Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Innovative Methods for Welding Ultra High Strength Steel with Resistance Spot Welding
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Production Engineering.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Resistance spot welding (RSW) is the most frequently used method for welding thin sheets in manufacturing industries such as the automotive industry, because of the high productivity of RSW. In order to reduce CO2 emissions the automotive industry strives towards creating structures of light weight, this is partly achieved by the use of lightweight materials such as Aluminum and composite materials. In parts of the car body designed to protect the driver and passengers in case of a collision High strength steel is used due to its high strength and relative high ductility. High strength steels are called Ultra High Strength Steels (UHSS) with typical ultimate tensile strength of 700 up to 2000 MPa and elongation of 10-40%. Because of the strive against lighter structures and great safety demands UHSS materials is of great interest for the automotive industry in order to create strong structures of light weight. In welding of modern materials such as UHSS with RSW, achieving adequate weld quality is a challenge. Hence this thesis aims to investigate new innovative ways to broaden the area of use and include modern materials such as UHSS for the traditional method of welding such as RSW. In RSW elliptical shaped welds are created between two or more faying metal sheets by passing current through the sheets. The current is applied to the sheets by copper electrodes in contact with the sheets on each side. The geometrical shape of these electrodes will affect multiple welding parameters such as applied stress, current density, electromagnetic stirring, temperature gradients and the possibility for the welded material to thermally expand during welding. Hence the geometrical shape of the electrodes will affect the final shape and size of the weld nugget. In this thesis RSW electrode geometries are modified and tested. The weld properties from modified electrodes are compared to the weld properties from standard RSW electrodes with respect to process robustness, weld nugget shape and size, micro hardness and weld tensile strength. Various modified geometries are used, all modified geometries are designed in order to allow the welded material to expand more, compared to standard electrodes. Previous work has been done and shown that hollow electrodes that allow the welded material to expand can improve the weld quality and process robustness. However, this has been to the cost of nugget growth in the normal direction to the welded sheet, leaving a non-uniform surface. Hence the aim of this thesis is to investigate if it is possible to widen the current range in the weld lobe diagram when welding UHSS material combinations with RSW by the use of hollow electrodes without affecting weld quality negatively compared to standard electrodes. Weld quality in this thesis will be evaluated based on surface condition, mechanical strength, micro-hardness and weld nugget size. The modified electrodes have shown better weld properties with respect of current range in the weld lobe curves in most cases tested but not all of the material combinations tested compared with standard electrodes. The surface conditions of the welded specimens have been controlled by measuring any indent and raise by line laser scanning. Modified RSW electrodes has showed improved welding properties with respect to current range in the weld lobe curves compared to standard RSW electrodes when welding UHSS material combinations. However modified electrodes have shown a higher sensitivity to misalignment and angle fault. Several material combinations of UHSS that has shown non-weldable behavior with standard RSW electrodes have shown improved current range. In the best case the current range was increased to 3,9 kA for an UHSS material combination that is non-weldable with standard electrodes. 

Abstract [sv]

Motståndsvetsning är den vanligaste metoden för svetsning av tunna plåtar i tillverkningsindustrier som bilindustrin på grund av den höga produktiviteten hos punktsvetsning. För att minska koldioxidutsläppen strävar bilindustrin efter att skapa lättviktskonstruktioner, vilket delvis uppnås genom användning av lätta material såsom aluminium och kompositmaterial. I delar av bilkroppen konstruerad för att skydda föraren och passagerare vid kollision används höghållfast stål på grund av sin höga hållfasthet och relativt höga duktilitet. Höghållfasta stål kallas Ultra High Strength Steels (UHSS) med typisk draghållfasthet på 700 upp till 2000 MPa och förlängning av 10-40%. På grund av bilindustrins strävan mot lättare strukturer och höga säkerhetskrav är UHSS-material av stort intresse för bilindustrin för att skapa starka strukturer av lätt vikt. Vid svetsning av moderna material som UHSS med punktsvetsning är det en utmaning att uppnå tillräcklig svetskvalitet. Därför syftar denna avhandling till att undersöka nya innovativa sätt att bredda användningsområdet och inkludera moderna material som UHSS för den traditionella svetsmetoden punktsvetsning. Under punktsvetsning skapas elliptiskt formade svetsar mellan två eller flera metallplåtar genom att ström passerar genom plåtarna. Strömmen appliceras till plåtarna genom kopparelektroder i kontakt med plåtarna på var sida. Den geometriska formen av dessa elektroder kommer att påverka flera svetsegenskaper såsom applicerad tryck, strömtäthet, elektromagnetisk omröring, temperaturgradienter och möjligheten för det svetsade materialet att termiskt expandera under svetsning. Följaktligen kommer den geometriska formen av elektroderna att påverka den slutliga formen och storleken hos svetslinsen. I denna avhandling modifieras och testas elektrodgeometrier som används vid punktsvetsning. Svetsegenskaperna från modifierade elektroder jämförs med svetsegenskaperna från standardelektroder med avseende på processens robusthet, svetslinsform-och storlek, mikrohårdhet och svetshållfasthet. Olika modifierade geometrier används, alla modifierade geometrier är utformade för att låta det svetsade materialet expandera mer jämfört med standardelektroder. Tidigare arbete har gjorts och visat att ihåliga elektroder som tillåter det svetsade materialet att expandera kan förbättra svetskvaliteten och processens robusthet. Detta har dock varit till kostnaden av svetslinstillväxt i riktning vinkelrätt till den svetsade plåten, vilket lämnar en ojämn yta. Avsikten med denna avhandling är därför att undersöka om det är möjligt att bredda användingen av punktsvetsning till svetsning av UHSS-materialkombinationer genom användning av ihåliga elektroder utan att påverka svetskvaliteten negativt jämfört med standardelektroder. Svetskvaliteten i denna avhandling kommer att utvärderas baserat på yttillstånd, mekanisk hållfasthet, mikrohårdhet och svetslinsstorlek. De modifierade elektroderna har visat bättre svetsegenskaper med avseende på svetsbarhet i de flesta fall testade men inte alla materialkombinationer som testats jämfört med standardelektroder. Ytförhållandena för de svetsade exemplen har kontrollerats genom att mäta intryck och upphöjnad på den svetsade ytan genom laserskanning. Flera materialkombinationer av UHSS som har visat sig osvetsbara med standard elektroder har visat förbättrad svetsbarhet med modifierade elektroder. I bästa fall ökade strömintervallet med godkänd svets till 3,9 kA för en UHSS-materialkombination som inte är svetsbar med standardelektroder.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 79
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-245224OAI: oai:DiVA.org:kth-245224DiVA, id: diva2:1294449
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-03-07 Created: 2019-03-07 Last updated: 2019-03-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4113 kB)84 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4113 kBChecksum SHA-512
a59d06fd252ebb895d9c790a154c555a05be039423ba9455dffd5ab85731cdd31e290708a5fa2ad7c1db9f16020c94fbe789b1330275fa794759b7a73fcc17fd
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Production Engineering
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 84 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 137 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf