search query: @supervisor Vilaca, Pedro / total: 6
reference: 1 / 6
« previous | next »
| Author: | Nenonen, Juho |
| Title: | Development of friction stir welding tool for sealing copper canisters |
| Kuparikanisterien kitkatappihitsauksen työkalun kehittäminen | |
| Publication type: | Master's thesis |
| Publication year: | 2016 |
| Pages: | (7) + 71 Language: eng |
| Department/School: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Main subject: | Koneenrakennuksen materiaalitekniikka (K3003) |
| Supervisor: | Vilaça, Pedro |
| Instructor: | Salonen, Timo |
| Electronic version URL: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201609224212 |
| Location: | P1 Ark Aalto 4544 | Archive |
| Keywords: | friction stir welding tool design spent nuclear fuel disposal Cu-OFP työkalun kehitys kitkatappihitsaus loppusijoituskanisteri ydinjätteen loppusijoitus |
| Abstract (eng): | The present work focus on the evaluation and development of the material and design of the probe for friction stir welding (FSW) process planned to be applied in the sealing of about 50 mm thick copper canisters, containing nuclear waste. The present research activities are the first step in an ongoing major revision, and further development, of an earlier work conducted in 1997. Meanwhile, the control of the FSW process and remaining technological conditions have undergone significant developments, but the tool material and design were essentially kept constant. Considering that the reliability of the geometrical features, and life, of the non-consumable tool is of key importance, for a successful application of the FSW process, the actual revision envisages to extend, if possible, the robustness of the welding solution. Because the materials science is in permanent development, this thesis evaluated the potential for utilization of conventional and new advanced materials in the market, with higher potential to reduce the risk of failure during the complex thermal and mechanical load system that the tool undergoes during the FSW cycle. The initial development concluded that wrought nickel superalloy Nimonic 105 would be best material for this application, out of the almost 20 materials that by then were considered. However, the research report admitted that there weren't time and money to investigate more options. This thesis confirms that among the eligible materials by then, the selection of Nimonic 105 was well justified. However, there were aspects that the original research neglected and this research managed to find good material options out of conventional nickel superalloys. Additionally, a wider literature review on material options was made and several newer nickel- and cobalt-based superalloys show promise for future applications. A new experimental testing method was proposed to compare promising materials. Concerning the design of the probe, this thesis considers all the geometrical features and principles of the original concept and proposes new developments based on dedicated performance parameters. Originally, the development of probe design was considered unfinished, according to the reports, because the whole process and welding equipment were still being developed and therefore it was impossible to identify which features of the weld were linked to probe design. A new revised geometry is proposed for further computational fluid dynamics and experimental evaluation. |
| Abstract (fin): | Tämä diplomityö esittelee kehitystyötä, jota on tehty kitkatappihitsauksen tappityökalulle, jolla hitsataan kiinni käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituksessa käytettäviä 50 mm paksuja kuparikanistereita. Kehitystyö on jatkoa aiemmalle tutkimus- ja kehitystyölle, joka alkoi 1997. Työkalun kehittämisen jälkeen itse hitsausprosessin kontrollointia ja hitsauksen olosuhteita on kehitetty, mutta itse työkalulle ei ole merkittäviä muutoksia tehty. Koska työkalun kestävyys ja geometristen piirteiden toimivuus ovat äärimmäisen tärkeitä kitkatappihitsauksen onnistumisen kannalta, kehitystyön tavoitteena on parantaa prosessin luotettavuutta. Tässä työssä myös arvioidaan niin markkinoilla olevia kuin hiljattain kehitettyjä uusia materiaaleja, jotka voivat vähentää työkalun riskiä hajota kesken korkeassa lämpötilassa tapahtuvan, mekaanisesti vaativan hitsausprosessin. Alkuperäisessä kehitystyössä työkalumateriaaliksi valittiin taottu nikkelisuperseos Nimonic 105, joka osoittautui parhaaksi lähes 20 tutkitun materiaalin joukosta. Kuitenkin, loppuraportissa mainitaan, ettei projektissa ollut aikaa eikä rahaa tutkia kaikkia mahdollisia vaihtoehtoja. Tässä diplomityöprojektissa todettiin, että Nimonic 105:n valinta oli alkuperäisen tutkimuksen puitteissa hyvin tehty valinta. Siinä tutkimuksessa ei kuitenkaan huomioitu aivan kaikkea mahdollista ja tässä työssä nostetaan mahdollisiksi materiaalivaihtoehdoiksi joitain perinteisiä nikkelisuperseoksia, jotka olivat jo tuolloin saatavilla. Lisäksi materiaalivaihtoehdoista tehtiin kattavampi kirjallinen esittely ja viime vuosina kehitetyistä materiaaleista löytyy useita kiinnostavia nikkeli- ja kobolttipohjaisia superseoksia, jotka saattavat tulevaisuudessa soveltuvia kitkatappihitsaussovelluksiin. Materiaalien myöhempää vertailua varten kehitettiin soveltava testausjärjestelmä. Tässä työssä arvioitiin aiemassa projektissa tehtyjä työkalun geometrian kehityksen askelia ja niiden perusteella laadittujen suuntalinjojen avulla laadittiin paranneltuja työkalukonsepteja tulevaa arviointia varten. Alkuperäisen kehitystyön loppuraportin mukaan myös työkalun geometrian viimeistely jäi keskeneräiseksi, koska koko prosessin kehitystyö ja laitteisto oli vielä keskeneräistä, eikä osattu arvioida mitkä hitsisauman ominaisuudet johtuivat työkalusta ja mitkä prosessin muista tekijöistä. Tässä työssä kehitetty geometria on valmis arvioitavaksi projektin seuraavassa vaiheessa simuloinnin ja käytännön kokeiden avulla. |
| ED: | 2016-09-25 |
INSSI record number: 54445
+ add basket
« previous | next »
INSSI