The effects of some variables on CO2 laser-MAG hybrid welding

The CO2-laser-MAG hybrid welding process has been shown to be a productive choice for the welding industry, being used in e.g. the shipbuilding, pipe and beam manufacturing, and automotive industries. It provides an opportunity to increase the productivity of welding of joints containing air gaps compared with autogenous laser beam welding, with associated reductions in distortion and marked increases in welding speeds and penetration in comparison with both arc and autogenous laser welding. The literature study indicated that the phenomena of laser hybrid welding are mostly being studied using bead-on-plate welding or zero air gap configurations. This study shows it very clearly that the CO2 laser-MAG hybrid welding process is completely different, when there is a groove with an air gap. As in case of industrial use it is excepted that welding is performed for non-zero grooves, this study is of great importance for industrial applications. The results of this study indicate that by using a 6 kW CO2 laser-MAG hybrid welding process, the welding speed may also be increased if an air gap is present in the joint. Experimental trials indicated that the welding speed may be increased by 30-82% when compared with bead-on-plate welding, or welding of a joint with no air gap i.e. a joint prepared as optimum for autogenous laser welding. This study demonstrates very clearly, that the separation of the different processes, as well as the relative configurations of the processes (arc leading or trailing) affect welding performance significantly. These matters influence the droplet size and therefore the metal transfer mode, which in turn determined the resulting weld quality and the ability to bridge air gaps. Welding in bead-onplate mode, or of an I butt joint containing no air gap joint is facilitated by using a leading torch. This is due to the preheating effect of the arc, which increases the absorptivity of the work piece to the laser beam, enabling greater penetration and the use of higher welding speeds. With an air gap present, air gap bridging is more effectively achieved by using a trailing torch because of the lower arc power needed, the wider arc, and the movement of droplets predominantly towards the joint edges. The experiments showed, that the mode of metal transfer has a marked effect on gap bridgeability. Transfer of a single droplet per arc pulse may not be desirable if an air gap is present, because most of the droplets are directed towards the middle of the joint where no base material is present. In such cases, undercut is observed. Pulsed globular and rotational metal transfer modes enable molten metal to also be transferred to the joint edges, and are therefore superior metal transfer modes when bridging air gaps. It was also found very obvious, that process separation is an important factor in gap bridgeability. If process separation is too large, the resulting weld often exhibits sagging, or no weld may be formed at all as a result of the reduced interaction between the component processes. In contrast, if the processes are too close to one another, the processing region contains excess molten metal that may create difficulties for the keyhole to remain open. When the distance is optimised - i.e. a separation of 0-4 mm in this study, depending on the welding speed and beam-arc configuration - the processes act together, creating beneficial synergistic effects. The optimum process separation when using a trailing torch was found to be shorter (0-2 mm) than when a leading torch is used (2-4 mm); a result of the facilitation of weld pool motion when the latter configuration is adopted. This study demonstrates, that the MAG process used has a strong effect on the CO2-laser-MAG hybrid welding process. The laser beam welding component is relatively stable and easy to manage, with only two principal processing parameters (power and welding speed) needing to be adjusted. In contrast, the MAG process has a large number of processing parameters to optimise, all of which play an important role in the interaction between the laser beam and the arc. The parameters used for traditional MAG welding are often not optimal in achieving the most appropriate mode of metal transfer, and weld quality in laser hybrid welding, and must be optimised if the full range of benefits provided by hybrid welding are to be realised.

Prediction in transformed images

The study is related to lossless compression of greyscale images. The goal of the study was to combine two techniques of lossless image compression, i.e. Integer Wavelet Transform and Differential Pulse Code Modulation to attain better compression ratio. This is an experimental study, where we implemented Integer Wavelet Transform, Differential Pulse Code Modulation and an optimized predictor model using Genetic Algorithm. This study gives encouraging results for greyscale images. We achieved a better compression ration in term of entropy for experiments involving quadrant of transformed image and using optimized predictor coefficients from Genetic Algorithm. In an other set of experiments involving whole image, results are encouraging and opens up many areas for further research work like implementing Integer Wavelet Transform on multiple levels and finding optimized predictor at local levels.

Törmäysystävällisen valaisinpylvään tuotteistaminen

Euroopan unioni on tiukentanut teiden laitteiden ja tukirakenteiden törmäysturvallisuusvaatimuksia. Uuden standardoinnin tarkoituksena on lieventää ajoneuvon kuljettajan ja matkustajan vammojen vakavuutta ajoneuvon törmätessä tielaitteiden pysyviin rakenteisiin. Käytännössä rakenteiden tulee hidastaa ajoneuvon nopeutta hallitusti eri törmäysnopeuksilla, jolloin matkustajaan kohdistuvat kiihtyvyydet eivät aiheuta vakavaa loukkaantumisriskiä. Vuonna 2005 Mikkelin ammattikorkeakoulun YTI-tutkimuskeskus ja Tehomet Oy kehittivät ensimmäisen version törmäysystävällisestä valaisinpylväästä. Tässä diplomityössä tavoitteena oli kehittää aikaisemmin tehdystä versiosta helpommin valmistettava versio sekä parantaa pylvään törmäyskäyttäytymistä. Valmistusmenetelmistä valittiin pultruusio, kuitukelaus, alipaineinjektio ja RTM. Menetelmille suunniteltiin soveltuvat rakenteet ja laskettiin rakenteiden valmistuskustannukset. Pultruusiolla, alipaineinjektiolla ja RTM:11ä valmistettiin koe-erä esitörmäyskokeita varten. Esitörmäyskokeiden jälkeen valittiin valmistusmenetelmäksi RTM. TKK/Tielaboratorion virallisissa testeissä kehitetylle pylväälle myönnettiin HE2-turvaluokitus. Hanketta jatketaan kehittämällä valmistusprosessia tehokkaammaksi uudistamalla muottitekniikkaa sekä ottamalla käyttöön lujiteaihiot. Tavoitteena on käynnistää tuotanto keväällä 2008. Kehitetty pylväs esitellään kansainvälisillä "Sähkö, Tele, Valo- ja AV 2008"-messuilla Jyväskylän Paviljongissa 6.-8.2.2008.

Melamiinipinnoituslinjan puristusparametrien määrittäminen

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli määrittää melamiinipinnoituslinjalla käytettäville eri pinnoituskalvoille linjan käytön kannalta optimaaliset puristusparametrit. Tutkimuksessa vertailtiin erityisesti puristuslämpötilan ja -ajan vaikutusta pinnoitettujen levyjen pinnoitteiden kypsymiseen. Pinnoitteiden kypsyminen mitattiin pääasiassa kypsyystestien avulla. Tulosten pohjalta laadittiin 6 eri pinnoitusreseptiä, joihin pinnoitteet jaoteltiin. Yksi pinnoitusresepti pitää sisällään tiedot käytettävistä puristusparametreista, eli puristuspaineesta, -lämpötilasta ja -ajasta. Testien tuloksia analysoitaessa havaittiin eri pinnoitteiden käyttäytyvän eri tavoin. Osa pinnoitteista kesti korkeampia lämpötiloja, osa taas vaati pidemmän puristusajan sopivan kypsyysasteen saavuttamiseksi. Sopiviin puristusaikoihin havaittiin vaikuttavan erityisesti käytetyn hartsin reaktiivisuus ja kalvoissa käytetyn pigmenttiväriaineen tummuus.

Supplier Energy Audits in Thermal Power Plants

This master’s thesis handles an operating model for an electric equipment supplier conducted sale oriented energy audit for pumping, fan and other motor applications at power plants. The study goes through the largest factors affecting internal electricity use at a power plant, finds an energy audit –like approach for the basis of information gathering and presents the information needed for conducting the analysis. The model is tested in practice at a kraft recovery boiler of a chemical pulping mill. Targets chosen represent some of the largest electric motor applications in the boiler itself and in its fuel handling. The energy saving potential of the chosen targets is calculated by simulating the energy consumption of the alternatives for controlling the targets, and thereafter combining the information with the volume flow duration curve. Results of the research are somewhat divaricated, as all the information needed is not available in the automation system. Some of the targets could be simulated and their energy saving potential calculated quite easily. At some of the targets chosen the monitoring was not sufficient enough for this and additional measurements would have been needed to base the calculations on. In traditional energy audits, energy efficiency of pump and fan applications is not necessarily examined. This means that there are good possibilities for developing the now presented targeted energy audit procedure basis further.

Tietokantapohjaisen suunnittelujärjestelmän sähkösuunnitteluosuuden määrittely

Teollisuuden sähkösuunnitteluprojekti koostuu monista eri työvaiheista. Suunnitteluprojektin eri vaiheissa on omat tehtävänsä ja dokumentointitarpeensa. Tietokantojen avulla suunnitteluprojektiin liittyvää tietoa on helpompi hallita ja sama tieto on kaikkien suunnittelijoiden saatavilla. Tietokantoja käyttämällä voidaan nopeuttaa suunnittelutyötä ja vähentää suunnitteluvirheitä. Työssä kehitettiin tietokantapohjaisen suunnittelujärjestelmän sähkösuunnittelutyökalu, jonka pääasiallisena tarkoituksena on keskittää suunnittelun aikainen tieto yhteen paikkaan. Järjestelmä myös helpottaa toistuvien dokumenttien tuottamista varsinkin suurissa projekteissa. Työssä on keskitytty teollisuuden prosessisähköistykseen.

Life cycle costs in heating, ventilation and air-conditioning systems with drive

Energy consumption and energy efficiency have become an issue. Energy consumption is rising all over the world and because of that, and the climate change, energy is becoming more and more expensive. Buildings are major consumers of energy, and inside the buildings the major consumers are heating, ventilation and air-conditioning systems. They usually run at constant speed without efficient control. In most cases HVAC equipment is also oversized. Traditionally heating, ventilation and air-conditioning systems have been sized to meet conditions that rarely occur. The theory part in this thesis represents the basics of life cycle costs and calculations for the whole life cycle of a system. It also represents HVAC systems, equipment, systems controls and ways to save energy in these systems. The empirical part of this thesis represents life cycle cost calculations for HVAC systems. With these calculations it is possible to compute costs for the whole life cycle for the wanted variables. Life cycle costs make it possible to compare which variable causes most of the costs from the whole life point of view. Life cycle costs were studied through two real life cases which were focused on two different kinds of HVAC systems. In both of these cases the renovations were already made, so that the comparison between the old and the new, now existing system would be easier. The study indicates that energy can be saved in HVAC systems by using variable speed drive as a control method.

Veneer Properties Determination for Plywood Manufacturing

The objective in this Master's Thesis was to determine and verify quality criteria for veneer in plywood manufacturing. In plywood manufacturing the veneer quality has a decisive part how well it can be produced to a final product. Modern equipment run at high speed and capacity. These machines require a good quality veneer to be able to maintain them. The quality criteria determination was done after the dominant veneer properties were determined. This research focuses to the birch veneer quality determination. The machines involved in the veneer manufacturing are introduced in the materials and methods section. The different veneer properties are determined and the measuring devices to measure these properties are examined. There are many parts in veneer manufacturing and these have different requirements to the veneer quality. To determine and verify these properties for every machine was the most demanding part of this Master's Thesis. During the research some new ideas and ways to measure veneer properties were also tested. Veneer properties and quality was followed in a factory environment and in a test runs at the Raute. Different machines were followed carefully in the production environment while for example test pieces were taken from veneers that broke on the line. Sample pieces were tested on site or delivered to Nastola for more extensive testing. Based on the tests and research the criteria for veneer to every machine involved in the veneer production were created. These veneer quality tolerances are recommendations to ensure that the machine operation will not be affected by the veneer quality.

Tukkivannesahojen teräpyörien bombeerauslaitteen kehittäminen

Diplomityössä kehitettiin kannettava työstölaite, jolla voidaan bombeerata tukkivannesahojen suuret teräpyörät omilla laakereillaan paikoillaan sahalinjoissa. Teräpyörät kuluvat käytössä, jolloin ne joudutaan työstämään uudelleen muotoonsa useita kertoja vuodessa. Nykyisin pyörien kehäpinnat hiotaan haluttuun muotoon lähes sadan vuoden ikäiseen keksintöön perustuvalla menetelmällä. Menetelmän suurimpina ongelmina ovat saavutettavan bombeerausmuodon heikko tarkkuus, työstötapahtuman hitaus ja puutteellinen työturvallisuus. Kehitetyn bombeerauslaitteen ja -menetelmän avulla parannetaan kaikkia kolmea merkittävää puutetta. Työssä kartoitettiin kattavasti erilaisia mahdollisia työstömenetelmiä, joita voitaisiin käyttää teräpyörien bombeeraukseen. Parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui sorvaus, jonka avulla teräpyörien kehäpinnat saadaan työstettyä tarkasti, nopeasti ja varmasti käyttämällä tavallisia sorvin työkaluja ja uutta ehdotettua kannettavaa sorvia.

On Variational Ensemble Kalman Filtering

The Extended Kalman Filter (EKF) and four dimensional assimilation variational method (4D-VAR) are both advanced data assimilation methods. The EKF is impractical in large scale problems and 4D-VAR needs much effort in building the adjoint model. In this work we have formulated a data assimilation method that will tackle the above difficulties. The method will be later called the Variational Ensemble Kalman Filter (VEnKF). The method has been tested with the Lorenz95 model. Data has been simulated from the solution of the Lorenz95 equation with normally distributed noise. Two experiments have been conducted, first with full observations and the other one with partial observations. In each experiment we assimilate data with three-hour and six-hour time windows. Different ensemble sizes have been tested to examine the method. There is no strong difference between the results shown by the two time windows in either experiment. Experiment I gave similar results for all ensemble sizes tested while in experiment II, higher ensembles produce better results. In experiment I, a small ensemble size was enough to produce nice results while in experiment II the size had to be larger. Computational speed is not as good as we would want. The use of the Limited memory BFGS method instead of the current BFGS method might improve this. The method has proven succesful. Even if, it is unable to match the quality of analyses of EKF, it attains significant skill in forecasts ensuing from the analysis it has produced. It has two advantages over EKF; VEnKF does not require an adjoint model and it can be easily parallelized.

Effects of modern variable frequency drive on the reliability of an old crane induction motor

The work aims to analyze the possibilities of utilizing old crane driving AC induction motors in modern pulse-width-modulated variable frequency drives. Bearing currents and voltage stresses are the two main problems associated with modern IGBT inverters, and they may cause premature failure of an old induction motor. The origins of these two problems are studied. An analysis of the mechanism of bearing failure is proposed. Certain types of bearing currents are considered in detail. The most effective and economical means are chosen for bearing currents mitigation. Transient phenomena of cables and mechanism of over voltages occurring at motor terminals are studied in the work. The weakest places of the stator winding insulation system are shown and recommendations are given considering the mitigation of voltage stresses. Only the most appropriate and cost effective preventative methods are chosen for old motor drives. Rewinding of old motors is also considered.

Tasolohkolinjan läpäisyaikojen tarkastelu ja kehittäminen Lean management periaatteita soveltaen

Diplomityön tavoitteena oli Aker Yardsin Turun telakan tasolohkolinjan läpäisyajan parantaminen. Työssä selvitettiin lohkotehtaan nykyinen läpimenoaika ja pyrittiin parantamaan sitä Lean management periaatteita soveltaen. Työssä suoritettiin perusteellinen työntutkimus yhdessä työnjohdon kanssa, jossa selvitettiin eri työvaiheiden läpimenoajat ja työtunnit. Tuloksista löydettiin kolme selvää kehityskohdetta, joilla saadaan nykyistä läpimenoaikaa ja alihankintakustannuksia pienemmäksi. Nämä kehityskohteet olivat jäykkääjien asennuksen ja hitsauksen parantaminen, myynnin jälkeisten töiden minimointi sekä nostotukien asennuksen tehostaminen. Lisäksi tutkimustyön ohella havaittiin neljäs kehityskohde, osavalmistuksen ajoittaminen oikeaan aikaan. Tämä ei tullut ilmi tutkimustuloksista vaan ihmisiä haastattelemalla. Kehityskohtien tunnistamisen perusteella luotiin investointiehdotus jäykkääjien toiminnan tehostamiseen, sekä uusia toimintatapoja myynnin jälkeisten töiden minimoimiseksi ja nostotukien asennuksen tehostamiseksi. Osavalmistuksen ajoittamisella oikeaan aikaan, pyritään tehostamaan toimintaa lohkonkoontipaikalla.

Pienpuun hyödyntäminen havuvanerin valmistuksessa

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää pienpuun käytön vaikutuksia Pellos 1 ja Pellos 2 -havuvaneritehtaiden kannattavuuteen. Työssä tutkitaan myös sitä, miten suuria määriä pienpuuta Pellos 1:llä on mahdollista hyödyntää, ja millaisilla keinoilla sekä investoinneilla pienpuun sorvausta voidaan tehostaa. Tutkimuksessa esitettävät laskelmat perustuvat Pekka Hyttisen vuonna 2000 valmistuneen diplomityön koeajojen tuloksiin. Pienpuulla tarkoitetaan tässä yhteydessä latvaläpimitaltaan 170–220 millimetriä paksua tukkia. Kannattavuuslaskelmien tuloksena esitetään Pellos 1:n ja Pellos 2:n tuotantokapasiteetin, hyötysuhteen, muuttuvien kustannusten ja myyntikatteen muuttuminen puun latvaläpimittaluokan funktiona. Lisäksi vertaillaan Pellos 1:n ja Pellos 2:n tunnuslukujen välisiä suhteita ja selvitetään, kummalla tehtaalla pienpuun käyttö vanerin valmistuksen raaka-aineena on järkevämpää. Diplomityön toinen tutkimusosa koskee Pellos 1:llä käsiteltävän pienpuun maksimimäärää sekä tehtaan katkaisu- ja sorviosaston toimintaa. Pellos 1:n suurimpaan mahdolliseen pienpuun käsittelymäärään vaikuttaa teknisten ja tuotannollisten rajoitusten lisäksi myös tukkijakauman rakenne sekä pienpuun käytön lisäämisestä aiheutuva puuraaka-aineen lisätarve. Pienpuun käyttö nostaa katkaisu- ja sorviosastolla käsiteltävää puun kappalemäärää, minkä seurauksena koneiden prosessointinopeus joutuu koetukselle. Tutkimuksen lopussa käsitellään modernisointikohteita, joilla sorvauksen saantoa pystyttäisiin parantamaan ja sorvien toimintaa nopeuttamaan.

Ruostumattomien terästen kuitulaserleikkaus

Työ jakaantuu kirjalliseen tutkimukseen sekä kokeelliseen osaan. Työn kirjallisuustutkimus käsittelee laserleikkausta yleisesti ja kartoittaa tämän hetken tilannetta kuitulaserin mahdollisuuksista ruostumattomien terästen leikkauksessa. Työn kokeellinen osuus käsittelee ruostumattomien terästen kuitulaserleikkauksesta levypaksuuksilla 3 mm ja 6 mm. Kokeissa tutkitaan leikkauspään leikkaussuunnan mukaisen kulman muutoksen vaikutusta leikkausnopeuteen. Leikkauksissa määritetään neljälle eri leikkauspään kulmalle suurin mahdollinen leikkausnopeus.