Ultralujan teräksen kaarijuotto

Tässä diplomityössä tutkitaan ultralujan rakenneteräksen kaarijuotolla valmistettujen liitosten väsymiskestävyyttä. Tutkittavat liitokset ovat kuormaa kantamattomia X-liitoksia. Tutkinnassa vertaillaan puhtaasti juottamalla valmistettua liitosta hitsauksen ja juoton kombinaatioliitokseen, jossa pohjapalkona toimivan hitsin rajaviivalle on juotettu lisäpalko. Kaarijuottoa esitellään yleisesti liittämismenetelmänä. Ultralujaa rakenneterästä esitellään yleisesti ja tarkastellaan sen metallurgista käyttäytymistä sekä juotettaessa, että hitsattaessa. Tutkimuksessa tehtiin kaikkiaan 21 väsytystestiä. Väsytystestit muodostuivat kolmesta eri koekappalesarjasta. Ensimmäisen ja toisen sarjan koekappaleet tehtiin juottamalla, eri lisäaineilla. 3. sarjassa pienat hitsattiin, jonka jälkeen hitsin rajaviivalle tehtiin juotto. Kappaleiden geometriat mitattiin ennen testejä, ja osasta kappaleista mitattiin jäännösjännitykset. Kappaleista otettiin hieitä, joista tehtiin kovuusmittaukset ja suoritettiin makro- ja mikrotason tarkastelua liitosprosessin lämmöntuonnin vaikutuksesta. Väsytyskokeiden perusteella kappaleille määritettiin nimelliset ja rakenteelliset väsymisluokat. Tuloksista piirrettiin S-N –käyrät. Liitoksista tehtiin FEA-mallit, joista määritettiin liitoksen rajaviivalle muodostuva jännitys ja 2. sarjan koekappaleiden laskennalliset kestoiät. 1. sarjan juotoksissa oli ongelmana juotoksen tarttuvuus teräksen pintaan. 2. sarjan koetulokset olivat kaikkein parhaita. 3. sarjan kombinaatioliitokset ylsivät kohtalaisiin väsymisluokkiin. 2. sarjan koetulosten perusteella kaarijuotossa on potentiaalia ultralujan rakenneteräksen liittämismenetelmänä. Jatkotutkimuksen tarve on kuitenkin laaja. Tämä työ osoitti, että kaarijuottaminen voi olla vaativa liittämisprosessi, sillä toimiakseen se vaatii varsin tarkat parametrit, ja lisäksi prosessi on melko herkkä olosuhdemuutoksille.

In this master’s thesis the fatigue resistance of ultra-high-strength structural steel joints manufactured by GMA-brazing are studied. All studied specimens were non-load-carrying cruciform joints. In the study purely brazed joint and combination joint made by welding and brazing are compared. GMA-brazing in generally introduced as a joining method. Ultra-high-strength structural steel is generally introduced and its metallurgic behavior in brazing and welding is inspected. In the study, all in all 21 fatigue test were made. The fatigue tests were divided in three series of different joints. In 1st and 2nd series the joints were brazed with different filler material. In 3rd series the specimen corners were first weld and then brazed on the boundary line of the weld. The geometries of the specimens were measured before the fatigue tests, and residual stress measurements were made to part of the specimens. Etched cross sections were made of part of the specimens for hardness tests and also for microscopic and macroscopic inspection. Nominal and structural fatigue classes were defined according to fatigue tests. S-N –curves were calculated and drawn according to the test results. FE-models were drawn of joints and stresses caused by notch effect were defined. For 2nd series specimens computational life times was calculated according to FE-model. In 1st series specimens there were problems with poor adhesion of filler material and base material. 2nd series specimens had the best results in case of fatigue resistance. The combination joints of 3rd series had moderate fatigue resistance. According to the results of the 2nd series there is potential in GMA-brazing of ultra-high-strength structural steel as a joining method. However, wide further studies are required. This master’s thesis showed that GMA-brazing can be challenging joining method, as it requires quite exact parameters to work, and also it is quite delicate to change of conditions.