Diodilaserin käytön edellytykset ohutlevyjen hitsauksessa

Diplomityössä tutkitaan diodilaserhitsausta mahdollisena teollisuuden menetelmänä ja menetelmän vaatimuksia hitsattaessa ohutlevyjä. Työssä tutkittavat materiaalit ovat kylmävalssattu teräs ja ruostumaton teräs sekä liitosmuotoina päittäis-, laippa- ja päällekkäisliitos. Materiaalivahvuudet ovat 0,50 mm:stä 1,50 mm:iin. Työn tavoitteena on määrittää näille kyseisille materiaaleille ja liitosmuodoille hitsausnopeus levynvahvuuden funktiona. Lisäksi käsitellään diodilaserin rakennetta, säteen muodostusta, säteen muokkaamista, säteen analysointia ja säteen turvallisuuteen liittyviä asioita. Suoritetaan vertailua käytössä oleviin muihin lasertyöstömenetelmiin konepajoissa ja tehdään arvio mahdollisen diodilaserinvestoinnin kannattavuudesta. Diodilaserhitsauskokeissa käytettiin Hämeen ammattikorkeakoulun Riihimäen yksikön 1 kW:n tehoista diodilaseria. Koekappaleet leikattiin suuntaisleikkurilla. Osalle hitsatuista kappaleista tehtiin poikittaiset vetokokeet ja mitattiin mikrokovuudet. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Kaikille tutkituille liitoksille, materiaaleille ja vahvuuksille saatiin määriteltyä hitsausnopeudet. Tehtyjen testien perusteella suuntaisleikkurin käyttö on mahdollista. Lisäksi havaittiin suojakaasun käytön myötä, että kirkkaan sulan aiheuttama heijastavuuden kasvu edellyttää hitsausnopeuden pienentämistä.

Kulutus- korroosionkestävien materiaalien laserpinnoitus

Diplomityössä tutkitaan kulutus- ja korrosionkestävien materiaalien laserpinnoitusta. Laserpinnoituksessa sulatetaan uutta materiaalia työkappaleen pintaan lasersäteen avulla. Tarkoituksena on yleensä parantaa pinnan korroosion, kulumisen tai pintapaineen kestävyyttä. Laserpinnoitukseen liittyy useita etuja verrattuna konventionaalisiin päällehitsausprosesseihin. Työssä tutkittavat pinnoitemateriaalit ovat kobolttipohjaiset Stellite 1 ja Stellite 6, työkaluteräkset WR 4 ja WR 6 sekä metallimatriisikomposiitti Anval50/50+30 % Cr3C2. Pinnoitettavat perusaineet ovat hiiliteräs Fe 52, ruostumaton teräs AISI 316 ja valurauta GRP 500. Työn tavoitteena on löytää kunkin pinnoite/perusaine-yhdistelmän pinnoitusparametrit. Pinnoituskokeissa käytettiin LTKK:n 6 kW:n CO2-laseria. Pinnoitetuille koekappeleille tehtiin kovuusmittaukset ja kulutuskokeet. Pinnoitteiden mikrorakenteet analysoitiin ja sekoittumisasteet laskettiin. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Optimiparametreja pinnoitemateriaaleille ei löydetty. Pinnoitteiden sekoittumisasteet muodostuivat suuriksi liiallisen lasertehon ja/tai huonon lisäaineen kohdistuksen vuoksi. Suuri sekoittuminen alensi pinnoitteiden kovuutta ja kulumiskestävyyttä. Pinnoitusparametreja arvioidaan koetulosten perusteella ja niille annetaan korjausehdotuksia. Lopuksi esitetään suosituksia tutkimusprojektin jatkotoimille.

Kationinvaihtohartsien hapetuskestävyys

Hyvin puhdasta vettä vaativissa sovelluksissa käytettävät kationinvaihtohartsit eivät saisi vuotaa puhdistettavaan veteen mitään vieraita aineita. Todellisuudessa hartsit kuitenkin vuotavat hyvin pieniä määriä erilaisia yhdisteitä käytön aikana. Aineet, joita kationinvaihtohartsi päästää veteen, ovat osaksi hartsin polymerointireaktion aikana sen rungon sisään jääneitä yhdisteitä. Nämä voidaan suurimmaksi osaksi poistaa pesemällä hartsia. Osittain niitä syntyy myös hartsin polystyreenidivinyylibentseenirungon (PS-DVB) hapettuessa. Hapettumisen seurauksena syntyneet yhdisteet ovat pääosin orgaanisia sulfonaatteja. Tämä työ koskee ydinvoimalaitoksissa käytettäviä pulverihartseja, joita käytetään primääripiirissä kiertävän lauhdeveden puhdistukseen ja jotka joutuvat siellä alttiiksi hapettumiselle. Yleensä hapettuminen on hidasta ja se johtuu veteen liuenneesta hapesta. Hapettuminen nopeutuu huomattavasti, jos vedessä on läsnä hapettimia tai siirtymämetalli-ioneja. Tällaisia hapettimia ovat esimerkiksi vetyperoksidi, otsoni, vapaa kloori, typpihappo ja kromi. Vetyperoksidin vaikutuksesta hartsin runkoon muodostuu hydroperoksidiryhmä, jonka hajoamisesta alkaa reaktioiden sarja, joka lopulta johtaa hartsin polymeerirungon katkeamiseen. Siirtymämetalli-ionit katalysoivat peroksidien hajoamista. Tavallisimpia hapetusta katalysoivia metalli-ioneja ovat rauta ja kupari, joiden katalyyttinen aktiivisuus on suuri. Tässä työssä pyrittiin selvittämään, onko mahdollista valmistaa hartseja, jotka kestävät hapettumista paremmin kuin nykyisin käytössä olevat hartsit. Sen tutkimiseksi tehtiin kiihdytettyjä hapetuskokeita käyttäen hapettimena vetyperoksidia ilman siirtymämetalli-ioni katalyyttejä. Hapetuskokeet tehtiin kaupallisesti saatavilla hartseilla ja uusilla työtä varten syntetisoiduilla koehartseilla. Hapetuskokeiden etenemistä seurattiin mittaamalla veteen liuenneiden orgaanisten aineiden kokonaismäärää (TOC-analyysi) ja liuoksessa esiintyvien orgaanisten sulfonaattien määrää johtokykymittauksin. Saadut tulokset antoivat viitteitä siitä, että hartsin synteesiolosuhteilla voi olla suurempi vaikutus sen hapetuskestävyyteen kuin synteesissä käytetyillä raaka-aineilla.

Metal dealing at the origin of the Chordata phylum: The metallothionein system and metal overload response in Amphioxus.

Non-vertebrate chordates, specifically amphioxus, are considered of the utmost interest for gaining insight into the evolutionary trends, i.e. differentiation and specialization, of gene/protein systems. In this work, MTs (metallothioneins), the most important metal binding proteins, are characterized for the first time in the cephalochordate subphylum at both gene and protein level, together with the main features defining the amphioxus response to cadmium and copper overload. Two MT genes (BfMT1 and BfMT2) have been identified in a contiguous region of the genome, as well as several ARE (antioxidant response element) and MRE (metal response element) located upstream the transcribed region. Their corresponding cDNAs exhibit identical sequence in the two lancelet species (B. floridae and B. lanceolatum), BfMT2 cDNA resulting from an alternative splicing event. BfMT1 is a polyvalent metal binding peptide that coordinates any of the studied metal ions (Zn, Cd or Cu) rendering complexes stable enough to last in physiological environments, which is fully concordant with the constitutive expression of its gene, and therefore, with a metal homeostasis housekeeping role. On the contrary, BfMT2 exhibits a clear ability to coordinate Cd(II) ions, while it is absolutely unable to fold into stable Cu (I) complexes, even as mixed species. This identifies it as an essential detoxification agent, which is consequently only induced in emergency situations. The cephalochordate MTs are not directly related to vertebrate MTs, neither by gene structure, protein similarity nor metal-binding behavior of the encoded peptides. The closest relative is the echinoderm MT, which confirm proposed phylogenetic relationships between these two groups. The current findings support the existence in most organisms of two types of MTs as for their metal binding preferences, devoted to different biological functions: multivalent MTs for housekeeping roles, and specialized MTs that evolve either as Cd-thioneins or Cu-thioneins, according to the ecophysiological needs of each kind of organisms.

Influence of Equipment Operation and Performance Deterioration on Power Plant Economy.

Pysyäkseen kilpailukykyisenä vapautuneilla sähkömarkkinoilla on voimalaitoksen energiantuotantokustannusten oltava mahdollisimman matalia, tinkimättä kuitenkaan korkeasta käytettävyydestä. Polttoaineen energiasisällön mahdollisimman hyvä hyödyntäminen on ratkaisevan tärkeää voimalaitoksen kannattavuudelle. Polttoainekustannusten osuus on konvektiivisilla laitoksilla yleensä yli puolet koko elinjakson kustannuksista. Kun vielä päästörajat tiukkenevat koko ajan, korostuu polttoaineen korkea hyötykäyttö entisestään. Korkea energiantuotannon luotettavuus ja käytettävyys ovat myös elintärkeitä pyrittäessä kustannusten minimointiin. Tässä työssä on käyty läpi voimalaitoksen kustannuksiin vaikuttavia käsitteitä, kuten hyötysuhdetta, käytettävyyttä, polttoaineen hintoja, ylös- ja alasajoja ja tärkeimpiä häviöitä. Ajostrategiassa ja poikkeamien hallinnassa pyritään hyvään hyötysuhteeseen ja alhaisiin päästöihin joka käyttötilanteessa. Lisäksi on tarkasteltu tiettyjen suureiden, eli höyryn lämpötilan ja paineen, savukaasun hapen pitoisuuden, savukaasun loppulämpötilan, sekä lauhduttimen paineen poikkeamien vaikutusta ohjearvostaan energiantuotantokustannuksiin. Happi / hiilimonoksidi optimoinnissa on otettu huomioon myös pohjatuhkan palamattomat.

Designing of statically loaded sheet metal structures

The goal of this thesis is to give information to machine designers about how to design and size sheet metal structures and joints. Generally, the designing object is to lighten structures. To design structures that are light and can carry loads more effectively, designers have to be updated of new manufacturing techniques and new designing methods and criterions. With knowledge of this thesis, a designer can recognize objects and methods plus how and where it is possible to apply these new more effectively load carrying structures. The thesis gives answers to questions of corrosion and material planning, goes into joint types and manufacturing techniques of sheet metal structures. One of the main issues is to develop designers world of ideas to design right kind of products with new lasertechniques.

The Optimisation of the Draft Tube of a Hydro Power Plant at Off-Design Conditions

Several possible methods of increasing the efficiency and power of hydro power plants by improving the flow passages are investigated in this stydy. The theoretical background of diffuser design and its application to the optimisation of hydraulic turbine draft tubes is presented in the first part of this study. Several draft tube modernisation projects that have been carried out recently are discussed. Also, a method of increasing the efficiency of the draft tube by injecting a high velocity jet into the boundary layer is presented. Methods of increasing the head of a hydro power plant by using an ejector or a jet pump are discussed in the second part of this work. The theoretical principles of various ejector and jet pump types are presented and four different methods of calculating them are examined in more detail. A self-made computer code is used to calculate the gain in the head for two example power plants. Suitable ejector installations for the example plants are also discussed. The efficiency of the ejector power was found to be in the range 6 - 15 % for conventional head increasers, and 30 % for the jet pump at its optimum operating point. In practice, it is impossible to install an optimised jet pump with a 30 % efficiency into the draft tube as this would considerabely reduce the efficiency of the draft tube at normal operating conditions. This demonstrates, however, the potential for improvement which lies in conventional head increaser technology. This study is based on previous publications and on published test results. No actual laboratory measurements were made for this study. Certain aspects of modelling the flow in the draft tube using computational fluid dynamics are discussed in the final part of this work. The draft tube inlet velocity field is a vital boundary condition for such a calculation. Several previously measured velocity fields that have successfully been utilised in such flow calculations are presented herein.

Self-expandable metal stents in the treatment of acute esophageal variceal bleeding.

Acute variceal bleeding (AVB) is a life-threatening complication in patients with cirrhosis. Hemostatic therapy of AVB includes early administration of vasoactive drugs that should be combined with endoscopic therapy, preferably banding ligation. However, failure to control bleeding or early rebleed within 5 days still occurs in 15-20% of patients with AVB. In these cases, a second endoscopic therapy may be attempted (mild bleeding in a hemodynamically stable patient) or we can use a balloon tamponade as a bridge to definitive derivative treatment (i.e., a transjugular intrahepatic portosystemic shunt). Esophageal balloon tamponade provides initial control in up to 80% of AVB, but it carries a high risk of major complications, especially in cases of long duration of tamponade (>24 h) and when tubes are inserted by inexperienced staff. Preliminary reports suggest that self-expandable covered esophageal metallic stents effectively control refractory AVB (i.e., ongoing bleeding despite pharmacological and endoscopic therapy or massive bleeding precluding endoscopic therapy) with a low incidence of complications. Thus, covered self-expanding metal stents may represent an alternative to the Sengstaken-Blakemore balloon for the temporary control of bleeding in treatment failures. Further studies are required to determine the role of this new device in AVB.

Fusion weld metal solidification:Continuum from weld interface to centerline

We present a brief résumé of the history of solidification research and key factors affecting the solidification of fusion welds. There is a general agreement of the basic solidification theory, albeit differing - even confusing - nomenclatures do exist, and Cases 2 and 3 (the Chalmers' basic boundary conditions for solidification, categorized by Savage as Cases) are variably emphasized. Model Frame, a tool helping to model the continuum of fusion weld solidification from start to end, is proposed. It incorporates the general solidification models, of which the pertinent ones are selected for the actual modeling. The basic models are the main solidification Cases 1…4. These discrete Cases are joined with Sub-Cases: models of Pfann, Flemings and others, bringing needed Sub-Case variables into the model. Model Frame depicts a grain growing from the weld interface to its centerline. Besides modeling, the Model Frame supports education and academic debate. The new mathematical modeling techniques will extend its use into multi-dimensional modeling, introducing new variables and increasing the modeling accuracy. We propose a model: melting/solidification-model (M/S-model) - predicting the solute profile at the start of the solidification of a fusion weld. This Case 3-based Sub-Case takes into account the melting stage, the solute back-diffusion in the solid, and the growth rate acceleration typical to fusion welds. We propose - based on works of Rutter & Chalmers, David & Vitek and our experimental results on copper - that NEGS-EGS-transition is not associated only with cellular-dendritic-transition. Solidification is studied experimentally on pure and doped copper with welding speed range from 0 to 200 cm/min, with one test at 3000 cm/min. Found were only planar and cellular structures, no dendrites - columnar or equiaxed. Cell sub structures: rows of cubic elements we call "cubelettes", "cell-bands" and "micro-cells", as well as an anomalous crack morphology "crack-eye", were detected, as well as microscopic hot crack nucleus we call "grain-lag cracks", caused by a grain slightly lagging behind its neighbors in arrival to the weld centerline. Varestraint test and R-test revealed a change of crack morphologies from centerline cracks to grainand cell boundary cracks with an increasing welding speed. High speed made the cracks invisible to bare eye and hardly detectable with light microscope, while electron microscope often revealed networks of fine micro-cracks.

Drug-eluting stents compared to bare-metal stents improve short-term survival in patients with acute myocardial infarction undergoing primary percutaneous coronary intervention: a nationwide prospective analysis of the AMIS Plus registry.

BACKGROUND: Recently, it has been suggested that the type of stent used in primary percutaneous coronary interventions (pPCI) might impact upon the outcomes of patients with acute myocardial infarction (AMI). Indeed, drug-eluting stents (DES) reduce neointimal hyperplasia compared to bare-metal stents (BMS). Moreover, the later generation DES, due to its biocompatible polymer coatings and stent design, allows for greater deliverability, improved endothelial healing and therefore less restenosis and thrombus generation. However, data on the safety and performance of DES in large cohorts of AMI is still limited. AIM: To compare the early outcome of DES vs. BMS in AMI patients. METHODS: This was a prospective, multicentre analysis containing patients from 64 hospitals in Switzerland with AMI undergoing pPCI between 2005 and 2013. The primary endpoint was in-hospital all-cause death, whereas the secondary endpoint included a composite measure of major adverse cardiac and cerebrovascular events (MACCE) of death, reinfarction, and cerebrovascular event. RESULTS: Of 20,464 patients with a primary diagnosis of AMI and enrolled to the AMIS Plus registry, 15,026 were referred for pPCI and 13,442 received stent implantation. 10,094 patients were implanted with DES and 2,260 with BMS. The overall in-hospital mortality was significantly lower in patients with DES compared to those with BMS implantation (2.6% vs. 7.1%,p < 0.001). The overall in-hospital MACCE after DES was similarly lower compared to BMS (3.5% vs. 7.6%, p < 0.001). After adjusting for all confounding covariables, DES remained an independent predictor for lower in-hospital mortality (OR 0.51,95% CI 0.40-0.67, p < 0.001). Since groups differed as regards to baseline characteristics and pharmacological treatment, we performed a propensity score matching (PSM) to limit potential biases. Even after the PSM, DES implantation remained independently associated with a reduced risk of in-hospital mortality (adjusted OR 0.54, 95% CI 0.39-0.76, p < 0.001). CONCLUSIONS: In unselected patients from a nationwide, real-world cohort, we found DES, compared to BMS, was associated with lower in-hospital mortality and MACCE. The identification of optimal treatment strategies of patients with AMI needs further randomised evaluation; however, our findings suggest a potential benefit with DES.

Emergent power hierarchies and group performance (Published online: 7 Oct. 2014)

In newly formed groups, informal hierarchies emerge automatically and readily. In this study, we argue that emergent group hierarchies enhance group performance (Hypothesis 1) and we assume that the more the power hierarchy within a group corresponds to the task-competence differences of the individual group members, the better the group performs (Hypothesis 2). Twelve three-person groups and 28 four-person groups were investigated while solving the Winter Survival Task. Results show that emerging power hierarchies positively impact group performance but the alignment between task-competence and power hierarchy did not affect group performance. Thus, emergent power hierarchies are beneficial for group performance and although they were on average created around individual group members' competence, this correspondence was not a prerequisite for better group performance.