This thesis work is concerned with effect of material grade on fatigue strength of welded joints. Fatigue strength evaluation of welded joints in as welded and post weld treated condition was carried out with effective notch method. Results of peak stress method have also been compared with those of effective notch method for as welded joints. In addition, using the results of effective notch method, the effect of important weld and global geometry factors on notch stress concentration factor has been studied with 2-level design of experiment and a mathematical relation among stress concentration factor and the geometric factors has been proposed. Overall, thickness of the base plate and toe radius is found to be the most important factors determining fatigue strength of the joint. Welding induced residual stresses have also been predicted using 2D and 3D FEM analysis to see their effect on fatigue strength of the joints. Also, transversal residual stresses were measured using X-ray diffraction method to assess the accuracy of predicted results. Based on simulation results, effect of geometric factors on maximum value of transversal residual stress was also investigated.

This thesis has been conducted at Cargotec Sweden AB as a case study on the loader body of the HIAB XS 144 crane. The loader body is the innermost part in the cranes arm-system and its fatigue life is critical to the operational life of the whole crane. Welding is the main joining process in Cargotec’s cranes and are often a limiting factor when it comes to fatigue life. The weld joining the column to the loader body is carrying the whole crane moment. Previous testing has shown that this weld often limits the fatigue life of the loader body, it has thus been evaluated. Weld fatigue life is affected by a large amount of parameters. To pinpoint the parameters mainly affecting the weld fatigue life and to understand their influence, calculations have been organized using factorial design. The evaluation has been carried out using 3D finite element calculations utilizing sub-modelling to calculate local stresses in the weld notches. Different parameters have been evaluated based on their influence on the local notch stresses. To estimate stresses from the evaluated parameters, regression equations have been fitted. The effective notch method has been used to estimate weld fatigue life. The evaluation has shown that a butt-weld design with root-support, only being welded from the outside of the loader body, as used on some other crane models, could not provide a robust design for the XS 144 crane. The evaluation could also point out several critical parameters that need to be considered when using such design. Apart from the local weld geometry, plate thickness, plate angle, material offset and thickness in the casted column were mainly affecting the weld notch stresses.

Fatigue life estimation of welds is a complex issue since the characteristics of each weld are unique depending on load case, geometry and properties. Fatigue life estimation on weld ends is limited and often the weakest point of a weld. There are five different methods for evaluation of fatigue life as following: nominal stress method, hot-spot method, effective notch method, fracture mechanics and lab testing. To evaluate fatigue life on weld ends, only lab testing can be used.   The purpose with this thesis is to determine a method for evaluation of fatigue life weld ends for a load carrying weld joint. This is done by comparing finite element calculations to mechanical testing and adapt the existing calculation method to have a better correspondence to the test results. The focus will be to analyse the fatigue through mechanical testing and develop a new fatigue class (FAT) and slope of the S/N-curve for weld ends.   The research was conduct through different parts with fatigue testing in form of mechanical testing, strain gauge measurements and creating different modelling techniques for finite element calculations. The development of the different modelling techniques has been carried out using linear misalignment, increasing the depth of fusion by extension of the weld root gap, changing plate edge radius at the weld toe notch and decreasing the throat thickness on a finite element model on the continues weld design.   The result from the mechanical testing indicates that the continues weld has a higher fatigue strength than the discontinues weld and that the initial crack mainly in both weld designs mainly propagating from the weld root. The fatigue strength when the initial crack starts at the weld root is higher than when the crack starts at the weld toe.   The conclusion is that the tested modelling techniques can’t be used to analyse the real-life weld end design. from the comparison between the mechanical test results the FE analysis result the fatigue life can be approximated with the effective notch method using FAT 340  and slope  at 50 % failure probability for weld ends, if the calculated root stress is used even if the toe stress is higher. / Livslängsberäkningar för utmattning av svetsar är ett komplext problem, då varje svets har unika kännetecken som är beroende av lastfall, geometrin och andra egenskaper från svetsprocessen. Livslängdsuppskattning av svetslut är ett område där det inte finns så mycket forskning, trots att svetsluten ofta har högst spänningskoncentration och lägst livslängd. Det finns fem olika beräkningsmetoder för att utvärdera livslängden, nominell spänning, hot-spot, effective notch, brottmekanik och labbprovning. För att utvärdera livslängden på svetslut kan endast labbprovning användas som utvärderingsmetod.   Syftet med detta examensarbete är att bestämma en analysmetod för utvärdering av livslängden av svetslut för en lastbärande svetsfog. Detta görs genom jämförelse mellan provresultat på detaljer med och utan svetslut och resultat från finita elementberäkningar. Fokus kommer att vara att analysera utmattningen för svetsförbandet genom mekanisk provning och ta fram ett nytt FAT-värde och en lutning på S/N-kurvan motsvarande resultaten från den mekaniska provningen av svetslut.   Forskningen har genomförts i olika steg, genom utmattningsprovning i form av mekanisk provning, genom mätning med trådtöjningsgivare och genom beräkningar med finita elementmetoder. I beräkningarna har olika modelleringsmetoder testats för att se om det gick att få bättre överenstämmelse med provresultatet.   Resultatet från de mekaniska testerna indikerar att de svetsförband med kontinuerlig svets har en högre utmattningsstyrka än svetsförbanden med svetslut. De mekaniska testerna indikerar att utmattningssprickan för båda designerna huvudsakligen sker från svetsroten. Livslängden då spricktillväxten sker från svetsroten är högre än då spricktillväxt sker från svetstån.   De olika modelleringsmetoderna som provades gav inte högst spänningskoncentration vid provobjektens sprickstart. Ingen av dessa metoder fångar därför det verkliga beteendet. Utifrån en jämförelse mellan provresultaten och resultatet från FE analysen kan utmattningshållfastheten i svetsluten approximeras med effective notch metoden om ett FAT-värde 340  och en lutning på  vid 50 % brottrisk används, förutsatt att den beräknande rotspänningen används även om tåspänningen är högre.

Stål är ett material som används i olika byggnadskonstruktioner. I de byggnadskonstruktioner som utsätts för upprepade belastningar kan utmattning ske i materialet. Utmattning leder till permanenta skador i form av sprickbildning och slutligen brott. I svetsade konstruktioner är det ofta svetsar som har den lägsta utmattningsstyrkan. För att förbättra en svets utmattningsstyrka finns efterbehandlingsmetoder som benämns Post Weld Treatment (PWT). Idag används den beräkningsmetod som är föreskriven i Eurokod vid verifiering av svetsar. Beräkningsmetoden är förenklad och kan underskatta objektets livslängd med hänsyn till utmattning. Syftet med arbetet är att studera olika dimensioneringsmetoder som behandlar utmattningsbelastade svetsar samt hur tillämpning av PWT kan förbättra en typsvets livslängd. Målet med arbetet är att studera en typsvets och visa skillnaden i antalet lastcykler mellan beräkningsmetoderna samt hur många lastcykler samma typsvets förväntas öka med PWT. Teorin och resultaten utgår från vetenskapliga artiklar, litteraturstudier och enfallstudie som behandlar både en genomsvetsad stumsvets samt en kälsvets lokaliserade på en I-balk. Resultatet pekar mot att den metod som används idag underskattar livslängden och att PWT kan markant kan förbättra en svetsutmattningsstyrka. / Steel is a material used in various building structures. Fatigue can occur in the material if building structures is exposed for repeated loads. Fatigue leads to permanent damages such as crack initiations and fracture. It is common that welds in welded structures have the lowest fatigue strength. A welds fatigue strength can be improved with treatments termed Post Weld Treatment (PWT). Today a welds fatigue strength is verified with a method described in Eurocode. The calculation method is simplified which can underestimate the objects number of lifecycles regarding fatigue. The purpose with this essay is to study different structural design methods for fatigue exposed welds and how many lifecycles a typeweld will increase when applying PWT. The goal with this essay is to study a typeweld and calculate the number of lifecycles between the calculation methods and to show how many lifecycles the same type weld will increase when applying PWT. The results and theory are based on scientific articles, literature studies and a casestudy which both contains a through welded butt weld and a fillet weld placed on an I-beam. The results points at that the calculation method that is used today underestimates the number of lifecycles and that the number of lifecycles increased significant after PWT.

Detta examensarbete handlar om finita element analys av svetsade förband i korgen på Volvo dumpern A40E. Det genomfördes i samarbete med Volvo CE i Braås. Uppgiften var att ge företaget en lämplig lösning för att minska mängden svetsskarvar på den främre delen av lastenheten. För att uppnå detta har en rad analyser genomförts med hjälp av CATIA och ANSYS på både de befintliga och de justerade (potentiella ersättare) svetsade förbanden. Analyserna visar att utmatningshållfastheten av svetsade förband huvudsakligen beror på inbränningsdjupet. Med andra ord, förstärka svetsförband genom större inbränning är mer fördelaktigt än att använda mer svets på utsidan. Slutsatsen blev att både produktionstid och kostnad kan minskas genom justering av de svetsade förbanden. Eftersom svetsförband på lastenheten är sammankopplade bör mer omfattande studier som inkluderar alla svetsar genomföras för att uppskatta effekterna av liknande justeringar. / The work presented in this master thesis is about the finite element analysis of the welded connections in load carrying unit of the articulated hauler, Volvo A40E. It was performed in cooperation with Volvo CE in Braås. The task was to provide the company with an appropriate solution to reduce the amount of weld used on the front part of the load carrying unit. To accomplish this, a series of analyses utilising CATIA and ANSYS was performed on both existing and adjusted (potential replacement) welded connections. The analyses brought to light the fact that the fatigue resistance of welded connections significantly depends on the penetration depth. In other words, reinforcing the welded connections by deeper penetration is more beneficial than providing support from outside through thicker weld. It was concluded that applying adjusted welds lessens both the production time and cost. Nevertheless, since the welds on the load carrying unit are correlated; more extensive studies covering all welds should be carried out to estimate the impacts of similar replacements.

<p>Detta examensarbete handlar om finita element analys av svetsade förband i korgen på Volvo dumpern A40E. Det genomfördes i samarbete med Volvo CE i Braås. Uppgiften var att ge företaget en lämplig lösning för att minska mängden svetsskarvar på den främre delen av lastenheten. För att uppnå detta har en rad analyser genomförts med hjälp av CATIA och ANSYS på både de befintliga och de justerade (potentiella ersättare) svetsade förbanden. Analyserna visar att utmatningshållfastheten av svetsade förband huvudsakligen beror på inbränningsdjupet. Med andra ord, förstärka svetsförband genom större inbränning är mer fördelaktigt än att använda mer svets på utsidan. Slutsatsen blev att både produktionstid och kostnad kan minskas genom justering av de svetsade förbanden. Eftersom svetsförband på lastenheten är sammankopplade bör mer omfattande studier som inkluderar alla svetsar genomföras för att uppskatta effekterna av liknande justeringar.</p> / <p>The work presented in this master thesis is about the finite element analysis of the welded connections in load carrying unit of the articulated hauler, Volvo A40E. It was performed in cooperation with Volvo CE in Braås. The task was to provide the company with an appropriate solution to reduce the amount of weld used on the front part of the load carrying unit. To accomplish this, a series of analyses utilising CATIA and ANSYS was performed on both existing and adjusted (potential replacement) welded connections. The analyses brought to light the fact that the fatigue resistance of welded connections significantly depends on the penetration depth. In other words, reinforcing the welded connections by deeper penetration is more beneficial than providing support from outside through thicker weld. It was concluded that applying adjusted welds lessens both the production time and cost. Nevertheless, since the welds on the load carrying unit are correlated; more extensive studies covering all welds should be carried out to estimate the impacts of similar replacements.</p>