Trender och utveckling inom svetsområdet - vad är på gång? Trender och utveckling inom svetsområdet - vad är på gång?

Transkript

1 Trender och utveckling inom svetsområdet - vad är på gång? Seminarium vid ELMIA Svets & Fogningsteknik Koordinator: Joakim Hedegård, Fogningscentrum / Centre for Joining & Structures Trender och utveckling inom svetsområdet - vad är på gång? PROGRAM Välkomna, innehåll och förväntningar Joakim Hedegård, Swerea FoU i fokus - en trendspaning Joakim Hedegård, Swerea Utveckling av kvalitets och övervakningstekniker Eric Lindgren, Swerea för svetsade produkter Nya förbättringsmetoder för ökad livslängd och Thomas Holmstrand, KTH bättre prestanda Lasern ger nya möjligheter Karl Fahlström, Swerea och Högskolan Väst Simulering ger bättre beredning Oscar Andersson, KTH och Volvo Cars Avslutning, möjlighet till eftersnack och frågestund 1

2 FoU i fokus en trendspaning Material- och Fogningsteknik är nyckelteknologier: Lättare & mer tåliga konstruktioner Bättre simulering & optimering Nya material och processer Hybridmaterial och -processer Kvalitetssäkring, förbättringsmetoder Demonterbarhet / Återvinning Tillåten kostnad? Nya karosser: olika studier, olika resultat 2

3 Matureness level Matureness level Fogning UHSS Fogning Alu 3

4 Matureness level Fogning mixade material FSW av Alu-Stål - KTH XPRES Källa: KTH XPRES 4

5 FEW REW Al-UHSS Hybrid Structures by FSW Al-steel subframe can reduce 25% weight, compared to all steel Source: Patent filing of 2013 Honda Accord Friction Element Welding & Resistance Element Welding Källa: Paderborn LWF, & Fogningscentrum / CJS 5

6 Friction Spot Joining Källa: Harms & Wende, samt GKSS AZ31/PPS-CF&GF AA5754/PPS-CF Joining time 4 seconds Plunge depth 0.2 mm RIVTAC now more feasible for composite to metal joints Optimized tip geometries for increased performance Very high speeds now possible 6

7 Exotic or early methods: - Spikes for hybrid joints - Arc joining & Laser joining - Local hybrid joints Composite Joint Hybrix - FSW TM Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Assembly Trends in the Automotive Industry Johnny K Larsson, Volvo Car Corporation, Gothenburg, Sweden Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 14 7

8 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Challenges on Car Body Joining Technology Posed by New Lightweight Materials Various Combinations of Dissimilar Materials Efficient Joining Methods for Aluminium Components (incl. Castings) Material Combinations Involving Different Types of Plastics and Fiber Reinforced Polymers Design Rules and Dimensioning CAE Prediction Methods Joining Technologies for both Low and High Volume Production Consequences on the Industrial System [Body Shop vs. Final Assembly] Quality Assurance Issues - Process Monitoring - NDT Checking of Joint Quality Repair and After Market Mechanical, Thermal or Chemical Methods? Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 15 Research Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Load Adapted Weld Patterns by Remote Laser Welding Brazing Technology for MixMaterial Joining (Steel/Aluminium) ForceTIG for MixMaterial Joining (Polymers/Metals) FEW and RIVTAC for Mix Material Joining (Polymers/Metals) Joining Concepts for Polymer Structures (Laser & Special Methods like Induction Welding) Improved Rubber Based Crash Adhesives Spot Induction Curing of Adgesives Mechanical Joining Methods for UHSS (incl. Press-Hardened Steels) with PLUGG or Local Softening Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 16 8

9 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 The Right Material at the Right Place [in the Right Amount] Audi AG Multi-Material Design Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 17 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Challenges by Joining Multi-Material-Structures 1K- PU* Challenge #1: Thermal stresses Proposed solution: Reduce curing time or thicker adhesive layer *) Induction curing in body shop to prohibit expansion in paint shop ovens Challenge #2: Bonding on release agents (cleaning) Proposed solution: VSB = Vacuum-Suction-Blasting Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 18 9

10 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 FDS = Flow Drill Screwing Audi TT and R8 Models Robot assembly (12 systems) for 229 FDS M5 (255 for roadster) with clearance hole Robot assembly for 310 FDS M5 without clearance hole Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 19 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Self-Piercing-Turn-Solid-Riveting for Metal/CFRP Hybrid Joínts Fraunhofer IWU In-forming of the rivet head by softening the polymer matrix and displacement of the CFRP material Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 20 10

11 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Continuous Laser Welding of Steel Side Doors BMW 1-Reihe [München Werk] Overall weld length/door = mm 3.5 kw laser power [4 kw IPG fiber laser] 600 µm focal spot ALO3 welding tool [Scansonic] G3Si1 filler wire with 1.0 mm diameter Argon shielding gas [15 l/min] Welding speed 5 m/min [wfs 3 m/min] Quality Asurance Process monitoring [Lessmüller WeldEye] Power measurement [Primes PMM] Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 21 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Adhesive Bonding in Body Shop or Final Assembly Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 22 11

12 BMW CFRP Body Structures i3 Elmia Svets- och Fogningsteknik 2014 Body structure weight [kg]: Fibre reinforced plastics 68.5 Thermoplastics 13.3 Elastomers 0.7 Aluminium sheets (AA6xxx) 14.8 Aluminium sheets (AA5xxx) 1.1 Aluminium extrusions 5.4 Aluminium castings 5.4 Mild steels 10.1 Adhesives, foams etc TOTAL WEIGHT (kg) individual parts 173 m of adhesives No tunnel; no B- pillar BMW M6 CFRP roof 2004 Johnny K Larsson, Technical Specialist BIW Joining Technologies Issue date: , Security Class: Open Page 23 Höghållfasta stål Svetsbarhet & egenskaper Svetsmetod Svalningshastighet Uppblandning Utmattning Tillsatsmaterial Geometri Restspänningar 24 12

13 Utmattning av svetsar i 1300 MPa stål Standard och LTT tillsatsmaterial Geometri och restspänningar Utmattningsegenskaper Weld Impression Analysis Laser Scanning Profiling Status: - Provning pågår - Resultat indikerar att restspänningstillstånd viktigare än geometri Structured Light Projection Rostfria stål Dupexa & Superduplexa stål Inverkan av skyddsgas & svetsläge Svetsbarhet Egenskaper Austenitiska Lasersvetsning Stelning Modellering 26 13

14 Robust optisk övervakning av svetsprocesser Bakgrund Automatisk optisk övervakning av svetsprocesser möjliggör utökad kvalitetskontroll och adaptiv styrning. Hur kan man göra denna typ av övervakning tillräckligt robust för att nå industrins krav på användbarhet? Optisk bildförbättring genom spectralvåglängdsseparation CMOS-kamera CMOS-kamera IR-kamera Numerisk bildsekvensförbättring genom processmodeller IR-kamera Slutsats Implementerad kunskap om processdynamik och optimerad optisk information ökar tillförlitligheten hos automatisk optisk övervakning. Mixad bildinformation Projekt med automatisk OFP för olika metoder Virvelström - InnSide (med GKN) Ultraljud - ANDTE (med VCE, GKN mfl.) LUT Merlin, WeldMindt (med TWI, GKN mfl.) Termografi SpotLight, 18-WeLdt, WeldMindt (med VCC, Volvo AB, TWI, GKN mfl.) 28 14

15 Simulering GTAW elektrodavstånd Bakgrund Hur elektrodens avstånd påverkar olika bidrag till värmeöverföring till basmaterialet? Simulering av temperatur, värmeöverföring (p.g.a. konduktion) värmeöverföring (p.g.a. ström) h Testfall h = 2, 3 och 5 mm Slutsatser när man ökar elektrodens avstånd: - lite minskning av värmeöverföring p.g.a. konduktion - stor spridning av arean med värmeöverföring p.g.a. elektronström samt stor minskning av värmeöverföringen vid centrum. Aktuella FoU-områden inom fogning på SSAB Förbättra svetsbarheten på befintliga produkter Öka den statiska hållfastheten på svetsade förband i höghållfast stål Förståelse och metoder för att förbättra utmattningshållfastheten på svetsade förband. 15

16 Ökad den statisk hållfasthet i svetsade förband på höghållfasta stål Hög fokus på att utveckla stål och processer för att nå matchande hållfasthet i svetsar på stål med sträckgräns över 960 MPa (1100, 1300.) Utveckla/kombinera befintliga svetsprocesser för att öka den statiska hållfastheten men även bibehålla en god slagsegheten i svetsen. Förståelse och metoder för att förbättra utmattningshållfastheten på svetsade förband Jobbar i många olika grupperingar för att öka förståelsen för varför utmattning uppstår och vilka faktorer som påverkar Hur kan man nyttja höghållfasta stål för att öka utmattningshållfastheten

17 New essential features When the user has stated the desired welding conditions, the result of these parameters is automatically displayed in relation to the tolerance box. Presentation of WeldCalc Trender och utveckling inom svetsområdet - vad är på gång? PROGRAM Välkomna, innehåll och förväntningar Joakim Hedegård, Swerea FoU i fokus - en trendspaning Joakim Hedegård, Swerea Utveckling av kvalitets och övervakningstekniker Eric Lindgren, Swerea för svetsade produkter Nya förbättringsmetoder för ökad livslängd och Thomas Holmstrand, KTH bättre prestanda Lasern ger nya möjligheter Karl Fahlström, Swerea och Högskolan Väst Simulering ger bättre beredning Oscar Andersson, KTH och Volvo Cars Avslutning, möjlighet till eftersnack och frågestund 17

18 Utveckling Strömkällor Förbättrad styrning men måste användas rätt! Drivkrafter: tunnare material UHS material Mixmaterial förbättrad process Pulsparametrar kan optimeras på olika sätt och med olika syften Ström Spänning U/I 18

19 Exempel på utveckling inom MIG/MAG svetsning forcearc Spray båge Source: EWM, forcearc Exempel på utveckling inom TIG svetsning Ökad svetshastighet Keyhole-svetsning Fog med minskad volym Fokuserade ljusbågar Framföringshastighet 5 m/min vid lödning av zinkbelagda stål Inga sprut Höga strömmar, upp till 1000 A Source: EWM 19

20 Exempel på hybrid processer Tre-tråd Pulverbåge Tandem MAG Laser - MAG Source: Lincoln Electric Source: Esab, ICE Laser-MAG 110cm/min DOMEX 700, t=10mm Tandem-MAG 80cm/min Source: Fronius 20