| dc.description.abstract | Det er et kjent fenomen at materialet i den varmepåvirkede sonen (HAZ) hos Al-Mg-Si-legeringer blir svekket etter sveising. Østhus et al. har designet et dataprogram som simulerer strekkprøving av sveiste Al-Mg-Si ekstruderingsprofiler som har blitt varmebehandlet lokalt i HAZ med induksjon.
Målet med denne oppgaven var å undersøke nøyaktigheten til et materialsimuleringsverktøy kalt NaMo. Fire forskjellige Al-Mg-Si-legeringer sveiset med fire forskjellige sveisemetoder ble undersøkt. Videre ble virkningsgraden til to induksjonsspoler designet for bruk til lokal oppvarming av HAZ bestemt.
Simulering av sveising i NaMo krever informasjon om termiske sykluser under sveising. Slik informasjon kan hentes fra sveisemodeller. For å modellere sveisesykluser korrekt må sveisemodellen brukt i denne studien kalibreres opp mot virkelige termiske sykluser med hensyn til distanse fra sentrum av sveis til smeltegrensen. Det ble utviklet en innovativ metode for å kalibrere sveisemodellen. Denne metoden gav god overensstemmelse med målte termiske sykluser.
NaMo ble observert til å være konservativ i sine beregninger av distansen fra sveisesone til det svakeste punktet i HAZ, samt til å være konservativ i estimering av hardheten i dette punktet. Det ble gjort forsøk på å forklare hvorfor dette var tilfellet, for eksempel å studere hvordan forskjellige tider for varmebehandling etter sveising påvirker resultatene i NaMo, men undersøkelsene var inkonklusive. Resultatene fra simuleringene viste også at NaMo overestimerte hardheten i grunnmaterialet til legeringen AA6082.53. Dette ble senere vist til å skyldes for lav input-parameter for volum tetthet av dispersoider i Al-Mg-Si-Cr-legeringer.
Induksjonsspolene brukt i denne oppgaven hadde størrelser 2x14 mm og 7x28mm. Virkningsgraden av induksjonsspolene ble observert til å øke med økende spolestørrelse, samt å minke med økende bruttoeffekt. For den minste induksjonsspolen varierte virkningsgraden fra 2.5 til 1.0%, imens for den større spolen varierte den fra 2.2 til 2.0%. Grunnen til så lav virkningsgrad skyldes mest sannsynlig den små størrelsen på induksjonsspolene, den gode termiske og elektriske ledningsevnen til aluminium, samt en lav skinneffekt i aluminium.
Oppvarming til 550 ⁰C med induksjonsspolene tok omtrent 5 til 3.5 min, for liten og stor induksjonsspole respektivt. Det ble observert vid spredning av varme under oppvarmingen, noe som mest sannsynlig påvirker hardheten negativt i store deler av materialet. For å forbedre virkningsgraden til induksjonsspolene er det nødvendig å øke levert bruttoeffekt, og frekvensen på vekselstrømmen i spolene, utover det som var mulig med induksjonsutstyret i denne oppgaven. Videre kan det også være nødvendig å forbedre designet på spolene. | |
| dc.description.abstract | Softening of the heat affected zone (HAZ) during welding of Al-Mg-Si alloys is a widely known phenomenon. To improve the structural properties of welded Al-Mg-Si alloys, Østhus et al. have designed a computational concept that simulates tensile testing of welded Al-Mg-Si extrusion profiles that have been heat treated locally with induction.
The aim of this master’s thesis was to investigate the accuracy of a materials simulation software called NaMo on four Al-Mg-Si alloys and four welding methods, and to determine the efficiency of two induction coils designed for the purpose of heat treating welded aluminium extrusion profiles locally.
In order to simulate welding in NaMo, the weld thermal cycles must first be modelled utilizing a weld thermal cycle software. This software needs to be calibrated against measured thermal cycles with respect to distance from weld centre to fusion line to model thermal cycles correctly. A novel approach was developed to calibrate the weld thermal cycle software, which was found to give a good match between modelled and measured thermal cycles.
NaMo was observed to be conservative in its calculations of the distance from weld centre to the weakest point in the HAZ, and to be conservative when calculating the hardness level of said point. Attempts were made to investigate why this was the case, such as erroneous time measurements for PWHT, however, the investigation remained inconclusive. It was found that NaMo overestimated the base material hardness of the alloy AA6082.53, but this was later proved to be caused by not correcting for the high amount of dispersoids in Al-Mg-Si-Cr alloys in the simulations.
The two induction coils tested had areas of 2x14 mm and 7x28 mm. The efficiencies of the induction coils were observed to increase with increasing induction coil size, and to decrease with increasing gross power. The smaller induction coil was observed to have an efficiency varying from 2.5 to 1.0%, while for the larger coil it varied from 2.2 to 2.0%. The reasons for the small efficiencies are believed to be multifaceted, owing to the small coil size, high thermal and electrical conductivity of aluminium, and a low skin effect in aluminium.
Heating to 550 ⁰C with the induction coils was seen to take approximately 5 to 3.5 min, for the smaller and larger coil, respectively. This led to large areas becoming impacted by the heat, something which is thought to lead to large areas with diminished strength. To improve the efficiency of the induction coils it is necessary to increase the delivered gross power, increase the frequency of the AC current, and perhaps to redesign the coils. | |
