Welding mechanism and welding quality in extrusion welding

Abstract

A short theoretical foundation is presented that covers; heat treatment of aluminium to T6 condition, a brief overview of conditions that affect extrusion welding in aluminium and a few well-known methods for mechanical testing of weld quality.

Provided experiment data on a simplified case of hollow profile extrusion will be investigated by the use of FEA  on a constructed model. The model is used to create several simulation variants with different friction parameters. The construction and setup of simulation aims at exploiting the software tool’s capabilities to create an effective analysis. Simulations are run in an attempt to reproduce a known effect in a specific case of unlubricated hot extrusion of aluminium, namely the formation of a gas pocket at the bridge back end. Presented and discussed results includes: Load-strokeMaterial flowStrain rate distribution in the weld seamPressure distribution in the weld seam The gas pocket effect is best reproduced by using a set shear friction, which deviates from earlier practice where manual sticking have been applied. As manually set sticking friction has been known to accurately represent material flow, a shear friction of m = 20 was set to emulate this as best as possible. Advantages of running with consistent shear friction includes; no need for manual intervention, the course of temperature distribution is gradual and simuation is able to predict pockets or lack of filling.

Two previously extruded aluminium profiles were provided for study and mechanical weld testing. Existing test methods were considered before it was decided to go forth with ideas conceived in discussions with the teaching supervisor. The first concept named, the tensile tube test, was discontinued due to cost and time issues. The second concept named, the mandrel expansion test, lived to be manufactured and tested. In addition a reference experiment was also run to further validate the results. The mandrel expansion test proved itself able to distinguish between degrees of ductility, and is reckoned as successful. In the investigated profile it proved that the weld seam had lower ductility than the unwelded material.

The work on both test methods is presented as an iterative account of the process from concept to discontinuity and practical execution.

Gjennom en kort innføring i teori dekkes; varmebehandling av aluminium til T6 tilstand, en liten oversikt over påvirkende faktorer i ekstruderingssveising av aluminium og noen velkjente metoder for mekanisk testing av sveisekvalitet.

Data fra en tidligere gjennomført hulprofilekstrudering vil bli undersøktmed bruk av FEA  på en konstruert modell. Modellen brukes til å generere flere simuleringsvarianter med forskjellige friksjonsparametre. Konstruksjonen og simuleringsoppsettet har som mål å utnytte programvarens muligheter til å lage en effektiv analyse. Simuleringer er kjørt med mål om å reprodusere en gasslomme-effekt ved endespissen på brua. Dette er gjort for et spesifikt tilfelle av varmekstrudering av aluminium, uten smøring. Presenterte resultater og diskusjon inkluderer: Kraft-veiMateriflytTøyningsratedistribusjon i sveisesømmenTrykkdistribusjon i sveisesømmen Gasslomme-effekten er gjengitt best ved en fastsatt skjærfriksjon, noe som avviker fra tidligere praksis i ekstruderingssimulering der manuell klebring har blit brukt. Siden klebetilstand med suksess har gjengitt materiflyt ble skjærfriksjonen fastsatt til m= 20, for å tilnærme klebetilstanden nærmestmulig. Fordeler med å kjøre med fastsatt skjærfriksjon er; ikke behov for manuell interaksjon underveis, temperaturdistribusjonen skjer gradvis og simuleringen kan forutsi lommer ellermangel på fylling.

To ekstruderte aluminiumsprofiler ble gjort tilgjengelige for undersøkelser og mekanisk testing. Eksisterende metoder ble overveid før det ble bestemt at det skulle utvikles nye, i samråd med veileder. Det første konseptet kalt, strekkrørtest, ble forkastet på grunn av kostnads- og tidsrammer. Konsept nummer to kalt, dorekspansjonstest, ble gjennomført i helhet. I tillegg så ble det kjørt referansetester for å validere resultatene. Testen har påvist forskjeller i duktilitet og må sies å være en suksess. I det undersøkte profilet beviser den at ekstruderingssveisene har lavere duktilitet enn det usveisede materialet.

Arbeidet med begge testmetodene er presentert som en iterativ prosess fra konsept til forkastelse, eller eksperimentell utførelse.