Master's Thesis

Assessment of welding quality of chassis parts made of high-strength MC materials in automotive conditions

Final Thesis 10.45 MB

Author of thesis: Bc. Luděk Doležal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Marek Slováček, Ph.D., IWE

Reviewer: Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Abstract:

This master's thesis focuses on evaluating the weld quality of chassis components made of thermomechanically rolled S355MC and S550MC steels and optimizing robotic MAG welding parameters for automotive applications. Based on an initial analysis, a lap joint with a sheet thickness combination of 4.0 mm and 2.8 mm was selected for detailed investigation, as it exhibited a higher defect rate than the fillet joint. The experimental phase involved tuning 50 welding parameter variants, from which two final sets with different heat inputs were chosen: sample DA_05 Q = 434.5 J.mm-1 and sample DT_44_SH Q = 521.4 J.mm-1. Subsequently, hardness measurements, tensile tests, and fatigue tests with loading amplitudes of 50, 40, 30, and 25 MPa were conducted. Finally, verification was performed using FEM numerical simulation in the SYSWELD software. The results demonstrated significant softening in the heat-affected zone. For the S550MC steel, hardness dropped from 225 to 191 HV1, while the S355MC steel showed a more moderate decrease from 174 HV1 in the base metal to 155 HV1 in the HAZ. During tensile testing, the weldments fractured in the S355MC base material at maximum achieved forces of Fm5 = 26.08 kN and Fm44 = 28.86 kN. Fatigue tests revealed the weld toe as the primary site of crack initiation. The joints safely met the requirements of the fatigue reference class FAT 36 for stress in the effective weld cross-section. However, they failed to meet the stricter FAT 63 criterion for stress in the base metal at the weld transition due to high local stress concentration. A higher heat input proved beneficial for extending fatigue life. The numerical simulation supported the experimental data by predicting the hardness drop and identifying the weld toe as a critical stress concentrator reaching 4.3 times the nominal stress value.

Keywords:

S355MC, S550MC; lap joint, durability, FAT

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval komisi výstupy a závěry své práce a zodpověděl dotazy oponenta. Dále byly studentovi položeny následující otázky: doc. Mrňa – Popište použitý přídavný materiál, který byl využit pro svařovací experimenty. (otázka byla plně zodpovězena) doc. Moravec – Vyjádřete se k prasklinám na testovaných vzorcích a zdůvodněte své tvrzení. (otázka byla plně zodpovězena) Dr. Kaleta – Popište kritérium, při kterém je průběh tvrdosti svarových spojů vyhovující a při kterém nikoliv? (otázka byla plně zodpovězena)

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology (STG)

Composition of Committee

doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (předseda)
Doc. Jaromír Moravec, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jaroslav Kubíček, IWE (člen)
Ing. Marek Slováček, Ph.D., IWE (člen)
Ing. Karel Kaleta, Ph.D. (člen)
Ing. Dávid Bucko (člen)

Supervisor’s report
Ing. Marek Slováček, Ph.D., IWE

Diplomová práce se zabývá svařování moderních ocelí s vyšší pevností typu MC v podmínkách automobilového průmyslu. Uvedené oceli se převážně používají na podvozkové díly, které jsou zatěžovány dynamicky a únavově. Cílem diplomové práce bylo stanovit vliv geometrie svaru a vliv případných vrubových účinků na pevnost a únavovou životnost. Pro předkládanou diplomovou práci byl zvolen přeplátovaný svar a kombinace materiálů S355MC a S550MC. Spoj byl zvolen na základě velmi široké rešerše geometrických tvarů různých svarových spojů, vyhodnocení možných chyb dle normy ISO 5817 a jako problematický byl právě primárně vybrán přeplátovaný spoj. Cílem bylo připravit minimálně dva typické tvary geometrie svarového spoje a provést kompletní testy, jako je kontrola kvality, makro a mikro rozbor, měření tvrdosti, pevnosti a únavové zkoušky. Svařování bylo provedeno na zařízeních VUT, robotické svařování MAG CMT. Tzn. byly připraveny programy, jak pro posun a lokalizace robota s MAG hlavou, tak i pro potřebné svařovací parametry. Navíc, byl i navržen a vyroben speciální svařovací přípravek. Přípravné práce byly provedeny na kombinaci materiálu S355 a S235, kde bylo cca. provedeno 50 technologických variant. Nakonec byly vybrány dvě varianty a ty byly aplikovány na kombinaci S355MC a S550MC. Na základě provedených zkoušek a experimentů bylo identifikována kvalita B, dále výsledky tvrdosti dle požadavek norem, tahová pevnostní zkouška vykazovala standardní vlastnosti dle použité materiály. Únavové zkoušky se pohybovaly v požadovaném intervalu dle FAT diagramu pro daný spoj, ale byly pozorovány zajímavé rozdíly pro obě zvolené varianty, tzn. geometrie svaru. Dále v rámci diplomové práce byly i provedeny komplexní numerické simulace svařování, nalezení a kalibrování vstupních dat jako je množství přivedeného tepla, optimalizace materiálových databází s ohledem na výsledné materiálové struktury a tvrdosti a deformace, tzn. uvedené modely jsou ověřeny a připraveny k dalšímu použití. Dále byla i provedena strukturální numerická analýza tahové zkoušky. Student byl aktivní během vypracování diplomové práce, komunikoval, zúčastňoval se pravidelných konzultací. Text práce je velmi dobře zpracován, je jasný a výsledky a závěry jsou jasně komunikovány. Na základě uvedených skutečností hodnotím výborně – A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Kubíček, IWE

Diplomová práce Bc. Luďka Doležala s názvem „Posouzení kvality svařování podvozkových částí z vysokopevných materiálů typu MC v podmínkách automotive“ obsahuje 64 stran textu, obrázků a celkem 7 příloh. V úvodní části je proveden rozbor zadání a vlastní komponenta pro řešení svařovacího postupu zádní náprava automobilu. Jedná se o součást svařovanou z ocelí vyšší pevnosti s vysokým dynamickým zatížením. U popisu svařovaných materiálů chybí informace, že se jedná o typy Domex 355MC a Domex 550MC, které májí vyšší čistotu než běžné S355 a S550.

V části literární studie je dostatečně podrobně popsána problematika svařování, pevnostních materiálů, využití numerické simulace (nepřesný termín – obloukový plamen) i podrobně rozebrány zatěžovací stavy svařovaných komponent nápravy. Pozornost je zaměřena na únavové vlastnosti, zatěžovací cykly i rozbor faktorů s vlivem na životnost. Vlastní experiment a přípravné práce zahrnoval velké množství zkušebních svarů. Část odladění parametrů svařování je velmi důležitá, poněvadž pro vlastní experimentální svařování bylo k dispozici omezené množství materiálu. Na stránce 47 -49 uvádíte pro odladění svařování 50 variant parametrů a jejich hodnocení tvaru a rozměrů jednotlivých svarů. V příloze 3 jsou uvedeny, ale předpokládal bych alespoň reprezentativní vzorek cca 15 - 20 fotografií jednotlivých svarů a jejich vad. Experimentální práce a jejich vyhodnocení je na velmi vysoké úrovni. Mechanické zkoušky i vyhodnocení únavových zkoušek jsou provedeny správně. Závěrečná část experimentu se široce věnuje numerické simulaci s využitím software SYSWELD. Predikce teplotního pole strukturních přeměn a rozložení tvrdosti potvrdili výsledky zkoušek.

Pro tak významnou práci bych doporučil získat Inspekční certifikáty 3.1, kde je, přesné chemické složení a mechanické vlastnosti konkrétní tavby. Dle tab. 18 je vidět téměř poloviční obsah uhlíku u skutečného složení, proti materiálovým listům SSAB kde materiál Domex 355MC a má max. 0,10%C a Domex 550 má max. 0,12%C.

V experimentu není popsaný přídavný materiál G3Si1 jeho složení a mechanické hodnoty. Správné označení je dle EN ISO 14341-A: G 42 4 C1/M21 3Si1 (ER70S-6).

DP má celkově vysokou technickou úroveň je psána technicky správně, bez překlepů a má dostatečnou obrázkovou dokumentací. Diplomant prokázal schopnost samostatné odborné práce a proto doporučuji DP k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete nižší hodnotu výsledných pevností u vzorku 5 a 44 u oceli S 355MC v tab.33. a rovnicích 2.16 a 2.17. V místě lomu dle obr.79 ocel zcela určitě nebyla ovlivněna svařovacím procesem.
  2. Jaké složení a mechanické hodnoty má konkrétní přídavný materiál G3Si1, který byl použit pro experiment a co kompletní značení dle ISO 14341 znamená?
  3. Na obr. 68 uvádíte jako černé tečky- oxid hlinitý. Byla provedena RTG analýza?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová