Experimental and numerical study on the seam welds in hot extrusion of complex aluminium hollow profiles

Abstract

Ekstruderings prosessen er en produksjonsmetode som produserer ekstruderings profiler i langsgående retning. Disse ekstruderings profilene er tatt ibruk i forskjellige bruksområder. Den ekstruderte profilen brukes for bil, transport, struktur industrien, etc. Ekstruderingsprofilen kan produseres både som en enkel profil eller kompleks hul profil. Hvis den komplekse hulprofilen er produsert blir ekstruderings prosessen vanskeligere og det er mye ting som må tas i betraktning. En av disse er den langsgående sømsveisen. For å produsere en god langsgående sømsveis er det flere krav som er nødvendig for å resultere til en god ekstruderings profile. Denne masteroppgaven går ut på å undersøke den komplekse høl ekstruderings profile for den langsgående sømsveisen. Målet med denne masteroppgaven er å forstå den langsgående sømsveisen gjennom forskjellige teorier som f.eks. sveise kvaliteten, den langsgående sømsveis styrken og svakhetene, eksisterende eksperimenter i dette erfaringsfeltet og til slutt bruke eksisterende kilder og literatur for å bygge opp denne masteroppgaven om den komplekse ekstrudering profilen. Lokasjon A og lokasjon B fra samme ekstruderings profil ble valgt til undersøkelsen. For å fullføre disse målene må settes det opp flere eksperimenter for å undersøke den langsgående sømsveisen. Disse eksperimentene er; numerisk analyse, strekk test, teoretisk kalkulasjoner og digital bilde korrelasjon. To lokasjoner A og B ble kuttet fra den komplekse høl ekstruderingsprofilen ble testet. Disse lokasjonene ble kuttet til testbiter. Den teoretiske kalkulasjonene resulterte i funnen ved bruken av sveise kriteriaene Q, J, K, PPmod(plan), PPmod(profil) og Qform numerisk verdi. Det ble funnet at bare Qform numerisk verdi skiller seg ut fra resten av sveise kriteriaene hvor forventet sveise kvalitet ligger i senter av sveiseplanet. Disse funnene er studert for å bedre forstå sveise kvaliteten. Alle sveise kriteriaene hadde lik oppførsel for kalkulering av sveisekvalitet. Lokasjon A hadde best sveisekvalitet sammenligned med lokasjon B. Kantene for den sveiseplanet ble funnet ut til å være den sterkeste lokasjonen for sveise kvaliteten for begge lokasjon A og lokasjon B. Den svakeste området var funnet å være i sentrum av sveiseplanet. Den numeriske modellen ble produsert og verdier angående sveisekvaliteten was funnet. Verdier som hastighet, gjennomsnitt stress og effektiv stress, temperature osv. ble tatt. Den numeriske analysen fant en lav mendge med dødsoner og sammensvarte med funnene fra de teoretiske kalkulasjonene. Sveisekvaliteten fra lokasjon A er bedre enn lokasjon B. Strekktest ble gjennomført for å bevise at for begge lokasjonene A og B var en dårlig metode for å finne sveisekvaliteten på ekstruderingsprofilen. Funnene viser at strekktesten av den langsgående sømsveisen hadde likens resultater som foreldermaterialet. Duktiliteten er en bedre metode for å måle sveisekvaliteten for the langsående sømsveisen. Duktiliteten mellon lokasjon A og B sammenlignet med deres foreldermaterialet var annenledes. Lokasjon A søm sveis viste lik duktilitet som deres forelder materiale. Lokasjon B sømsveis viste svaker duktilitet sammenlignet med deres forelder materiale. Den digitale bilde korrelasjonen prosserte alle strekk test eksperimentene og fant svakhet i kantene for forsøksbitene for den langsgående sømsveisen i lokasjon A. I lokasjon A så er svakheten ikke så drastisk forskjellige mellon nabo nodene. I lokasjon B var den langsgående sømsveisen svakest i senter og en klar forskjell mellon nabo-nodene ble funnet. Brudd var forventet for begge lokasjonene i senter for forsøksbitene. Disse testene vise nyttig informasjon om den langsgående sømsveisen i varm ekstruderings profil. Disse eksperimentene bruker funn fra kombinert med hverandre for å sikre kvalitet resultater og henvender til mange av literature fra tidligere funn. Funnene ved digitalt bilde korrelasjon og teoretisk analyse komplementerer hverandre. Den numeriske analysen og strekk testene er enige om hverandre om lokasjon A og lokasjon B sveisekvalitet som er bygget på sveise kriteriaene. Det kan bli sett ved bruk av strekk test er en god måte å forstå sveisekvalitet gjennom duktiliteten, hvor en klar sveise forskjell i lokasjon A og lokasjon B er tilstede. Dette betyr to typer sveising har tatt plas på denne komplekse høl ekstrusjonsprofilen. Lokasjon A oppfører seg likt som foreldrematerialet og lokasjon B oppfører seg som en sveis som har svakere mekansike egenskaper.

The extrusion process is one production method that produces longitudinal extrusion profiles which are applied for different fields. The extrusion profiles can be used for automotive, structural, transportation, etc. The extrusion profiles can be produced as simple profiles or complex hollow profiles. If the complex hollow profiles are produced the extrusion process becomes much more difficult and many things must be taken into consideration. One of these is the longitudinal seam weld. To produce a good longitudinal seam weld there several requirements necessary to result in a good extrusion profile. This is the thesis investigation on the complex hollow extrusion for the longitudinal seam weld. The goal of this thesis is to understand the longitudinal seam welds through different theories such as the welding quality, the longitudinal seam welds strength and weaknesses, existing experiments in the current field of study and lastly use existing papers and literature to build upon this thesis's complex hollow extrusion profile. Two locations were picked for experimentation. Location A and location B are from the same extrusion profile. To finish these goals several experiments were set up to understand the longitudinal seam weld. The experiments were numerical analysis, tensile test, theoretical calculations, and digital image correlation. Two locations A and B cut from the complex hollow extrusion profile were experimented upon. These locations were cut into samples. The theoretical calculations resulted in the use of the welding criteria Q, J, K, PPmod(plane), PPmod(profile) and Qform numerical value. Only the Qform numerical value differs from the rest of the welding criteria as the expected welding quality is strongest in the centre of the welding plane. These findings are then studied to better understand the welding quality. All the welding criteria had similar behaviour for the calculation of welding quality. Location A had the best welding quality compared to location B. The edges in the welding plane were found to be the strongest location of welding quality for both location A and location B. The centre of the welding plane was found to be the weakest in the terms of welding quality. The numerical model was produced and values regarding the welding quality were deducted. Values as velocity, mean stress, effective stress, temperature etc. were extracted. Numerical analysis found low amounts of deadzones and agreed with findings from theoretical calculations. The numerical model was used to calculate the welding qualities. From the numerical analysis, the welding quality of location A was better than location B. The tensile test proved for both location A and location B the tensile strength is bad for understanding the longitudinal seam weld. Findings showed tensile test of the longitudinal seam weld had similar results as the parent material. The ductility was a better choice for measuring welding quality for the longitudinal seam weld. The ductility between locations A and B compared to their parent material was found different. Location A seam weld showed similar ductility as the parent material. Location B seam weld showed weaker ductility than the parent material. The digital image correlation (DIC) processed all the tensile samples experiments and found edge weakness in the samples for longitudinal seam weld in location A. In location A the strain weakness wasn’t a drastic difference between neighbouring nodes. In location B the longitudinal seam weld showed weakness in the center and a difference between neighbouring nodes was seen. Failure is expected to be in the middle for both locations. These tests provided useful information regarding the investigation of longitudinal welding in hot extrusion profile. The experiments use their findings combined with the others to ensure correct results and prove many of the research literatures previous findings. Findings showed that DIC and theoretical analysis complements each other. The numerical analysis and tensile test agree with each other regarding location A and location B welding quality which is backed up by the welding criterions. It can be shown tensile test is a good way to understand welding quality through ductility, where a clear welding difference in location A and location B are present. This means two types of welding has taken place on this complex hollow extrusion profile. Location A behaves like the parent material and location B acts as a weld that has weaker mechanical properties.