Hitsauksen mekanisointi laivan runkorakenteiden valmistuksessa

Hitsauksen mekanisoinnilla ja erityisesti kevytmekanisoinnilla saavutetaan melko pienin kustannuksin suuria etuja tuottavuudessa, laadussa ja työergonomiassa. Mekanisoinnin avulla voidaan saavuttaa soveltuvissa kohteissa hitsauksen kaariaikasuhteen kaksinkertaistuminen esim. 10 %:sta 20 %:iin. Tämä voi tarkoittaa kohteen kokonaishitsaustyöajan puolittumista. Mekanisoinnin tehokas hyödyntäminen edellyttää kuitenkin, että laitteet ovat helppokäyttöisiä ja haluttuja hitsauksen apuvälineitä. Genesis-projekti, jonka on määrä valmistua syksyllä 2009, tuo uuden haasteen Aker Yardsin Turun telakalle. Aluksen aikaisempia laivoja suurempi koko aiheuttaa haasteita tilankäytölle ja kapasiteetin riittävyydelle. Lisäksi käytettävät rakenteet aiheuttavat tuotantoon erityisiä ongelmia, joihin tämän diplomityön puitteissa on etsitty soveltuvia mekanisointiratkaisuja. Diplomityössä mekanisointilaitehankinnoilla lisättiin telakan laitekantaa ja korvattiin vanhentuneita laitteita. Laitteiden käyttöönotossa tarkasteltiin laitteiden puutteita ja pyrittiin löytämään käytettävyyttä parantavia ratkaisuja. Tässä työssä esitellyillä parannuksilla käytössä oleviin laitteisiin ja työmenetelmiin hitsauksen mekanisoinnin käyttöä voitaisiin lisätä vielä merkittävästi.

Mekanisoidun hitsauksen käyttö ydinvoimalaitoksella

Diplomityössä päätavoitteena oli selvittää kuinka mekanisointia voitaisiin hyödyntää Fortum Power & Heat Oy:n Loviisan voimalaitoksen hitsauksissa. Työn osatavoitteisiin kuului mm. tutkia saadaanko mekanisoinnin käytön seurauksena parannettua laatua pienennettyä säteilyannoksia tai kustannuksia. Käytännön esimerkkinä oli pääkiertopumpun pesän tiivistepinnan korjaushitsaus. Teoriaosuus käsittelee nykyaikaisia hitsausmenetelmiä sekä hitsauksen mekanisoinnista ja automatisoinnista saatavia etuja. Käytännön osuudessa käytiin läpi Loviisan voimalaitoksen mekanisoidun hitsauksen historia ja hitsauksen nykytila ja tulevaisuus. Tulevaisuuden tarkastelussa kartoitettiin kohteita missä mekanisoinnin käytöstä saataisiin hyötyä ja mietittiin miten kyseinen kohteen mekanisointi voitaisiin toteuttaa. Tarkastelujen perusteella Loviisan voimalaitokselta löytyi kolme kohdetta, jossa hitsauksen mekanisointi olisi järkevä toteuttaa tavoitteiden puitteissa. Mekanisoitavissa olevat kohteet olivat putkiston hitsaus, suurien säiliöiden vuorauksien hitsaus ja suurien tiivistepintojen pinnoitushitsaus. Pääkiertopumpun pesän tiivistepinnan hitsaukselle löydettiin kolme laitteistovaihtoehtoa, joiden pohjalta lopullinen päätös voidaan tehdä.

Hitsaustuotannon kehittäminen pk-konepajassa

Kustannusten pienentäminen hitsauksessa on loputon tie. Pääosa hitsauksen kustannuksista muodostuu hitsaukseen käytetystä ajasta. Tämä diplomityö on tarkoitettu avustamaan yrityksiä mekanisoinnin ja robotisoinnin käyttöönotossa sekä mekanisointilaitteiden ja hitsausrobottien investoinneissa ja niiden kannattavuuden arvioimisessa. Tämä diplomityö on jatkoa alueella aikaisemmin tehdyille selvityksille, joiden perusteella havaittiin Savonlinnan seudun yritysverkoston hitsaavilla pk-konepajoilla olevan kehitystarpeita tuotannossaan ja toiminnassaan. Tässä diplomityössä tarkastellaan ensin teoriatasolla hitsaustuotannon tehostamista eri keinoin, joista tarkemmin tarkastellaan hitsauksen mekanisointia ja robotisointia. Lisäksi selvitetään kolmella yritys-case-esimerkillä hitsausajan vähentämisen vaikutusta kustannuksiin. Samalla esitetään sopivia laitteistoinvestointeja, joilla hitsausajan vähentäminen on mahdollista, sekä tarkastellaan näiden investointien kannattavuutta sekä syntyviä säästöjä.

Runkopalkkien valmistuksen kehittäminen

Diplomityössä kehitetään runkopalkkien valmistusta Juhani Haavisto Oy:ssä. Palkkien valmistusta käsitellään hitsauksen ja koneistuksen osalta. Työn alussa perehdytään hitsauksen mekanisointiin, hitsattavuuteen, lastuttavuuteen sekä hitsaus- ja koneistuskiinnittimiin teorian osalta. Tämän jälkeen esitellään valmistettava tuote. Kokeellisessa osassa esitetään runkopalkkien valmistusvaiheet ennen ja jälkeen kehityksen. Esille tulevat niin hitsauksen kuin koneistuksenkin valmistusvaiheet. Tutkimuksessa selvisi, että uudet hitsaus- ja koneistuskiinnittimet pienentävät työaikoja mm. mahdollistamalla laajemman mekanisoidun hitsauksen ja pienentämällä kappaleen kääntöihin ja vaihtoon kuluvaa aikaa. Lopuksi pohditaan mahdollisia jatkokehityssuunnitelmia, jotka koskevat uuden hitsauskuljettimen ja uusien lisäaineiden käyttöä.

Painelaitteen hitsauksen kehittäminen

Työ tehtiin Steris Finn Aqualle, joka oli ottanut tuotantoon uuden autoklaavimallin kevään 2007 aikana. Työn tavoitteena oli kehittää painelaitteen hitsausta vertailemalla kevytmekanisointi, mekanisointi ja robotisointiratkaisuja ja hankkia riittävät tiedot mahdollisen investointipaatoksen tueksi. Tarkastellut kevytmekanisointilaitteet koostuivat kuljetinkiskosta, kuljettimesta ja mahdollisesta railonseurantalaitteesta. Tarkasteltu mekanisointijärjestelmä oli asiakaskohtaisesti räätälöitävä kokonaisuus. Tarkasteltuun hitsausrobottijärjestelmään kuului kappaleenkäsittelylaite sekä etäohjelmointiohjelmisto. Työn teoriaosassa käsiteltiin painelaitelainsäädännön vaikutuksia tuotantoon, ruostumattoman ja haponkestävän teräksen ominaisuuksia hitsauksen kannalta, tuotannossa käytettäviä hitsausprosesseja, hitsauksen mekanisointia ja automatisointia sekä railonseurantaa. Työn käytännön osuudessa käytiin läpi painelaitevalmistuksen nykytila. Painelaitevalmistus jaettiin eri työvaiheisiin ja työvaiheet analysoitiin, millä varmistettiin, että kehitysresurssit suunnataan oikeisiin kohteisiin. Kehitysehdotuksena esitettiin joko railonseurannalla varustetun kevytmekanisointilaitteiston tai etäohjelmoitavan hitsausrobottijärjestelmän hankintaa. Kevytmekanisoinnilla on mahdollista saavuttaa samat edut kuin kalliimmillakin mekanisointilaitteilla ja kevytmekanisoinnin etuna on käyttöönoton helppous ja laitteiston edullisuus. Hitsausrobotin hankintaan liittyy epävarmuustekijöitä, joiden tarkempi selvittäminen on tarpeen, ennen hitsausrobotin hankintapaatosta. Suuremmilla tuotantomäärillä hitsausrobottisolu olisi ollut selkeästi parempi ratkaisu.

Suomalaisen panssaritaktiikan kehitys 1945-1970

Toisessa maailmansodassa panssariaselaji vakiinnutti paikkansa tehokkaimpana maajoukkojen hyökkäysaseena. Myös suomalaisia panssarijoukkoja käytettiin menestyksellä jatkosodan hyökkäysvaiheen taisteluosastoissa ja vuoden 1944 torjuntataisteluissa. Toisen maailmansodan jälkeen panssaritaktiikkaa kehitettiin maailmalla mahdolliseen seuraavaan suursotaan, jossa taistelun tuli olla entistä liikkuvampaa, koska ydinaseella staattiset joukot kyettäisiin helposti tuhoamaan. Panssarit olivat pääaselaji, jonka taistelua muut aselajit tukivat. Suomalainen panssaritaktiikka kehittyi kuitenkin yhä jalkaväkikeskeisemmäksi. Tutkimusongelmana on: miksei suomalaista panssaritaktiikkaa kehitetty panssarivaunukeskeiseksi 1945–1970? Käsiteltävänä aihealueena on panssarijoukkojen käyttämä taktiikka liitettynä osittain koko Suomen armeijan kehyksessä kylmän sodan panssarisodankäynnin sovellusten ja teorioiden kontekstiin. Panssaritaktiikalla käsitetään tässä tutkimuksessa panssarijoukkojen käyttämä taktiikka. Panssarijoukoissa panssarivaunujen ja jalkaväen suhde oli noin 1/3–1/4 käsiteltynä ajanjaksona. Panssarijoukkojen taktiikka perustui panssarivaunuin vahvennetun jääkäripataljoonan taktiikkaan. Tutkimus on toteutettu analysoimalla käsiteltävän ajanjakson aikaisia panssarijoukkojen taktiikkaa käsitteleviä oppaita ja muistioita, sekä sen aikaisten panssariaseen ammattilaisten näkemyksiä panssarijoukkojen käytöstä. Sodan kuvan muutos johti Suomessa toisen maailmansodan jälkeen puolustusdoktriinin kehittämiseen sellaiseksi, että puolustukseen saatiin syvyyttä ja joustavuutta. Tällä alueelliseksi puolustukseksi kutsutulla opilla pyrittiin vastaamaan suurvaltojen, etenkin Neuvostoliiton panssarijoukkojen uhkaan, sillä nykyaikaisten panssarijoukkojen hyökkäystä ei enää kyettäisi yhdellä puolustuslinjalla torjumaan. Vaikka suomalainen puolustusdoktriini kehittyi alueellisen puolustuksen opiksi, jossa painottui liikkuvan ja iskukykyisen reservin osuus, suunniteltiin panssarijoukkoja käytettäväksi tavallisen jalkaväen tapaan vaikean maaston kautta tapahtuviin hyökkäyksiin vihollisen tuhoamiseksi. Tavoite oli suomalaisten maasto- ja ilmasto-olosuhteiden maksimaalinen hyväksikäyttö, jolloin hyökkäyksen tuli tapahtua vihollisen panssarijoukkojen kannalta epäedullisimmassa maastossa. Tällöin luonnollisesti omienkin panssarivaunujen käyttö painottui näihin olosuhteisiin, ja niiden toiminta muuttui yhä enemmän jalkaväen taistelua tukevaksi. Panssarijoukot taistelivat koko käsiteltävän ajanjakson kehnon liikkuvuuden tuomia ongelmia vastaan. Ratkaisua etsittiin sodan ajan panssariprikaatin jääkäripataljoonien osittaisesta moottoroinnista. Tämä ei kuitenkaan poistanut sitä ongelmaa, että taisteluiden aikana panssarijoukon liikkuvuus perustui polkupyörin tai jalan kulkevien jääkärien liikkumiskykyyn. Vasta 1960-luvulla uuden panssarikaluston hankkimisen yhteydessä alkoi panssarivaunujen roolin korostaminen. Panssarivaunujen käyttöä jalkaväen tukena pyrittiin aluksi kehittämään siten, että panssarivaunujen ominaisuudet, hyvä liikkuvuus ja pääaseen pitkä ampumaetäisyys, pääsisivät paremmin oikeuksiinsa. Samalla panssarivaunujoukkojen jalkaväki mekanisoitiin miehistönkuljetusvaunuin. Uuden panssarikaluston ja parantuneen liikkuvuuden ansiosta paine polkupyörin liikkuvien jääkärien mekanisoinnille kasvoi. Samalla panssarivaunujen keskitettyä käyttöä alettiin pitää yhtenä vaihtoehtona perinteiselle vaunujen hajauttamiselle jalkaväen joukoille. Suomalaisten olosuhteiden erittäin vahva korostamisen, suomalaisten panssarijoukkojen vähäinen määrä ja muualla tapahtuneen panssaritaktiikan kehityksen huomioimatta jättäminen omassa panssaritaktiikassa johti siihen, että suomalaisen panssarijoukon taktiikka pysyi jalkaväkikeskeisenä pitkälle 1970-luvulle. Vasta panssariprikaatin jalkaväen mekanisointi johti panssarivaunukeskeisempään taktiikkaan siirtymiseen.

Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin oppimisympäristön kehittäminen

Hitsaavan teollisuuden kilpailukyvyn tehostamiseksi yksi keino on hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin osuuden lisääminen hitsaustuotannossa. Työn on tehty Etelä-Karjalan aikuisopiston toimeksiannosta hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin oppimisympäristön kehittämiseksi paikallisten hitsaavien yritysten koulutustarpeiden mukaisesti. Työ toteutettiin sekä kirjallisuustutkimuksena että haastattelututkimuksena Etelä-Karjalan alueen hitsaavan teollisuuden yrityksissä. Kirjallisuusosiossa on läpikäyty hitsauksen mekanisointia, kappaleenkäsittelyä, orbitaalihitsausta sekä robottihitsausta. Kirjallisen käsittelyn pohjana oli kansainvälisen mekanisoidun-, orbitaali- ja robottihitsauksen henkilöstön operaattorikoulutusohjelma. Operaattorikoulutusohjelmassa koulutuslinjat jaetaan mekanisoituun hitsaukseen, orbitaalihitsaukseen ja robottihitsaukseen. Käytännön osiossa on analysoitu kohdeyrityksille tehdyt haastattelut, määritelty kohdeyritysten hitsauksen automaatiotasot sekä hitsaustyössä käytössä oleva laitekanta. Tutkimuksen tuloksia tullaan käyttämään hyödyksi kehitettäessä Etelä-Karjalan aikuisopiston (AKTIVA) oppimisympäristöä etelä-karjalaisten hitsaavien yritysten tarpeiden mukaisesti.

Hitsaustuotannon tehostaminen mekanisoinnin keinoin

Mekanisoinnin ja automaation osuuden lisääminen hitsaustuotannossa on eräs keino hitsaavan teollisuuden kilpailukyvyn tehostamiseksi. Tässä työssä tutkittiin hitsaustyön tehostamista mekanisoinnin keinoin. Työ tehtiin Rämö Oy:n konepajalla Imatralla, todellisia tuotantokappaleita vastaavilla koekappaleilla. Teoriaosuudessa on läpikäyty hitsauksen mekanisointia, kappaleenkäsittelyä ja erilaisia hitsausprosesseja. Osuudessa on käsitelty myös mekanisoidun hitsauksen laatua ja laadunvarmistusta. Kohdeyrityksen tuotannon nykytilanteen kartoitus on esitetty tässä osuudessa. Käytännön osuudessa on käsitelty hitsauskokeiden suoritus, kokeiden tulokset sekä niiden analysointi. Tuloksista voidaan todeta kevytmekanisoinnin olevan kustannustehokas keino hitsaustyön tehokkuuden sekä laadun parantamiseksi. Työn tuloksia tullaan käyttämään hyödyksi kehitettäessä hitsaavaa tuotantoa Rämö Oy:ssä.

Jordanian asevoimien kehitys 1960- ja 1970-luvulla

Tutkimus käsittelee Jordanian asevoimien kehitystä 60- ja 70-luvulla. Tutkimuksella pyrin selvittämään mahdollisimman laajasti Jordanian asevoimien kehityslinjoja ja niihin vaikuttaneita tekijöitä. Tutkimus keskittyy asevoimien organisaation ja doktriinin kehittymiseen, asehankintoihin sekä politiikan ja taloudellisten resurssien vaikutukseen asevoimien kehityksessä. Organisaatiota pyritään tarkastelemaan yhtymätasolla, jolloin saadaan kokonaiskuva kehityksestä. Jotta tutkimus ei jäisi vain kehityksen pinnalliseksi tarkasteluksi, pyritään selvittämään kehityksen syyt ja seuraukset. Jordania itsenäistyi Iso-Britannian hallinnosta vuonna 1946. Jordanian on yleensä katsottu kuuluvan konservatiivisiin arabimaihin, koska se on perinteisesti pyrkinyt välttämään radikaaleja linjoja politiikassaan. Jordania ei ole taloudellisesti omavarainen valtio ja se on joutunut luottamaan ulkomaiden taloudelliseen tukeen. Jordania on yleensä saanut tukea länsimailta ja öljyllä rikastuneilta arabimailta. Jordanian asevoimien kehittämisen päämääränä on ollut Jordanian kuningaskunnan itsenäisyyden ja poliittisen toiminnanvapauden säilyttäminen. Lähi-idän arabivaltioiden itsenäistyttyä ja Israelin valtion synnyttyä Lähi-idässä on ollut jatkuva vastakkain asettelu arabimaiden ja Israelin välillä. Jordanian puolustusratkaisuja on rajoittanut se tosia-asia, että Jordanialta puuttui maa-alueen syvyys, koska taloudellisesti ja poliittisesti tärkeät alueet olivat heti Israelin rajan tuntumassa. Puolustettavan alueen syvyyden puuttuminen pa- kottaa asevoimien käyttöperiaatteen etupainoiseksi, koska kuluttavaa viivytystaistelua ei voida käydä syvällä alueella. Jordanian sotilasjohto on tiedostanut Israelin sotilaallisen ylivoiman ja operatiivinen suunnittelu on perustunut koko 1960- ja 1970-luvulla Israelin heikkouksien hyväksikäyttöön. Mahdollisten konfliktien on oletettu olevan lyhyitä YK:n puuttuessa tilanteeseen. Jordanian asevoimat eivät ole missään vaiheessa varautuneet pitkäkestoiseen sotaan Israelia vastaan. 1960- ja 1970-luvuilla asevoimien organisaation kehityksen suuntana on selvästi ollut joukkojen mekanisointi kalustohankintojen vaikeuden ja taloudellisten resurssien puitteissa. Joukkojen mekanisoinnin myötä ilmapuolustuksen tarve on entisestään lisääntynyt. Jordanian asevoimien kehittämisen merkittävin saavutus 1960-1980 on ollut ilmapuolustusjärjestelmän hankkiminen 1970-luvun loppupuolella.

Käsinhitsauksen mekanisointiratkaisujen kehittäminen

Työn tavoitteena on kehittää asiakkaiden käsinhitsausta kartoittamalla heidän hitsaavaa tuotantoa, sekä sen mahdollisia ongelmia. Järjestettävän hitsauskokeen avulla mitataan mekanisoidun hitsauksen tuottavuutta, laatua ja työergonomiaa. Työ sisältää teoreettisen ja käytännöllisen osuuden. Teoreettinen osuus pohjautuu kirjallisuuteen ja käytännöllinen osuus eri yrityksien kyselyihin ja haastatteluihin sekä hitsauskokeeseen. Teoreettinen osuus käsittelee käsinhitsausta ja siihen liittyviä mekanisointiratkaisuja. Käsinhitsauksessa käsitellään yleisimmät käsinhitsausprosessit, käsinhitsattava tuote ja tuotanto sekä sen tuottavuutta. Mekanisointiratkaisuissa käsitellään yleisimmät mekanisointiratkaisut ja laitteet sekä käytännön toteutusta. Käytännöllisessä osuudessa yritykset pitivät nykyisin hitsauksessa tärkeimpänä hitsaajien ammattitaitoa, tuottavuutta, työn mielekkyyttä, laatua sekä työturvallisuutta. Yrityksien tulisi tarkastella tuotannossaan hitsaussolujen sisältöä, sisäistä logistiikkaa ja kappaleiden kiinnitystä. Kappaleenkäsittelijään yrityksiltä tuli paljon kehitysideoita, kuten kiinnitykseen valmiita ratkaisuja sekä pöytälevyyn erilaisia vaihtoehtoja. Hitsauskokeen perusteella kappaleenkäsittelijällä työaika oli 29,4 % pienempi kuin työpöydällä. Laadullisesti koe antoi myös positiivisia tuloksia, käsittelypöydässä hitsattuja rakenteita ei tarvinnut korjata, mutta normaalissa työpöydässä piti, jotta C –luokan vaatimukset täyttyivät. Työturvallisuuden ja ergonomian kannalta suurimmat hyödyt olivat hyvä työasento, huurujen ja kurkottelun vähentyminen, mahdollisten palovammojen vähentyminen sekä vähemmän vaaraa osien putoamisesta.

Narrow Gap flux-cored arc welding of high strength shipbuilding steels

This thesis is part of the Arctic Materials Technologies Development –project. The research of the thesis was done in cooperation with Arctech Helsinki Shipyard, Lappeenranta University of Technology and Kemppi Oy. Focus of the thesis was to study narrow gap flux-cored arc welding of two high strength steels with three different groove angles of 20°, 10° and 5°. Welding of the 25 mm thick E500 TMCP and 10 mm thick EH36 steels was mechanized and Kemppi WisePenetration and WiseFusion processes were tested with E500 TMCP steel. EH36 steel test pieces were welded without Wise processes. Shielding gases chosen were carbon dioxide and a mixture of argon and carbon dioxide. Welds were tested with non-destructive and destructive testing methods. Radiographic, visual, magnetic particle and liquid penetrant testing proved that welds were free from imperfections. After non-destructive testing, welds were tested with various destructive testing methods. Impact strength, bending, tensile strength and hardess tests proved that mechanized welding and Wise processes produced quality welds with narrower gap. More inconsistent results were achieved with test pieces welded without Wise processes. Impact test results of E500 TMCP exceeded the 50 J limit on weld, set by Russian Maritime Register of Shipping. EH36 impact test results were much closer to the limiting values of 34 J on weld and 47 on HAZ. Hardness values of all test specimens were below the limiting values. Bend testing and tensile testing results fulfilled the the Register requirements. No cracking or failing occurred on bend test specimens and tensile test results exceeded the Register limits of 610 MPa for E500 TMCP and 490 MPa for EH36.