مطالعه ریزساختاری و خواص مکانیکی اتصالات لیزری غیرمشابه بین فولاد زنگ‌نزن فریتی 430 و فولاد زنگ‌نزن دوفازی 2304 با هدف بهینه‌سازی نیروی شکست اتصالات

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22044/jsfm.2020.8774.2987

چکیده

در این پژوهش، به‌منظور اتصال غیرمشابه میان ورق‌های فولاد زنگ‌نزن فریتی 430 و فولاد زنگ‌نزن دوفازی 2304 از فرایند جوشکاری لیزر Nd:YAG با حداکثر توان 280 وات استفاده گردید. در ابتدا به مطالعات ریزساختاری، تحولات فازی و تغییرات خواص مکانیکی در اثر جوشکاری پرداخته شد. سپس، بهینه‌سازی پارامتر‌های فرایند جوشکاری لیزر با هدف بهبود خواص مکانیکی و با استفاده از روش‌های آماری انجام شد؛ بنابراین؛ از روش طراحی آزمایش رویه سطح با تکنیک مرکب مرکزی جهت بهینه‌سازی پارامتر‌های مؤثر فرایند شامل توان لیزر، سرعت جوشکاری و عمق فوکوس استفاده شد و پارامتر‌های بهینه با درنظر گرفتن پاسخی مانند نیروی شکست اتصالات، تعیین شدند. بدین منظور، از آزمایش کشش تک‌محوره برای تعیین استحکام اتصالات و از میکروسکوپ نوری برای مشاهدات ریزساختاری و تغییر و تحولات فازی بهره گرفته شد. نتایج نشان می‌دهد که، با کاهش سرعت جوشکاری و افزایش توان لیزر میزان نیروی شکست اتصالات، حداکثر تا 3587 نیوتن افزایش می‌یابد. با توجه به نتایج تغییرات ریزساختاری، رشد دانه‌ها و وجود کاربید‌های پراکنده در منطقه جوش مشاهده گردید. همچنین تأثیر حرارت ورودی ناشی از تغییر پارامتر‌های جوشکاری لیزر، بر روی پروفیل ریزسختی مورد بحث و بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج، حداکثر میزان سختی در منطقه جوش نمونه‌ی با حرارت ورودی کم به‌دست آمد که میزان آن در حدود 332 ویکرز اندازه‌گیری شد.

کلیدواژه‌ها


[1] Tan H, Wang Z, Jiang Y, Yang Y, Deng B, Song H, et al. (2012) Influence of welding thermal cycles on microstructure and pitting corrosion resistance of 2304 duplex stainless steels. Corros Sci 55: 368-377.

[2] Luo J, Dong Y, Li L, Wang X (2014) Microstructure of 2205 duplex stainless steel joint in submerged arc welding by post weld heat treatment. J Manuf Process 16(1): 144-148.

[3] Lippold JC, Kotecki DJ (2005) Welding metallurgy and weldability of stainless steels. John Wiley & Sons, New Jersey.

[4] Nilsson JO (2014) Super duplex stainless steels. Mater Sci Technol 8(8): 685-700. 

[5] Tavares SSM, Pardal JM, Lima LD, Bastos IN, Nascimento AM, de Souza JA (2007) Characterization of microstructure, chemical composition, corrosion resistance and toughness of a multipass weld joint of superduplex stainless steel UNS S32750. Mater Charact58(7): 610-616.

[6] Muthupandi V, Bala Srinivasan P, Seshadri SK, Sundaresan S (2003) Effect of weld metal chemistry and heat input on the structure and properties of duplex stainless steel welds. Mater Sci Eng A 358(1-2): 9-16.

[7] Mostaan H, Nematzadeh F (2017) Micro laser welding of AISI 430 ferritic stainless steel: Mechanical properties, magnetic characterization and texture evolution.  Int J ISSI 14(2): 1-8.

[8] Alizadeh-Sh M, Marashi SPH, Pouranvari M (2014) Resistance spot welding of AISI 430 ferritic stainless steel: Phase transformations and mechanical properties. Mater Des 56: 258-263.

[9] Verma J, Taiwade R V., Kataria R, Kumar A (2018) Welding and electrochemical behavior of ferritic AISI 430 and austeno-ferritic UNS 32205 dissimilar welds. J Manuf Process 34: 292-302.

[10] Wu W, Hu S, Shen J (2015) Microstructure, mechanical properties and corrosion behavior of laser welded dissimilar joints between ferritic stainless steel and carbon steel. Mater Des65: 855-861.

[11] Prabakaran MP, Kannan GR (2019) Optimization of laser welding process parameters in dissimilar joint of stainless steel AISI316/AISI1018 low carbon steel to attain the maximum level of mechanical properties through PWHT. Opt Laser Technol 112: 314-322.

[12] Nagaraju U, Gowd GH, Ahmad RMI (2018) Parametric analysis and evaluation of tensile strength for laser welding of dissimilar metal. Mater Today Proc5(2): 7898-7907.

[13] Reisgen U, Schleser M, Mokrov O, Ahmed E (2011) Optics & laser technology statistical modeling of laser welding of DP / TRIP steel sheets. Opt Laser Technol1: 1-10.

[14] Emadi M, Mostaan H, Rafiei M (2020) Evaluation of microstructure and corrosion behavior of dissimilar laser joint between Inconel 625 and AISI 430 ferritic stainless steel. JWSTI 5(2): 103-121.

[15]  Pakmanesh MR, Shamanian M, Asghari S (2018) Analysis of pulsed laser welding parameters effect on weld geometry of 316L stainless steel using DOE. J Adv Mater Eng 36(4): 105-116.

[16] Madhusudan Reddy G, Srinivasa Rao K (2009) Microstructure and mechanical properties of similar and dissimilar stainless steel electron beam and friction welds. J Adv Manuf Technol 45(9-10): 875-888.

[17] Ramkumar KD, Chandrasekhar A, Singh AK, Ahuja S, Agarwal A, Arivazhagan N, et al. (2015) Comparative studies on the weldability, microstructure and tensile properties of autogeneous TIG welded AISI 430 ferritic stainless steel with and without flux. J Manuf Process 20: 54-69.

[18] Saravanan S, Sivagurumanikandan N, Raghukandan K (2019) Effect of heat input on microstructure and mechanical properties of Nd: YAG laser welded super duplex stainless steel-numerical and experimental approach. Optik(Stuttg) 185: 447-455.

[19] Hussein FI, Akman E, Genc Oztoprak B, Gunes M, Gundogdu O, Kacar E, et al. (2013) Evaluation of PMMA joining to stainless steel 304 using pulsed Nd:YAG laser. Opt Laser Technol 49: 143-152.

[20] Liao H Te, Chen ZW (2013) A study on fiber laser micro-spot welding of thin stainless steel using response surface methodology and simulated annealing approach. Int J Adv Manuf Technol 67(5-8): 1015-1025.

[21] Moradi M, Golchin E (2017) Investigation on the effects of process parameters on laser percussion drilling using finite element methodology; statistical modelling and optimization. Lat Am J Solids Struct 14(3): 464-484.

[22] Abdollahi H, Mahdavinejad R, Ghambari M, Moradi M (2014) Investigation of green properties of iron/jet-milled grey cast iron compacts by response surface method. Proc Inst Mech Eng Part B J Eng Manuf 228(4): 493-503.

[23] Faraji AH, Moradi M, Goodarzi M, Colucci P, Maletta C (2017) An investigation on capability of hybrid Nd:YAG laser-TIG welding technology for AA2198 Al-Li alloy. Opt Lasers Eng 96: 1-6.

[24] Aminzadeh A, Safari A, Parvizi A (2019) Experimental study of weld line displacement and drawing depth in TWBs steel sheets manufactured by laser and friction stir welding. Modares Mechanical Engineering 19(9): 2183-2192.