitä tilaa, vai saako sittenkään. A-03, A-04, A-47, C-19. NDTja laadunvarmistussuunnitelma . pöytäkirjat liitteineen ja mahdollisine käyrineen . Valmistaja allekirjoittaa vaatimustenmukaisuusvakuutuksen. pysyvien liitosten menetelmäkoepöytäkirjat . hitsaussuunnitelma . Jos valmistaja itse hakee korjaussuunnitelmalle hyväksynnän kaikkine suunnitelmineen, niin valmistaja antanee vaatimustenmukaisuusvakuutuksen. SFS:n mukaisesta laitteesta, kun ei saa PED:n mukaista ilman PED-vaateiden mukaista tarkastelua/ todentamista. kuvaus siitä, mitä korjausja muutostyössä on tehty . Monesti korjaustyöhön liittyvät työtai hankintamäärittelyt sisältävät ristiriitaa tai ovat puutteellisia. viittaukset tarkastuslaitoksen antamiin todistuksiin. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 13 sisältävän korjaustyön kohteena on painelaite, joka luokitellaan painelaiteasetuksessa (1548/2016) luokkiin II, III tai IV. viittaus painelaitelakiin (1144/2016) 76 § ja asetukseen painelaiteturvallisuudesta (1549/2016) 17§ . Tarkastuslaitos tarkastaa työn sekä korjaustyödokumentaation ja antaa vaatimustenmukaisuustodistuksen. päivitetyt piirustukset ja osaluettelot . prosessin
Hitsausmenetelmänä käytettiin TIG-hitsausta ja lisäaineena Sandvikin SX TIG-lisäainelankaa. Materiaalit ja tutkimusmenetelmät Työssä tutkittiin runsasseosteisen austeniittisen ruostumattoman valuteräksen hitsattavuutta. Kuumahalkeamia tunkeumanestetarkastetussa korjaushitsissä. Korjaushitsauksissa virhekohdat avattiin railoksi koneviilaa käyttäen ja korjaushitsaus tehtiin Austeniittisen ruostumattoman valuteräksen korjaushitsauscaseen liittyvä hitsattavuusselvitys Miikka Karhu, Veli Kujanpää, Joona Toikka, Esa Hiltunen, Tuomas Skriko Erityisolosuhteet mm. Loppukäytön ohjaama materiaalikehitys voi kuitenkin aiheuttaa erityisvaatimuksia ja -haasteita tuotteiden korjaushitsauksille. Tästä koemateriaalista valettujen pumpputuotteiden valmistusketjussa tapahtuvan laaduntarkastusvaiheen yhteydessä oli havaittu valutuotteen pintaan avautuvia virheitä, jotka korjaushitsattiin ennalta määrättyjen ohjeiden mukaisesti. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 14 Johdanto Ruostumattomat valuteräkset seostetaan usein runsaasti kromilla, nikkelillä, molybdeenillä ja muilla seosaineilla korroosionkestävyyden parantamiseksi ja sopivan lujuusja väsymiskestävyyden takaamiseksi. prosessiteollisuuden sovelluksissa edellyttävät tuotteilta ominaisuuksia, jotka luovat tarvetta konstruktiomateriaalien tarkoituksenmukaiselle kehitykselle. Korjaushitsauksissa ilmenneen kuumahalkeilutaipumuksen selvittämiseksi ja hitsausohjeistuksen päivittämiseksi päätettiin tutkia koemateriaalin hitsattavuutta tarkemmin. nitusta tutkimusaiheesta, jonka tutkimusaineistoon tämän artikkelin sisältö liittyy. Etenkin korkea nikkelipitoisuus tekee hitsauksesta haasteellista, koska valu on tavallisesti rakenteellisesti hyvin jäykkä ja Ni-seostus lisää kuumahalkeilualttiutta ratkaisevasti ns. Kyseistä materiaalia on tarkoitus käyttää valetuissa pumpun osissa, joilla pumpataan kuumia ja vahvoja typpisekä rikkihappoja. 18 % / Ni . Korjaushitsausten yhteydessä havaittiin, että hitsien rajaviivan läheisyyteen, perusaineen puolelle ja myös hitsiaineeseen syntyi kuumahalkeamia, joista osa avautui tunkeumanestetarkastuksessa pintaan asti, kuva 1. Hitsausrailojen valmistus tehtiin pallojyrsinterällä valukappaleaihioon (40 x 300 x 150 mm), Taulukko 1. LUT-yliopistossa suoritetun case-tutkimuksen perusteella valuteräksen kuumahalkeilualttiuteen voidaan vaikuttaa perusaineen ja lisäaineen koostumuksen sekä hitsausparametrien säädön avulla. 5 % / Cr . Perusaineen seostus on tarkoitettu kestämään vahvoja typpisekä rikkihappoolosuhteita. Perusaineen ja lisäaineen sulatuseräkohtainen kemiallinen koostumus on nähtävissä Taulukossa 1. Joona Toikka teki LUT-yliopistolla hitsaustekniikan laboratoriossa DI-opinnäytetyön (työn nimi: Repair welding of high alloyed austenitic cast stainless steel) edellä maiKuva 1. Si . Perusaineen ja lisäaineen kemialliset koostumukset (%). Tässä artikkelissa on tiivistetysti esitetty tutkittavan valukoemateriaalin hitsattavuuden selvitystyöhön liittynyttä metodiikkaa sekä tutkimustuloksia ja niistä tehtyjä johtopäätöksiä. 20 % / Cu . Hitsattavuusselvityksessä etsittiin keinoja kuumahalkeilualttiuden vähentämiseksi ennen kaikkea lisäaineen koostumuksen, hitsin seostusasteen ja hitsausparametrien valinnan avulla. tavalliseen haponkestävään valuteräkseen verrattuna. C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Fe Perusaine 0.029 4.8 1.67 0.011 0.006 17.52 19.86 0.48 2.05 Balanced Lisäaine Sandvik SX 0.007 5.02 1.70 0.014 0.001 18.4 13.3 2.00 Balanced. 2 %) austeniittista ruostumatonta terästä. täyttämällä avattu railonkohta TIG:llä lisäainetta käyttäen. Valmistajalla oli tehty koe-erä valuja, joissa pumppuaihioiden valumateriaalina käytettiin uudenlaisella koostumuksella olevaa runsasseosteista (mm
primäärisesti ferriittisenä. Lisäksi kuvaajaan on lisätty harmaalla diagonaaliviivalla raja, joka vastaa koostumusta, jolla kromi-nikkeliekvivalentti-suhde on 1.5. raudan ja nikkelin kanssa faaseja, jotka jähmettyessään viimeisenä sulafilminä rakeiden välisille raerajoille altistaen kuumahalkeilulle varsinkin, jos samaan aikaan alueelle kohdistuu jäähtymiskutistumisesta johtuvia vetojännityksiä. Hitsiaineen kuumahalkeilualttiuden arvioimiseksi tarvitaan arvio/tieto hitsauksen yhteydessä muodostuneesta sekoittumisasteesta. Pisteiden välillä oleva jana ilmaisee hitsiaineen koostumuksen mukaisen paikan riippuen sekoittumisasteesta. Lisäksi on havaittu, että Cr eq /Ni eq -suhde 1.5 on se raja koostumukselle, jossa austeniittisen ruostumattoman Kuva 2. 40 % => Cr eq /Ni eq . Diagrammista on tulkittavissa, että aikaisemmin mainittu Cr eq /Ni eq -suhde 1.5 muodostaa eräänlaisen raja-arvon, jonka vasemmalla puolella (< 1.5) kuumahalkeilutaipumus kasvaa ja oikealla puolella (> 1.5) puolestaan pienenee. teräksen jähmettyminen muuttuu kaarihitsauksessa primäärisesti ferriittiseksi. Kirjallisuudesta saatujen tietojen [mm. Edellä mainituin lähtötiedoin voidaan laskea ja arvioida, että jos hitsiaineen koostumus halutaan saada sellaiseksi, että hitsiaineen Cr eq /Ni eq -suhde on vähintään 1.5, sekoittumisasteen olisi oltava alle 50 %. Diagrammista on nähtävissä Kujanpään & Suutalan yhteen koostamat tutkimustulokset, jotka ovat ns. Perusaineen (kuvassa 2: BM) Cr eq /Ni eq -suhde on 1.17 ja vastaava lisäaineen (kuvassa 2: FM) Cr eq /Ni eq -suhde on 1.81. n. Kuten edellä myös muutosvyöhykkeen (HAZ) kuumahalkeilualttius noudattaa samaa riippuvuutta [6]. Rikin ja fosforin pitoisuuden tiedetään merkittävästi vaikuttavan kuumahalkeiluherkkyyteen, koska ne muodostavat esim. Kuvaan on lisätty tutkittavan perusmateriaalin, lisäaineen ja hitsiaineiden mukaiset koostumusalueet.. Kuvaajassa vaaka-akselilla on koostumusta vastaavat kromi-nikkeliekvivalentti-suhteen arvot ja pystyakselilla rikki(S) ja fosforipitoisuuden (P) yhteenlaskettu arvo painoprosenttina. 1.55) auttaa saamaan hitsiaineesta primäärisesti ferriittisenä jähmettyvän ja auttaa siten alentamaan kuumahalkeilualttiutta. Kujanpää-Suutala -diagrammi, jota apuna käyttäen voidaan arvioida koostumuksen (Cr eq /Ni eq -suhde) ja epäpuhtausasteen (P+S) vaikutusta kuumahalkeiluherkkyyteen. AISI 300-sarjan ruostumattomien terästen kuumahalkeilu-tutkimuksista. Kujanpää-Suutala diagrammia [2]. Harmaalla diagonaaliviivalla on hahmoteltu raja, joka vastaa koostumusta jolla kromi-nikkeliekvivalentti-suhde on 1.5. Tässä yhteydessä on kuitenkin korostettava, että lisäaineen avulla ei voida tietenkään vaikuttaa perusaineen puolella olevan osittain sulaneen vyöhykkeen koostumukseen, jossa kuumahalkeilualttius säilyy suurena. Kuvan 3 diagrammista voidaan tulkita, että tutkittava perusaine on huomattavan altis kuumahalkeilulle, kun puolestaan käytetyn lisäaineen kuumahalkeiluherkkyys on lähes olematon. Hitsattavuusselvityksen tutkimuksissa sovellettiin sekä teoreettista, kirjallisuuslähteisiin perustuvia tarkastelua että käytännön hitsauskokeita. viitteet 3-5] perusteella tiedetään, että hitsin koostumus tulisi saada riittävän ferriittiseksi siten, että jähmettyminen tapahtuu ns. Hitsauskoetulosten tarkastelu Alkuperäisten korjaushitsien ja laboratoriossa tehtyjen koehitsien poikkileikkauksista valmistettiin metallografiset hieet, joiden tarkastelu tehtiin valomikroskopian avulla eri Kuva 3. Tämä tarkoittaa sitä, että ns. kromi-nikkeliekvivalentti-suhde (Cr eq /Ni eq ) pitäisi olla vähintään 1.5. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 15 railon avauksen ollessa 6 mm leveä ja 2-3 mm syvä sekä noin 100 mm pitkä. Diagrammiin on lisäksi eri väritystä käyttäen sijoitettu kemiallisen koostumuksen mukaan (Cr/Ni-ekvivalentit ja P+S alueet) tutkittavana oleva perusaine, lisäaine ja esimerkinomaisesti osa koehitseistä. Perusaineen koostumus aikaansaa siis täysin austeniittisena tapahtuvan jähmettymisen, mutta puhtaan lisäaineen on mahdollista jähmettyä primäärisesti ferriittisenä. Tuloksia ja niiden tarkastelua Teoreettinen tarkastelu Perusaineen, lisäaineen ja eri sekoittumisasteilla syntyvän hitsiaineen kuumahalkeiluherkkyys-tarkastelua tehtiin käyttämällä avuksi Schaeffler-diagrammia [1] sekä ns. Lisäksi koehitseille tehtiin metallografisia tutkimuksia ja myöskin Ferritscope-laitteella ferriittipitoisuusmittauksia. Tähän asiaan palataan hieman myöhemmin hitsauskokeiden tulosesimerkkien yhteydessä. Schaeffler-diagrammiin merkityt perusaineen (BM) ja lisäaineen (FM) koostumuksen mukaiset paikat. Tutkittavassa tapauksessa riittävän matala sekoittumisaste (max. Kuvassa 2 perusainepisteen ja lisäainepisteen välinen jana kuvastaa syntyvän hitsiaineen koostumuksen mukaista aluetta riippuen sekoittumisasteesta. Ainoaksi keinoksi kuumahalkeilun hillitsemiseksi HAZ:n alueella sularajan tuntumassa, jää hitsausparametrien kontrollointi liittyen erityisesti lämmöntuonnin hallintaan. Kuvassa 3 on esitetty jo 70-luvulla julkaistu diagrammi [2] kuumahalkeilualttiuden riippuvuudesta koostumuksesta. Kuvan 2 Schaeffler-diagrammiin on sijoitettu tarkasteltavan perusaineen ja lisäaineen koostumuksen mukaiset kromija nikkeliekvivalenttipisteet
Esimerkki koehitseissä havaituista kuumahalkeamista. Kuva 5. sulamishalkeamia (liquation cracks) perusaineen puolella HAZ:ssa, kuva 4. Sulatetun perusaineen pinta-ala on edellisten pinta-alojen erotus. Poikkileikkauspinta-alat: punaisella merkitty ala on koko hitsiaineen pinta-ala ja keltaisella merkitty alue on hitsausrailon pinta-ala. Käytetty lämmöntuonti vaihteli testatuista parametreista riippuen 0.5 kJ/mm molemmin puolin. Lämmöntuonnin pienentämisellä pyrittiin myös pitämään sekoittumisaste mahdollisimman alhaalla. Esimerkki koehitsistä (koehitsi 12), jossa oli sulamishalkeamia HAZ:n puolella perusaineessa, mutta jähmettymishalkeilu hitsiaineessa oli saatu estettyä säätämällä oikeanlainen hitsiaineen koostumus sekoittumisasteen hallinnalla.. Tutkimustuloksia tarkastellessa havaittiin, että esimerkiksi yli 50 % sekoittumisasteella (koehitsi 6) hitsiaineen koostumuksen mukainen Cr eq / Ni eq -suhde jäi alle 1.5, joka yhdessä 0.9 % ferriittipitoisuusmittaustuloksen kanssa indikoi, että hitsiaine on jähmettynyt primäärisesti austeniittisena. Kun sekoittuminen saatiin pidettyä alhaisempana, välillä . Vasemmalla: Makrokuva, jossa jähmettymishalkeamia hitsiaineessa sekä sulamishalkeamia HAZ:ssa. Hitsausparametrien vaikutusta sekoittumisasteen toteutumiseen arvioitiin hitsipoikkileikkausien makrokuvista määritettyjen railoja hitsipinta-alojen avulla, kuva 5. koehitsit 11-13), hitsiaineen koostumuksen mukainen Cr eq /Ni eq -suhde oli välillä 1.54-1.68 ja tällöin jähmettymishalkeilua ei havaittu hitsiaineessa. Esimerkkikooste osasta hitsauskokeiden tuloksia. Eli railon täytössä tavoite oli saada lisäaine ja railopinnat sulamaan optimaalisesti siten, että liitosvirheiltä vältyttäisiin ja samalla perusainetta sulatettaisiin mahdollisimman vähän, jolloin sekoittumisaste pysyisi alhaisena. Tämän vuoksi hitsausparametrien optimoinnin yhteydessä päädyttiin käyttämään pulssitettua hitsausta, jotta saataisiin lämmöntuontia pienennettyä ja lämpösykli mahdollisemman alhaiseksi muutosvyöhykkeen puolella. Alustavan teoreettisen hitsattavuusarvioinnin mukaan oli tiedossa, että perusaine on huomattavan altis kuumahalkeilulle. Koehitsi nro Q [kJ/mm] Sekoittumisaste [%] Hitsiaineen Creq/Nieq Hitsiaineen ferriittipitoisuus [%] ka** Kuumahalkeilu JH / SH*** 6* 0.77 58 1.44 0.9 JH + SH 11* 0.62 42 1.54 8.6 SH 12 0.65 33 1.60 9.8 SH 13 0.63 21 1.68 7.5 SH * Ei käytetty virran pulssausta ** Ferritscope: 10 mittauksen keskiarvo (ka) ***JH = jähmettymishalkeilua hitsiaineessa, SH = sulamishalkeilua HAZ:ssa Tehdyistä hitsauskoesarjoista on nähtävillä taulukossa 2 esimerkkinä muutaman koehitsin tutkimustuloksia. Kuumahalkeamien määriteltiin olevan jähmettymishalkeamia (solidification cracks) hitsiaineessa ja ns. Tämän seurauksena hitsiaineessa havaittiin myös jähmettymishalkeamia. Edellä mainittujen hitsien ferriittipitoisuudeksi mitattiin noin 8-10 %, joka yhdessä Cr eq /Ni eq -suhteen kanssa sopisi hyKuva 6. Jähmettymishalkeamien lisäksi koehitsi 6:ssa havaittiin sulamishalkeamia osittain sulaneella vyöhykkeellä HAZ:ssa. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 16 suurennoksia käyttäen. 20-40 % (esim. Periaatekuva, miten sekoittumisasteet määriteltiin koehitsien makropoikkileikkauskuvista. Taulukko 2. Kuva 4. Oikealla: Mikrokuva raerajaa pitkin kulkevasta sulamishalkeamasta, joka ulottuu HAZ:sta hitsiaineen puolelle
+358 9 773 2199 www.hitsaus.net. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 17 vin yhteen primäärisesti ferriittisen jähmettymisen kanssa. 55-76, 1979. Tutkimuksissa havaittiin, että oikeanlaisilla hitsausparametriyhdistelmillä voidaan hallita sekoittumisastetta ja siten säätää hitsiaineen koostumusta sellaiseksi, että jähmettymishalkeilualttius hitsiaineessa saadaan rajoitettua pieneksi tai välttää jopa kokonaan. 11, No. [6] Kujanpää, V., David, S. 105-112. Mäkelänkatu 36 A 2, 00510 Helsinki Puh./Tel. Constitution Diagram for Stainless Steel Weld Metal, Metal Progress 56: 680 and 680B. Solidification Crack Susceptibility in Weld Metals of Fully Austenitic Stainless Steels (Report VII), Transactions of JWRI, Vol. Artikkelissa mainittu Joona Toikan diplomityö on luettavissa LUTPub:ssa, linkki: https://lutpub.lut.fi/ handle/10024/161955 LUT-yliopisto Hitsaustekniikan laboratorio Miikka Karhu TkT, IWE miikka.karhu@lut.fi Veli Kujanpää Dosentti, Prof.emer. and Williams, J.C. [4] Matsuda, F., Nakagawa, H., Uehara, T., and Katayama, S. Myös alustava hypoteesi kuumahalkeilutaipumuksen vähentymiseksi, kun hitsi jähmettyy primäärisesti ferriittisesti, näytti pätevän tutkittavassa tapauksessa. (1979). (1987). [2] Kujanpää, V., Suutala, N., Takalo, T. Vaikkakin koehitseillä 12 ja 13 lämpösykliä saatiin osittain madallettua pulssihitsausta käyttäen, ei sulamishalkeilua saatu poistettua kokonaan perusaineen puolella, osittain sulaneella vyöhykkeellä, kuva 6, johtuen jo aikaisemmin mainitusta huomattavan kuumahalkeiluherkästä perusaineesta. veli.kujanpaa@gmail.com Esa Hiltunen DI, IWE esa.hiltunen@lut.fi Tuomas Skriko TkT, IWE tuomas.skriko@lut.fi Joona Toikka DI Sales Support Manager Sulzer Pumps Finland Oy joonas.toikka@sulzer.com VAIKUTTAMINEN KOULUTUS HITSAUSTIETOUS Hitsaavien yritysten kehityksen edistäminen ja toimintaedellytysten varmistaminen Kansainvälisen hitsauskoulutuksen organisointi Hitsaustiedon kokoaminen ja jakaminen SUOMEN HITSAUSTEKNILLINEN YHDISTYS RY. (1982). A fundamental study of the beneficial effects of delta ferrite in reducing weld cracking, Welding Journal 63(3):71s-83s. Characterization of heat-affected-zone cracking in austenitic stainless steel welds, Welding Journal, Vol. [3] Brooks J.A., Thompson, A.W. Perusaineen puolella HAZ:ssa tapahtuvaa sulamishalkeilua sen sijaan havaittiin koehitseissä tapahtuvan, koska perusaineen koostumus tekee siitä erittäin kuumahalkeilualttiin ja samalla myös rajoitetusti hitsattavan. Perusaineen kuumahalkeiluherkkyyden minimoimiseksi voisi olla yhtenä vaihtoehtona se, että materiaalin kemiallinen koostumus säädetään uudelleen, edellyttäen että käyttöolosuhteiden asettamat vaatimukset, kuten esim. 221s-228s. A New Explanation for Role of Delta-Ferrite Improving Weld Solidification Crack Susceptibility in Austenitic Stainless Steel, Transactions of JWRI, Vol. and Moisio, T., Correlation between solidification cracking and micro-structure in austenitic and austenitic-ferritic stainless steel weld, Welding Research International, 9(2):55, pp. (1984). Lähteet [1] Schaeffler, A.L. 1, pp. and White, C. korroosionkesto-ominaisuudet pystytään samalla saavuttamaan. 66, No 8, pp. and Arata, Y. 8, No. (1949). Yhteenveto Tässä artikkelissa esitellyssä hitsattavuustutkimuksessa etsittiin keinoja austeniittisen ruostumattoman valuteräksen TIG-korjaushitsauksessa esiintyneen kuumahalkeilualttiuden vähentämiseksi ennen kaikkea lisäaineen koostumuksen, hitsin sekoittumisasteen ja hitsausparametrien avulla. [5] Matsuda, F., Nakagawa, H., Katayama, S. 2, pp. 79-94
Huonosti hitsattavia teräksiä ovat mm. Riittävää esikuumennusta tai edes esikuumennusta ei voida tehdä tai se ei edes auta. Toinen termi, jota voisi käyttää näistä teräksistä, on vaikeasti hitsattavat teräkset. Erityisesti näiden terästen hiilipitoisuudet ovat huomattavasti matalampia kuin perinteellisissä nuorrutusteräksissä, mikä on hitsattavuuden kannalta edullinen asia. Ne ovat hyvin hitsattavia teräksiä. Joten suurin ongelma hitsauksessa on vetyeli kylmähalkeilu. Suurin osa nuorrutusteräksistä on niukkaseosteisia teräksiä. Osa 6: Nuorrutetut lujat rakenneteräslevytuotteet. Teräksille on laadittu artikkelissa isotermisten S-käyrien ja jatkuvan jäähtymisen S-käyrien avulla perusteelliset hitsausohjeet, jotka ovat osin ehkä aika monimutkaisia ja hankalia noudattaa. Tämä on osoittautunut hyväksi menetelmäksi, koska tarvittavaa esikuumennusta ei tarvita pienemmän vetyhalkeiluriskin ja sitkeän hitsiaineen ansiosta. Näille teräksille on standardi SFS-EN 10025-6: Kuumavalssatut rakenneteräkset. sia CrMoja CrNiMo-teräksiä, joita käytetään akseleina, hammaspyörinä, hammastankoina yms. Lisäksi karenneen mikrorakenteen (martensiitin) kovuus riippuu hiilipitoisuudesta. ultralujia teräksiä. tuntematon teräs. Hitsattavuutta voidaan tarkastella myös hiiliekvivalentin CE (CEV) avulla, joka ottaa huomioon myös karkenevuutta lisäävät seosaineet laskentakaavassaan, ns. Nykyaikaiset lujat hitsattavat nuorrutusteräkset tai kuten niitä kutsutaan myös nuorrutetut teräkset eroavat oleellisesti kemiallisilta koostumuksiltaan edellä mainituista perinteellisistä nuorrutusteräksistä. Lisäksi on seosaineita. mukaiset nuorrutusteräkset, esim. C45, 25CrMo4, 34CrNiMo6 ja 42CrMo4 muutamia tunnettuja teräksiä mainittuna. Olosuhteet ovat usein myös hitsauksen kannalta epäedulliset. Weldox 700), ThyssenKruppin N-A-XRTA 70 ja Dillingerin Dilllimax 690. Yhteistä näille teräksille on korkea hiilipitoisuus yli noin 0,25 % ja paljonkin siitä yli, joskus jopa lähes 1 % saakka. Myötölujuudet standardissa ovat 460-960 MPa (N/mm 2 ), jossa lujimmat teräkset ovat jo ns. Kahden nuorrutusteräksen 34CrNiMo6 ja 42CrMo4 hitsausta on käsitelty perusteellisesti Hitsausuutiset-lehdessä numerossa 1/2004: Kaksi huonosti hitsattavaa terästä 34CrNiNo6 ja 42CrMo4. Kuitenkin niitä voidaan joutua käytössä korjaushitsaamaan. Edellä mainitut nuorrutusteräkset ylittävät tämän ”hyvän hitsattavuusrajan” rajat reilusti. [ www.hitsaus.net ] 5/ 20 21 18 Huonosti hitsattavia teräksiä Mitä ovat sitten huonosti hitsattavat teräkset. Tällaisia nuorrutusteräksiä ovat standardin SFS-EN 10083-1: Nuorrutusteräkset. CE (CEV) = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15. Levyterästen nuorrutukseen on kehitetty tehokkaat lämpökäsittelylaitokset, joiden ansiosta nuorrutus onnistuu pienemmilläkin seostuk. Se olisi suora suomennos yleisesti englannin kielessä käytetystä termistä difficult to weld steel (tai hard to weld steel) ja kuvaisi ehkä paremmin näitä teräksiä. IIW-kaavassa. Tätä termiä käytetään yleisesti. Lisäksi teräksissä on myös karkenevuutta lisääviä seosaineita, paitsi seostamattomissa teräksissä. Korjausja kunnossapitotoiminnassa voidaan joutua hitsaamaan teräksiä, jotka ovat näitä huonosti hitsattavia teräksiä. Mutta käytetään tässä nyt termiä huonosti hitsattavat teräkset, kun olemme siihen tottuneet. Nuorrutusterästen hiiliekvivalentti CE vaihtelee kaavan mukaan laskettuna välillä 0,50-1,00 %. Jotta teräs voidaan lämpökäsitellä eli nuorruttaa, hiilipitoisuuden pitää olla riittävän korkea eli noin 0,25-0,50 % ja yleensä vielä seosaineina kromia, nikkeliä ja/tai molybdeeniä. Kappaleet ja rakenteet voivat olla niin suuria, ettei niitä voida lämpökäsitellä ennen hitsausta ja hitsauksen aikana tai jälkeen hitsauksen. Teräksen lajia ei aina edes tunneta eli teräs on ns. 700-myötölujuusluokan SSAB:n Strenx 700 (ent. Teräs 34CrNiMo6: • Kemiallinen koostumus: 0,30-0,38 %C, max 0,40 %Si, 0,50-0,80 %Mn, 1,30-1,70 %Cr, 0,15-0,30 %Mo, 1,30-1,70 %Ni • Hiiliekvivalentti CE (CEV): max 1,02% . Nämä teräkset eivät ole tarkoitettu varsinaisesti hitsattaviksi eikä tuotteiden valmistuksessa yleensä käytetä hitsausta. Perinteellisillä nuorrutusteräksillä tarkoitetaan mm. Nuorrutuksella (karkaisu ja päästö) saadaan hyvä lujuuden ja sitkeyden yhdistelmä. Terästä pidetään yleensä hyvin hitsattavana, jos hiiliekvivalentti on alle 0,41 %, mitä pienempi sitä parempi hitsattavuus. . koneenrakennuksen käyttämiä runsashiilisiä hiiliteräksiä ja niukkaseosteiHuonosti hitsattavien terästen korjaushitsaus käyttäen ruostumattomia hitsauslisäaineita Juha Lukkari Kymmenien vuosien ajan on ollut yleinen tapa käyttää austeniittisia ruostumattomia lisäaineita erilaisten huonosti hitsattavien terästen korjaushitsauksissa. Monet teräslajit ovat hyvin karkenevia hitaallakin jäähtymisnopeudella hitsissä. Parhaat ominaisuudet saavutetaan silloin, kun teräksen mikrorakenne on päästömartensiittinen. komponentteina. Joissakin suomalaisissa julkaisuissa näitä teräksiä kutsutaan myös termillä ongelmateräkset. Teräs 25CrMo4: • Kemiallinen koostumus: 0,22-0,29 %C, max 0,40 %Si, 0,60-0,90 %Mn, 0,90-1,20 %Cr, 0,15-0,30 %Mo • Hiiliekvivalentti CE (CEV): max 0,62 % . runsashiiliset seostamattomat teräkset, koneenrakennuksen käyttämät perinteiset nuorrutusteräkset, panssariteräkset, jousiteräkset, hiiletysteräkset, monet kulutusteräkset ja työkaluteräkset. Tällaiset kappaleet voivat olla esimerkiksi hammaspyöriä, akseleita ja erilaisia koneenosia sekä kulutusosia ja työkaluja jne. Tällaisia nykyaikaisia hitsattavia lujia nuorrutettuja teräksiä ovat esim. Standardissa on yli 20 nuorrutusterästä. Esimerkiksi yleisimpään rakenneteräkseen S355J2 verrattuna edellä mainittujen nuorrutusterästen lujuudet ovat kaksinkertaisia ja yli. Hyvän hitsattavuuden rajana pidetään yleensä hiilipitoisuutta max 0,25 %. Teräs 42CrMo4: • Kemiallinen koostumus: 0,38-0,45 %C, max 0,40 %Si, 0,50-0,90 %Mn, 0,90-1,20 %Cr, 0,15-0,30 %Mo • Hiiliekvivalentti CE (CEV): max 0,90 % Tärkein teräksen karkenevuuteen vaikuttava tekijä on hiilipitoisuus. Teräs C45: • Kemiallinen koostumus: 0,42-0,50 %C, max 0,40 %Si, 0,50-0,80 %Mn • Hiiliekvivalentti CE (CEV): max 0,56 %