FE-model for prediction of welding distortions in components made of preformed stainless steel sheets

• Main Author: Glansholm, Tom
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Hållfasthetslära 2020
• Subjects: Welding simulation; distortions; Ferritic stainless steel; EN1.4509; FEM; Solid mechanics; Residual stresses; Svetssimulering; deformationer; restspänningar; Ferritiskt rostfritt stål; Finita elementmetoden; Hållfasthetslära; Applied Mechanics; Teknisk mekanik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-286144

This master thesis was carried out at Scania CV AB. The focus for this thesis is the prediction of welding distortions that can cause problems in the manufacturing process of Scania's after-treatment system. The after-treatment system is mainly assembled by sheet metal plates of the ferritic stainless steel EN 1.4509. The plates are welded together. When welding, distortions and residual stresses occur, and they also depend on the sequence in the component was welded together. The distortions and residual stresses can cause tolerance related issues and a lower lifetime for the welded components. Experiments are expensive and therefore it is desirable to simulate the welding process, thereby controlling distortions and optimizing welding sequences. To simulate the welding process and predict the welding distortions a thermo-mechanical FE-model was created for two typical welds found on the after-treatment system. The first scenario was two thin plates welded onto each other in an overlap weld joint and the second scenario was a thin plate welded onto a thick plate in a overlap weld joint. After the FE-model was compared to the experiments. An optimization of the welding sequences was also made on a larger component typically found on the after-treatment system. The FE-model can predict the distortion shape with good accuracy for the T-fillet weld, while the model predicted a more symmetric distortion shape on the overlap weld compared to a more asymmetric shape found on the experiments, but the error is still not very large. The Fe-model can also be used to optimize the welding sequence for bigger components on the after-treatment system within a reasonable time span compared to doing the opimization manually in an experiment. === Detta examensarbete gjordes för Scania CV AB. Fokus for detta examensarbete har varit kvarvarande deformationer efter svetsning som kan skapa problem vid tillverkningen av Scanias avgasefterbehandlingssystem. Avgasefterbehandlingssystemet är till mesta dels konstruerat av stålplåtar av det ferritiska rostfria stålet EN 1.4509, plåtarna är svetsade ihop och då uppstår kvarvarande deformationer. När komponenter svetsas samman uppstår deformationer och restspänningar. Dessa deformationer och restspänningar är också beroende på i vilken sekvens komponenterna har svetsats ihop. Deformationerna och restspänningarna kan skapa problem med toleranser och sänka livslängden för komponenterna som sammanfogats. Experiment är kostsamma och därför är det önskvärt att simulera svetsprocessen, och därav kontrollera deformationerna som uppstår och optimera i vilken sekvens som komponenterna ska svetsas ihop. För att simulera svetsprocessen och prediktera de kvarvarande deformationerna efter svetsning så gjordes termo-mekanisk FE-model för två vanliga svetsscenarion för avgasefterbehandlingssystemet. Det ena scenariot är två tunna plåtar som svetsas ihop i en överlappande position och det andra var en tunn plåt som svetsas på en tjockare plåt. Ett experiment gjordes sedan för båda svetstyperna. Efter att svetstyperna hade jämförts med experimentet så gjordes en optimering av svetssekvensen för en större komponent likt komponenter funna på avgasefterbehandlingssystemet. Den termomekaniska FE-modelen kunde prediktera de kvarnvarande deformationerna och deras form med bra noggrannhet jämfört med experimentet med undantag för en deformationsform på de tunna plåtarna som var mer symmetrisk i FE-modellen jämfört med den asymmetriska formen i experimentet. FE-modellen kunde också användas för att optimera svetssekvensen för den större komponenten inom en rimlig tidsrymd.