Eri MAG-hitsausprosessien ja -parametrien vaikutus suurlujuusteräksestä valmistetun otsapienahitsin äärikestävyyteen, muodonmuutoskykyyn ja vauriomuotoon

Työssä tutkittiin Ruukki Oyj:n suorasammutetusta S960QC-teräksestä valmistetun kuormaakantavan levyjen ristiliitoksen pienahitsien lujuutta, muodonmuutoskykyä ja vaurioitumismekanismia laajaan kokeelliseen aineistoon perustuen. Tärkeimpänä muuttujana koematriisissa olivat eri MAG-hitsausprosessit. Perinteisen kuumakaarihitsauksen vertailukohteena oli Kemppi Oy:n uusi adaptiivinen valokaaren pituutta säätävä WiseFusion-hitsaustoiminto kuuma- ja pulssikaarihitsauksessa. Näiden kolmen hitsausprosessin rinnalla varioitiin erisuuruisia a-mittoja, eri hitsauslisäaineita ja hitsin erikylkisyyttä. Lisäksi juuritunkeuman estämisen vaikutusta hitsien käyttäytymiseen tutkittiin täydentävällä koesarjalla, jossa tunkeuman muodostuminen estettiin levyjen väliin asetetulla volframilevyllä. Työn perimmäisenä tavoitteena oli selvittää syy aiemmassa tutkimuksessa havaitulle pienahitsien vaurioitumiselle leikkautumalla sularajaa pitkin. Sularajan suhteellista pituutta saadaan kasvatettua estämällä hitsin juuritunkeuma ja absoluuttista pituutta saadaan lisää kateettipoikkeaman avulla. Lisäksi tutkimuksessa oli tarkoitus tuoda esille suurlujuusteräksisen liitoksen eri mitoituslähtökohdat (mm. lämmöntuonnin kontrollointi). Tämän vuoksi hitsausparametrit mitattiin jännitteen ja virran hetkellisiin arvoihin perustuen, jolloin kuuma- ja pulssikaarihitsauksen laskennalliset hitsaustehot ovat vertailukelpoisia. Koehitseistä valmistettiin hieet hitsien tarkan geometrian määrittämiseksi ja liitoksen mekaaniset ominaisuudet tutkittiin vetokokeella. Tulosten perusteella sularajavaurio aktivoituu pulssikaarella hitsatuissa koekappaleissa. Tämä aiheutunee pulssi- ja kuumakaarihitsauksen sularajan mikrorakenteiden eroavaisuudesta. Sularajavaurio näyttää huonontavan hitsien muodonmuutoskykyä, mutta jatkokokeita tuloksen verifioimiseksi on tehtävä. S960QC-teräkselle ominaisen pehmenneen vyöhykkeen vaurio ei aktivoitunut, vaikka Ruukin antamat jäähtymisaikasuositukset ylitettiin reilusti.

Behavior of load carrying transverse fillet welds was studied experimentally in this thesis work. Welded joints were made of S960QC, direct quenched high-strength steel manufactured by Ruukki Oyj. Three different GMAW welding processes were varied: conventional spray arc, WiseFusion spray arc and WiseFusion pulsed arc welding. WiseFusion is adaptive arc length controlling system invented by Kemppi Oy. In addition different weld throat thicknesses, different filler materials and asymmetric weld geometry were varied. Effect of preventing root penetration with tungsten sheet placed in the root notch on weld behavior was also studied. Aim of this study was to find out reason for fillet weld shear failures along fusion line observed during previous research carried out in LUT. Proportional length of fusion line was increased with preventing root penetration and absolute length of fusion line was increased with asymmetric fillet welds. Also tests were planned to bring out different design aspects of S960QC-steel for example need of welding heat input control. To obtain comparable welding power values between spray arc and pulsed arc welding values of voltage and current were measured with high sampling frequency. Cross sections of test weld specimens were etched and polished to obtain accurate geometry related to welds in actual cruciform specimens tested using monotonic tension. The experimental results indicate that fusion line failure is activated in specimens welded with pulsed arc. This probably results from different microstructures of fusion line region between spray arc and pulsed arc welding. When rupture occurs in fusion line deforming capacity of welds seems to decrease, but follow-up tests must be done to verify result. Characteristic failure mechanism of S960QC-steel is rupture in the softened HAZ of the base material, but it wasn’t activated in tests though cooling time recommendations provided by Ruukki were exceeded.