Hitsauksen aiheuttamat muodonmuutokset ja niiden hallinta alumiiniveneiden rakenteissa

Alumiiniveneissä hitsauksen aiheuttamat muodonmuutokset ovat usein erittäin haitallisia, koska niiden aiheuttamat mittamuutokset ja ulkonäölliset haitat alentavat tuotteen laatua sekä arvoa. Monissa tapauksissa myös hitsausliitoksen suorituskyky heikentyy ja lisäksi hitsausmuodonmuutokset voivat aiheuttaa toiminnallisia ongelmia alumiiniveneiden runkorakenteisiin. Tästä johtuen hitsausmuodonmuutosten hallinta ja minimointi ovat erityisen tärkeitä tekijöitä pyrittäessä parantamaan alumiiniveneiden laatua ja kustannustehokkuutta sekä kasvattamaan alumiinivenealan kilpailukykyä. Tässä diplomityössä tutkittiin robotisoidun kaasukaarihitsauksen aiheuttamia muodonmuutoksia sekä niiden hallintaa alumiinista valmistettujen työ- ja huviveneiden runkorakenteissa. Työssä perehdyttiin nykyaikaiseen alumiinivenevalmistukseen sekä hitsattujen rakenteiden yleisiin lujuusopin teorioihin ja käyttäytymismalleihin. Alumiinin hitsausmuodonmuutosten tutkimuksissa suoritettiin käytännön hitsauskokeita, joiden kohteina olivat alumiiniveneissä käytetyt rakenneratkaisut ja liitostyypit. Työn tavoitteena oli määrittää alumiinin hitsauksessa syntyviin muodonmuutoksiin keskeisesti vaikuttavia tekijöitä ja parametreja. Tutkimustulosten perusteella pyrittiin esittämään ratkaisuja alumiiniveneiden rakenteisiin aiheutuvien hitsausmuodonmuutosten vähentämiseksi ja hallitsemiseksi. Alumiinirakenteissa hitsausmuodonmuutokset ovat hyvin tapauskohtaisia, koska usein niiden syntyminen määräytyy monen tekijän yhteisvaikutuksesta. Teräsrakenteille käytetyt yleiset analyyttiset laskentakaavat ja käyttäytymismallit eivät sovellu suoraan alumiinirakenteille, mikä johtuu alumiinin erilaisista materiaaliominaisuuksista ja käyttäytymisestä hitsauksen aikana. Tulevaisuudessa empiiristen koejärjestelyiden ja analyyttisten mallien lisäksi sovellettavan numeerisen elementtimenetelmän avulla voidaan parantaa alumiinin hitsauksessa aiheutuvien muodonmuutosten kokonaisvaltaista hallintaa.

With aluminum boats, welding distortions often prove to be extremely detrimental as they result in changes in measurements and flaws in the overall appearance, thus decreasing the quality and value of the product. In addition, the performance of the welded joints may decline; thus welding distortions may result in functional problems in the frameworks of aluminum boats. Therefore management and minimization of welding distortions is extremely important in improving the quality and cost-efficiency of aluminum boats, as well as in increasing the competitive strength of the aluminum boat industry. This master’s thesis studied the distortions caused by robotized gas shielded arc welding and their management in the frameworks of aluminum work boats and yachts. The thesis focused on modern methods of aluminum boat manufacturing, as well as on the general theories of the strength of materials and behavioral patterns. While studying welding distortions in aluminum, practical welding tests were performed on the structural solutions and joint types of aluminum boats. The purpose of the thesis was to determine the essential factors and parameters affecting distortions created as a result of aluminum welding. Based on the research results, solutions were proposed for reducing and controlling the amount of welding distortions in the structures of aluminum boats. Welding distortions in aluminum structures vary by the case as they are the result of various factors. The most common analytical formulas and behavioral patterns used for steel structures cannot be directly applied to aluminum structures due to the different kind of material properties of aluminum and its reaction to welding. In addition to empirical tests and analytical models, numerical finite element method may be applied in order to improve the overall management of distortions caused by aluminum welding.