The aim of this project was to, based on a given idea, develop and evaluate a method for measuring residual stress in thin PVD coatings. AlCrN was deposited, by PVD, on thin circular samples of stainless steel foil and the radius of the emerged curvature was measured using an optical profilometer. From the radius data the residual stress in the coating of each sample was calculated. The foil samples examined were of two different thicknesses, 0.3 mm and 0.5 mm. With the parameters of the project the foils of 0.3 mm were found most suitable. Furthermore, the method was compared to an already established method where depositions are made on thicker substrates, which are then ground to an appropriate thickness. A correlation factor between the two methods was calculated and found to be 0.91 ± 0.28. Finally, the possibility of adapting the method in running production was investigated. Cost and time analyses were conducted and both supported the applicability of the method. / Projektets syfte var att utveckla och utvärdera en metod för att mäta restspänningar i tunna PVD-beläggningar utifrån en redan befintlig idé. Tunna cirkulära prover av rostfritt stål belades med AlCrN genom PVD och radien på den utböjning som uppstod mättes med en optisk profilometer. Restspänningen bestämdes sedan utifrån den uppmätta radien. Folier av två olika tjocklekar, 0,3 mm och 0,5 mm, utvärderades. Med de processparametrar som användes i projektet visades att folien med tjocklek 0,3 mm var den bäst lämpade. Metoden jämfördes även med en etablerad metod där tjocka substrat beläggs och sedan slipas ned till lämplig tjocklek. En korrelationsfaktor som relaterar de två metoderna bestämdes till 0,91 ± 0,28. Slutligen undersöktes möjligheterna att använda metoden i löpande produktion. Kostnads- och tidsanalyser utfördes och resultaten stödjer metodens användbarhet.

Irradiation of a reactor pressure vessel (RPV) causes a shift of the ductile to brittle transition region towards higher temperature regions. In the event of a pressurized thermal shock (PTS), where the temperature drops drastically, the ductile to brittle transition region might be entered for irradiated ferritic steel. Hence, there is a risk of brittle cleavage fracture. Cleavage fracture is a transgranular unstable fracture initiated by cracked second phase particles and rapidly propagated over grain boundaries. The warm pre-stressing (WPS) effect can be helpful as it increases the apparent fracture toughness of ferritic steel pre-loaded in the ductile temperature region, which is the case for a PTS. This effect has been proven effective for virgin material, but the impact of residual stress fields on the WPS effect have not been investigated thoroughly. Utilizing a finite element model of notched three-point bending specimens and a non-local probabilistic model for fracture prediction the effect of residual stresses on the WPS effect was investigated in this thesis. Regarding the crack tip state, expressed as J, the probability of fracture was alike for both material with and without residual stresses, however a significant loss of load bearing capacity was found comparing them two. The magnitude of this loss depends on pre-load level as well as specimen size. This loss however, was also found when not considering the WPS effect. / Bestrålning av ferritiska reaktortankar orakar en förskjutning av den duktil-spröda omslagstemperaturen till högre temperaturer. Vid en trycksatt termisk shock (TTS) sjunker temperaturen drastiskt i reaktorn och omslagstemperaturen kan nås. Därför uppstår en risk för klyvbrott. Klyvbrott är en transgranulär ostabil spricktillväxt initierad av sprickor i sekundärfaspartiklar som propagerar över korngränserna om spänningstillståndet är gynnsamt. Varm förbelastning, eller warm pre-stressing (WPS) kan vara fördelaktig eftersom den höjer den effektiva brottsegheten hos ferritiskt stål som förbelstats i den duktila temperaturregionen, som är fallet för TTS. Den här effekten har visats effektiv för material utan restspänningar, men för fallet med restspäninningar saknas utförliga undersökningar av WPS-effekten. Med hjälp av en finita element model av tre-punkt böjprovstavar och en icke-lokal sannolikhetsmodell för prediktion av brott så undersöktes vilken effekt restspänningar har på WPS-effekten. Brottsannolikheten visade sig vara lika för både material med och utan restspännigar om man syftar på sprickspetstillståndet, uttryckt som J. Däremot syns en tydlig förlust i lastbärande förmåga mellan de två fallen. Storleksordningen på förlustern beror både på förbelastningsnivå och provstavsstorlek. Den förlusten kunde dock finnas även för fall utan någon WPS effekt.

This master thesis was carried out at Scania CV AB. The focus for this thesis is the prediction of welding distortions that can cause problems in the manufacturing process of Scania's after-treatment system. The after-treatment system is mainly assembled by sheet metal plates of the ferritic stainless steel EN 1.4509. The plates are welded together. When welding, distortions and residual stresses occur, and they also depend on the sequence in the component was welded together. The distortions and residual stresses can cause tolerance related issues and a lower lifetime for the welded components. Experiments are expensive and therefore it is desirable to simulate the welding process, thereby controlling distortions and optimizing welding sequences. To simulate the welding process and predict the welding distortions a thermo-mechanical FE-model was created for two typical welds found on the after-treatment system. The first scenario was two thin plates welded onto each other in an overlap weld joint and the second scenario was a thin plate welded onto a thick plate in a overlap weld joint. After the FE-model was compared to the experiments. An optimization of the welding sequences was also made on a larger component typically found on the after-treatment system. The FE-model can predict the distortion shape with good accuracy for the T-fillet weld, while the model predicted a more symmetric distortion shape on the overlap weld compared to a more asymmetric shape found on the experiments, but the error is still not very large. The Fe-model can also be used to optimize the welding sequence for bigger components on the after-treatment system within a reasonable time span compared to doing the opimization manually in an experiment. / Detta examensarbete gjordes för Scania CV AB. Fokus for detta examensarbete har varit kvarvarande deformationer efter svetsning som kan skapa problem vid tillverkningen av Scanias avgasefterbehandlingssystem. Avgasefterbehandlingssystemet är till mesta dels konstruerat av stålplåtar av det ferritiska rostfria stålet EN 1.4509, plåtarna är svetsade ihop och då uppstår kvarvarande deformationer. När komponenter svetsas samman uppstår deformationer och restspänningar. Dessa deformationer och restspänningar är också beroende på i vilken sekvens komponenterna har svetsats ihop. Deformationerna och restspänningarna kan skapa problem med toleranser och sänka livslängden för komponenterna som sammanfogats. Experiment är kostsamma och därför är det önskvärt att simulera svetsprocessen, och därav kontrollera deformationerna som uppstår och optimera i vilken sekvens som komponenterna ska svetsas ihop. För att simulera svetsprocessen och prediktera de kvarvarande deformationerna efter svetsning så gjordes termo-mekanisk FE-model för två vanliga svetsscenarion för avgasefterbehandlingssystemet. Det ena scenariot är två tunna plåtar som svetsas ihop i en överlappande position och det andra var en tunn plåt som svetsas på en tjockare plåt. Ett experiment gjordes sedan för båda svetstyperna. Efter att svetstyperna hade jämförts med experimentet så gjordes en optimering av svetssekvensen för en större komponent likt komponenter funna på avgasefterbehandlingssystemet. Den termomekaniska FE-modelen kunde prediktera de kvarnvarande deformationerna och deras form med bra noggrannhet jämfört med experimentet med undantag för en deformationsform på de tunna plåtarna som var mer symmetrisk i FE-modellen jämfört med den asymmetriska formen i experimentet. FE-modellen kunde också användas för att optimera svetssekvensen för den större komponenten inom en rimlig tidsrymd.

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. / Minute defects may occur in large complex Ti-6Al-4V castings, sometimes these are unnoticed until after machining and a high cost has been sunk into the part. These defect and other potential manufacturing mishaps render a need for additive repair methods. The state of the art method TIG welding can repair the parts but may leave unacceptable residual stresses, where the state of the art solution of Post Weld Heat Treatment might create a surface defect known as alpha case. Therefore there is a need for a repair weld method that results in lesser or negligible residual stresses. This thesis, carried out at GKN Aerospace – Engine Products Sweden, Trollhättan analyses the potential relationships between the laser welding parameters Power, Spot size, and Weld speed and the resulting residual stresses in a low energy parameter area on the material Ti-6Al-4V. A parameter box of 17 parameter sets was established, laid down and analyzed under micrograph, of this box the outer 8 parameter sets were simulated via the Finite Element Analysis welding simulation software MARC and a relationship between the input parameters and their resulting residual stresses was analyzed. A statistically significant trend was found supporting the claim that a decrease in transversal stresses in the center of a 20mm weld line is caused by an increase in Weld speed. This has implications for welds using run-on & run-of plates. It was also noted that an increase in Power or Spot size, or a decrease in Weld speed increases the area under residual stress; both as individual parameters and in synergy. This has implications for Post Weld Heat Treatment in determining the size and shape of the area in need of treatment.