Säde-, hybridi- ja kitkahitsauksen laatukysymykset · Hitsausvirhe ISO 6520-1 Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO 12932 Sädehitsaus ISO 13919-1 507 –508 sovitusvirheet Kulmapoikkeama

Säde-, hybridi- ja kitkahitsauksen laatukysymykset

Hitsauksen laatu –päivätTurku, 31.10 – 1.11.2018

Mika Sirén, VTT Oy

31.10.2018 VTT – beyond the obvious 1

Sisältö

1. Kaari- ja sädehitsaus, laserhybridihitsaus

a. Sulahitsien laatuvaatimukset

b. Säde- ja laserhybridihitsaus

c. Hitsausvirheet: Pintavirheet, Sisäiset hitsausvirheet, Hitsausliitokseen

kohdistuvat virheet, Useat samassa poikkileikkauksessa esiintyvät virheet

2. Kitkahitsaus pyörivällä työkalulla, Friction Stir Welding, FSW

a. FSW-standardit ja -hitsausohje

b. FSW-hitsausvirheet: pinta ja juuri, hitsausprosessi, hooking, sisäiset

virheet, ”kauhugalleria”

3. Yhteenveto


Kaari- ja sädehitsaus, laserhybridihitsaus


Sulahitsien laatuvaatimukset

Mitkä ovat merkittävimmät erot sulahitsausmenetelmien välillä?

Vertailu vain teräksen hitsauksen pohjalta

Alumiinilla erot samansuuntaisia?

• SFS-EN ISO 5817 Hitsaus. Teräksen, nikkelin, titaanin ja niiden seosten

sulahitsaus (paitsi sädehitsaus). Hitsiluokat.

Welding. Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam

welding excluded). Quality levels for imperfections (ISO 5817:2014)

• SFS-EN ISO 12932. Welding. Laser-arc hybrid welding of steels, nickel and

nickel alloys. Quality levels for imperfections (ISO 12932:2013)

• SFS-EN ISO 13919-1 Welding. Electron and laser beam welded joints.

Guidance on quality levels for imperfections. Part 1: Steel (ISO 13919-1:1996)31.10.2018 VTT – beyond the obvious 4

Säde- ja laserhybridihitsaus

Sädehitseille (laser- ja elektronisuihkuhitsaus) kaksi standardia:

• Sekä teräksen että alumiinin hitsaukseen (SFS-EN ISO 13919-1 & 2)

• Kattavat myös lisäaineellisen sädehitsauksen

Hybridihitsauksen määritelmä (SFS-EN ISO 12932):

• Hybridihitsaus on menetelmä, jossa kahta tai useampaa

hitsausprosessia käytetään samanaikaisesti samassa hitsisulassa

Standardi SFS-EN ISO 12932 kattaa laser-kaari-hybridihitsauksen

• Yleisimmin käytössä laser-MAG-hitsaus

• Standardi kattaa teräksen, nikkelin ja nikkeliseosten hitsauksen


Hitsausvirheet 1: PintavirheetHitsausvirhe ISO 6520-1 Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO 12932 Sädehitsaus ISO 13919-1

104 kraatterihalkeama Ei sallittu D: sallittu D: sallittu

5011, 5012 reunahaavat B: ei sallittu ≤ 3 mm B: lyhyt sallittu Sallittu, max. mitat

5013 juurenpuolen reunahaava B: ei sallittu ≤ 3 mm B: lyhyt sallittu Sallittu, max. mitat

502 – 504 korkea kupu pinta/juuri Sallittu, max. mitat Sallittu, max. mitat Sallittu, max. mitat

505 jyrkkä liittyminen Raja-arvot päittäis/piena - -

5061, 5062 valuma pinta / pohja D: sallittu D: sallittu -

509, 511 vajonnut hitsi, vajaa kupu B: ei sallittu ≤ 3 mm B: ei sallittu ≤ 3 mm Sallittu, raja-arvot

515 vajaa juuri B: ei sallittu ≤ 3 mm Väljemmät rajat > 3 mm Sallittu, raja-arvot

517 uudelleenaloitusvirhe D: sallitaan - -

5214 liian suuri a-mitta Sallittu; raja-arvot B ja C - -

601, 602 sytytysjälki, roiskeet D: sallitaan - Roiskeet sovelluskoht.


Hitsausvirheet 2: Sisäiset hitsausvirheet

Hitsausvirhe ISO 6520-1 Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO 12932 Sädehitsaus ISO 13919-1

200, 2011, 2012 huokoset %-osuus pinta-alasta + dmax huokoselle

%-osuus pinta-alasta + väljemmät mm-rajat, dmaxsama

%-osuus pinta-alasta + lmaxhuokoselle

2013 huokosryhmä Huokoset kattavan ympyrän pinta-ala

%-osuus pinta-alasta + dmax yksittäiselle

%-osuus pinta-alasta + lmaxhuokoselle + max. väli

2014 huokosjono Huokosten dmax ja kannaksen leveys

%-osuus pinta-alasta + dmax yksittäiselle

%-osuus pinta-alasta + lmaxhuokoselle + max. väli

2015, 2016 pitkänomainen ja madonreikähuokonen

Raja-arvot hmax Väljemmät rajat, hmaxsama

-

300 – 3042 sulkeumat Raja-arvot samat Raja-arvot samat ”Ei relevantti”

401 – 4013 liitosvirheet D: sallittu, rajat samat D: sallittu, rajat samat D: sallittu, tiukemmat rajat

402 vajaa hitsautumissyvyys D: sallittu; osatunkeu-mapiena ja päittäis-: sallittu C

D: sallittu, rajat; 2-puol. osatunkeuma-T: sallittu C

D: täystunkeuma sallittu, rajat samat; osatunkeuma: sallittu, raja-arvot


Hitsausvirheet 3&4: Hitsausliitokseen kohdistuvat virheet, Useat samassa poikki-leikkauksessa esiintyvät virheet

Hitsausvirhe ISO 6520-1 Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO 12932 Sädehitsaus ISO 13919-1

507 – 508 sovitusvirheet Kulmapoikkeama ei määr. Kulmapoikkeama määrit. Kulmapoikkeama ei määr.

617 sovitusvirhe pienahitsissä Vain 1-puolinen 1- ja 2-puolinen Ei määritetty; viittaus: 5817 mukaan

Poikkeama hitsilinjalta (kohdistus/kallistusvirhe)

- - Sallittu, raja-arvot + hmax

Useat samassa poikki-leikkauksessa esiintyvät virheet (ei ISO 6520-1)

≤ 3 mm ei sallittu; > 3 mm raja-arvo + dmaxyksittäiselle

≤ 3 mm ei sallittu; > 3 mm raja-arvo + dmaxyksittäiselle

-

Projisoitu ala tai poikkipinta-ala pituussuunnassa (ei ISO 6520-1)

%-osuus tarkastusalueesta tai virheen pituus + kannas

%-osuus tarkastusalueesta tai virheen pituus + kannas

-


Kitkahitsaus pyörivällä työkalulla

Friction Stir Welding, FSW


Friction Stir Welding, FSW


University of North Dakota, Advanced Engineered Materials Center. 2018. Friction Stir Welding. https://engineering.und.edu/research/aemc/fsw.php (25.10.2018)

Nuclear Engineering International. 2014. Welding stir-up, https://www.neimagazine.com/features/featurewelding-stir-up-4363560/ (25.10.2018)

https://engineering.und.edu/research/aemc/fsw.phphttps://www.neimagazine.com/features/featurewelding-stir-up-4363560/

FSW-standardit

Hitsausohje on hyväksyttävä ennen tuotantohitsausta

• Pohjautuu tuotantokelpoiseen alustavaan hitsausohjeeseen (pWPS)

• pWPS pohjalta laaditaan hitsausmenetelmän hyväksymispöytäkirja (WPQR)

• pWPS hyväksytään joko menetelmäkokeella (welding procedure test) tai

esituotannollisella kokeella (pre-production welding test)

• WPQR perusteella hyväksytään hitsausohje (welding procedure specification

WPS)

• WPS pätevyysalueet ja toleranssit määritellään tarvittaessa standardien

ja/tai kokemuksen pohjalta

= Samanlainen periaate ja prosessi kuin sulahitsauksessa!


FSW-standardit

Standardisarja SFS-EN ISO 25239 Friction stir welding. Aluminium

• Osa 1: Sanasto (Vocabulary)

• Osa 2: Liitosten suunnittelu (Design of weld joints)

• Osa 3: Operaattorien pätevöinti (Qualification of welding operators)

• Osa 4: Hitsausohjeet ja niiden hyväksyntä (Specification and qualification of

welding procedures)

• Osa 5: Laatu- ja tarkastusvaatimukset (Quality and inspection requirements)

Osa 5: Ei varsinaista laatuluokitusta, vain hyväksytty / hylätty

• Vrt. sulahitsien laatuluokat D, C, B

Ei päde kitkapistehitseille!


FSW-hitsausohje

Työkalun tunnistaminen (kuva tarvittaessa)

• Työkalu on merkittävä pysyvästi ja sen kulumista on seurattava

Kiinnitysjärjestelyt (kuva tarvittaessa)

(p)WPS: hitsausparametrit

• Työkalun pyörimisnopeus [r/min] (Tool motion, rotation speed)

• Työkalun tunkeuma [mm] tai pystyvoima [kN] (Plunge depth or axial force)

• Työkalun kallistukulma hitsaussuuntaan [°] (Tilt angle)

• Työkalun sivukallistuskulma [°] (Side tilt angle)

• Pitoaika ennen hitsauksen aloitusta (kuljetusliike) [s] (Dwell time)

• Hitsausnopeus [mm/min] (Welding speed)31.10.2018 VTT – beyond the obvious 13

FSW: hitsausvirheet SFS-EN ISO 25239-5

Virhetyyppi Testaus Hyväksymisraja ISO 6520-1

Vajaa hitsautumissyvyys juuressa ME ei hyväksytä - (4021)

Korkea juurikupu VT, ME h ≤ 3 mm 504

Rajaviivan purse VT, ME määritetään tarvittaessa -

Tasomainen sovitusvirhe VT, ME h ≤ 0.2t tai 2 mm 507

Vajonnut hitsi / vajaa kupu VT, ME h ≤ 0.2 mm + 0.1t (t ≥ 2 mm); h ≤ 0.15t (t < 2 mm)

-(509, 511)

Epäsäännöllinen hitsin leveys VT määritetään tarvittaessa 513

Epätasainen hitsin pinta VT määritetään tarvittaessa 514

Ontelo ME d ≤ 0.2s tai 4 mm 200

Koukku (hook): rajapinnan kääntyminen ME määritetään tarvittaessa -


31.10.2018 VTT – beyond the obvious 15Courtesy of Pedro Vilaça, Aalto University

FSW-hitsausvirheet: pinta ja juuri

FSW-hitsausvirheet: hitsausprosessi


FSW-hitsausvirheet: hooking


FSW-hitsausvirheet: sisäiset virheet


FSW-hitsausvirheet: ”kauhugalleria”


Lopuksi


Yhteenveto

Laserhybridi- ja muun sulahitsauksen (kaarihitsaus) hitsiluokat ja

hyväksymisrajat hyvin samankaltaisia (SFS-EN ISO12932 ja 5817)

• Hybridille pienat määritelty kattavammin (täys- ja osatunkeuma, 1- ja 2-puolinen)

• Paikoin väljennyksiä vikakokoihin

Sädehitseillä lukumääräisesti vähemmän hyväksymiskriteerejä/-rajoja

• Sovelletaan tarvittaessa osin myös SFS-EN ISO 5817, erityisesti pienoilla

FSW-hitsausohjeen hyväksyntäprosessi samankaltainen kuin sulahitseillä

• FSW-standardi ei määritä hitsiluokkia: vain hyväksytty tai hylätty

• Standardit kattavasti saatavilla, mutta vain alumiinille ( soveltaen muillekin?)

Kiitokset: prof. Pedro Vilaça, Aalto-yliopisto31.10.2018 VTT – beyond the obvious 21

Lähteet

Tulokset

• Kujanpää, Veli; Kortelainen, Olli; Ion, John; Vartia, Pekka; Hyppölä, Tero. 1996.

Laser- ja EB-hitsien menetelmäkokeet. Espoo, VTT. 259 s. VALB 168

• Mononen, Jukka; Savolainen, Kati; Saukkonen, Tapio; Hänninen, Hannu; Api,

Marko; Keinänen, Heikki; Martikainen, Hannu; Tervo, Jyrki; Sirén, Mika. 2008.

Friction Stir Welding, STIR - Final report. Teknillinen korkeakoulu,

koneenrakennustekniikan laitos, Espoo. 100 p. TKK Raportti K-2/08

Kuvat

• Nuclear Engineering International. 2014. Welding stir-up,

https://www.neimagazine.com/features/featurewelding-stir-up-4363560/ (25.10.2018)

• University of North Dakota, Advanced Engineered Materials Center. 2018. Friction

Stir Welding. https://engineering.und.edu/research/aemc/fsw.php (25.10.2018)


https://www.neimagazine.com/features/featurewelding-stir-up-4363560/https://engineering.und.edu/research/aemc/fsw.php

Lähteet Esityksessä käytetyt standardit:

• SFS-EN ISO 12932. Welding. Laser-arc hybrid welding of steels, nickel and nickel alloys. Quality levels for

imperfections (ISO 12932:2013)

• SFS-EN ISO 13919-1. (Hitsaus. Elektronisuihku- ja laserhitsatut liitokset. Hitsiluokat. Osa 1: Teräs.) Welding. Electron

and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections. Part 1: Steel (ISO 1391 9-1:1996)

• SFS-EN ISO 13919-2. (Hitsaus. Alumiinin sädehitsaus. Hitsiluokat.) Welding. Electron and laser beam welded joints.

Guidance on quality levels for imperfections. Part 2: Aluminium and its weldable alloys (ISO 13919-2:2003)

• SFS-EN ISO 25239-1. Friction stir welding. Aluminium. Part 1: Vocabulary (ISO 25239-1:2011)

• SFS-EN ISO 25239-2. Friction stir welding. Aluminium. Part 2: Design of weld joints (ISO 25239-2:2011)

• SFS-EN ISO 25239-3. Friction stir welding. Aluminium. Part 3: Qualification of welding operators (ISO 25239-3:2011)

• SFS-EN ISO 25239-4. Friction stir welding. Aluminium. Part 4: Specification and qualification of welding procedures

(ISO 25239-4:2011)

• SFS-EN ISO 25239-5. Friction stir welding. Aluminium. Part 5: Quality and inspection requirements (ISO 25239-

5:2011)


Lähteet Muita standardeja:

• SFS-EN ISO 15609-3. Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding

procedures specification. Part 3: Electron beam welding (ISO 15609-3:2004)


procedures specification. Part 4: Laser beam welding (ISO 15609-4:2009)

• SFS-EN ISO 15609-6. Specification and qualification of welding procedures for metallic materials. Welding procedure

specification. Part 6: Laser-arc hybrid welding (ISO 15609-6:2013)


procedure test. Part 11: Electron and laser beam welding (ISO 15614-11:2002)

• SFS-EN ISO 10042. Hitsaus. Alumiinin ja alumiiniseosten kaarihitsaus. Hitsiluokat (ISO 10042:2005)

• SFS-EN ISO 13919-2. Welding. Electron and laser beam welded joints. Guidance on quality levels for imperfections.

Part 2: Aluminium and its weldable alloys (ISO 13919-2:2001)


Kiitos!


Documents

Säde-, hybridi- ja kitkahitsauksen laatukysymykset · Hitsausvirhe ISO 6520-1 Sulahitsaus ISO 5817 Hybridihitsaus ISO 12932 Sädehitsaus ISO 13919-1 507 –508 sovitusvirheet Kulmapoikkeama