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
3D FE Simulations of Resistance Spot Welding
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Solid Mechanics (Dept.).
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (One Year)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Resistance spot welding (RSW) is thedominant joining technology in theautomotive industry. This is due to its lowcosts and high efficiency. Other advantageswith RSW is the high ability for automation,low consumption of energy, lack of need foradded materials and low degree of pollution,no expensive equipment or education ofpersonal compared to arc welding and laserwelding. A modern automobile containsapproximately 4000 resistance spot welds,which is why it is of great interest to be ableto predict the properties of the resistance spotwelds. The most important measurementused to ensure the quality of the weld is thenugget size, as it correlates to the weldsmechanical strength. This is usuallymeasured by destructive testing, and the mostcommon method is the coach peel test. Thistest is performed by manually peeling thespecimen and then measuring the largest andsmallest nugget diameter. It is also possibleto perform non-destructive testing onresistance spot welds with both ultrasonicandx-ray tests, however none of thesemethods have the same accuracy as thedestructive methods and they arecumbersome to use in large-scale. Toimprove the efficiency and lower the cost forthe optimization of the welding parameters,simulation tools have been developed. Thereare both 2D- and 3D-simulation software tomodel the RSW process. When the spotwelds are simulated with 2D or 2D axissymmetry,the number of elements is lowercompared to a full 3D model, which reducesthe computation times. The disadvantageswith the 2D model are the inabilities tomodel misalignments or other asymmetricalgeometries. In contrast, the 3D-simulationsare not limited by these factors, and they arealso capable of modeling the shunt effectsoccurring when a weld is placed close to aprevious weld.The aims of this thesis was to evaluate such a3D-simulation software, Sorpas 3D, and itspotential to be used in industrial processplanning, and to assess the software’susefulness for both simple and more complexcases.The results from this work show a goodcorrespondence between the simulations andthe physical tests. However, in order toachieve these results a number ofmodifications in the material properties wererequired. Another critical limitation in thesoftware is that no expulsion criterion isimplemented. Considering the possibility thatthe problems can be solved with a number ofupdates in the software, Sorpas 3D can be auseful tool in the process planning industry inorder to decrease process times and materialcosts and improve the weld quality in thefuture.

Abstract [en]

Punktsvetsning är den mest frekventanvända svetsmetoden inomfordonsindustrin. Detta beror främst på attdet är en relativt billig och tidseffektivmetod. Andra fördelar är att den är lätt attautomatisera, har låg energikonsumtion, attden inte kräver något tillsatsmaterial samtatt den är miljövänlig, inte kräver dyrutrustning eller utbildning av personaljämfört med bågsvetsning ochlasersvetsning. En modern bil innehållerungefär 4000 punktsvetsar, vilket gör attdet är av stort intresse för fordonsindustrinatt kunna förutse egenskaperna hos varjesvets. Det viktigaste måttet på enpunktsvets kvalitet är dess pluggstorlek,vilket korrolerar med svetsens mekaniskastyrka. Denna mäts vanligen genomförstörande provning, främst genom ett såkallat fläkprov. Detta görs genom att enprovbit innehållandes en svets manuelltfläks isär, varpå den största och den minstapluggdiametern mäts och ett medelvärdeberäknas. Det förekommer ävenoförstörande provning på punktsvetsar,både genom ultraljudstest och genomröntgentest. Dock har det visat sig att ingenav dessa metoder har samma precision somden förstörande provningen, samt att de ärbesvärliga att använda för storskaligtestning. För att öka effektiviteten ochminska kostnaderna för optimeringen avprocessparametrarna har både 2D- och 3Dprogrammvarorutvecklats. Vid 2Dsimuleringarav punktsvetsprocessenminskar antalet element i modellen, vilketleder till kortare beräkningstider jämförtmed 3D-simuleringar. Nackdelar med attsimulera i 2D är att det inte finns någonmöjlighet att undersöka fenomen somsnedställningar och and icke-symetriskageometrier. Detta är däremot möjligt attåstadkomma med 3D modeller. Att utförasimuleringarna i 3D ger också möjlighetenatt undersöka shunteffekter somuppkommer då en svets placeras nära enredan befintlig svets.Målet med detta arbete var att utvärdera enprogramvara för simuleringar avpunktsvetsning i 3D, Sorpas 3D, samt attundersöka potentialen hos dennaprogramvara som ett verktyg inomprocessindustrin för både simpla och merkomplexa plåtkombinationer.Resultaten från detta arbete visar på en godöverensstämmelse mellan de simuleradeoch de fysiska testen. Dock krävdes det ettantal modifieringar avmaterialegenskaperna för att erhålla dessa.En ytterligare begräsning medprogramvaran är att den inte innehållernågot sprutkriterium. Om dessa bristerskulle åtgärdas med hjälp av ett antaluppdateringar i programvaran skulleSorpas3D kunna fylla en funktion somhjälpmedel inom processindustrin för attminska ledtider och materialkostandersamt att förbättra svetskvalliten iframtiden.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , 50 p.
National Category
Applied Mechanics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-184219OAI: oai:DiVA.org:kth-184219DiVA: diva2:915628
External cooperation
Swerea KIMAB
Subject / course
Solid Mechanics
Supervisors
Examiners
Available from: 2016-03-30 Created: 2016-03-30

Open Access in DiVA

fulltext(3287 kB)669 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3287 kBChecksum SHA-512
45208eb1791983afa3ea5dddfbfba0cbfb2f4e135b519ca2983aa69f9bbf2bdef4bdbae4f1e977a21d9d4cab09ecfea73aff65b74e6361d8db4335f460c52337
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Solid Mechanics (Dept.)
Applied Mechanics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 669 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: 532 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