Ny svetsklasstandard inom Volvo av Bertil Jonsson Expert weld strength Volvo VCE HL division SWEDEN 28 januari 2009 UTMIS-möte i Eskilstuna
Innehåll Bakgrund Nya systemet Principer Övergångsradier Cold laps Acceptans gränser Sammanfattning
HAULERS & LOADERS
Vi finns i Småland
Vad är ett svetsklassystem och vilket är det vi pratar om? Svar: Det är ett kvalitets system för smält svetsning, t > 3 mm Svetsbeteckningen:
Stress Concentration Factor : Kt = σmax/ σnom
Exempel på defekter Cold Lap Crack at weld toe Initial Root defects Interbead crack it is important to control and minimize the size of the weld defects in a fatigue loaded structure!!!
Befintliga svetsklasser: STD 5605,51 FINNS TOTALT appr 30 DISKONTINUITETER
Resultat för STD5605,51 B,CU,DU Diagram.4. Fatigue life for B, CU and DU 160% 140% 120% 100% B CU DU 80% 60% 40% 20% 0% (3) Incomplete rott penetration (6) Undercut (7) Non-filled weld (8) Root concavity (11) Weld rein fo rcement (12) Penetration bead (13) Edge disp. one-sid ed welding (14) Edge disp. double-sided welding (20) Undercut (21) Leg deviation (22) Throat deviation (23) Connecting radius fyll pen. T-weld join (24) Connecting radius, fillet weld (27) Incomplete root penetration % of 2 million cycles [-]
140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Resultat för ISO5817 Diagram.1. Compilation - Life in % of 2 million cycles 1.10. Excessive convexity 1.11. Excessive penetration 1.12. Incorrect weld toe (bw) 1.12. Incorrect weld toe (fw) 1.13. Overlap 1.14. Incompletely filled groove 1.16. Excessive unequal leg length 1.17. Root concavity 1.20. Insufficient throat thickness 1.21. Excessive throat thickness 2.12. Lack of fusion 2.13. Lack of penetration (fw) 2.13. Lack of penetration (bw) 3.1. Linear misalignment (one) 3.1. Linear misalignment (db) 3.2. Angular misalignment 1.9. Excess weld metal Case B C D 1.7. Undercut (fw) 1.7. Undercut (bw)
Det nya svets klassystemet
Tre (3) grupper av feltyper Goverend by the Weld Classes (W.C.) Goverend by measures on the drawing (not part of the W.C.!)
P R I N C I P E R Svetsklasserna styr tåsida + osynliga fel inuti svetsen Rotsidan styrs med ritningsmått Separerat utmattningspåkända från statiskt påkända svetsar Acceptansgränser relaterade mot livslängd +1 steg i kvalitet dubbla utmattningslivslängden
ÖVERGÅNGSRADIEN
Ersätt jämn övergång med radien Modell EVEN TRANSITION ( Kt = 2.5 ) 2,00 Resultat Nya gränsen (VC): R=1 Toe radius (mm) 1,75 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Angle (degrees)
Jämfört med Finska resultat Analysis gave median σ 160 * (R/t) 0,125 Calculated and tested stress ranges as fcn of weld toe radius Tests gave median 160 140 σ 156 * (R/t) 0,12 120 Using R = 0,25 1 4 mm And t = 10 mm Median stress range at 2E6 100 80 60 40 calc test 20 0 0,25 1 4 Radius (mm) Stress increase 1,2 (somewhat lower than 1,25)
WP1 Fabrication of Test Specimens Non-load carrying cruciform joints Welded Panels Cruciform Joints Dept. of Aeronautical & Vehicle Engineering Zuheir Barsoum
Svetspositionen och dess inflytande på tå radien Result of silicion impressions ( LI = Lying, PA=Best position, ST=Standing ) 4 3,5 3 Radius (mm) 2,5 2 1,5 Kt=2,5 LI PA ST 1 0,5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Angle (degrees) Weld position = STanding Lying PA Radius (average, mm) = 2,2 0,8 0,8 Rel life (Finland) = 3 1 1
Bäst Bäst Bäst
Cold Laps
Studerat fall: korsprovstav This case : R=0,5 mm / a=4,9 mm / α=75 degrees
2D-modell (a/c=0) i Franc2D
Sprickväg First angle (kink) 50 degrees due to KI and KII mixed mode Relatively fast, the crack path goes towards 90 degrees
Spänningsintensitet i början Stress intensity for different cold lap sizes at start and after 0,5 mm growth shoulder with Kt=2,4 (R=1), nominal 100 MPa 7 dk_eff (MPa, rot(m)) 6 5 4 3 2 1 at start after 0,2 mm after 0,5 mm 0 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 cold lap (mm) Stress intensity reaches a constant level undependent of the cold lap size. Why? After the first da, the crack is mainly a vertical crack. Consequence: The Cold lap size is not so important, if there is one, the fatigue life is shortened!
Discontinuity type Sammanfattning acceptans gränser VD ( as welded normal quality ) VC ( as welded high quality ) VB ( post treated ) Cold lap a < 0,5 mm a < 0,1 mm Not allowed Inner lack of fusion Not allowed Not allowed Not allowed Transition radius R > 0,25 mm R > 1 mm R > 4 mm Undercut a < 0,05t Throat deviation [max 1,0 mm] < -0,2a [max 2 mm] ( bigger OK ) Misalignment a < 0,1t [max 2 mm] a < 0,025t [max 0,5 mm] Not allowed ( bigger OK ) Not allowed Not allowed Not allowed ( bigger OK ) Not allowed One pore inner/outer Clustered pores (inner/outer) 0,4t [max 4] / 0,3t [max 3] 6% / 3% 0,3t [max 3] / 0,2t [max 2] 4% / 2% 0,2t [max 2] / 0,1t [max 1] 2% / 1%
OFP och FP-metoder för regler / acceptans-gränser
Hur ska kvalitets-gränserna kollas? Radius-measurement Vision-systems Impressions New weld classes : Quality assurance (before Prod) Quality control (during Prod) Quality audition (after Prod) Cold laps (procedures) Brittle (cold) punch test on samples Fatigue tests on samples Undercut Vision-systems Impressions Throat size Meter Vision-systems Penetration Cut of samples Ultrasound
Sammanfattning Gamla svetsklasserna inkonsistenta och subjektiva out of date Nya systemet kopplar kvalitetsgränserna till utmattnings-livslängden OFP metoder behöver utvecklas, mekaniseras