Finite element method based reduction of welding distortions in welding of a loader’s front frame

Abstract

Welding distortions are investigated in this research. They are tend to be reduced in welding of Sandvik’s LH621 loader’s front frame by finding new alternative welding sequences with the help of Finite Element Method. At first, distortion types are introduced as well as their establishing mechanism and ways to prevent them. In this research, distortions are tend to be reduced only with finding new alternative welding sequences although there are many other ways, too.

In the beginning of the work, the original welding sequence was registered during welding process. The examined frame was scanned with 3D-scanner twice; first after tack welding and secondly after welding work was done. With that, it was ensured that the results from the analysis were fit for use. The most significant distortions were formed to the side plates of the frame. Because of that, the model used in the analysis was simplified a lot; analysis was run only for a half of the frame’s model and the welds at the interior of the frame were excluded.

Based on the analyses it can be concluded that one can have an influence on welding distortions in this structure by editing the welding sequence. However, they cannot be reduced below the level they were with the original welding sequence only with editing the welding sequence. The reason to this is that there are significantly more weld on the inner surface of the side plates than on the outer surface.

Tässä diplomityössä tutkitaan hitsausmuodonmuutoksia elementtianalyysin avulla. Hitsausmuodonmuutoksia pyritään vähentämään Sandvikin LH621-lastaajan eturungon hitsauksessa etsimällä uusia hitsausjärjestyksiä, joilla hitsausmuodonmuutokset olisivat pienemmät. Työssä tutustutaan hitsausmuodonmuutostyyppeihin, niiden syntymiseen sekä niiden ehkäisemiseen. Tässä työssä hitsausmuodonmuutoksiin pyritään vaikuttamaan juuri hitsausjärjestyksen avulla, mutta muitakin tapoja niiden ehkäisemiseksi on runsaasti.

Työn aloitusvaiheessa alkuperäinen hitsausjärjestys kirjattiin ylös hitsaustyön aikana ja runko mitattiin 3D-skannerin avulla kahdesti; silloitushitsauksen jälkeen ja kun runko oli hitsattu valmiiksi. Tällä varmistettiin, että analyysin tulokset ovat käyttö- ja vertailukelpoisia. Merkittävimmät muodonmuutokset syntyivät rungon kylkilevyihin. Tämän tiedon valossa käytettyä mallia voitiin yksinkertaistaa runsaasti, eikä rungon sisäosien hitsejä sisällytetty analyysiin ollenkaan.

Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kyseisessä rakenteessa hitsausmuodonmuutoksiin voidaan kyllä vaikuttaa muuttamalla hitsausjärjestystä, mutta kyseisessä rungossa niitä ei voida juurikaan pienentää alkuperäisestä suuruudestaan. Suurin syy tähän on hitsien epätasainen jakaantuminen kylkilevyjen ulko- ja sisäpuolella.