VTT Uutta | Uutiset 2004

30.3. Teräsrakennehitsauksen standardissa kehitettävää

VTT:n tutkimus osoittaa standardivaatimukset osin puutteellisiksi

VTT:n mukaan vedyn aiheuttama mahdollinen halkeilu teräsrakenteen monipalkohitsiaineessa voi ilmetä vasta viikon kuluttua hitsauksesta. Nykyinen EN-standardi on tältä osin puutteellinen, sillä sen perusteella hitsaus voidaan tarkastaa ja hyväksyä jo 16 tunnin kuluttua hitsauksesta. VTT on määritellyt perusteet, joiden mukaan toimittaessa halkeiluriski voidaan arvioida ja määrittää turvalliset hitsausolosuhteet. Siten myös vedyn hitsatuissa rakenteissa aiheuttamia halkeamavaurioita voidaan vähentää. Vaurioista ja varotoimista aiheutuu vuosittain noin 3 – 4 miljardin euron kustannukset pelkästään Euroopassa.

Paksujen levyjen ja massiivisten teräsrakenneosien yhteen liittämiseen tarvitaan käytännössä useita palkokerroksia eli ns. monipalkohitsausta. Valmiin hitsiaineen mikrorakenteeseen jäänyt vety voi aiheuttaa viivästyneitä mikrohalkeamia, jotka saattavat johtaa rakenteen myöhempään murtumiseen.

Iso-Britanniassa tehtyjen laskelmien mukaan vedyn aiheuttama ongelma on melkoinen ja siitä aiheutuu vuosittain Euroopassa 3 – 4 miljardin euron kustannukset. Halkeilun estämiseksi kuumennetaan hitsattavia osia usein tarpeettomasti, minkä kustannusvaikutukset yltävät noin 500 – 750 miljoonaan euroon. Reilu miljardi euroa kuluu siihen, että vedyn aiheuttamaa ongelmaa ei tunnisteta tai se aliarvioidaan ja havaitut halkeamat joudutaan korjaamaan tuotteen valmistuksen yhteydessä. 1,5 – 2 miljardia euroa maksaa vuosittain se, että syntyneitä halkeamia ei havaita, minkä seurauksena hitsauskohta murtuu tai väsyy ja lopulta rikkoutuu.

VTT:n tutkimusten mukaan vetyhalkeamat saattavat näkyä ainetta rikkomattomassa tarkastuksessa jopa vasta viikon kuluttua hitsauksesta. Nykyisten eri kansainvälisten standardien käytäntö vaihtelee: yleensä riittää, ettei halkeamia näy tarkastuksissa, jotka tehdään 16 - 48 tunnin kuluttua hitsauksesta.

VTT:n tutkimus osoitti, että mitä lujempaa hitsattava teräs ja hitsiaine ovat, sitä pienemmät vetymäärät aiheuttavat halkeilua. VTT määritteli ns. kriittisen vetypitoisuuden hitsausliitoksissa.

Vetyä tulee hitsaukseen hitsauslisäaineista (esimerkiksi hitsauspuikoista), hitsattavien kappaleiden epäpuhtauksista (kosteudesta, rasvasta, liasta) sekä hitsausta ympäröivästä ilmasta. Liiallisesta vedystä johtuvat halkeamat vältetään, jos monipalkohitsaus tehdään alusta loppuun tietyssä, riittävän korkeassa työlämpötilassa. Arvion oikeellisuudella on merkitystä, sillä myös liian korkeasta lämpötilasta voi olla haitallisia seurauksia; usein se myös lisää valmistuksen kustannuksia. VTT määritteli ns. halkeaman kannalta kriittisen vetypitoisuuden hitsissä, ja kehitti laskentaproseduurin turvallisen esikuumennus- ja välipalkolämpötilan määrittämiseksi. 

Tutkimuksen rahoittivat Esab Group Ltd, Rautaruukki Oyj, Oulun yliopiston metallurgian tutkijakoulu, Tekes sekä VTT. Tutkimuksen tulokset on esitetty VTT:n tutkijan Pekka Nevasmaan väitöskirjassa.

Esab Group Ltd:n teknisen palvelun päällikkö Juha Lukkari sanoo, että aihepiirin aiemmat kansainväliset tutkimukset ovatkin jo olleet vanhoja. VTT:n tulokset ovat erinomainen pohja tehdä uudet ohjeet vaativaan monipalkohitsaukseen nykypäivän teräksille ja hitsauslisäaineille.

Lukkari sanoo antaneensa jo uusia ohjeita asiakkailleen. Hänen mukaansa väitöskirjassa tulokset perustellaan laajasti ja selkeästi. Hitsausalan kansainvälinen kattojärjestö International Institute of Welding (IIW) on myöntänyt väitöskirjalle vuoden 2004 Henry GRANJON-palkinnon sarjassa Category B: "Materials Behaviour and Weldability".

Väitöskirja:

Nevasmaa, Pekka: Predictive model for the prevention of weld metal hydrogen cracking in high-strength multipass welds; Vetyhalkeilun välttämistoimenpiteet lujan teräksen monipalkohitsiaineessa. Acta Universitatis Ouluensis; C Technica: 191 ISBN 951-42-7180-7


Lisätietoja:

VTT Tuotteet ja tuotanto
Pekka Nevasmaa, tutkija
puh. 020 722 6872, 050 561 3834
pekka.nevasmaa@vtt.fi                                                  

Esab Group Ltd.
Juha Lukkari, teknisen palvelun päällikkö
puh. 0500 414 045
juha.lukkari@esab.fi


Uutta | Uutiset 2004

VTT