Academic literature on the topic 'Lasersvetsning'

 

The purpose with this thesis was to develop a designguideline which will simplify the development of new products that will be laser welded. The need for this thesis has come forward from the quality problems that Volvo Construction Equipment, Components Division is having with their laser welding manufacturing unit. The reason for the problems emerges from the bad communication between the development unit and the manufacturing unit within the company when the products produced today was developed. This resulted in products that were hard to and in some cases almost impossible to weld.

 

To avoid these problems from occurring again it was needed to gather the experiences within this area and compile it and present in a brief a pedagogical manner. The information for the groundwork of our results has been gathered by interviews of several key persons in Volvo Construction Equipment, Components Division. Other information channels have been a literary study, visiting other companies, participating in the manufacturing processes and participation in the project for non-destructive testing.

 

 

We have considered the following subjects after compiling the gathered information:

 

·         Product design

·         Choice of material

·         Weld joint design

·         The limiting dimensions of the laser welding unit

·         The Heat Affected Zone, HAZ, after laser welding

·         Washing/Cleanliness

·         Testing – Destructive or non-destructive

 

 

There is no other company in the world that welds products with the same method and the same material as they do in Volvo Construction Equipment, Components Division. The conclusion is that the complications that arose when the products that are manufactured today were developed can be avoided if our designguideline were to be followed in the future new development.

För att vara framgångsrik i dagens tillverkningsindustri gäller det att vara konkurrenskraftig och komma med nya tillverkningssätt. Därför satsar Volvo Aero på lasersvetsning och automation. På Aero-Craft i USA grovbearbetas fläkthus i titan. Fläkthusets diameter är cirka tre meter och dess bakre del sätts idag samman från tre delar med hjälp av skruvförband och plasmasvets. Volvo Aero vill lasersvetsa dessa delar istället. En studie har därför påbörjats som skall visa hur en produktionscell för lasersvetsning skulle kunna se ut och fungera. Svetsarna är alla av typen stumsvetsar och det som skall svetsas är tre axiella skarvar, två rundskarvar och fastsvetsning av ett växellådsfäste. Innan svetsning häftsvetsas delarna först ihop och 3D-skanner används för inspektion. Efter att svetsen svalnat kontrolleras rundskarvarna av en digitalröntgen. Allt skall ske i produktionscellen. Resultatet presenterar en produktionscell uppdelad i två rum. Det första rummet är laserskyddat, och där utförs svetsning av axiella skarvar och växellådsfäste. Ett hål laserskärs ut där växellådsfästet skall sitta. Det andra rummet är både röntgen- och laserskyddat och där svetsas rundskarvar. En fogföljare med laserdiod och kamera används under svetsprocessen för att rikta laserstrålen efter skarven. I rum ett finns en processrobot och en hanteringsrobot och i rum två en processrobot. Fixturerna som presenteras i rapporten är endast konceptuella. Antalet fixturer är en till rum ett och två likadana till rum två. Fixtureringen i rum två utgörs av en expanderfixtur med rotgasbackar i aluminium. På Volvo Aero används vanligen expanderfixturer vid svetsning, men de har aldrig gjorts i den storlek som krävs för fläkthuset. Krav som ställs på manipulator är att den skall klara detaljens och fixturens vikt, samt att den skall klara uppsatta svetstoleranser.

Med syftet att undersöka hur ett föremåls autenticitet påverkas av renovering/restaurering, har tolkningar av tre författares respektive syn på begreppet autenticitet applicerats på två restaurerade armbandsur. Renoverings- och restaureringsmetoden som har granskats är lasersvetsning, vilken är snabbt växande till följd av sina positiva egenskaper. Då armbandsurens ekonomiska värde stiger i takt med att det allmänna intresset blir större, finns relevans i att studera den renoverings- eller restaureringsmetod oftast diskuteras i samband med ekonomiskt värde. Även om författarnas ståndpunkter skiljer sig åt, så tycks en gemensam synpunkt vara att begreppet autenticitet är högst subjektivt. I förlängningen har det lett till slutsatsen att begreppet autenticitet ofta är individuellt och att det möjligtvis bör undvikas vid diskussion av konservering, restaurering och renovering.
With the aim to investigate how an object's authenticity is affected by the renovation/restoration, the interpretations of three authors respective views on the concept of authenticity is applied to two restored wristwatches. The renovation or restoration method that has been examined is laser welding, which is rapidly growing as a result of its positive qualities. Since wristwatches economic value rises in line with the public interest becomes greater, the study of the renovation or restoration method that is usually discussed in the context of economic value is relevant. Although the authors positions may differ, there seems to be a common denominator to the concept of authenticity as highly subjective. This has led to the conclusion that the concept of authenticity is often too individual and that it possibly should be avoided when discussing issues of preservation, restoration and renovation.

A big problem with welding is that it is hard to predict how a high heat canaffect different materials. The effects that can appear is shape changes in thematerial and brittle structures. The brittle structures will affect the strengthof the material and if the shape changes are big, the fatigue strength of thecomponents will be limited. A new gear box is under development at VolvoConstruction Equipment. This thesis was created because there currently is alack of documentation and tests in this field. The purpose of the thesis is tocheck if there is any changes to the welded components in the gear box and howthese changes can be avoided.Before the thesis, the company had made test components in a smaller scale.This was made because it is more cost effective and the components are easierto handle in the laser welding station. The prototypes that will go in to the gearbox will be 150-200 percent bigger than the test components.The methods used in this thesis is to investigate if there is support in recentresearch, investigate if here is any practical solution that can be applied directlyand to see if there is a simulation that can be used in the future. During thethesis work there were tensile tests, hardness measurements and microscopicexaminations made to the test components. This was made in order to controlthe strength in the welded parts, assess the risk of cracks and idenftify thestructure of the materials. There were also a comparision made with the articlesthat are welded today at Volvo. In addition to this, a simulation was made byan extern company. This simulation was used in a comparions with the weldedcomponents. These three methods will be validated against each other. Methodsthat are developed for welding most often regards only arc welding and can notbe applied for laser welding. This regards both cooling times and cracking risks.There is an ISO EN-standard to assess pores and cracks, but these often lackclarity.Five of six welded components from the gear box has been investigated in thisthesis. These components has three different materials; low carbon steel, mediumcarbon steel and high carbon steel. The components can be made of two or threewelded parts and depending on which component it is, it has varies mixtures oflow, medium, or high carbon steel.The result shows that very small shape changes occur in the welding componentsregardless of which material they are made in. The low and medium carbon steelsare close to the same hardness as materials that are being welded today andthe tensile tests shows that the geometry can be more limiting than the weldingitself. This gives the low carbon steels good conditions to work. The high carbonsteels contain a lot of pores and cracks and it should be investigated closer ifthey need pre- and post heating. The simulation shows good results and a fullsize prototype test should be executed now. A recommendation for future workis to make a fatigue strength test.
Ett stort problem vid svetsning är att förutspå hur en hög värme kan påverkaolika material. De effekter som kan fås är spröda faser och formförändringar.De spröda faserna kommer att påverka hållfastheten och om formförändringarnaär stora kommer komponentens utmattningshållfasthet att begränsas. En nyväxellåda håller på att utvecklas på Volvo Construction Equipment. Examensarbetetskapades då dokumentation och tester saknas i nuläget. Syftet medexamensarbetet är att kontrollera om förändringar i svetskompletterna sker ochhur de i så fall kan motverkas.Inför examensarbetet hade företaget tillverkat provdetaljer i nedskalat formatför att lättare kunna hantera detaljerna i lasersvetscellen och kunna tillverkadetaljerna mer kostnadseffektivt. Prototyperna som senare ska sitta i växellådankommer vara 150-200 % större än provdetaljerna.Metoderna som används är att undersöka om det finns stöd i forskning för analytiskstudie, titta på en praktisk lösning som kan appliceras direkt samt tittapå en simuleringslösning som kan komma att användas i framtiden. Under arbetetsgång utfördes dragprov, hårdhetsmätning samt undersökning i mikroskop.Detta för att kontrollera styrka i svetsen, bestämma risk för brott och identifierastruktur i materialen. En jämförelse gjordes också mot artiklar som lasersvetsaspå företaget idag. Utöver detta utförde även ett externt företag en simuleringsom jämfördes mot uppsvetsade provdetaljer. Dessa tre bitar kommer att validerasmot varandra. De flesta svetsmetoder som finns i dagsläget är endastgiltiga för bågsvetsning och kan inte appliceras på lasersvetsning. Detta gör attdet är svårt att bestämma avsvalningstider och sprickrisk för lasersvetsning. Detfinns ISO EN standard för att bedöma porer och sprickor men dessa saknar oftatydlighet.I arbetet har fem av sex svetskompletter i växellådan undersökts. Dessa svetskompletterhar tre olika material, ett material av lägre kolhalt, ett av mellankolhaltoch ett av hög kolhalt. Svetskompletterna kan bestå av två eller tresammansvetsade delar som beroende på vilken svetskomplett det är, har olikablandning av hög-, mellan- eller lågkolhaltiga material.Resultatet visar att mycket små formförändringar sker i svetskompletterna oavsettvilket material de består av. De svetskompletter med enbart låg- och mellankolhaltigamaterial håller nära samma hårdhet som de material som svetsasidag samt att dragproven visar att geometrin kan vara mer begränsande änsvetsen. Detta gör att kompletter med enbart de lågkolhaltiga materialen enbra förutsättning att fungera. De kompletter med högkolhaltiga material innehållermycket porer och sprickor. Det bör därför studeras närmare om för-ellereftervärme behöver användas. Simuleringsresultatet visar bra resultat och att simuleraen fullstor prototyp bör nu kunna göras. En rekommendation för fortsattarbete är att utföra utmattningsprov.

This degree project has been carried out in cooperation with Enertech AB in Ljungby and is pilot study to automating all current manual soldering. The soldering process accounts for a large part of the processing cost in the production of a heat pump. The process is also a quality risk and has a major impact on the lifetime of the final product.

The Main task of this project has been to evaluate automation of the soldering process, to develop automation solutions and a principle layout, to draw the design changes required for the automation and to calculate the supposed solution.

This pilot study has resulted in a suggested automation solution using laser as a heat source for soldering. Calculations of the solution show that a automating a laser soldering cell is very profitable.