Residual stresses in Ti-6Al-4V from low energy laser repair welding
Peter Ericson
Master of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2018:622 KTH Industrial Engineering and Management
Machine Design
SE-100 44 STOCKHOLM
Examensarbete TRITA-ITM-EX 2018:622
Restspänningar i Ti-6Al-4V av lågenergetisk laserreparationssvetsning
Peter Ericson
Godkänt
2018-08-29
Examinator
Ulf Sellgren
Handledare
Ulf Sellgren
Uppdragsgivare
GKN Aerospace - EPS
Kontaktperson
Kenth Erixon
Sammanfattning
Millimeterstora och svårupptäckta defekter kan uppstå internt i stora och komplexa gjutgods av Ti-6Al-4V, ibland går dessa oupptäckta tills detaljen genomgått mekanisk bearbetning och en stor kostnad redan har gått in i den. Dessa defekter och andra industriella olyckshändelser leder till ett behov av additiva reparationsmetoder där den för tillfället rådande metoden är TIG-svetsning.
Denna metod reparerar defekterna men leder till oacceptabla restspänningar vilka kan åtgärdas med värmebehandling som i sin tur kan orsaka ytdefekten alpha case. Därav finns ett industriellt behov av reparationsmetoder som leder till mindre eller negligerbara restspänningsnivåer i reparerad detalj.
Detta arbete utfört hos GKN Aerospace – Engine Products Sweden i Trollhättan analyserar eventuella förhållanden mellan parametrarna Effekt, Spot size, och Svetshastighet och de resulterande restspänningarna i ett lågparameterområde på materialet Ti-6Al-4V.
En parameterrymd uppspänd av 17 parameteruppsättningar etablerades, svetsades och analyserades med mikrografi. Ur denna rymd simulerades de 8 yttre parametrarna med hjälpa av Finita Elementmetoden i svetssimuleringsmjukvaran MARC och ett förhållande mellan ingående parametrar och resulterande restspänningar undersöktes.
En statistiskt säkerställd trend erhölls för att en minskad Svetshastighet leder till minskade tvärspänningar i mitten på en 20mm lång svetssträng. Detta är applicerbart för svetsar nyttjande start och stopplåtar.
Det noterades även att en ökning i Effekt eller Spot size, eller en minskning utav svetshastigheten leder till att det av restspänningar utsatta området ökar i storlek. Detta är har implikationer för efterföljande värmebehandling i avgörandet av form och storlek på området som skall värmebehandlas.
Nyckelord: Mikrolasersvetsning, Lågenergetisk svetsning, Lågenergisvets, Ti-6Al-4V, Ti64,
Restspänningar, Response Surface Methodology, Reparationssvets, Svetssimulering.
Master of Science Thesis TRITA-ITM-EX 2018:622
Residual stresses in Ti-6Al-4V from low energy laser repair welding
Peter Ericson
Approved
2018-08-29
Examiner
Ulf Sellgren
Supervisor
Ulf Sellgren
Commissioner
GKN Aerospace - EPS
Contact person