Optimization of parameters for fiber laser-MAG hybrid welding in shipbuilding applications

The Arctic region becoming very active area of the industrial developments since it may contain approximately 15-25% of the hydrocarbon and other valuable natural resources which are in great demand nowadays. Harsh operation conditions make the Arctic region difficult to access due to low temperatures which can drop below -50 °C in winter and various additional loads. As a result, newer and modified metallic materials are implemented which can cause certain problems in welding them properly. Steel is still the most widely used material in the Arctic regions due to high mechanical properties, cheapness and manufacturability. Moreover, with recent steel manufacturing development it is possible to make up to 1100 MPa yield strength microalloyed high strength steel which can be operated at temperatures -60 °C possessing reasonable weldability, ductility and suitable impact toughness which is the most crucial property for the Arctic usability. For many years, the arc welding was the most dominant joining method of the metallic materials. Recently, other joining methods are successfully implemented into welding manufacturing due to growing industrial demands and one of them is the laser-arc hybrid welding. The laser-arc hybrid welding successfully combines the advantages and eliminates the disadvantages of the both joining methods therefore produce less distortions, reduce the need of edge preparation, generates narrower heat-affected zone, and increase welding speed or productivity significantly. Moreover, due to easy implementation of the filler wire, accordingly the mechanical properties of the joints can be manipulated in order to produce suitable quality. Moreover, with laser-arc hybrid welding it is possible to achieve matching weld metal compared to the base material even with the low alloying welding wires without excessive softening of the HAZ in the high strength steels. As a result, the laser-arc welding methods can be the most desired and dominating welding technology nowadays, and which is already operating in automotive and shipbuilding industries with a great success. However, in the future it can be extended to offshore, pipe-laying, and heavy equipment industries for arctic environment. CO2 and Nd:YAG laser sources in combination with gas metal arc source have been used widely in the past two decades. Recently, the fiber laser sources offered high power outputs with excellent beam quality, very high electrical efficiency, low maintenance expenses, and higher mobility due to fiber optics. As a result, fiber laser-arc hybrid process offers even more extended advantages and applications. However, the information about fiber or disk laser-arc hybrid welding is very limited. The objectives of the Master’s thesis are concentrated on the study of fiber laser-MAG hybrid welding parameters in order to understand resulting mechanical properties and quality of the welds. In this work only ferrous materials are reviewed. The qualitative methodological approach has been used to achieve the objectives. This study demonstrates that laser-arc hybrid welding is suitable for welding of many types, thicknesses and strength of steels with acceptable mechanical properties along very high productivity. New developments of the fiber laser-arc hybrid process offers extended capabilities over CO2 laser combined with the arc. This work can be used as guideline in hybrid welding technology with comprehensive study the effect of welding parameter on joint quality.

Characteristics of urban heat island (UHI) in a high latitude coastal city - a case study of Turku, SW Finland

The term urban heat island (UHI) refers to the common situation in which the city is warmer than its rural surroundings. In this dissertation, the local climate, and especially the UHI, of the coastal city of Turku (182,000 inh.), SW Finland, was studied in different spatial and temporal scales. The crucial aim was to sort out the urban, topographical and water body impact on temperatures at different seasons and times of the day. In addition, the impact of weather on spatiotemporal temperature differences was studied. The relative importance of environmental factors was estimated with different modelling approaches and a large number of explanatory variables with various spatial scales. The city centre is the warmest place in the Turku area. Temperature excess relative to the coldest sites, i.e. rural areas about 10 kilometers to the NE from the centre, is on average 2 °C. Occasionally, the UHI intensity can be even 10 °C. The UHI does not prevail continuously in the Turku area, but occasionally the city centre can be colder than its surroundings. Then the term urban cool island or urban cold island (UCI) is used. The UCI is most common in daytime in spring and in summer, whereas during winter the UHI prevails throughout the day. On average, the spatial temperature differences are largest in summer, whereas the single extreme values are often observed in winter. The seasonally varying sea temperature causes the shift of relatively warm areas towards the coast in autumn and inland in spring. In the long term, urban land use was concluded to be the most important factor causing spatial temperature differences in the Turku area. The impact was mainly a warming one. The impact of water bodies was emphasised in spring and autumn, when the water temperature was relatively cold and warm, respectively. The impact of topography was on average the weakest, and was seen mainly in proneness of relatively low-lying places for cold air drainage during night-time. During inversions, however, the impact of topography was emphasised, occasionally outperforming those of urban land use and water bodies.

Sellutehtaan sekundäärilämmön käytön tehostaminen.

Tämä diplomityö on tehty Sunila Oy:n sulfaattisellutehtaalle. Työssä käsitellään sekundäärilämmön hyödyntämisen ja käytön periaatteita sulfaattisellutehtaassa. Tehtaan primääri- ja sekundääritaseet on laskettu tehtaan informaatiojärjestelmästä saatujen tietojen avulla. Taselaskelmat on määritetty sekä talvi- että kesätilanteelle. Niiden perusteella on tarkasteltu hyödynnettävissä olevaa sekundäärilämpöä. Lisäksi työssä on käsitelty mahdollisuuksia käyttää apulauhduttimeen johdettavaa höyryä kaukolämmön tuottamiseen. Lämmöntuotannon vaihteluiden vuoksi työssä on käsitelty lämmön varastoimista kaukolämpöakkuun. Kaukolämpöä on laskelmien mukaan saatavissa talvella keskimäärin 19 MW.

Lämpötilamuutosten aiheuttamien volyymi- ja hintapiikkien suojaaminen yhteispohjoismaisilla sähkömarkkinoilla

Säätilan muutokset ovat Pohjoismaissa iso riski niin yrityksille, kotitalouksille, kuin sähkön myyjille/tuottajille. Säätilan muutoksia ja niistä seuraavia kulutus- ja hintavaihteluita vastaan voidaan suojautua oikeanlaisella riskienhallintapolitiikalla sekä oikeanlaisilla suojausinstrumenteilla. Tässä työssä perehdytään case-yritys Lappeenrannan Energian riskienhallintaan sekä erityisesti talvikauden aikana ilmeneviin lämpötilan muutoksien aiheuttamiin hinta- ja kulutuspiikkeihin. Työssä käydään läpi eri vaihtoehtoja, joilla suojausta ja riskienhallintaa voisi parantaa ja mitkä johdannaiset soveltuvat riskienhallinnan tueksi. Työssä havaitaan, että riskienhallinnan tukena on syytä käyttää johdannaisia mahdollisimman monipuolisesti, jolloin liiketoiminnan kassavirrat pysyvät tasapainossa ja nouseva kulutus- ja hintakäyrä voidaan ”valjastaa”. Pörssijohdannaiset eivät pelkästään ratkaise suojausongelmaa, sillä niiden suojausteho on rajallinen, eivätkä ne sovellu yksinään kyseisiltä riskeiltä suojautumiseen. Pörssijohdannaisten lisäksi on syytä käyttää räätälöityjä tuotteita, jotta suojauksesta saataisiin mahdollisimman kattava.

Valtatie 1 liikenneturvallisuustarkastus : Tarkastusraportti

Tämän työn tavoitteena oli tarkastella liikenneturvallisuuden kehittymistä moottoritien rakentamisen jälkeen valtatiellä 1 Varsinais-Suomen ja Uudenmaan ELY-keskusten alueilla välillä Turku – Lohja. Laadittu tarkastus perustui onnettomuustietoihin, tierekisteritietoihin sekä maastokäynteihin. Valtatien 1 liikenneturvallisuustaso on lähtökohtaisesti hyvä ja liikenneympäristön turvallisuusriskit ovat pienet. Liikenneturvallisuustilanne on parantunut merkittävästi moottoritieksi rakentamisen jälkeen. Valtatiellä 1 tapahtuneet henkilövahinkoon johtaneet onnettomuudet ovat vähentyneet 60 - 80 % moottoritien rakentamisen jälkeen, mikä tarkoittaa lähes 40 henkilövahinko-onnettomuutta vähemmän vuosittain. Kuolemaan johtaneiden onnettomuuksien vähenemä oli 2-3 onnettomuutta vuosittain. Moottoritiellä tapahtuneista henkilövahinkoon johtaneista onnettomuuksista yleisimpiä ovat yksittäisonnettomuudet ja peräänajo-onnettomuudet. Henkilövahinko-onnettomuuksista noin 60 % johtuu tieltä suistumisista. Onnettomuusrekisteritietojen mukaan henkilövahinkoon johtaneita kohtaamisonnettomuuksia ei tapahtunut vuosina 2007– 2011, vaikka väärään suuntaan ajamisesta johtuvat kuolonkolarit on aikaisemmin todettu vakiintuneeksi onnettomuustyypiksi moottoriteillä. Tehdyn onnettomuusanalyysin sekä maastokäyntien perusteella etenkin vanhempien moottoritieosuuksien liikenneturvallisuuden tilaa voidaan ja tulee kuitenkin edelleen parantaa ja liikenneturvallisuustasoa nostaa. Yksittäisonnettomuuksia voidaan estää ja niiden seurauksia merkittävästi lieventää reunaympäristöä kehittämällä. On kuitenkin huomattava, että kaikkia onnettomuuksia ei voida estää tieteknisin keinoin ja liikennejärjestelmää kehittämällä. Maastokäynneillä silmämääräisesti todettuihin puutteisiin pohdittiin parantamistoimenpiteitä Varsinais-Suomen ELY-keskuksen alueelle. Toimenpiteissä erityishuomiota on kiinnitetty tieympäristön törmäysturvallisuuteen ja väärään suuntaan ajamisen riskin estämiseen ramppiliittymissä. Tieympäristön törmäysturvallisuutta on esitetty parannettavaksi pääasiassa puuston raivauksella ja kaiteiden lisäämisellä. Kaiteiden lisäämisen sijasta on mahdollista parantaa törmäysturvallisuutta maatäytöllä niissä kohdissa, jossa ulkoluiska on liian matala kallioleikkauksen kohdalla. Ramppiliittymissä väärään suuntaan ajamisen riskiä pyritään taas estämään mm. lisäämällä kielletyn ajosuunnan liikennemerkkejä.

Sähköverkosta irti olevan pienhybridijärjestelmän toteutus

Lappeen siniset –partiolippukunnalla on käytössään leiripaikka Humaljärvellä, Lappeenrannassa. Leiripaikalla ei ole liityntää sähköverkkoon, joten leiripaikalle on asennettu kaksi erillistä aurinkovoimalla toimivaa sähköjärjestelmää. Leiripaikan sähköistetyt rakennukset ovat pääkämppä ja saunan sekä vanhan kämpän muodostama kokonaisuus. Aurinkopaneeleilla tuotettu sähköenergia varastoidaan akustoihin. Lippukunta on havainnot käytössä, ettei talvella tuotettu aurinkoenergia riitä kattamaan pääkämpän sähkönkulutusta, joten leiripaikalle on päätetty hankkia tuulivoimala lisäämään tuotantoa. Tässä kandidaatin työssä esitellään hybridijärjestelmään kuuluvien aurinko- ja tuulivoiman toimintaperiaatteita sekä näiden komponentteja. Aurinko- ja tuulivoimalla tuotetulle sähköenergialle lasketaan arviot, joita verrataan leiripaikan sähköjärjestelmän arvioituun kulutukseen. Leiripaikalle tulevaa tuuliturbiinia ja sen lataussäädintä testataan laboratoriossa, jotta varmistutaan niiden soveltuvuudesta sekä toimivuudesta kohteeseen. Testausten ja laitteiden datalehtien avulla suunnitellaan leiripaikalle toimiva hybridijärjestelmä, joka kattaa leiripaikan ympärivuotisen sähkönkulutuksen.

Natural freeze crystallization : purification of aqueous Na2SO4 solutions with cold air

The aim of this thesis was to examine efficiency of freeze crystallization and eutectic freeze crystallization in purification of wastewater by imitating natural freezing. In addition, a mathematic model based on heat transfer to determine ice thickness and ice growth rate was examined. Also, the amount of sodium sulfate crystallized at the eutectic point was under investigation. In literature part, advantages and applications of the freeze crystallization are discussed, and possibility to apply it in Northern hemisphere winter weather conditions is under study. Furthermore, main sources of sodium sulfate from Finnish industries are described. The experiments were carried out in modified chest freezer, where a fan was placed in order to obtain laminar air flow inside. Picolog PT-104 data logger was used to monitor temperature changes in the salt-water solution, and constant temperature was maintained in the crystallizer with Lauda RP 850 thermostat. The impurity of formed ice layer was determined by weighing ice samples after experiment and again after 24 hours drying to full dryness in oven. Volume of salt-water solution was also measured after experiment. The highest purity of formed ice layer was obtained with small temperature difference and with long freezing time. On the other hand, the amount of crystallized sodium sulfate was its greatest with long freezing time and higher temperature difference. The results obtained by the mathematic model and empirical results did not differ significantly in most of the experiments. However, the difference increased when salt-water mixture reached its eutectic point, leading to simultaneous ice and salt crystallization. Eutectic point was reached only with the highest salt concentration with one exception. In these cases, calculated values were in many cases greater than the experimental ones. In winter weather conditions freeze crystallization is cost-effective wastewater treatment method and rather simple. Nonetheless, the efficiency and separation rate are strongly depended on ambient temperature and its changes