TeRa-hankkeella tutkittua tietoa – Ultraluja teräs jalostuu entistä kevyemmäksi ja kestävämmäksi rakenteeksi
Tehokkaat rakenteet, TeRa-hankkeessa Kerttu Saalasti Instituutin tutkijat selvittivät ultralujien teräsrakenteiden syvimpiä ominaisuuksia tutkimalla muun muassa laserhitsausliitoksia erilaisin väsytys- ja vetokokein. Ultraluja teräs soveltuu entistä kevyempien ja kestävämpien teräsrakenteiden valmistukseen.
Tehokkaan laserhitsauksen, vähentyneen materiaalin tarpeen sekä lujemman rakenteen avulla ympäristövaikutukset pienenevät tuotteen koko elinkaaren aikana. Lopputuloksena hankkeessa valmistettiin teknisesti erinomaisia ja kustannustehokkaita rakenteita.
Kaksivuotisen TeRa-hankkeen yksi tavoite oli tuottaa uutta tietoa ultralujista teräksistä konepajateollisuuden käyttöön.
Erilaisissa kuljetusvälineissä, erityisesti raskaissa maansiirtokuljetuksissa, ajoneuvon rakenteen paino vaikuttaa merkittävästi polttoaineen kulutukseen. Mitä vähemmän painoa, sitä vähemmän kuluu polttoainetta. Kevyt rakenne voi myös mahdollistaa suuremman hyötykuorman, jolloin päästöt kuljetettua tavaramäärää kohden pienenevät.
Ultralujia teräksiä käyttämällä saadaan aikaan entistä kevyempi ja kestävämpi teräsrakenne. Kehitystyössä avainasemassa oli valmistustekniikan huomioiminen jo rakenteen suunnitteluvaiheessa.
TeRa-hankkeessa tutkittiin lujien terästen hitsausliitosten mekaanisia ominaisuuksia, mikrorakenteita sekä korroosio- ja väsymiskestävyyttä. Laserhitsiliitosten lujuutta parannettiin optimoiduilla hitsausparametreilla hitsausratojen muotoja hyväksikäyttäen.
Lähtökohtana ja teknisenä kärkenä oli laserhitsaus ja terästen ominaisuuksien hyödyntäminen siten, että valmistustekniikka huomioidaan jo rakenteen suunnitteluvaiheessa. Yhteiskunnan vähähiilisyyden vaatimukset huomioitiin rakenteiden materiaali-, energia- ja päästötehokkuuden kautta. Tällä on suuri merkitys pyrkimyksessä hiilineutraaliin yhteiskuntaan.
Käytännön tutkimus etsii vastausta muun muassa siihen, minkälainen hitsausliitos on paras ja lujin staattisessa ja dynaamisessa kuormituksessa. Miten erilaiset teräsrakenteet vaikuttavat valmistuskustannuksiin? Hanke etsi vastausta myös erilaisten laserhitsattujen kennorakenteiden valmistuskustannuksiin.
Laserhitsausta hyödyntäen ultralujista teräksistä voidaan valmistaa entistä kevyempiä ja kestävämpiä rakenteita. Menetelmän etuna on pieni, tarkkaan kohdistettu lämmöntuonti sekä hitsausnopeus. Projektissa kehitettiin teknisesti ja taloudellisesti tehokkaiden rakenteiden suunnittelu- ja valmistusmenetelmiä. Ultralujille koemateriaaleille löydettiin entistä kustannustehokkaammat ja kestävyyden kannalta paremmat laserhitsauksen liitostavat.
Lujien terästen hitsausliitosten suunnittelu ja valmistus vaativat erikoisosaamista. Erikoisterästen hitsaaminen tai muovaaminen on usein huomattavasti haastavampaa kuin perinteisen rakenneteräksen. Tällä hetkellä teräsrakenteiden suunnittelussa ja valmistuksessa ei hyödynnetä vielä riittävästi uusimpia valmistusmenetelmiä. Toisaalta erikoisterästen laserhitsattujen limiliitosten väsymiskestävyyttä ei ole tutkittu riittävästi ennen TeRa-hanketta.
Hankkeessa tutkittiin muun muassa ultrakevyen laserhitsatun kennorakenteen valmistamista ja kestävyyttä sekä valmistettiin laserhitsattu ultraluja putkipalkki. Näitä hyödynnettiin muun muassa hankkeen kanssa rinnakkain toteutetussa ULTRA-hankkeessa tehdyssä ralliauton rungossa. Laserhitsaus mahdollistaa entistä kustannustehokkaammat tuotteet ja lisää yritysten kilpailukykyä. Uusilla rakenteilla saavutetaan huomattavia etuja juuri keveyden ja lujuuden kautta.
Tutkijaryhmän tekemiä havaintoja ultralujien terästen käyttäytymisestä voidaan tulevaisuudessa hyödyntää konepajatuotannossa. Konepajat saavat hankkeen myötä merkittävästi uutta tietoa ultralujien terästen hitsauksesta ja pystyvät huomioimaan hyvissä ajoin ultralujiin teräksiin liittyvät haasteet tuotannon eri vaiheissa.
TeRa-projekti toteutettiin Nivalassa ELME Studiossa. Oulun yliopiston Kerttu Saalasti Instituutin Tulevaisuuden tuotantoteknologiat -tutkimusryhmästä mukana oli neljä tutkijaa. Hankkeessa mukana olleet yritykset olivat alueen konepajoja ja teräksen valmistajia.
Hankkeen rahoitukseen osallistuivat Pohjois-Pohjanmaan liitto/EAKR, Nivala-Haapajärven seutu NIHAK, Nivalan Teollisuuskylä Oy, Nivalan kaupunki sekä yritysrahoittajina Wärtsilä Finland Oy, SSAB Europe Oy, HT-Laser Oy, Randax Oy, Konestar Oy ja Miilux Oy.
Lisätietoja
Oulun yliopisto Kerttu Saalasti Instituutti Tulevaisuuden tuotantoteknologiat
Tutkimusjohtaja Antti Järvenpää
Puh. +358 44 555 1633
Jaa sivu eteenpäin