One of the recent issues in design of the spot-welded structure such as the automobile body is to develop an economical prediction method of the fatigue design criterion without additional fatigue test. In this paper, as one of basic investigation for developing such methods, fracture mechanical approach was investigated. First, the Model I, Mode II and Mode III, stress intensity factors were analyzed. Second, strain energy density factor (S) synthetically including them was calculated. And finally, in order to decide the systematic fatigue design criterion by using this strain energy density factor, fatigue data of the ΔP-N(sub)f obtained on the various in-plane bending type spot-welded lap joints were systematically re-arranged in the ΔS-N(sub)f relation. And its utility and reliability were verified by the theory of Weibull probability distribution function. The reliability of the proposed fatigue life prediction value at 10(sup)7 cycles by the strain energy density factor was estimated by 85%. Therefore, it is possible to decide the fatigue design criterion of spot-welded lap joint instead of the ΔP-N(sub)f relation.
Cold-rolled carbon steel sheets are commonly used in railroad car or commercial vehicles such as the automobile. These are mainly fabricated by spot welding which is a kind of electric resistance welding. But fatigue strength of spot welding joint is lower than that of base metal due to high stress concentration at nugget edge of the spot welded part. And fatigue strength of them is especially influenced by not only geometrical and mechanical factors but also welding conditions of the spot welded joint. So for fatigue design of gas welded joints such as TS-type joints, it is necessary to obtain design information on stress distribution at the weldment as well as fatigue strength of spot welded joints. And also, the influence of the geometrical parameters of spot welded joints on stress distribution and fatigue strength must be evaluated. And analysis approach for fatigue test using design of experiment are evaluated optimum factor in TS-type welded joint and geometrical parameters of materials. Using these results, that factors applied to fundamental information for automation of fatigue design.
In this study, the microstructure and mechanical properties of spot friction stir welded A 5052 alloy were investigated. Especially, the effect of insertion depth of welding tool on microstructural changes and mechanical properties was investigated in order to obtain the optimum spot friction stir welding condition. The lap shear load of spot friction stir welded A 5052 alloy plates showed lower value at the shallowest insertion depth and increased with tool insertion depth. At 1.6mm, the maximum value of 3.35 kN was obtained, and then dropped to lower load when the insertion depth was deeper. Spot friction stir welded joints showed shear fracture mode at shallower insertion depths and fracture mode changed to plug fracture mode as the insertion depth was deeper.
용접이음부의 신뢰성 확보는 구조물의 건전성과 내구성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 점용접 이음재의 피로설계기준(fatigue design criterion)을 정하기 위해서는 정확한 응력해석과 체계적인 피로강도평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 실제 전동차량 차체에 많이 적용되는 냉간 및 열간압연강판인 SPCC, SPCE, SPHE을 대상으로 기하학적 인자(geometrical factors)들을 선별해서 TS형과 CT형의 대표적인 점용접 이음재 시험편을 기본모델로 하여 인장전단하중을 가하여 피로강도 및 피로특성을 평가하고자 하였다. 그리고 피로균열의 발생과 성장 기구에 대한 영향을 분석하기위해 용접 시 발생되는 여러 가지 주요인자들 중 입열량에 의해 발생할 수 있는 용접잔류응력을 X-ray 회절법에 의해 실험적으로 해석하였다. 그리고 이러한 해석을 통하여 얻어진 결과를 중첩(superposition)함으로 해서 잔류응력을 고려했을 경우 너깃 단 최대주응력으로 피로강도를 재평가하여 합리적인 피로설계기준(fatigue design criterion)을 재정립하고자 하였다.
In this study, the lap welding between austenitic stainless steel and carbon steel was carried out using arc spot welding process and weldability of welded specimens was estimated. From the tensile-shear strength test, micro Vickers hardness test, and microstructure observation, specimen of 6.5mm(hole of upper plate) showed the best results in terms of tensile-shear strength and nugget shape. And there was an unmixed zone in fusion boundary between the carbon steel base metal and bulk weld metal. This zone had very thin width with the hard microstructure. The shape of weld nugget in arc spot welding of dissimilar metal welds was predicted by searching thermal history of a weld joint through a three-dimensional finite element model. From the numerical analysis, predicted the shape of weld nugget showed good agreement with the experiment(Received August 24, 1999)
In this study, the lap welding between austenitic stainless steel and carbon steel was carried out using arc spot welding process and weldability of welded specimens was estimated. From the tensile-shear strength test, micro Vickers harness test, and microstructure observation, specimen of $psi6.5mm$(hole of upper plate) showed the best results in terms of tensile-shear strength and nugget shape. And there was an unmix zone in fusion boundary between the carbon steel base metal and bulk weld metal. This zone had very width with the hard microstructure. The shape of weld nugget in arc spot welding of dissimilar metal melds was predicted by searching thermal history of a weld joint through a three-dimensional finite element model. From the numerical analysis, predicted the shape of weld nugget showed good agreement with the experiment.
Spot welding palys a key role in increasing productivity and weight reduction of the final products. This paper proposes a systematic approach on the design of spot weld configuration, dealing with the requried number and location of spot weld joints under the given design parameters, such as the applied loads, lap area, and individual spot weld strength. The optimal design of a spot-welded joint is postulated as a state when the safety factors of all spot weld points (i) are evenly distributed and (ii) reach maximum value. A CAD program is developed to arrange the optimal location of each spot weld based on the derived objective function and constraints. The CAD tool integrates the optimization procedure with Finite Element Analysis (FEA) code through an interface. The interface automatically provides geometrical data and mesh configuration for different spot weld locations to FEA model. It also extracts the transmitted load of each spot weld from the FEA code, and allows the optimization code predict an improved arrangement of spot weld locations. The feasibility of the developed approach is demonstrated by the selected examples.
Spot welding is a very important and useful technology in fabrication of thin sheet structures such as the parts in an automobile. However, because the fatigue strength of the spot welding point is considerably lower than that of the base metal due to stress concentration at the nugget edge, the nugget size must be estimated to evaluate a reasonable fatigue strength at a spot welded lap joint. So far, many investigators have experimentally studied the estimation of fatigue strengths of various spot weldments by using a destructive method. However, these destructive methods poses problems so testing of weldments by these methods are difficult. Furthermore, these methods cannot be applied to a real product, and are time and cost consuming, as well. Therefore, there has been a strong, continual demand for the development of a nondestructive method for estimating nugget size. In this study, the effective nugget size in spot weldments have been analyzed by using thermoelastic stress analysis adopting infrared thermography. Using the results of the temperature distribution obtained by analysis of the infared stress due to adiabatic heat expansion under sinusoidal wave stresses, the effective nugget size in spot welded specimens were estimated. To examine the evaluated effective nugget size in spot weldments, it was compared with the results of microstructure observation from a 5% Nital etching test.
To evaluate the applicability of dissimilar joining between Mg and Al alloys in automobile manufacturing process, solid state joining processes such as magnetic pulse welding(MPW), friction stir welding(FSW) and friction spot joining(FSJ) were attempted successfully. MPW process has been concentrated mainly on round section tube to tube and tube to bar welds. AZ31 Mg alloy has been successfully welded to pure Al A1070 as well as to Al alloy A3003. While, for friction stir welding of dissimilar sheet joints, AZ31B/A6061 with the thickness of 2mm were used and a square butt joint with a good quality was obtained at the conditions of 0.8mm/sec of travel speed and tool rotation speed of 850rpm. The maximum tensile strength of 179 MPa, which was about 80 % of the Mg base metal tensile strength, has been obtained. Finally, friction spot joining was attempted to make a dissimilar lap joint between AZ31(0.8mm) and A6061(1mm), while the joint exhibited the same level of tensile shear strength as that of similar Mg joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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