Energian säästö lujien terästen hitsauksen esikuumennuksessa

Lujien rakenneterästen käyttö hitsatuissa rakenteissa on selvästi kasvanut viime vuosikymmeninä läntisten teollisuusmaiden ohella myös Suomessa. Lujat rakenneteräkset tarjoavat usein kilpailukykyisen vaihtoehdon matalalujuuksiseen teräkseen verrattuna erityisesti vaativissa käyttösovelluksissa. Yleisin ongelma lujien rakenneterästen hitsauksessa on vedyn aiheuttama kylmähalkeilu, jonka eliminoimiseksi esikuumennuksen käyttö on tehokkaimpia keinoja. Esikuumennus on kuitenkin hitsaavassa valmistuksessa merkittävä kustannustekijä, mm. energia-, laite-, työ- ja läpimenoaikakustannuksina Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää mahdollisuudet vähentyä lujien terästen esikuumennustarvetta ja esikuumennuksen energiankulutusta käyttämällä konventionaalisten lujien rakenneterästen asemesta moderneja, aiempaa paremmin hitsattavia termomekaanisesti valssattuja TMEP-teräksiä. Hankkeessa tukeuduttiin sekä kirjallisuudessa esitettyihin tutkimustuloksiin että laboratoriakokeisiin. Koeohjelmaan sisältyi teräksen kylmähalkeiluherkkyyttä ja esikuumennuksen energiankulutusta mittaavia kokeita. Kytkemällä kylmähalkeilukokeiden ilmoittama esikuumennuslämpötilan aleneminen TMEP-teräksillä vastaavaan muutokseen esikuumennuksen energiankulutuksessa määritettiin säästö energiankulutuksessa ja -kustannuksissa yhtä hirsimetriä kohden sekä vastaava säästöpotentiaali valtakunnallisella tasolla. Todettiin, että esikuumennustarvetta lujien rakenneterästen hitsauksessa voidaan merkittävästi vähentää ottamalla käyttöön uudentyyppisiä tehostetusti vesijäähdytettyjä AeE HT-50- ja suorasammutettuja DQ-T HT-80-lujuusluokan TMEP-teräksiä konventionaalisten normalisoitujen ja nuorrutettujen terästen asemesta. Esikuumennuksen kaikkia kustannustekijöitä voidaan näin alentaa hitsattavan rakenteen valmistuksessa. Tehokkaimmin kokonaisenergiankulutusta vähensivät esikuumennuslämpötilan alentaminen, ainepaksuuden pienentärninen, lämpöhäviöiden eliminoiminen esikuumennuksen aikana sekä hitsausenergian kohottamisen tuoma lisälämpövaikutus. Markoissa mitaten suorat energiakustannukset ja -kustannussäästöt jäivät varsin vaatimattomiksi. Syynä tähän on ennen kaikkea energian halpa hinta Suomessa suhteessa korkeisiin työvoima- ja läpimenoaikakustannuksiin. Suorien energiakustannusten osuus onkin yleensä vain n. 5 % esikuumennuksen kokonaiskustannuksista valmistuksessa lopun 90...95 %:n muodostuessa työ-, laite-ja läpimenoaikakustannuksista. Mikäli säästövaikutuksia lasketaan esikuumennuksen kokonaiskustannuksista koko tuotantoprosessissa, ovatkin saavutettavat säästöt yleensä suoria energiasäästöjä kertaluokkaa suuremmat. Tuntuvia lisäsäästöjä kytkeytyy myös mahdollisuuteen hyödyntää teräksen lisääntynyt lujuus entistä ohuempina ainepaksuuksina. Hitsauksen esikuumennuksen energiansäästökysymykset korostuvat tulevaisuudessa, mikäli lujien terästen käyttövolyymi kasvaa edellisten vuosien tapaan n. 15 %:n vuosivauhtia ja mikäli energian reaalihinta kohoaa eräänä yleiseurooppalaisen ympäristöpolitiikan instrumenttina. Työn tavoitteena haettuja suoria energiansäästöjä lujien terästen hitsauksen esikuumennuksessa pystyttiin osoittamaan vain rajoitetusti. Sen sijaan pyrkimys energiansäästöön hitsauksen esikuumennuksessa johti tässä tutkimuksessa sellaisten huomattavien kustannussäästömahdollisuuksien (sekä välillisten että välittömien) löytymiseen, jotka edelleen voidaan hyödyntää mm. energian käytön tehokkuuden lisääntymisenä koko tuotantoprosessissa.