FI84641B - Konstruktion av metallskivor i skikt. - Google Patents

Description

84641

Kerrostettu metaililevyrakenne Konstruktion av metallskivor i skikt 5 Esillä olevan keksinnön kohteena on suurikokoisten metallisten kerros-rakenteiden valmistaminen levymateriaalista.

Keksinnön kohteena on erityisesti kerrostettu metaililevyrakenne, jossa metallia olevat pintalevyt on hitsaamalla kiinnitetty niiden välisen, 10 metallia olevan poimulevyn harja- ja pohjaosiin.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä keksinnön mukaisen kerrostetun metallilevyrakenteen valmistamiseksi.

15 Keksintöä voidaan erityisesti soveltaa laivanrakennusteollisuuteen, jonka yhteydessä käytetään metallilevystä tehtyjä kerrostettuja metallirakenteita laivan runkoa, ylärakennetta, kajuuttoja, laipioita tai ruuman luukkuja jne. valmistettaessa. Keksintöä selostetaan siten seu-raavassa pääasiassa tässä mielessä. Keksintöä voidaan kuitenkin käyt-20 tää myös muita rakenteita, kuten erilaisia kannattimia, siltoja, öljynporauslauttoja, merellä käytettäviä rakenteita, lavoja, säiliöitä, rakennuksia, pilareita, ponttooneja, putkia ja vastaavia suuria hitsattuja rakenteita valmistettaessa.

25 Laivojen rakentamisen yhteydessä laivan rungon tai laipiorakenteen ja laivan muiden rakenneosien pääasiallisena rakenneyksikkönä on yhdistetty levyrakenne. Tällainen levyrakenne tehdään yleensä (a) leikkaamalla levymateriaali ennalta määrättyihin kokoihin, (b) puskuhitsaamalla useiden tällaisten levyjen reunat yhteen ja (c) kiinnittämällä pusku-30 saumoihin niiden suuntaiset (tai poikittaiset) jäykistystangot. Tällöin saadaan tulokseksi jäykistetty levyrakenne, jäykisteinä käytettyjen tankojen ollessa poikkileikkaukseltaan erilaisia mutta usein kuitenkin lähinnä L-muotoisia, niiden lyhyemmän jaikaosan ollessa samaa kappaletta levyrakenteesta ulkonevan pitkän varsiosan kanssa. Tällaisia levyjä 35 voidaan valmistaa myös käyttämällä kookkaita liitosuumalevyjä, jotka hitsataan näihin levyihin kohtisuorasti ja/tai yhdensuuntaisesti jäy-kisteiden suhteen, ja asentamalla myös mahdollisesti toinen tällainen 2 84641 jäykistetty levy ensimmäistä levyä vasten kotelomaisen kaksoislevyra-kenteen valmistamiseksi.

Tämän rakenteen valmistamisen yhteydessä käytetään tavallisesti eri-5 laisia hitsausmenetelmiä, kuten puskuhitsausta, pienahitsausta, laki-hitsausta jne. Valmistusprosessi voi lisäksi sisältää levyrakenteen pääasiallisen noston ja käännön sen valmistuksen aikana ja/tai hitsaus-toimenpiteiden suoritustarpeen tämän kaksoisrakenteen rajoitetuissa sisätiloissa. Aikaisemmissa patenttihakemuksissamme on selostettu näi-10 den tunnettujen menetelmien tehostamista ja helpottamista varten tarkoitettuja hitsaustekniikoita, kuten laserin käyttöä.

Tällaiset aikaisemmat lasertekniikat rajoittuivat kuitenkin vain laserien käyttöön enemmän tai vähemmän tavanomaiselta näyttävän kerrostetun 15 rakenteen (siis hitsausyksityiskohtia lukuunottamatta tavanomaiselta näyttävän rakenteen) valmistamista varten, jota voidaan käyttää sellaisenaan olemassaolevien rakenteiden yhteydessä.

Olemme nyt keksineet yleensä uuden kerrostetun levyrakenteen; menetel-20 mät sen valmistusta ja hyödykeikäyttöä varten (siis liittämällä yhteen tällaisia samankaltaisia yhdistettyjä rakenteita); yksityiskohtaiset kiinnitys-, korjaus- ja siirtotekniikat tällaisia kerrostettuja rakenteita käyttäen; ja lyhyesti sanoen uudentyyppisen suurikokoisen metallirakenteen, erityisesti laivateollisuutta varten, tällaisia kerrostet-25 tuja rakenteita käyttämällä.

Keksinnön avulla on mahdollista valmistaa laivan tai vastaavanlaisen suurikokoisen metallirakenteen, jossa jakavat tai ympäröivät rakenneosat, kuten rungot, laipiot, kajuutat tai vastaavanlaiset rakenteet 30 on tehty kerrostetuista metallilevyistä käsittäen kaksi yhdensuuntaista levyä kiinnitettyinä niiden väliin asetetun jäykistävän poimumetalille-vyn vastaaviin harja- ja pohjaosiin.

Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttami-35 seksi on keksinnön mukaiselle kerrostetulle metallilevyrakenteelle pääasiallisesti tunnusomaista, että yhdensuuntaiset pintalevyt ja poi- 3 84641 mulevy ovat metallilevyä, jonka paksuus on vähintään 1 mm, ja että pintalevyt on kiinnitetty poimulevyyn laser-hitsisaumoilla, jotka kulkevat pitkin poimulevyn harja- ja pohjaosia, jolloin hitsiliitokseen kuuluu sarja ensimmäisiä hitsisaumoja, jotka läpäisevät poimulevyn 5 pohjaosan ja ulottuvat toiseen pintalevyyn, ja sarja toisia hitsisaumoja, jotka läpäisevät toisen pintalevyn ja ulottuvat poimulevyn harja-osaan.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle kerrostetun metaililevyrakenteen 10 valmistamiseksi on pääasiallisesti tunnusomaista, että menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: ensimmäinen tasainen teräslevy toimitetaan hitsausasemalle; 15 toinen alunperin tasainen teräslevy poimutetaan yhdensuuntaisten harja- ja pohjaosien muodostamiseksi; poimutettu teräslevy asetetaan ensimmäisen tasaisen teräslevyn päälle kosketukseen sen kanssa; 20 keskitetty suurtehoinen lasersäde kuljetetaan hitsausolosuhteiden alaisena kutakin pohjaosaa pitkin, niin että pohjaosan metalli ja ainakin osa allaolevan tasaisen levyn metallista sulavat yhteen muodostaen yhdessä hitsisauman; 25 toinen tasainen teräslevy asetetaan harjaosien päälle yhdensuuntaisesti ensimmäisen teräslevyn kanssa; ja keskitetty suurtehoinen lasersäde kuljetetaan hitsausolosuhteiden alai-30 sena kutakin harjaosaa pitkin, niin että toisen levyn metalli ja ainakin osa allaolevan poimulevyn metallista sulavat yhteen muodostaen yhdessä hitsisauman.

Kuvatunlaista rakennetta voidaan käyttää yksistään esimerkiksi laipioi-35 ta tai vastaavanlaisia jakavia tai päällystäviä rakenne-elementtejä varten. Kaksi tai useampaa tällaista rakennetta voidaan kuitenkin yh- 4 84641 distää keskenään yhdensuuntaisen kerrostetun rakenteen muodostamiseksi jaetun runko-osan valmistamiseksi.

Tällainen levyrakenne toimii pääasiallisena rakenne-elementtinä laiva-5 teollisuudessa ja muilla vastaavilla aloilla.

Vaikka esillä olevan keksinnön mukaisia tekniikoita voidaan käyttää useiden eripaksuisten levyrakenteiden yhteydessä, käytetään yleensä paksuudeltaan 1-25 mm olevia levyjä laivojen kerrostettujen levyraken-10 teiden komponenttiosia varten. Muita sovellutuksia varten voidaan tarvita paksumpia levyjä. On tavallisesti havaittu edulliseksi käyttää yhdensuuntaisia levyjä, joiden kummankin paksuus on suurempi kuin poi-mulevyn.

15 Poimujen välinen etäisyys (siis etäisyys yhden poimun tietystä osasta seuraavan poimun vastaavaan osaan) otettuna yhdensuuntaisten levyjen erotussuhteena voi myös vaihdella laajalla alueella, ollen kuitenkin sopivimmin välillä 1,5:1 - 1:1,5. Edullisimmin se on kuitenkin kapeammalla alueella, 1,1:1 - 1:1,1, nimenomaan valmistuksen yhtenäisyyden 20 vuoksi. Paino- ja kestävyystarkastelut eri sovellutusten yhteydessä voivat edellyttää laajempaa suhdevaihtelualuetta.

Keksinnön eräänä suositeltavana ominaispiirteenä on se, että pintalevy-jen välissä oleva poimulevy sisältää tasaiset harja- ja pohjaosat.

25 Tasaisen harjan ulkoleveysmittaa ei ole rajoitettu, mutta valmistuk-sellisista syistä johtuen se on sopivimmin 1:3 - 1:7, ja keskimääräin 1:5, suhteessa levyvälykseen. Paino- ja kestävyystarkastelujen johdosta eri sovellutusten yhteydessä voidaan nytkin tarvita tämän suhteen suurempaa vaihtelualuetta. Kosketuspinta on tietenkin tätä kapeampi poimu-30 levyn mahdollisten taitteiden paksuuden ja säteen johdosta.

Yhdensuuntaiset pintalevyt ja poimulevyt toisiinsa liittävät hitsaus-saumat on tehty sopivimmin laserhitsauksen avulla läpimenevinä hitsi-saumoina, jolloin voimakas lasersäde kohdistetaan molempiin metalli-35 kerroksiin tai niiden läpi välilevyn harjaa tai pohjaosaa pitkin. Läpimenevät hitsisaumat on edullisimmin muodostettu samansuuntaisiksi eli 5 84641 siten, että peräkkäiset saumat kulkevat (a) välilevyn pohjaosan ja sen jälkeen pintalevyn, ja (b) pintalevyn ja sitten välilevyn harjaosan kautta. Tämän järjestelyn helpottamiseksi käytetään keksinnön eräänä lisäpiirteenä plasmavalvontalaitetta, joka mahdollistaa kaasunsyöttö-5 kengän asettamisen poimulevyprofiilin pohjaosaan alemman yhdensuuntaisen levyn ja jäykistävän poimulevyn laserhitsauksen parantamiseksi. Tällainen järjestely, joka selostetaan yksityiskohtaisemmin seuraavas-sa, mahdollistaa yhden ainoan hitsaussuunnan käytön, jolloin kerrostettua levyrakennetta ei tarvitse kääntää ympäri valmistuksen puolivälis-10 sä.

Yksityiskohtaisemmin tarkastellen levyrakenne sisältää sopivimmin yhdessä pinnassaan joukon hitsaussaumoja, jotka kulkevat pintalevyn läpi allaolevan välilevyn harjaosaan, ja toisessa pinnassaan näkyvien hit-15 saussaumojen sijasta sisäisen hitsaussaumarakenteen, joka kulkee välilevyn pohjaosan kautta levyn pintamateriaaliin tunkeutumatta kuitenkaan täysin tämän materiaalin läpi. Tämän ansiosta kerrostetun levy-rakenteen yksi pinta on varustettu hitsaussaumoilla, toisen pinnan ollessa taas sileä. Joidenkin sovellutusmuotojen yhteydessä voidaan 20 tietenkin vaatia, että hitsin on tunkeuduttava täysin pintalevyn läpi.

Tällaisen kerroksellisen rakenteen koostumus ei (normaaleissa työpaja-ja työmaaolosuhteissa) estä rakojen esiintymistä toisaalta poimulevyn pohja- ja harjaosien ja toisaalta pintalevyjen välillä. Suositeltava 25 hitsausmenetelmä suurtehoista lasersädettä käyttämällä sallii myös kuitenkin materiaalin lisäämisen levyjen välisten rakojen täyttämistä varten tällaista kerroksellista rakennetta valmistettaessa. Yhtenä materiaalin lisäysmenetelmänä rakojen täyttämistä varten on lankasyöt-tö. Lankasyötön lisääminen mahdollistaa myös valmistuksen tarkan ohjaa-30 misen aikaisemmissa patenttihakemuksissa, kuten US-patenttihakemukset 601 424, 604 079, sekä muissa vastaavanlaisissa hakemuksissa tai näihin hakemuksiin liittyvissä jaetuissa tai jatkohakemuksissa, selostetulla tavalla.

35 Esillä olevan keksinnön mukaista tuotetta kutsutaan levymateriaalista tehdyksi yhdistetyksi kerrokselliseksi levyrakenteeksi. Tämä termino- 6 84641 logia tarkoittaa sitä, että kyseinen levymateriaali on metallurgisessa mielessä paksumpi, tiheämpi sekä mitoiltaan kiinteämpi ja jäykempi kuin tavanomainen levymateriaali. Levypaksuus on, kuten edellä on selostettu, yleensä 1-25 mm, vaikka tietyissä olosuhteissa se voikin ylittää 5 tai alittaa nämä rajat.

Yleisimmin, mutta ei kuitenkaan rajoittavassa mielessä, tämän kerros-rakenteen paksuus on sellainen, että pintalevyjen välinen etäisyys on 25-200 mm, suositeltavimmin 50-150 mm, tai edullisessa normaalisovellu-10 tuksessa noin 50-100 mm. Pintalevyn paksuus on tällöin tavallisesti 5-15 mm, poimulevyn ollessa sopivimmin samanlainen ja paksuudeltaan 2-10 mm.

Keksinnön soveltaminen levymateriaaleihin ja valssattujen jäykisteosien 15 minimaalinen käyttö ovat huomattavan tärkeitä tekijöitä.

Tunnetaan esimerkiksi lentokoneissa käytetty rakennesovellutus ohuen ja kevyen kerroksellisen metallilevymateriaalin muodostamiseksi, joka sisältää metallisen poimulevyvahvisteen. Tällainen materiaali tehdään 20 tavallisesti elektronisuihkuhitsauksen avulla, kuitenkin on olemassa aikaisempi ehdotus tällaisen materiaalin valmistamiseksi erään piste-hitsausmuodon avulla, joka tunnetaan nimellä pulssijonot, lasereita käyttäen. Tulokseksi saatu kerrostettu tuote on kuitenkin erittäin ohut (ainoassa tunnetussa esimerkissä levyn ulkoinen paksuus on 8,7 mm) ja 25 se on tehty erittäin ohuesta levymateriaalista, jonka paksuus ei varmastikaan ylitä yhtä millimetriä. Hitsaus suoritetaan myös aina läpi-hitseinä ulkoa sisäänpäin toisin kuin esillä olevan keksinnön paljon suositeltavamman sovellutusmuodon mukaisesti, jonka yhteydessä hitsataan vain yhteen suuntaan, so. vuorotellen sisältä ulkoapäin ja ulkoa 30 sisäänpäin.

Esillä oleva keksintö ei siis edusta pelkkää mittakaavan muutosta edellä mainittuun keksintöön verrattuna. Yksityiskohtaisemmin tarkastellen erot ovat seuraavanlaiset: 35 7 84641 (a) Aikaisemmin tunnetussa ratkaisussa käytetään erityyppistä hitsausta, so. pistehitsausta (pulssijonohitsaus) jatkuvan saumahitsauksen sijasta, sekä myös pienitehoista 300 w YAG laseria monikilowattisen C02-laserin asemasta, jolloin syntyy kaksiulotteisia hitsausongelmia esillä 5 olevan keksinnön mukaisen mittakaavaltaan suuremman hitsausmenetelmän yhteydessä esiintyvien kolmiulotteisten ongelmien sijasta.

(b) Esillä olevan keksinnön mukainen ratkaisu sisältää erilaiset hitsi-suunnat eri pinnoissa, jolloin kerrostettua rakennetta ei tarvitse 10 kääntää ympäri. Tämä on erityisen tärkeää sarjatuotannon yhteydessä, jolloin myös koko tuotantolinja voidaan suunnitella eri tavoin ja säästää siten laitteistokustannuksia.

(c) Erilaiset käyttömahdollisuudet laivoissa, rakennuksissa, merellä 15 käytettävissä rakenteissa, säiliöissä, lavoissa, siltarakenteissa, öljynporauslautoissa, putkijohdoissa ja muissa suurissa käyttökohteissa. Kerroksellinen rakenteiden käyttö laivoissa jne. johtaa erinomaiseen lopputuotteeseen sen painon, kestävyyden, sisäkorkeuden, vahin-goittumattomuuden, puhdistuksen, maalauksen, nestevirtauksen sekä täri-20 nän, lämmön ja melun siirtymisen jne. suhteen.

(d) Liitosrakenteet yhdistettyjen kerroslevyjen päissä ja sivulla sekä kohtisuorasti tällaisten levyjen välissä.

25 (e) Kerroksellisten rakenteiden käyttö lieriömäisissä tai ei-lieriö- mäisissä kaarevissa pinnoissa tasaisten pintojen sijasta.

(f) Läpivientien ja reikien muodostaminen kerroksellisiin rakenteisiin.

30 (g) Korjaustoimenpiteet.

(h) Suojatoimenpiteet korroosiota vastaan.

35 (i) Laserilla varustetun kerroslevylinjan muodostaminen.

8 84641 (j) Hitsausmenetelmän erilaiset ominaisuudet sisältäen pohjustusmaa-lilla varustettujen materiaalien käytön.

Lopuksi on huomautettava, että laserhitsausmenetelinä on riippuvainen 5 energian kokonaissyötöstä; keskityksen määrästä ja tyypistä; mahdollisen höyrystymisen aiheuttamasta metallihäviöstä; plasmanmuodostuksesta tai pidätyksestä tai uudelleenmuotoilusta; lämmönjohtumisesta hitsistä poispäin; sulametailien pintajännityksestä sekä muista samankaltaisista fysikaalisista tai kemiallisista ominaisuuksista hitsauskohteessa 10 esiintyvissä äärimmäisissä olosuhteissa. Näitä olosuhteita ei voida useimmiten tai ei ollenkaan soveltaa samalla tavoin erilaisissa työtilanteissa. Tämän patentin hakijat ovat kuitenkin havainneet, että läpimenevää saumahitsausta voidaan käyttää jopa molempiin suuntiin, so. paksua levyä hitsattaessa ennen ohutta levyä tai ohutta levyä hitsatta-15 essa ennen paksua levyä.

Sarjatuotannon yhteydessä ei ole tarkoituksenmukaista olla riippuvainen tasaisten pintalevyjen ja jäykistävien poimulevyjen yhteen puristamisesta. Läpihitsausmenetelmä on kehitetty huolehtimaan näiden kahden 20 komponenttiosan välisten rakojen täyttämisestä. Lankasyöttöjärjestelmää käytetään tähän tarkoitukseen.

Lisäksi eräänä vaihtoehtona lopullisen tuotteen yhteydessä on jättää sen yksi pinta vapaaksi hitsisaumoista, mikä sopii erityisen hyvin 25 säiliöiden tai reikien sisäpinnan tai laivan rungon ulkopinnan valmistukseen.

Keksinnön erään lisäominaisuuden mukaisesti hitsisaumat voidaan tehdä kerroslevyyn sisältäpäin, jolloin levyrakenteen molemmat pinnat tule-30 vat vapaiksi hitsisaumoista.

Keksintöä selostetaan seuraavassa oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: 35 Kuvio 1 esittää poikkileikkausta esillä olevan keksinnön mukaisen kerrostetun kahdella pintalevyllä varustetun levyrakenteen osasta; 9 84641

Kuviot 2 ja 2a esittävät perspektiivikuvantona kuvion 1 mukaisen kerrostetun rakenteen poikittaisia rakennemuotoja; 5 Kuvio 3 esittää perspektiivikuvantoa kuvion 1 mukaisen kerrostetun rakenteen pituussuuntaisesta rakennemuodosta;

Kuvio 4 esittää perspektiivikuvantoa levyrakenteen suositeltavasta nurkkaratkaisusta kuvioiden 2 ja 3 mukaisten rakennemuotojen kiinnittä-10 misen helpottamiseksi;

Kuvio 5 esittää lohkokaaviota tasaisen levyrakenteen valmistusvaiheista; 15 Kuvio 6 esittää kaaviomaisesti tällaisten kerrostettujen levyrakenteiden valmistuslinjan erästä sovellutusmuotoa; erikoissovellutusten yhteydessä voidaan käyttää myös muunlaisia ratkaisuja;

Kuvio 7 esittää esillä olevan keksinnön mukaisen kerrostetun levyraken-20 teen läpi muodostettua reikää johdatuksia tai läpikulkua varten laivan ruumaan; j a

Kuvio 8 esittää laserhitsattua puskuliitosta.

25 Kuvio 1 esittää leikkausta osasta keksinnön mukaista kerrostettua levy-rakennetta. Tämä levyrakenne käsittää ylälevyn 1, pohjalevyn 2 ja sisäisen poimulevyn 3, jonka poimut ovat esitetyssä sovellutuksessa litistettyjä harja- ja pohjaosissaan 4 ja vastaavasti 5. Levyt 1 ja 2 on kiinnitetty poimulevyyn 3 numerolla 6a ylälevyssä ja 6b pohjalevyssä 30 merkittyjen laserhitsien avulla. Tällaiset laserhitsit voidaan tehdä aikaisemmissa patenttihakemuksissamme selostettujen menetelmien välityksellä, siis esimerkiksi 10 kilowatin lasersäteen jatkuvan kohdistamisen avulla. Kuten kuviosta 1 näkyy, eivät mainitut hitsit 6 ulotu alalevyn alapintaan asti. On selvää, että hitsisauman lujuus ei vähene, 35 vaikka se ulottuisikin tähän alapintaan asti, mutta on kuitenkin suositeltavaa ainakin alempien hitsien 6b yhteydessä välttää ulottumista 10 84641 alalevyn alapintaan asti, niin että tasainen pinta saadaan aikaan ainakin kerrostetun rakenteen yhdelle sivulle.

Esitetty kerrostettu rakenne voidaan valmistaa helposti tällä tavoin 5 hitsaamalla ilman ympärikääntöä käyttäen hitsaussuihkua yhdessä ainoassa pystysuorassa suunnassa nuolien osoittamaan tapaan. Tällaisen kerrostetun rakenteen muodostamiseksi alalevy 2 asetetaan vaaditulla tavalla, poiraulevy 3 asetetaan sen päälle ja hitsataan kutakin pohjaosaansa 5 pitkin hitsisauman 6b muodostamiseksi ja levy 1 asetetaan 10 poimulevyn päälle ja hitsataan kutakin harjaosaansa 4 pitkin hitsi-sauman 6a muodostamiseksi. Koska harja- ja pohjaosat ovat tasaisia, niitä on helppo hitsata tällä tavoin, ja koska ne ovat säännöllisten etäisyyksien päässä toisistaan, voidaan laserhitsauspää järjestää yksinkertaisti seuraamaan tasaisen harjaosan 4 muotoa, vaikka tämä harja-15 osa onkin itsessään levyn 1 peittämä.

Esillä oleva kerrostettu levyrakenne voidaan valmistaa useina erilaisina suhteellisen suurina kokoina, eikä tätä rakennetta ole sekoitettava erittäin ohuisiin metaililevyihin, joiden kokonaispaksuus on tavalli-20 sesti alle 10 mm ja jotka on valmistettu lentokoneteollisuutta varten. Esillä olevan keksinnön mukainen kerroksellinen yhdistetty levyrakenne sisältää levyjen 1 ja 2 vastakkaisten sisäpintojen välisen 50-100 mm etäisyyden poimulevyn aallonpituuden ollessa vastaavanlainen mitattuna esimerkiksi kustakin harjaosasta seuraavaan harjaosaan. Levypaksuudet 25 voivat vaihdella, kuten edellä on mainittu, kerroksellisen yhdistetyn levyrakenteen vaaditusta kestävyydestä riippuen. Esitetyssä esimerkissä levyjen 1 ja 2 paksuus on 8 mm ja levyn 3 paksuus 3 mm.

Kuviot 2 ja 2a esittävät tällaisen kerrostetun levyrakenteen liittämis-30 menetelmiä samanlaiseen vierekkäiseen levyrakenteeseen poikittaisen hitsiliitoksen välityksellä. Vaikka useita erilaisia menetelmiä voidaankin käyttää tässä yhteydessä, ovat tämän patentin hakijat havainneet seuraavassa esitetyn menetelmän kaikkein parhaaksi.

35 Kuvioon 2 viitaten käytetään vaihtoehdon 1 mukaisessa liitäntämenetel-raässä yhdistettyjä levyrakenteita A ja B. Kuten edellä on selostettu ne 11 84641 molemmat sisältävät ylälevyn 1, poimulevyn 3 ja alalevyn 2. Näiden levyrakenteiden pään muoto näkyy kuviosta 2 ja se on sellainen, että poimut 3 ulottuvat etäisyyden (a) verran levyn 1 reunan yli ja että levy 2 ulottuu etäisyyden (b) verran näiden poimujen päiden yli. Molem-5 mat levyrakenteet A ja B, jotka on päissään muodostettu tällä erityisellä tavalla, liitetään yhteen irtonaisen poimuosan C ja sulkulevyn D avulla. Irtonaisen osan C kokonaisleveys on kaksinkertainen etäisyyteen (b) verrattuna (hitsausraot poislukien) ja sitä käytetään täyttämään levyrakenteiden A ja B poimujen päiden välinen rako. Kuviossa on esi-10 tetty katkoviivoin poimutukikaistaleet (eivät näy), joita voidaan käyttää kyseisestä hitsausprosessista riippuen. Sulkulevyn kokonaisleveys on (2b + 2a) (taaskin hitsausraot poislukien) ja sitä käytetään täyttämään levyrakenteiden A ja B molempien ylälevyjen välinen rako. Näiden levyjen reunat voidaan muotoilla käytetyn hitsausmenetelmän mukaisiksi. 15 Näiden molempien levyrakenteiden kokoonpanoa varten ensimmäisenä hitsinä tehdään alemman pintalevyn puskuhitsi, jonka yhtä päätä on merkitty numerolla 7. Tämä hitsi voidaan tehdä laserilla tai jonkin tavanomaisen hitsausmenetelmän, kuten käsin tapahtuvan metalli-valokaarihitsauksen 20 avulla tai vedenalaista valokaarihitsausta käyttäen tarpeen vaatiessa. Seuraavina hitseinä ovat kaksi puskuhitsisarjaa poimulevyjen 3 ja irto-osan C välissä. Viimeiseksi hitsataan kaksi lisäpuskuhitsiä kohdissa 8 ja 9, kun sulkulevy D asetetaan paikoilleen. Haluttaessa voidaan tehdä laserhitsit tällaisen välirakenteen jonkin tai kaikkien harja- ja poh-25 jaosien pituudelta. Erilaisten hitsaustoimenpiteiden välillä voidaan hitsit puhdistaa, tarkastaa ja käsitellä korroosiota vastaan sinänsä tunnetulla tavalla.

Kuvioon 2a, vaihtoehto 2, viitaten siinä esitetään toinen menetelmä 30 tällaisen kerrostetun levyrakenteen liittämiseksi vierekkäiseen samanlaiseen levyrakenteeseen poikittaisen hitsausliitoksen avulla.

Tässä liitäntämenetelmässä käytetään kerrostettuja levyrakenteita A ja B vaihtoehdon 1 tavoin. Molemmat levyrakenteet A ja B, sisältäen ky-35 seiset erikoiset päämuotoilut, liitetään nytkin yhteen irtonaisen poimuosan C ja sulkulevyn D avulla käyttäen kuitenkin lisäksi myös pidä- 12 84641 tyslevyjä El ja E2. Näiden pidätyslevyjen korkeus on sama kuin poimule-vyn syvyys sen paksuus poisluettuna.

Irto-osan C kokonaisleveys on kaksinkertainen etäisyyden (b) suhteen 5 pidätyslevyn kaksinkertainen paksuus sekä kyseisten hitsausmenetelmien mahdollisesti edellyttämät raot poislukien ja sitä käytetään levyrakenteiden A ja B molempien ylälevyjen välisen raon täyttämiseen.

Näitä molempia levyrakenteita pantaessa kokoon tehdään ensin alemman 10 pintalevyn puskuhitsi, jonka yksi pää on esitetty kohdassa 7, käyttäen suurteholaseria tai tavanomaisia hitsausmenetelmiä. Toisina hitseinä ovat irto-osan C ja pidätyslevyjen El ja E2 väliset puskuhitsisarjat, jotka voidaan edeltä päin hitsata laserilla poimulevyyn 3 tehdasvalmis-tuksen aikana. Lopuksi hitsataan kaksi lisäpuskuhitsiä 8 ja 9, kun 15 sulkulevy D asetetaan paikoilleen. Haluttaessa voidaan laserhitsit tehdä pitkin tällaisen välirakenteen joitakin tai kaikkia harja- ja pohjaosia.

Erilaisten hitsaustoimenpiteiden välillä voidaan hitsit nytkin puhdis-20 taa, tarkastaa ja suojata korroosiolta.

Kuvio 3 esittää molempien kerrostettujen levyrakenteiden A ja B liittämistä yhteen pituussuuntaisesti. Liitäntämenetelmä on tässä yhteydessä huomattavasti yksinkertaisempi kuin kuvioiden 2 ja 2a poikittainen lii-25 täntä, puskuhitsin 10 ollessa ensimmäisenä hitsinä ja kahden samanlaisen puskuhitsin 11 ja 12 ollessa toisena hitsinä sulkulevyn E ollessa asetettuna paikoilleen. Kuvion 3 perusteella on siten selvää, että sekä ylempi 1 että alempi levy 2 päättyvät sopivimmin suunnilleen vastaavan harja- tai pohjaosan puoliväliin. Levyjen reunat voidaan käsitellä 30 hitsausprosessien vaatimalla tavalla.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen kerrostetun levyrakenteen nurkkaa näyttäen ylemmän ja alemman levyn 1 ja 2 suositeltavan asetuksen poimu-levyn 3 suhteen. Kuten on selvää kuvioiden 2, 2a ja 3 mukaisen tarkas-35 telun perusteella, niin ylälevy 1 päättyy sopivimmin etäisyyden (a) päähän poimujen päistä, pohjalevyn 2 ulottuessa etäisyyden (b) päähän 13 84641 näiden poimujen yli. On myös suositeltavaa, mutta ei kuitenkaan olennaisen tärkeää, että ylälevy 1 päättyy suunnilleen harjaosan 4 puoliväliin kuvion esittämään tapaan, pohjalevyn 2 päättyessä sopivimmin myös suunnilleen alaosan 5 puoliväliin.

5

On siten selvää, että poikkileikkaukseltaan tyypillisesti kuvion 1 mukainen kerrostettu levyrakenne sisältäen yleensä kuvion 4 esittämät nurkkamuotoilut, muodostaa esillä olevan keksinnön erityisen tärkeän sovellutuksen. On myös selvää, että vaihtoehdossa 2 (kuvio 2a) yksin-10 kertaisesti lisätään pidätyslevy poimulevyn 3 päähän.

Kuvio 5 esittää virtauskaaviota yhdistetyn kerroksellisen levyrakenteen tyypillisestä valmistusjärjestyksestä.

15 Selostettu esimerkkijärjestys on kehitetty vakiomallisen levyrakenneyk-sikön valmistusta varten ja suunniteltu sallimaan yhdistetyn levyrakenteen välityskyky säännöllisin väliajoin käyttäen sopivaa lasertehoa yksikköä kohti ja riittävästi yksiköitä tarpeelliseen järjestykseen asennettuina.

20 3 ja 8 millin levyt otetaan varastosta, tasoitetaan ja puhdistetaan.

Sen jälkeen ne lähetetään erilaisten käsittelyprosessien alaisiksi. 3 millin levy lähetetään kylmävalssaukseen tai muun prosessin alaiseksi vaadittavien poimutusten muodostamista varten.

25 8 millin levy leikataan tarkkaan kokoon ja puskuhitsataan rakennelevyn muodostamiseksi. Nämä levyt jaetaan kahteen tuotantovirtaan. Ensimmäinen levyvirta, josta on määrä tulla alemmat levyt, vastaanottaa poimu-levyn ja sidehitsauksen jälkeen alempi levy hitsataan poimulevyn tasai-30 siin pohjaosiin kerrostetun rakenteen alkuosan valmistamiseksi. Pusku-hitsejä (ks. kuvio 8) saatetaan tarvita liittämään poimut pintalevyyn useampaa kuin yhtä poimulevyä käytettäessä, ellei niitä sitten ole jo hitsattu yhteen ennen kiinnitystä alempaan pintalevyyn. Toinen levyvirta antaa toiset pintalevyt, jolloin tällainen pintalevy asetetaan osit-35 tain muodostetun kerrostetun rakenteen päälle ja hitsataan laserin avulla poimujen tasaisiin harjaosiin. Tällöin saadaan tulokseksi täy- 1* 84641 dellinen kerrostettu levyrakenne. Tämän valmistusvaiheen aikana tai sen jälkeen voidaan suorittaa erilaisia korroosiolta suojaavia toimenpiteitä. Jotkut niistä voivat tehdä välttämättömäksi ennen ylemmän pintale-vyn paikoilleen hitsaamista tapahtuvan toiminnan ja toiset taas sen 5 jälkeen tapahtuvan toiminnan.

Kuvio 6 esittää kaaviomaisesti erimerkillistä valmistuslinjaa tällaisia levyrakenteita varten. Levyt puskuhitsataan ylä- ja alalevyiksi kohdassa 13, pidetään puskurivarastossa kohdassa 14 ja siirretään sitten 10 hitsausasemalle 15. Lisälevyjä syötetään myös tasaisten levyjen päälle poimutuslaitteesta 16 puskurivaraston 17 kautta. Kohdistetut poimu-jäykisteet pidetään tässä kohdassa alhaalla allaolevassa levyssä ja tämä osayhdistelmä hitsataan laserin avulla poimujen pohjaosiin. Huomiota on kiinnitettävä alemman levyn ulottumiseen poimujen päiden yli 15 kuvion 4 esittämällä tavalla. Tämä osayhdistelmä siirretään sitten tarkastuskohtaan 18. Sen jälkeen ylälevyt asetetaan poimujen päälle (jättäen taas tietty määrä poimua ulkonevaksi, kuten kohdassa 19 on esitetty) ja hitsaus suoritetaan harjaosia pitkin ylälevyn läpi. Lopuksi yhdistelmä siirretään tarkastusasemalle 20.

20

Kuvion 6 mukaisesti järjestetään myös mahdollisuus yksittäisten levy-rakenteiden ja poimujäykisteen ylösnostoa varten. Tämä mahdollisuus voi kuitenkin sisältää vain yksinkertaisen nosto- ja siirtolaitteen käytön, eikä levyrakenteita yleensä tarvitse kääntää ympäri niiden valmistuksen 25 aikana. Koko kerrosrakennelinja voidaan mekanisoida ja automatisoida.

Huomiota on kiinnitettävä lasersädejohtoihin 21. Tämän keksinnön käytännöllisen soveltamisen yhteydessä patentin hakijoiden aikaisempien patenttihakemusten tapaan käytetään keskeistä lasergeneraattoria ja 30 tarkentamaton lasersäde lähetetään mainittuun johtoon prosessilaitosten yhteydessä yleisesti käytetyllä tavalla, säde katkaistaan valikoivasti ja suunnataan sen jälkeen telineellä olevaa johtoa pitkin optista keskittämistä varten työkappaleeseen.

i5 84641

Kuvio 8 esittää suurtehoisen lasersäteen käyttöä hitsin tekemiseksi, joka nojaa päittäin kahta poimulevyä 3 vasten muodostaen samalla läpi-liitännän poimulevyjen 3 ja alemman pintalevyn 2 väliin.

5 Tällaista "läpimenevän puskuhitsin" muodostamaa liitäntää voidaan käyttää poimulevyjen liittämiseen kerroksellisten yhdistettyjen levyrakenteiden valmistusta varten.

Keksinnön mukaiset kerrostetut levyrakenteet sisältävät yleensä sileät 10 ulkopinnat, niiden kokonaispaksuus on pienempi kuin olemassa olevissa suurissa rakennemuodoissa, ja lopputuotteen käyttö laivassa tai vastaavassa käyttökohteessa sisältää huomattavasti nopeamman valmistusajan ja alhaisemmat kustannukset. Näiden etujen lisäksi niiden rakenne yksinkertaistaa merkittävästi puhdistus- ja maalaustöitä. Siten näiden ra-15 kenteiden ulkopinnat ovat tasaisia hitsisaumoja lukuunottamatta ja niiden yhteydessä esiintyy vähemmän korroosio-ongelmia. Lisäksi niiden sisäpinnat ovat käytännössä yksinkertaisia monikulmion muotoisia putkia, jotka voidaan täyttää maalilla tai korroosiota estävällä materiaalilla, kuten vaahdolla, höyryllä, kaasulla jne.

20

Esitetyn tyyppisiä kerrostettuja levyrakenteita voidaan käyttää sellaisinaan kuivalastia kuljettavien alusten yläsäiliötä tai vastaavanlaisia rakenteita varten. Periaatteessa kerroksellista levyrakennetta voidaan käyttää laivan pohjassa, sivurungossa, kansissa, pituussuuntaisissa 25 laipioissa, poikittaisissa laipioissa, tasanteissa, lavoissa, ylärakenteissa, kajuutoissa jne. Nämä pääasialliset ja vähemmän tärkeät rakenne-elimet voivat vaatia lisätukien käyttöä, jolloin kysymykseen saattavat tulla tavanomaiset jäykistysuumat tai toinen samanlainen kerroksellinen levyrakenne asetettuna etäisyyden päähän ensimmäisestä rakentees-30 ta. Alustavat tutkimukset ovat esimerkiksi osoittaneet, että tasainen 12 mm paksuinen poikittainen lattiarakenne, jota tukevat 600 mm välein asetetut 12 mm paksuiset lattatangot, voitaisiin korvata 50 mm syvyisellä kerroksellisella rakenteella käsittäen 3 mm paksuisen keskellä olevan poimulevyn hitsattuna 6 mm paksuisten pintalevyjen väliin.

35 16 84641

Keksinnön mukaiset edellä selostetut kerrostetut levyrakenteet voitaisiin myös tehdä kaareviksi tai osittain lieriömäisiksi. Tämä edellyttäisi kaarevien pintalevyjen valmistamista ja jäykistävien poimulevyjen muodostamista seuraamaan samaa kaarevaa linjaa. Vaikka pintalevyjen 5 valmistaminen kaareviksi sisältyykin tavanomaisten valmistustekniikoiden piiriin, ei poimulevyjen valmistaminen kaareviksi ole yhtä tunnettua, mutta se voidaan suorittaa valmistamalla esimerkiksi suippenevia poimulevyjä ja puristamalla ne toisten ympärille kartiomaisen muodon saavuttamiseksi tai käyttämällä suippenevia irtonaisia osia.

10

Kuvio 7 esittää kolmea yhteenliitettyä poimulevyä (joiden ylemmät sul-kulevyt E on jätetty pois selvyyden vuoksi) varustettuina valmistusvaiheessa soikiomaisella läpikulkuaukolla 17. Kuviossa 7 on esitetty reiän rakenne, jossa viitemerkinnöillä a ja c on merkitty päälevyrakenteen 15 sivuosia ja viitemerkinnöillä b ja d puoliympyrän muotoisia ylempiä ja alempia reiän osia. Tällaisia levyjä voidaan valmistaa tarpeen vaatiessa erilaisten edellä selostettujen tuotantolinjojen avulla ja liittää haluttaessa rakenneyksiköksi. On vaihtoehtoisesti mahdollista leikata reiät jälkeenpäin, koska rakenne on kokonaisuudessaan riittävän jäykkä 20 kestääkseen tällaisen toimenpiteen aiheuttaman huomattavan materiaali-menetyksen.

Claims (5)

1. Kerrostettu metaililevyrakenne, jossa metallia olevat pintalevyt (1,2) on hitsaamalla kiinnitetty niiden välisen, metallia olevan poimu-5 levyn (3) harja- ja pohjaosiin (4,5), tunnettu siitä, että yhdensuuntaiset pintalevyt (1,2) ja poimulevy (3) ovat metallilevyä, jonka paksuus on vähintään 1 mm, ja että pintalevyt on kiinnitetty poimulevyyn laser-hitsisaumoilla (6a,6b), jotka kulkevat pitkin poimu-levyn harja- ja pohjaosia (4,5), jolloin hitsiliitokseen kuuluu sarja 10 ensimmäisiä hitsisaumoja (6b), jotka läpäisevät poimulevyn pohjaosan (5) ja ulottuvat toiseen pintalevyyn (2), ja sarja toisia hitsisaumoja (6a), jotka läpäisevät toisen pintalevyn (1) ja ulottuvat poimulevyn harjaosaan (4).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen levyrakenne, tunnettu siitä, että yhdensuuntaiset pintalevyt (1,2) ovat paksumpia kuin poimulevy (3).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen levyrakenne, tunnettu sii-20 tä, että poimulevy (3) sisältää tasaiset harja- ja pohjaosat (4,5).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen levyrakenne, tunnettu siitä, että läpimenevät hitsit (6b) ulottuvat allaolevan pintalevyn (2) sisään, mutta ei sen läpi, jolloin pintalevyn (2) ulkopinta on sileä. 25

5. Menetelmä patenttivaatimuksen 1 mukaisen kerrostetun metallilevyra-kenteen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmään kuuluu seuraavat vaiheet: 30 ensimmäinen tasainen teräslevy (2) toimitetaan hitsausasemalle (15); toinen alunperin tasainen teräslevy (3) poimutetaan yhdensuuntaisten harja- ja pohjaosien (4,5) muodostamiseksi; 35 poimutettu teräslevy (3) asetetaan ensimmäisen tasaisen teräslevyn (2) päälle kosketukseen sen kanssa; 18 84641 keskitetty suurtehoinen lasersäde kuljetetaan hitsausolosuhteiden alaisena kutakin pohjaosaa (5) pitkin, niin että pohjaosan (5) metalli ja ainakin osa allaolevan tasaisen levyn (2) metallista sulavat yhteen 5 muodostaen yhdessä hitsisauman (6b); toinen tasainen teräslevy (1) asetetaan harjaosien (4) päälle yhdensuuntaisesti ensimmäisen teräslevyn (2) kanssa; ja 10 keskitetty suurtehoinen lasersäde kuljetetaan hitsausolosuhteiden alaisena kutakin harjaosaa (4) pitkin, niin että toisen levyn metalli ja ainakin osa allaolevan poimulevyn (2) metallista sulavat yhteen muodostaen yhdessä hitsisauman (6a). 15 i9 8 4 641