Arktisissa olosuhteissa käytettäville materiaaleille ja hitsatuille rakenteille asetetut vaatimukset

Diplomityössä tarkastellaan kohdeyrityksen hitsatuille teräsrakenteille asetettuja vaatimuksia Norjan ja Venäjän arktisilla alueilla. Teknisten vaatimusten lisäksi tutkitaan terästen kylmäkäyttäytymistä ja hitsaustuotannolle kohdistettuja vaatimuksia. Tutkimuksen lopussa käsitellään Venäjän ja Norjan markkinoiden erityispiirteitä ja keinoja markkinoille pääsemiseksi. Tutkimuksen perusteella havaitaan, että kohdeyritys voi suunnitella ja valmistaa sekä Norjan että Venäjän vaatimusten mukaisia rakenteita ilman suuria muutoksia rakenteisiin tai hitsaustuotantoon. Materiaalien ja valmistuksen laadun sekä niiden valvonnan merkitys korostuu arktisissa hankkeissa. Yrityksellä on käytössään standardit EN 1090, ISO 9001, ISO 3834 ja ISO 14122, jotka edesauttavat yrityksen kansainvälistymistä. Hitsattujen rakenteiden haurasmurtumariski kasvaa kylmissä olosuhteissa. Haurasmurtuman ydintymistä edesauttavat tekijät täytyy tunnistaa ja niitä on vältettävä suunnittelussa ja valmistuksessa. Lujempien ja sitkeämpien terästen käyttäminen kylmissä olosuhteissa on perusteltua, mutta ne asettavat omat haasteensa hitsaukselle.

The improvement of enclosure protection class of power electronics device

Tässä diplomityössä tutkittiin vaihtoehtoja tehoelektroniikkalaitteiden kotelointiluokan kehittämiseksi. Haasteena paremman suojauksen suunnittelussa on laitteiden tuottama suuri määrä lämpöä, joka vaatii tehokkaan jäähdytyksen. Työn tuloksena saatu prototyyppi IP33 luokkaa varten täyttää standardissa SFS-EN 60529+A1 asetetut vaatimukset kyseiselle kotelointiluokalle. Rakenteessa ja valmistettavuudessa havaittiin muutama ongelma, jotka ovat korjattavissa pienillä muutoksilla. Korkeampia suojausluokkia varten testattiin IP54-luokiteltujen filtterituulettimien vaikutusta laitteen jäähdytykseen. Testien perusteella jäähdytysteho on riittävä ja filtterituulettimet todettiin toimivaksi ratkaisuksi korkeammille suojausluokille. Työn perusteella voidaan todeta, että nykyiset laitteet voidaan muokata vastaamaan IP33 luokan vaatimuksia kohtuullisen pienillä muutoksilla. Tätä korkeammat suojausluokat vaatisivat niin suuria muutoksia designiin, että todennäköisesti täysin uuden laitteen suunnittelu olis kannattavin vaihtoehto.

Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi

TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Konetekniikan koulutusohjelma Voitto Kettunen Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi Diplomityö 2015 167 sivua, 39 kuvaa, 26 taulukkoa ja 3 liitettä Tarkastajat: Professori Jukka Martikainen DI Pertti Kaarre Hakusanat: hitsaus, hitsauksen laatu, konepajan laadunhallinta, kattavat laatuvaatimukset, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Keywords: welding, quality of welding, engineering workshop quality management, comprehensive quality requirements, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Hitsaamalla liitetyt teräksiset rakenteet muodostavat ylivoimaisesti suurimman osan konepajatuotannosta. Niihin kuuluu esimerkiksi ajoneuvoja, koneita, laitteita, säiliöitä, siiloja, siltoja, mastoja, piippuja, tukirakenteita ja rakennusten runkoja. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää konepajan laadunhallinta sellaiseksi, että se mahdollistaa kattavien laatuvaatimusten täyttämisen hitsaustuotannossa. Laatuvaatimusten täyttämiseen pyritään käyttämällä hitsaustoimintojen standardia EN ISO 3834-2 sekä kantavien teräsrakenteiden standardeja EN 1090-1 ja EN 1090-2. Teräsrakenteiden suunnittelua ohjaa EN 1993 ja niiden toiminnallisia ominaisuuksia tuotestandardit, kuten terässavupiippu- ja säiliöstandardit. Kantavien teräsrakenteiden suunnittelua ja tuotantoa ohjaa myös seuraamusluokan CC, käyttöluokan SC ja tuotantoluokan PC kautta määräytyvä toteutusluokka EXC. Aikaisempaa enemmän tullaan panostamaan esimerkiksi asiakirjojen sähköiseen hallintaan, raaka-aineiden jäljitettävyyteen tuotteeseen, särmien ja kulmien muotoiluun, pintojen käsittelyyn, hitsien tarkastukseen, hitsaushenkilöstön pätevyyteen ja hitsaustuotannon tehokkuuteen. Saarijärven Säiliövalmiste Oy:n hitsauksen laadunhallinta sertifioitiin standardin ISO 3834-2 mukaan ja kantavien teräsrakenteiden FPC-järjestelmä standardisarjaa EN 1090 noudattaen. Samalla tehtiin päivitys laadunhallintajärjestelmään ISO 9001. Toteutus, joka tehtiin sovitussa aikataulussa, haastaa jokaisen toimijan konepajassa toiminnan, tuotannon ja tuotteiden laadun kehittämiseen uusia käytänteitä ja menetelmiä soveltaen. Kehitystoimien tuloksena toiminta on selkeämpää, ennakoitavampaa ja hallitumpaa, mikä lisää yrityksen toiminnan tuottavuutta ja kannattavuutta. Sertifioidut laatujärjestelmät ovat myötävaikuttaneet tilausten lisääntymiseen yrityksen kaikkien tuotteiden osalta.

Helikoptereiden käytettävyyden kehittyminen

Tutkimuksen lähtökohtana on etsiä vastauksia sille, miten rajavartiolaitoksen helikoptereiden käytettävyys on muuttunut 1960-luvulta. Tavoitteena on määritellä käytettävyys ja tutkia rajavartiolaitoksen käytössä olevien helikoptereiden käyttövarmuutta. Lisäksi on olennaista tietää mitkä asiat rajoittavat käytettävyyttä ja miten haasteisiin vastataan. Tutkimuksen ensimmäinen osa muodostuu käytettävyyden määrittelystä. Lähdeaineisto koostuu käyttövarmuuskirjallisuudesta ja oppimateriaaleista. Käytettävyys määritellään tutkimuksessa standardi SFS-EN 60300-1 mukaan ja sitä tutkitaan järjestelmälogistiikan keinoin. Tutkimuksen toinen osa koostuu helikopterin käytettävyyden tutkimisesta. Pääaineistona tutkimuksessa käytetään rajavartiolaitoksen helikopterin käytettävyystilastoja. Kokeneiden mekaanikkojen haastatteluiden pohjalta muodostetaan käytettävyyden kehittämisen erilaiset keinot. Tutkimus on ottanut huomioon Suomessa olevien helikoptereiden käytettävyyteen liittyviä ongelmia. Käytettävyys on todennäköisyys sille, että laite on käyttökunnossa satunnaisena ajanhetkenä. Helikopterin käytettävyys on riippuvainen sen toimintavarmuudesta, kunnossapidettävyydestä ja kunnossapitovarmuudesta. Helikopteritekniikan kehittyminen vaikuttaa toimintavarmuuteen ja kunnossapidettävyyteen, sillä helikopteri vikaantuu harvemmin ja sen palauttaminen toimintakuntoon on nopeampaa. Organisaatio, laitevalmistaja ja niiden väliset sopimukset vaikuttavat kunnossapitovarmuuteen. Riittävä huoltokalusto, varaosat ja nopeat johtosuhteet parantavat niin huoltojen nopeutta kuin laatuakin. Käytettävyyttä voidaan parantaa kouluttamalla henkilöstöä, suunnittelemalla huoltojaksoja MSG-3 menetelmillä, päivittämällä helikoptereita ja hankkimalla tarpeellisia varaosia. Ihmisen vaikutus käytettävyyteen on muuttunut aikaisemman laitteistokeskeisen ajattelun suunnalta yhä enemmän ohjelmistojen kehittämiseen. Automatisoituminen ja kehittynyt ohjekirjallisuus vaikuttavat inhimillisten virheiden todennäköisyyteen ja vianetsintäaikaan vähentävästi. Helikoptereiden käytettävyys on muuttunut vuodesta 1960. Uusi tekniikka, organisaatio muutokset ja osaamisen kehittyminen ovat mahdollistaneet käytettävyyden kasvun. Viimeisen 20 vuoden aikana käytettävyys ei ole muuttunut merkittävästi. Tutkimus osoittaa, että ongelmista on siirrytty toisiin. Kaluston vanhenemiseen on pitänyt vaikuttaa lisäämällä tarkastuksia, kunnes päivittämisen jälkeen huoltorakenteita on kehitetty. Käytettävyys arkikielessä on tasapainoa huollon ja operatiivisen käyttäjän välillä. Tasapaino syntyy, kun huollolla on tasaisesti töitä, eivätkä voimakkaat lentomäärät pysty vaikuttamaan koko kaluston käytettävyyteen.

Rankapuun ja -hakkeen laadun vaihtelu terminaalivarastoinnissa

Työssä tutkittiin polttoaineterminaalissa varastoitavan puupolttoaineen laadunmuutoksia. Tutkimuksessa tarkasteltiin hakettamattomien rankapuiden ja rankapuuhakkeen kosteuden ja lämpöarvon muutosta. Myös kuiva-ainetappiota tutkittiin aikaisempien tutkimusten perusteella. Tutkimusaineisto kerättiin Etelä-Savon Energian polttoaineterminaaleista. Kosteus-pitoisuuksia mitattiin Hydromette M2050 -pikakosteusmittarilla ja uunikuivaus-menetelmällä standardin SFS-EN 14774 mukaisesti. Tutkimuksessa huomattiin pikakosteusmittarin toimivan riittävän luotettavalla tasolla rankapuiden mittauksissa, mutta hakkeen mittauksissa mittari osoittautui toimimattomaksi. Varastointiaika ei vaikuttanut polttoaineiden lämpöarvoihin, mutta kosteuspitoisuus vaihteli suuresti. Tutkimustuloksista pääteltiin rangan kuivuvan terminaalivarastossa ja hakkeen kosteuden pysyvän vakiona. Energiasisällön puolesta rankapuuta voidaan varastoida yli 2 vuotta, mutta hakkeen varastointiaika tulisi pitää mahdollisimman lyhyenä.

The effect of focal point parameters in fiber laser welding of structural steel

In this thesis the effect of focal point parameters in fiber laser welding of structural steel is studied. The goal is to establish relations between laser power, focal point diameter and focal point position with the resulting quality, weld-bead geometry and hardness of the welds. In the laboratory experiments, AB AH36 shipbuilding steel was welded in an I-butt joint configuration using IPG YLS-10000 continuous wave fiber laser. The quality of the welds produced were evaluated based on standard SFS-EN ISO 13919-1. The weld-bead geometry was defined from the weld cross-sections and Vickers hardness test was used to measure hardness's from the middle of the cross-sections. It was shown that all the studied focal point parameters have an effect on the quality, weld-bead geometry and hardness of the welds produced.

Paineventtiilien hitsauksen laadunhallinnan kehittäminen

Diplomityössä tarkastellaan keinoja Temet Oy:n valmistamien paineventtiilien hitsauksen laadunhallinnan kehittämiseen. Työn avulla hitsauksen laadunhallinta on tarkoitus saada vastaamaan paremmin yrityksen asiakkaiden vaatimuksia sekä samalla parantaa yrityksen kilpailukykyä. Työn alkupuolella perehdytään laatuun ja laadunhallintaan, erityisesti hitsauksen näkökulmasta. Lisäksi tutustutaan laadunhallinnan työkaluihin, ISO 9001- ja ISO 3834 -standardeihin sekä tarkemmin jälkimmäisen vaatimuksiin. Lisäksi työhön sisältyy kahden erityyppisen paineventtiilin hitseille tehtävä makrohietutkimus. Työssä haetaan myös paineventtiilien valmistukselle vaatimuksia antavia viranomaismääräyksiä tai standardeja. Oleellinen osa hitsauksen laadunhallinnan kehitystyötä on yrityksen hitsaustoiminnan nykytilanteen kartoittaminen ja tarvittavien kehitystoimien suunnittelu tehtyihin selvityksiin perustuen. Työn valmistuttua yrityksellä on ehdotus siitä, miten toteuttaa ISO 3834-2 kattavien laatuvaatimusten mukaisen hitsauksen laadunhallintajärjestelmä paineventtiilien hitsaukseen. Yrityksellä on myös laadunhallintajärjestelmän kannalta oleelliset asiakirjat ja ehdotus siitä, miten hitsauksen laadunhallinnan kehitystyötä kannattaisi tulevaisuudessa jatkaa.

Ympäristöjohtaminen tienrakennushankkeessa

Tässä diplomityössä tutkittiin tienrakentamisen aikaista ympäristöjohtamista. Työn tavoitteena oli arvioida jo toteutuneen infrastruktuuriprojektin rakentamisen aikaisen ympäristöjohtamisen onnistumista, verrata toteutunutta ympäristöjohtamista standardiin SFS-EN ISO 14001 ja löytää standardin avulla kehitysehdotukset vastaavanlaisten projektien toteuttamisen aikaiseen ympäristöjohtamiseen tulevaisuudessa. Työ toteutettiin tutkimalla esimerkkiprojektin ympäristönsuojelulle ja ympäristövaikutusten seurannalle tehtyjä suunnitelmia, projektin rakentamisen aikana koottua laatuaineistoa, projektin aikana pidettyjä kokouksia ja tiedotustilaisuuksia sekä haastattelemalla projektin ympäristöjohtamisen toteutuksen kannalta avainhenkilöitä. Tutkimuksessa havaittiin, että jos projektijohto hyödyntäisi ISO 14001 standardia ym-päristöjohtamisensa perustana vastaavanlaisissa tienrakennusprojekteissa, pystyisi se kehittämään projektin urakoitsijoiden hankintavaihetta, projektin aikaista sisäistä ja ulkoista viestintää sekä projektinjohdon toteuttamaa laadunvalvontaa projektin aikana. ISO 14001 standardin hyödyntäminen projektin toteuttamisen aikaisessa ympäristöjoh-tamisessa vaatisi projektin ylimmän johdon sitoutumista standardin noudattamiseen. Ympäristöjohtaminen tulee implementoida osaksi projektijohtamista ja sen toimijoilla tulee olla konkreettista vaikutusvaltaa projektin toimintaan. Projektijohdon sitoutuminen standardin mukaisuuteen antaa puitteet ja käytännöt sekä vaatia että valvoa projektin toimijoiden ympäristönsuojelun toteutumista, raportointia ja viestintää.

Hitsatun alumiinirakenteen suunnittelu

Alumiiniseosten käyttö konstruktiomateriaalina lisääntyy johtuen sen lukuisista variaatioista lujuuden ja muovattavuuden suhteen. Alumiinin keveys on merkittävä kilpailuetu teräkseen nähden. Alumiiniseosten hitsattavuus on parantunut hitsausmenetelmien kehittyessä. Uusilla menetelmillä lämmöntuontia hallitaan paremmin, kuten myös alumiinin huokoisuutta sekä lujuuden laskua hitsauksen yhteydessä. Tässä diplomityössä tutkitaan alumiinin metallurgiaa, hitsausmenetelmiä, sekä alumiinin ja teräksen sekaliitoksen toteutusta. Tutkimuksella pyritään tekemään hitsatun alumiinirakenteen suunnittelua ymmärrettävämmäksi. SFS-EN standardit antavat perustuksen alumiinirakenteen suunnittelulle. Tässä diplomityössä tehdään suunnitteluesimerkki hitsatun alumiinirakenteen hitsien suunnittelusta. Suunnitteluesimerkissä tutkitaan alumiiniseoksen lujuuden laskua hitsattaessa, ja etsitään standardien antamia ratkaisuja toimivan hitsatun rakenteen toteuttamiseksi.

Orbitaali-TIG-hitsauksen kehittäminen compoundputkien hitsaamisessa

Tässä työssä tutkittiin orbitaali-TIG-hitsauksen hyödyntämistä paineenalaisten compoundputkien jatkohitsien hitsaamiseen. Tutkimus tehtiin Warkaus Works Oy:n omistamalle konepajalle. Tutkimuksen tavoitteena oli laatia standardin SFS-EN ISO 15613 mukaan hyväksytty hitsausmenetelmä. Työn kirjallisuuskatsauksessa esiteltiin orbitaalihitsauksessa käytettävät hitsausprosessit ja laitteistot eri liitosmuodoille. Työssä esiteltiin myös kuumavedettyjen compoundputkien valmistusprosessia ja rakennetta. Tämän lisäksi kerrottiin putkien hitsattavuudesta ja hitsauksen esivalmisteluista, sekä käyttökohteista voimalaitoskattilassa. Ennen menetelmäkokeen hitsausta suoritettiin suuri määrä koehitsauksia yrityksen orbitaali-TIG-laitteistolla. Onnistuneiden koehitsausten perusteella laadittiin hitsausohjelma, jolla hitsattiin testiputket menetelmäkokeeseen. Hitsausmenetelmää varten valittiin Sandvikin valmistama compoundputki. Testihitseille suoritettiin rikkomattomia ja rikkovia tarkastuksia. Hyväksyttyjen tarkastusten pohjalta laadittiin hitsausmenetelmän hyväksymispöytäkirjan. Lisäksi diplomityössä verrattiin mekanisoidun hitsauksen hitsausaikaa käsinhitsauksen hitsausaikaa. Orbitaali-TIG-hitsauksen käyttäminen edellyttää hitsattavalta railolta aina mahdollisimman samanlaisen lähtötilanteen, jotta sen suoritusvarmuus saadaan mahdollisimman korkeaksi. Railon valmistamisen tarkkuudella on mahdollista saada riittävän tarkkoja railoja hitsien laadukkaaseen hitsaukseen. Hitsaus edellyttää laitteiston langansyötön ja elektrodin tarkkoja asetuksia, jotta hitsaus on laadukasta. Lisäaineen jähmeä sula ja hitsin tunkeumavaatimus hankaloittavat orbitaalihitsausta.

Laatukäsikirjan laatiminen Refinec Oy:lle

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia, mikä on laatukäsikirjan merkitys laadunhallintajärjestelmässä, miten laadunhallintajärjestelmä sertifioidaan ja mitä hyötyä Refinec Oy:lle olisi sertifioidusta laadunhallintajärjestelmästä. Refinec Oy:lle laadittiin kandidaatintyössä laatukäsikirja ja siihen kuuluvat liitteet ja toimintaohjeet valmiin laadunhallintajärjestelmän pohjalle. Tavoitteena oli tuottaa Refinec Oy:lle laadunhallintajärjestelmän sertifiointiin tarvittavat dokumentit. Laatukäsikirja laadittiin standardin SFS-EN ISO 9001:2008 mukaisesti. ISO 9001 on kansainvälinen standardi joka käsittelee laadunhallintajärjestelmiä ja niiden vaatimuksia. Laatukäsikirjan liitteeksi laadittiin taulukoita erilaisia tarkastuksia ja raportointeja varten. Lisäksi Refinec Oy:lle laadittiin yhdessä yrityksen johdon kanssa toimintaohjeet, joiden mukaan Refinec Oy toimii. Tutkimus osoitti laatukäsikirjan olevan keskeinen osa laadunhallintajärjestelmää, sillä laadunhallintajärjestelmän auditointi suoritetaan laatukäsikirjan perusteella. Laadunhallintajärjestelmän sertifioinnissa auditoija tarkastaa sen olevan standardin mukainen niin laatukäsikirjassa kuvattuna kuin käytännössäkin. Refinec Oy halusi dokumentit laadunhallintajärjestelmästä ja toimintaohjeista, jotta asiakkaille voitaisiin taata ja todentaa toiminnan laatu ja harkitsee laadunhallintajärjestelmän sertifiointia.

Asiakasohjautuvan hitsaustuotannon kehittäminen PK-konepajassa

Tässä diplomityössä tarkasteltiin asiakasohjautuvan hitsaustuotannon kehittämistä PK-konepajassa. Työn tarkoituksena oli kerätä taustatietoa asiakasohjautuvan hitsaustuotannon erityispiirteistä ja tarkastella hitsaustuotannon kehittämistä. Työssä tutustuttiin hitsausprosesseihin ja niiden kehitysversioihin sekä hitsausaineisiin. Tärkeänä osa-alueena olivat hitsin ja hitsaustuotannon laadun ja laadunhallinnan sekä hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin tarkastelu hitsauksen työsuojelua ja hitsausergonomiaa unohtamatta. Tämän jälkeen kartoitettiin yrityksen nykytilanne ja laadittiin kehittämistoimenpiteet sekä tarvittavat laskelmat ja kehitystyön implementointi. Sen jälkeen vertailtiin tehostettua toimintaa vanhaan toimintaan sekä tehtiin johtopäätökset toiminnan kehittämisestä.

Controlling full penetration in MAG welding by the application of infrared thermography and neural network

In this study, an infrared thermography based sensor was studied with regard to usability and the accuracy of sensor data as a weld penetration signal in gas metal arc welding. The object of the study was to evaluate a specific sensor type which measures thermography from solidified weld surface. The purpose of the study was to provide expert data for developing a sensor system in adaptive metal active gas (MAG) welding. Welding experiments with considered process variables and recorded thermal profiles were saved to a database for further analysis. To perform the analysis within a reasonable amount of experiments, the process parameter variables were gradually altered by at least 10 %. Later, the effects of process variables on weld penetration and thermography itself were considered. SFS-EN ISO 5817 standard (2014) was applied for classifying the quality of the experiments. As a final step, a neural network was taught based on the experiments. The experiments show that the studied thermography sensor and the neural network can be used for controlling full penetration though they have minor limitations, which are presented in results and discussion. The results are consistent with previous studies and experiments found in the literature.

Asiakasohjautuvan hitsaustuotannon kehittäminen pk-konepajassa

Tässä diplomityössä tarkasteltiin asiakasohjautuvan hitsaustuotannon kehittämistä PK-konepajassa. Työn tarkoituksena oli kerätä taustatietoa asiakasohjautuvan hitsaustuotannon erityispiirteistä ja tarkastella hitsaustuotannon kehittämistä. Työssä tutustuttiin hitsausprosesseihin ja niiden kehitysversioihin sekä hitsausaineisiin. Tärkeänä osa-alueena olivat hitsin ja hitsaustuotannon laadun ja laadunhallinnan sekä hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin tarkastelu, hitsauksen työsuojelua ja hitsausergonomiaa unohtamatta. Tämän jälkeen kartoitettiin yrityksen nykytilanne ja laadittiin kehittämistoimenpiteet sekä tarvittavat laskelmat ja kehitystyön implementointi. Sen jälkeen vertailtiin tehostettua toimintaa vanhaan toimintaan sekä tehtiin johtopäätökset toiminnan kehittämisestä.