DI Jukka Siltasen väitöstilaisuus suurilujuuksisten rakenneterästen laser- ja hybridihitsauksesta Lappeenrannan-Lahden teknillisessä yliopistossa

Diplomi-insinööri Jukka Siltanen puolusti menestyksellisesti väitöskirjaansa Laser and Hybrid Welding of High-Strength Structural Steels (Suurilujuuksisten rakenneterästen laser- ja hybridihitsaus) julkisessa väitöstilaisuudessa Lappeenrannan – Lahden teknillisessä yliopistossa 2.6.2023. Vastaväittäjänä toimi professori Pasi Peura Tampereen yliopistosta ja kustoksena professori emeritus Veli Kujanpää

Väitöskirja rakentuu viidestä tieteellisestä julkaisusta, joissa on kuvattu yksityiskohtaisesti väitöskirjan ydinkohdat.

Laser ja laserhybridi ovat tänä päivänä yleisesti tunnettuja syvän tunkeuman hitsausprosesseja, joiden moninaisia käyttökohteita on mm. laivanrakennus, kone- ja laiterakennus- sekä autoteollisuudessa. Teknologioiden kehittymisen myötä menetelmien käytettävyys on parantunut ja soveltamismahdollisuudet laajentuneet. Kalliiksi mielletyn teknologian käyttökustannukset ovat pienentyneet ja investoinnin kannattavuus parantunut. Laitetoimittajien määrä on kasvanut, mikä on mahdollistanut räätälöidyt ratkaisut sekä osaltaan laskenut laitekokonaisuuksien hintaa. Yhden mikronin aallonpituuden laserit hallitsevat joustavuudellaan markkinoita, ja euro/kilowattisuhde on laskenut tasolle, joka mahdollistaa investoinnit myös pk-yrityksille. Kehitys on erityisen hyvin nähtävissä leikkaavissa laitteissa.

Terästen perinteisten valmistusmenetelmien ensimmäiset kehitysaskeleet Euroopassa olivat erikoisteräkset ja niiden tuotantokustannusten alentaminen. Seuraava iso askel tulee olemaan teräksen fossiilivapaa valmistus. Vaatimukset valmistuksen kehittämiseen tulevat teräksen käyttäjiltä. Rakenteissa on opittu käyttämään lujempia teräksiä, joilla voidaan alentaa rakenteiden painoa. Näin voidaan vähentää liikkuvassa kalustossa polttoaineen kulutusta ja kasvattaa hyötykuormaa.

Lujien terästen käyttäminen vaatii hitsaukselta ja hitsausmenetelmiltä tarkempaa jäähtymisnopeuden ja hitsausenergian hallintaa kuin mihin tavanomaisessa hitsaamisessa on totuttu. Hitsausparametrien tarkkojen minimi- ja maksimiarvojen kontrollointi on mahdollista käytettäessä automatisoituja hitsausmenetelmiä kuten laser- ja laserhybridihitsaus. Siten fossiilivapaat korkealujuuksiset teräkset ja laseriin perustuvat liittämismenetelmät mahdollistavat mm. tuotteen hiilijalanjäljen ja elinkaarikustannusten minimoimisen.

Jukka Siltasen väitöskirja sisälsi julkaisuja teollisiin sovelluksiin liittyvien eripaksuisten suurlujuusterästen hitsaamisesta laserilla ja laserhybridillä. Hitsit testattiin rikkomattomalla ja rikkovalla aineenkoetuksella. Testauksessa käytettiin myös standardisoimattomia testausmenetelmiä lisäämään väitöskirjan tieteellistä arvoa. Kokeiden perusteella voitiin osoittaa selkeä yhteys käytettyjen parametrien ja saavutettujen hitsin ominaisuuksien välillä.

Vastaväittäjä professori Pasi Peura Tampereen yliopistosta, kustos, prof. Veli Kujanpää ja tohtoriksi väitellyt Jukka Siltanen, SSAB Europe Oy

Nykytilanteessa hitsausenergian, lämmöntuonnin ja jäähtymisajan laskenta perustuu perinteiseen hitsaukseen. Laserhitsauksen tai sen säteen erityisominaisuuksia ei ole huomioitu laskennassa. Eräs tällainen erityisominaisuus on lasersäteen absorptio, jonka todellisen arvon mittaaminen on lähes mahdotonta. Sen arvoon vaikuttavat mm. hitsausnopeus ja lämpötila. Väitöskirja käsitteli näitä aiheita ja esitteli erityisesti laserhitsaukseen kehitettyjä yhtälöitä, joiden käyttö ottaa ainakin jossain määrin huomioon aiemmin mainitut lasersäteen erityisominaisuudet.

Väitöskirja on julkaistu Lappeenrannan-Lahden teknillisen yliopiston julkaisusarjassa Acta Universitas Lappeenrantaensis numerolla 1076. Väitöskirja on sähköisesti luettavissa LUT-yliopiston LUTPub-tietokannassa.