# Vauriotutkimus pureutuu väsymismurtumien syihin ja seurauksiin

> Akseleihin, pyöriviin lapoihin, juoksupyöriin ynnä muihin vastaaviin pyöriviin koneenosiin kohdistuu usein merkittävä dynaaminen väsyttävä kuormitus käytössä.

## Väsymismurtumien syntymekanismi
Akseleihin, pyöriviin lapoihin, juoksupyöriin ja muihin pyöriviin koneenosiin kohdistuu käytössä merkittävä dynaaminen väsyttävä kuormitus. Vaikka yksittäinen kuormituspiikki ei ylittäisi materiaalin myötölujuutta, toistuva rasitus muodostuu ongelmaksi, kun jännityssyklejä kertyy satoja tuhansia tai miljoonia. Suunnittelussa on huomioitava erityisesti jännitysten suuruus, taajuus ja jännitysjaksojen lukumäärä.

Väsymismurtuman alkusärö syntyy usein kappaleen ”epäjatkuvuuskohtiin”, kuten teräviin muotoihin ja loviin. Tämän vuoksi akselien olakkeisiin tehdään pyöristyksiä ja hitsien reunoja pyöristetään. Myös pinnankarheudella on merkittävä rooli murtumien ehkäisyssä.

## Hitsattujen rakenteiden haasteet
Hitsatuissa rakenteissa hitsin geometria, hitsausvirheet, perusaineen ominaisuudet ja lämmöntuonti vaikuttavat merkittävästi väsymiskestävyyteen. Karkenevat materiaalit ja lujat teräkset ovat alttiimpia väsymismurtumille, sillä ne ovat loviherkempiä. Hitsauksen lämmöntuonti voi aiheuttaa karkenemista perusaineen muutosvyöhykkeellä sekä jättää rakenteeseen haitallisia jäännösjännityksiä. Karkenemista voidaan tutkia mikroskooppisesti tai kovuusmittauksilla.

## Vaurioanalyysi ja murtopintojen tulkinta
Vaurioituneen koneenosan murtopinnan laatu paljastaa murtumatyypin:
*   **Väsymismurtuma:** Muistuttaa haurasmurtumaa, sisältää usein elliptisen rintaman särön alkupisteestä ja selkeän ydintymispisteen.
*   **Sitkeä murtuma:** Pinta on repaleinen, sisältää venymiä ja kuroutumia, merkkejä materiaalin myötämisestä.
*   **Haurasmurtuma:** Pinta on lohkomainen, eikä siinä ole kuroutumaa.

Murtuma etenee yleensä hitaasti, kunnes kantava poikkipinta-ala pienenee riittävästi, mikä johtaa nopeaan loppumurtumaan.

## Case-tutkimus: Kuopion Energia Oy
Hankkeessa suoritettiin vauriotutkimus Kuopion Energia Oy:n puhaltimen osalle. Murtuman alkupiste paikallistettiin pienahitsin läheisyyteen. Tutkimuksessa havaittiin merkittävä liitosvirhe hitsin juuressa, joka oli pienentänyt hitsin kantavaa a-mittaa vähintään 50 prosenttia. Tämä piilevä virhe toimi väsymissärön ydintymispisteenä.

## MaTek-hanke
”Materiaalianalyysin, käytönaikaisen kunnonseurannan ja tekoälyn hyödyntäminen teollisessa kiertotaloudessa” (MaTek) on EAKR-rahoitteinen konsortio, johon kuuluvat:
*   Itä-Suomen yliopisto
*   Savonia-ammattikorkeakoulu
*   Savon ammattiopisto

Hankkeen tavoitteena on kehittää mittaustekniikkaa, kunnossapidon työkaluja ja digitalisaatiota. Tavoitteena on hyödyntää Big Dataa ja tekoälyä koneiden ja laitteiden vaurioiden ennakoimiseksi. Savonia-ammattikorkeakoulun konetekniikan osaston materiaalilaboratorio vastaa hankkeen vaurioanalyyseista.

Lisätietoa konsortion palveluista: [www.materiakeskus.fi](http://www.materiakeskus.fi)

***

*Kirjoittaja: Jussi Asikainen, TKI-asiantuntija*