Hitsin a-mitan ja tilavuuden määritys hitsausparametrien avulla
Wägg, Teemu (2019)
Kandidaatintyö
Wägg, Teemu
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019060618857
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019060618857
Tiivistelmä
Tässä työssä tutkittiin tasakylkisen päätypienahitsin a-mitan ja tilavuuden suhdetta hitsausparametreihin. Aineistona käytettiin Timo Penttilän vuonna 2013 tekemän diplomityön koekappalejoukkoa. Tämän tutkimuksen tavoite oli määrittää suure nimeltä sulaparametri, jonka avulla voidaan laskea tasakylkisen pienahitsin poikkipinta-ala ja a- mitta hitsausparametrien avulla. Tasakylkisyyden takia hitsin a-mitta on pinta-alan neliöjuuri. Sulaparametrille oli ennalta määritetty merkiksi kreikkalainen kirjain ζ (zeetta) ja yksiköksi kJ/mm3. Työ suoritettiin tilastollisena tutkimuksena eli Penttilän diplomityön koekappaleaineistosta valittiin tähän tutkimukseen soveltuvat kappaleet. Koekappalejoukon hiekuvista määritettiin hitsisulan pinta-ala graafisesti SolidWorks 3d-mallinnusohjelmalla ja lämmöntuonti laskettiin Penttilän työhönsä dokumentoitujen hitsausparametrien perusteella. Lämmöntuonnin ja hitsisulan poikkipinta-alan perusteella sulaparametrille laskettiin jokaiselle koekappaleelle likiarvo ja niistä määritettiin keskiarvoksi 0.022 kJ/mm3. Sulaparametrin arvoa tarkistettiin approksimoimalla pinta-alat ja a-mitat kaikille koekappaleille määritetyn keskiarvon avulla. Virheet olivat maltillisia, joten voitiin todeta keskiarvon toimivan tässä vaiheessa riittävällä tarkkuudella.
Tämän työn toinen keskeinen tavoite oli määrittää analyyttinen laskentamalli hitsisulan aiheuttamille kutistusvoimille tehollisella a-mitalla. Kalvo- ja taivutusjakaumat määritettiin ensiksi numeerisesti ja samoihin arvoihin yritettiin päästä analyyttisesti pinta-ala ja a-mitta approksimaatioiden avulla. Laskentamalli saatiin toimivaksi ainakin kalvomaisen jakauman osalta. Taivutusjakaumaa tarvitsee vielä tutkia lisää, sillä tämä tutkimus käsittää ainoastaan tilanteen, jossa kalvo- ja taivutusjakaumat ovat arvoiltaan yhtä suuria ja jakauman muoto on kolmio. In this bachelor’s thesis, the correlation between the throat thickness, volume of weld and welding parameters was examined. The research material for this study was obtained from the Master’s thesis done by Timo Penttilä in 2013. The aim of this thesis was to determine a parameter called ”weld fusion parameter”, which could be used to calculate an estimate of throat thickness and volume of weld by knowing only the welding parameters; welding current, voltage and torch speed. This study is relevant only to isosceles fillet welds because the throat thickness is the square root of the welds cross section area. The weld fusion parameter was already denoted with the Greek letter ζ (zeta) and its unit is kJ/mm3. This thesis was a statistic study and the study set was selected from the thesis by Penttilä to best suit the objective of this thesis. The area of the weld’s cross section was defined by using SolidWorks 3d-modelling program and the heat input was calculated by the welding parameters based on the documentations in Penttilä’s thesis. The weld fusion parameter was calculated individually for each specimen. Then the mean value of all the calculated weld fusion parameter values was calculated and it was 0.022 kJ/mm3. The mean value was tested for errors by calculating approximations for throat thickness and area of the welds cross section for each specimen and comparing it to the original values. The errors were small so the mean value could be stated to be precise enough for now.
Another objective of this thesis was to define an analytic calculation model for residual stress distribution over the effective throat thickness of the weld. The distributions were first calculated numerically and those values were to be reached analytically with the throat thickness and cross section area approximations. The model was functioning precise enough at least with the membrane distribution but the bending distribution must be studied further since this study applies only to a situation where the membrane and bending distributions are equal and the form of structural distribution is triangle.
Tämän työn toinen keskeinen tavoite oli määrittää analyyttinen laskentamalli hitsisulan aiheuttamille kutistusvoimille tehollisella a-mitalla. Kalvo- ja taivutusjakaumat määritettiin ensiksi numeerisesti ja samoihin arvoihin yritettiin päästä analyyttisesti pinta-ala ja a-mitta approksimaatioiden avulla. Laskentamalli saatiin toimivaksi ainakin kalvomaisen jakauman osalta. Taivutusjakaumaa tarvitsee vielä tutkia lisää, sillä tämä tutkimus käsittää ainoastaan tilanteen, jossa kalvo- ja taivutusjakaumat ovat arvoiltaan yhtä suuria ja jakauman muoto on kolmio.
Another objective of this thesis was to define an analytic calculation model for residual stress distribution over the effective throat thickness of the weld. The distributions were first calculated numerically and those values were to be reached analytically with the throat thickness and cross section area approximations. The model was functioning precise enough at least with the membrane distribution but the bending distribution must be studied further since this study applies only to a situation where the membrane and bending distributions are equal and the form of structural distribution is triangle.