Laser-MAG-hybridihitsauksen käyttöönotto laivan rungon valmistuksessa

Perinteisten kaarihitsausmenetelmien suhteellisen suuri lämmöntuonti aiheuttaa huomattavia muodonmuutoksia laivan rungon valmistusprosessin alkuvaiheessa. Muodonmuutosten seurauksena rakenteiden mitta- ja muototarkkuus heikkenee, mikä lisää oikaisu- ja sovitustyötä myöhemmissä työvaiheissa. Hitsausmuodonmuutoksia voidaan vähentää siirtymällä käyttämään laser-MAG-hybridihitsausta, jossa lämmöntuonti on merkittävästi pienempi kuin kaarihitsauksessa. Näin kyetään oleellisesti leikkaamaan oikaisu- ja sovitustyöstä syntyviä kustannuksia. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää tuotantovalmiiksi kuitulaser- ja MAG-hitsauksen yhdistelmäprosessi Aker Yards Oy:n Turun telakalla loppuvuoden 2006 aikana. Hitsauslaitteiston asennus oli valmistunut kesäkuussa 2006, minkä jälkeen aloitettiin luokituslaitoksen hyväksymän koeohjelman hitsaukset. Käyttöönotto suunnitelmaan sisältyvä koehitsausohjelma oli laadittu Det Norske Veritaksen julkaisemaa ohjetta (Guidelines no. 19) mukaillen. Ensimmäiseksi määritettiin hitsauskokeiden avulla prosessille laadun ja tehokkuuden suhteen optimaalinen railogeometria. Seuraavaksi optimoitiin prosessin hitsausparametrit 6 mm:n aineenpaksuudelle hyödyntäen Taguchi-koesuunnittelumenetelmää. Tämän jälkeen optimiparametreilla hitsattiin koekappale väsytyskokeisiin, jotka suoritettiin Teknillisen korkeakoulun laivalaboratoriossa. Väsytyskoetulokset täyttivät luokituslaitoksen vaatimukset. Myös hitsauksen menetelmäkoe suoritettiin hyväksytetysti. Viimeinen koeohjelman mukainen hitsauskoesarja tehtiin prosessiparametrien sallittujen vaihtelurajojen määrittämiseksi. Diplomityön tavoite täyttyi joulukuussa 2006, jolloin 'laivan kansipaneeli hitsattiin ensimmäistä kertaa uudella hitsausprosessilla. Hitsauksen laatu korreloi hyvin menetelmäkokeen tulosten kanssa ¿ hitsit olivat tasalaatuisia ja ne täyttivät B-luokan vaatimukset.

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.

Laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjauksen ja valvonnan kehittäminen

Laivan rungonvalmistuksen laadunvarmistuksessa käytetään viranomaisten valvomia NDT-tarkastuksia vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi. Yleisimmin käytettävät NDT-tarkastusmenetelmät laivanrakennuksessa ovat visuaali-, röntgen-, ultraääni-, magneettijauhe- ja tunkeumanestetarkastukset. Diplomityön tavoitteena oli kehittää laivan hitsattujen runkorakenteiden ainettarikkomattoman tarkastuksen ohjausta ja valvontaa Aker Finnyards:n Turun telakalla. Työn alussa selvitettiin NDT-tarkastuksen ohjauksen ja valvonnannykytila ja tunnistettiin kehityskohteita. Tutkimusmenetelminä käytettiin työnmittausta ja havainnointitutkimusta. Merkittävimmiksi kehityskohteiksi havaittiinyleinen epätietoisuus NDT-tarkastuksista laivan runkoprosessissa, selkeän NDT-tarkastusten ohjausjärjestelmän puuttuminen sekä puutteellinen valvonta. Kehityskohteiden tunnistamisen perusteella luotiin toimintamalli NDT-tarkastusten ohjauksen ja valvonnan kehittämiseksi. Toimintamallissa on kuvattuna NDT-tarkastusprosessin tekijät ja informaatiovirrat. Toimintamalli on tarvittaessa päivitettävissä.

Materiaaliketjun yksinkertaistaminen telakalla

Diplomityön tarkoituksena oli soveltaa ja tehdä tunnetuksi telakalla settitoimitusten ideaa. Settitoimituksilla voidaan vähentää ketjun arvoa lisäämättömiä toimintoja, jolloin materiaaliketju tulee yksinkertaisemmaksi ja tehokkaammaksi toimittajalta telakalle. Tutkimuksessa ilmeni, että settitoimituksilla saavutetaan suurin hyöty niiden toimittajien kanssa, joiden toimittamien materiaalien tapahtumavolyymit telakalla ovat suurimmat. Etsittiin ne toimittajat, joiden materiaalit aiheuttavat eniten varastotapahtumia. Kokemukseen perustuen sekä dataa analysoimalla etsittiin settitoimituksille soveltuvat toimittajat. Todettiin, että varastotapahtumat keskittyvät yllättävänkin jyrkästi harvoille toimittajille. Jäljelle jääneet toimittajat jaettiin kolmeen luokkaan niiden toimittamien materiaalien perusteella. Toimittajille tehtiin kokemukseen perustuva toimittaja-analyysi, jolla haluttiin selvittää telakan tyytyväisyys toimittajiinsa. Tämän jälkeen toimittajille kehitettiin luokittain uudet toimitusmenettelyehdotukset. Settitoimitusten onnistuminen edellyttää tiivistä ja avointa yhteistyötä telakan osastojen sekä toimittajien välillä. Nopea, mielellään jopa realiaikainen tiedonvaihto ja reagointinopeus koko toimitusketjussa on tehokkaan materiaalinohjauksen edellytys. Operatiivinen materiaalihallinto on siirrettävä lähemmäs lattiatasoa, jolloin MARS-tietojärjestelmä on saatava tukemaan suoraan tuotannosta tehtäviä kotiinkutsuja. Erittäin oleellista on myös telakan kyky ennustaa toimittajalle materiaalin kulutusta, ja tarkentaa tilauksia laivaprojektin edetessä. Tärkeintä kaikessa on telakan kyky antaa oikea tieto toimittajalle tarve-erän sisällöstä. Toinen tärkeä seikka on hankinta-aikataulun tarkkuuden parantaminen.

Tuotannonohjausjärjestelmän kehittäminen laivanrakennustelakalla

Diplomityön tavoitteena oli selvittää tuotannon vallitseva toimintatapa, niin organisaation rakenteen, kuin myös sen toimintojen osalta. Vallitsevan toimintatavan epäkohtien perusteella pyrittiin luomaan uusi toimintatapa, jonka mukaan tuotannon tulisi toimia. Työn laajempana tarkoituksena oli edesauttaa tuotannonohjausjärjestelmän kehitystä ja käyttöönottoa STX Europen Turun telakalla. Työssä tutkittiin runkotuotannon tuotanto-organisaation prosesseja ja tuotannon toimintatapaa uuden tuotannonohjausjärjestelmän aikana. Tutkimuksessa selvitettiin tuotannon prosessien toimintaa ja havaintojen perusteella kuvattiin toimintojen epäkohdat. Tuotanto-organisaation toiminta kuvattiin yleisellä tasolla, jolloin epäkohtien vaikutus muuhun organisaatioon ja sen toimintaan ilmenivät. Havaintojen perusteella kävi ilmi, että tuotanto-organisaation toiminta ei ollut tuotannonohjausjärjestelmän vaatimalla tasolla. Tehtävienkuvauksia ei oltu laadittu tarvittavalla tarkkuudella. Asianomaiset henkilöt eivät olleet tietoisia heidän vastuualueistaan ja velvollisuuksistaan toimiessaan uuden tuotannonohjausjärjestelmän kanssa. Kuvauksen perusteella luotiin uusi ehdotus tuotanto-organisaation toimintatavalle. Työn johtopäätöksenä todettiin tarve uudelle tuotantoa tukevalle prosessille sekä prosessikuvauksien luomiselle koko tuotanto-organisaation toiminnasta. Johtopäätöksissä todettiin tuotannonohjausjärjestelmän olevan käyttöönottovalmiudessa, mutta mahdollisiin kehityskohteisiin tulisi ohjata resursseja.

Lohkovalmistuksen läpimenoaikojen tarkastelu ja kehittäminen työntutkimuksen avulla

Tutkimus tehtiin STX Finlandin Turun telakalle osana suurempaa kehitysohjelmaa, joka tähtää läpimenoaikojen lyhentämiseen ja kilpailukyvyn paranemiseen. Työntutkimuksesta saatujen tietojen avulla toimintaa pyritään kehittämään tuottavammaksi ja läpimenoaikaa lyhyemmäksi. Työssä pyrittiin löytämään valmistusteknillisiä keinoja läpimenoajan lyhentämiseksi käyttäen hyväksi Lean-ajattelutapaa. Mittaustuloksista voidaan nähdä, miten aika jakaantuu lohkonkoonnissa ja mihin aikaa hukataan. Tuloksista huomataan, että lisäarvoa tuottavan työn osuutta työajasta voidaan lisätä. Kasvattamalla jalostavan työn osuutta voidaan tuotannosta tehdä tehokkaampaa ja läpimenoaikaa lyhentää. Tuloksista selviää, minkälaisia Lean-ajattelutavan hukkia työvaiheet sisältävät ja kuinka paljon aikaa niihin kuluu. Tutkimus tehtiin tunnettuja työntutkimuksen keinoja hyväksikäyttäen. Käytössä oli havainnointitutkimus sekä ajankäyttötutkimus. Havainnointitutkimuksen avulla saatiin selville tuotannon epäkohtia. Työntutkimuksen avulla selvisi myös, ettei mekanisointien käyttö hitsauksessa ole riittävällä tasolla. Suuri osa hitsauksesta tehdään manuaalisesti ilman kuljettimia, jolloin paloaikasuhde pysyy matalana. Tuotannossa esiintyvät virheet jäävät liian usein raportoimatta. Tutkimuksessa on esitetty toimintamalli tuotannon epäkohtien raportoinnin toteutukselle. Johtopäätöksinä syntyi kehitysideoita lohkovalmistuksen tehostamiseksi. Tutkimuksen avulla luotiin pohja työntutkimuksen uudelleenkäynnistämiselle. Luotuja työntutkimuskaavioita voidaan käyttää tulevissa työntutkimuksissa. Johtopäätöksinä syntyi kehitysideoita lohkovalmistuksen tehostamiseksi. Menetelmien avulla lohkovalmistuksen läpimenoaikaa saadaan tehostettua.

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.

Possibilities of advanced MAG-welding processes in shipbuilding

In shipbuilding industry welding of primer coated and tack welded steel products cause different issues. Primer coated steel products are commonly used at shipyards to ensure corrosion free storage of products in outdoor conditions. However usage of primer can cause imperfections to welds. To prevent porosity primed steel products are usually welded with tubular welding wires. Tack welds cause commonly interferences in mechanized welding when over welded, which increases costs related to welding due to increased need of preparing and repairing. The aim of this study is to research possibilities of advanced solid wire MAG-welding processes to deal with these two previously mentioned problems. This study concentrates to examine possibilities of MAG-welding, pulse MAG-welding, double pulse MAG-welding, RapidArc and ForceArc processes. Large amount of experiments were made to find out the produced porosity and the ability to over weld tack welds with each process in different circumstances. In welding of primed steel products porosity is caused mainly by hydrogen, CO, CO2, nitrous gases and zinc fumes. It was found in experiments that porosity of MAG-welding can be greatly decreased by using pulse MAG-welding instead. Also reduction of welding speed, usage of air gap and usage of solid wire product with higher amount of alloying elements reduces porosity. Researched advanced MAG-welding processes did not have an improvement into over welding of tack welds. With studied throat thicknesses and welding positions conventional MAG-welding managed better over welding of tack welds than the four studied advanced MAG-welding processes. Studied solid wire MAG-welding processes would be best suited at shipyard for mechanized welding in welding position PB. In welding positions PD and PG tubular welding wires are clearly more productive.