KTH Royal Institute of Technology

Transkript

1 Ny teknik för kvalitetssäkring av utmattningsbelastade svetsade konstruktioner Thomas Holmstrand Instutitionen för Farkost och Flyg Forskargrupp Design och tillverkning av svetsade konstruktioner

2 Senior researcher Zuheir Barsoum Docent Gruppchef Jack Samuelsson Professor Emeritus Affilieringar: Imad Barsoum (Petroleum Institute, UAE) Gary Marquis (Aalto University, Finland), Chairman of International Institute of Welding (IIW) Doktorander / Forskningsingenjörer Mansoor Khurshid Ayjwat A. Bhatti Thomas Holmstrand Övriga / Industri: Davood Afshari (Tabriz University, Iran), Bertil Jonsson (Volvo CE), Gert Pettersson (Titanx), Luis L. Martinez (Lets Global)

3 Examineringar Doktors- & Licentiatavhandlingar (senaste 10 åren) Anders Tjernberg (VCE), Fatigue assessments of components in construction equipment, 2001 Gert Pettersson (VCE), Fatigue assessment of welded structures with non-linear boundary conditions, 2004 Johan Martinsson, Fatigue assessment of complex welded steel structures, 2005 Magnus Byggnevi (VCE), LEFM analysis and service simulation testing of a welded frame structure, 2006 Zuheir Barsoum, Residual stress analysis and fatigue assessment of welded steel structures, 2008 Anders Björkblad, Fatigue assessment of cast components: Influence of cast defects, 2008 Bertil Jonsson (VCE), Industrial engineering systems for manufacturing of welded structures exposed to fatigue, 2012 Davood Afshari, Mechanical properties of resistance spot welds in lightweight applications, 2013 Examensarbeten Mer än30 examensarbeten på Master-nivå har utförts inom gruppen de senaste 10 åren Kurs: Avancerad dimensionering av svetsade konstruktioner, 6hp Dimensionering mot utmattning Notcher, defekter och restspänningar Spektrumlaster Förbättringsmetoder Multi-axiel utmattning FEM modellering och övningar Svetskvalitetssystem Dimensioneringsstandarder Ges även till industrin: Caterpillar, Volvo Konsultbolag m.fl. Fler än 300 ingenjörer har gått denna kurs

4 Utmattning Växlande laster som gradvis nöter materialet tills dess att haveri sker F F F t

5 Ytdefekter enligt ISO 5817 Katetavvikelse Smältdike Överskjutande svetsråge Tåvinkel Jämn övergång

6 % Analys av ISO 5817 Diagram.1. Compilation - Life in % of 2 million cycles Results ISO % 100% Vissa defekter visar ingen trend Flera defekter visar önskad trend % 60% 40% B C D 20% 0% J. Samuelsson, B. Jonsson, Swedish Conference on Lightweight Optimised Welded Structures, LOST, Mars, 2009, Borlänge

7 LOST, WIQ, LIGHTSTRUCT,

8 Volvo STD Smältdike Tåvinkel 2008: Utg : Utg. 3 Undansjunken svetsråge Jämn övergång Övergångsradie

9 Defekter vs. lastfall Mycket kritisk Mindre kritisk Kritiska positioner beror på: Strukturens utformning Lastfallet Orginalbilder: Erik Åstrand, Volvo Construction Equipment, Braås Tumregel: f = 2*i + a

10 Hög eller låg svetskvalitet? Hög kvalitet Låg kvalitet Ej lastöverförande Hög livslängd Kort livslängd För att kunna bedömma svetskvaliteten måste man veta vilket lastfall svetsen är avsedd att ta upp Orginalbilder: Erik Åstrand, Volvo Construction Equipment, Braås

11 Svetskvalitet i praktiken Exempel: Svetsad I-balk, kravsatt som VC i Volvo STD VD VC VC Behöver åtgärdas

12 Hur kontrolleras lokala svetsgeometrin?

13 Mätsystemanalys Mätverktyg för a-mått 58,30 55,00 P. Hammersberg, H. Olsson, Statistical evaluation of welding quality in production, Proceedings of Swedish Conference on Lightweight Optimised Welded Structures, , March 24-25, 2010, Borlänge, Sweden. Go/No Go MS mätbrus bidrag <9% MS mätbrus <30% av toleransvidden Processutveckling MS mätbrus bidrag <4%

14 Examensarbete: MSA Visionsystem Utför en mätsystemanalys (MSA) för hur väl ett kommersiellt mätsystem klarar att mäta övergångsradien.

15 Mätsystemanalys Visionsystem - Resultat Kt= 2,32 Kt= 4,27 Kt= 2,85

16 Algoritm för svetsgeometrier T. Stenberg, E. Lindgren, and Z. Barsoum, Development of an algorithm for quality inspection of welded structures, Journal of Engineering Manufacture, 226(6) , 2012.

17 ONWELD VINNOVA FFI project new ON-line method for quality assurance of WELDed structures PhD student: Thomas Holmstrand Supervisor: Dr Zuheir Barsoum Date:

18 ONWELD Projektmål Projektet syftar till att: Utveckla ett noggrannt mätsystem (MS) och därigenom: Utveckla algoritmer för mätning och utvärdering av svetsgeometrin. Identifiera processparametrar som påverkar kvaliteten och möjliggör en förbättrad processtyrning. Vilket leder till minskad överproduktion, omarbetning och reducerade ledtider i produktion. Bidra till ökad konkurrenskraft och mer hållbar produktion genom ökat produktlivslängd, kvalitet samt minskad miljöpåverkan. Demonstrera och utvärdera ett automatiskt kvalitetssäkringssystem i produktionsmiljö. Utvärdera vad som krävs för ett ANN (Artificiellt Neuralt Nätverk) avsett för förbättrad kontroll av tillverkningsprocessen. MS + Algoritm Identifiera vilka möjligheter som krävs för adaptiv processtyrning. MS + inbyggda programvaror Referensblock + likare

19 ONWELD Projektöversikt On-line mätning Svetsprocessen r, u, a, etc. Projektvision: Vald svetskvalitet används som ingående processdata. Komplett scanning längs hela svets-/lödförbandet Förbättrade tekniker för tidig kvalitetskontroll behövs Idag: Erhållen svetskvalitet mäts i några utvalda positioner på den färdiga produkten.

20 Exempel på installation

21 Tack för er uppmärksamhet Frågor?