مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

بررسی تجربی اثر متغیرهای جوشکاری لیزر Nd:YAG ضربانی و پیشگرم بر اتصال ابرآلیاژ نایمونیک75

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه تهران
چکیده
در این تحقیق، اثر متغیرهای جوشکاری لیزر Nd:YAG ضربانی شامل انرژی ضربان، بسامد و سرعت جوشکاری بر عمق و عرض اتصال ابرآلیاژ نایمونیک 75 به ضخامت 1 میلی متر بررسی می شود. ریزساختار جوش حاصل دارای ریزساختار دانه-های ستونی در مرز و دانه‌های هم محور در مرکز جوش است. در مرز جوش گرادیان حرارتی (G) بالاتر بوده و دانه‌ها در خلاف جهت انتقال حرارت رشد کرده‌اند. ترک ذوبی از جمله عیوب جوش در نایمونیک 75 است که به دلیل حضور فازهای ترد و شکننده کاربیدهای از نوع MC مانند TiCو هم‌چنین تنش‌های حرارتی ایجاد می‌شود. دراین تحقیق با افزایش مدت زمان ضربان و بسامد، توان متوسط و هم پوشانی ضربان‌ها را افزایش داده تا موجب کاهش شیب دمایی و در نتیجه کاهش تنش حرارتی وارده به جوش ‌شود. نتایج آزمون سختی نشان می دهد که سختی در جوش بالاتر از فلز پایه بوده است و مقدار آن در عرض حوضچه به دلیل تغییر ریزساختار متفاوت است. ترک ذوبی در تمام نمونه‌های کارشده و عملیات حرارتی مشاهده شد، هرچند با انجام عملیات پیشگرم طول ترک‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد. با کاهش تنش‌های حرارتی و انجام فرآیند پیشگرم در تمامی آزمون ها طول ترک‌های ذوبی نسبت به حالت کارشده کاهش یافت. عملیات پیشگرم تحت دمای 150 درجه سانتیگراد سبب حذف ترک‌های ذوبی شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental investigation of the effect of pulsed Nd:YAG laser welding variables and preheating on the joining of Nimonic 75 superalloy

نویسندگان English

ramin mahdizadeh
Seyed Ali Asghar Akbari Mosavi
دانشگاه تهران
چکیده English

In this research, the effect of pulsed Nd:YAG laser welding variables, including pulse energy, frequency and welding speed, on the depth and width of Nimonic 75 with a thickness of 1 mm is investigated. The microstructure of the weld contains columnar grains in the border and coaxial grains in the center of the weld. At the welding boundary, the thermal gradient (G) is higher and the grains grow against the direction of heat transfer. Liquidation crack is one of the welding defects in Nimonic 75, which is caused by the presence of brittle phases of MC carbides such as TiC and also thermal stresses. By increasing the pulse time width and frequency, the average power and overlapping of pulses have been increased to reduce the temperature gradient and thus reduce the thermal stress on the weld. The microhardness in the weld was higher than the base metal and its value is different across the weld due to the change in microstructure. Liquidation cracks were observed in all the worked and heat-treated samples. By reducing the thermal stresses and performing the preheating process in all the tests, the length of the melting cracks decreased compared to the initial base plate. The preheating operation at 150 degrees Celsius removed the liquidation cracks.

کلیدواژه‌ها English

Pulsed laser welding
Nimonic 75 Alloy
Solidification cracking
Columnar and equiaxed dendrites
1.        Knock NO. Characterization of Inconel 718: Using Gleeble and Varestraint Testing Methods to Determine the Weldability of Inconel 718. MSc thesis. 2010.
2.         Lippold JC, Kiser SD, DuPont JN. Welding metallurgy and weldability of nickel-base alloys:   
             John Wiley & Sons; 2011.
 3.       Dodangeh S, Shahri F, Abbasi SM. The effects of carbon content on the microstructure and 650°C tensile properties of incoloy 901 superalloy. High Temp Mater Proc. 2015; 34:821–826.
4.        Steen WM, Mazumder J, Laser material processing. springer science & business media. 2010.
5.        Kim JD, Kim CJ, Chung CM. Repair welding of etched tubular compo-nents of nuclear power plant by Nd: YAG laser. 2001.
6.        Mei Y, Liu Y, Liu C, Li C, Yu L, Guo Q, Li H. Effect of metal and welding speed on fusion zone microstructure and HAZ hot-cracking of electron-beam welded Inconel 718. Mater & Des. 2016; 89:964-977.
7.        Zhang H, Li JK, Guan ZW, Liu YJ, Qi DK, Wang QY. Electron beam welding of Nimonic 80A: Integrity and microstructure evaluation. Vacuum. 2018; 151:266-274.
8.        Zhang H, Li P, Wang Q, Guan Z, Liu Y, Gong S. Electron beam welding of Niomoic 80A superallaoy: Microstructure evaluation and EBSD study after ageing heat treatments.  J Mat. Eng & Perf, ASM International. 2019; 28:741–752
9.          Boucher C, Varela D, Dadian M, Granjon H. Hot cracking and recent progress in the weldability of the nickel alloys Inconel 718 and Waspaloy. Rev Metall. 1978; 73:817–31.
10.      Boucher C, Dadian M, Granjon H. Final report COST 50. Paris; 1977.
11.      Ojo OA, Richards NL, Chaturvedi MC. Microstructural study of weld fusion zone of TIG welded In 738LC nickel-based superalloy. Scr Mater. 2004; 51:683–8.
12.       Egbewande AT, Buckson RA, Ojo OA. Analysis of laser beam weldability of Inconel 738 superalloy. Mater Charact [Internet]. Elsevier Inc.; 2010; 61(5):569–74.
13.      Koren A, Roman M, Weisshaus I, Kaufman A. Improving the weldability of Ni - base superalloy 713C. Weld J. 1982; (November):348–51.
14.      Chiang MF, Chen C. Induction-assisted laser welding of In-738 nickel – base superalloy. Mater Chem Phys. 2009; 114:415–9.

15.      Mishra D, Manjunath A, Partiban K. Experimental investigation and optimization on    interpulse welding of Nimonic C263 for the maximum tensile strength. Sādhanā. 2021; 46:168.

16.      Pulsed Lasers, Introduction to Power and Energy Calculations, Serving the Intellectually Curious. https://www.intechopen.com. IntechOpen - Open Science Open Minds  IntechOpen.
17.      Katayama S, Introduction: Fundamentals of laser welding, in: Handbook of laser welding technologies. Elsevier. 2013; 3-16.
18.      Chmelíčková H, Šebestová H. Pulsed laser welding, Institute of Physics of the Academy of Sciences of the Czech Republic, Joint Laboratory of Optics of Palacký University and Institute of Physics of the Academy of Sciences of the Czech Republic, Czech Republic; 2010.
19.      Tzeng YF. Parametric analysis of the pulsed Nd: YAG laser seam-welding process. J. Mater Proc Techn. 2000; 102(1-3): 40-47.
20.       Kou S. Welding Metallurgy. New Jersey: John Wiley & Sons; 2003.

21.      Yen YWSu JWHang, DP. Phase equilibria of the Fe–Cr–Ni ternary systems    

            and interfacial reactions in Fe–Cr alloys with Ni substrate. J Alloys & Comp. 2008; 457(1–2): 270-278.

22.       Taheri MRazavi MKashani-Bozorg SFTorkamany MJ. Relationship between     solidification and liquation cracks in the joining of GTD-111 nickel-based superalloy by Nd: YAG pulsed-laser welding. J Mater Res & Techno. 2021; 15: 5635- 5649.
23.  Kou S. Solidification and liquation cracking issues in welding. JOM: J Min Met
       & Mater Soc. 2003; 55(6):37-42.
24. Ebrahimzadeh H, Akbari Mousavi SAA. Investigation on pulsed Nd: YAG laser welding of 49Ni Fe soft magnetic alloy. Materials & Design. 2012; 38: 115-123.
 
25. Mashhuriazar AM, Hakan Gur C, Sajuri, Z, Omidvar H. Effects of heat input on metallurgical    
      2021; 15:1590-1603.
26. Senger A, Jokisch T, Olschok S, Reisgen U, Fischer T. Hot-cracks reduction during laser Beam   
 
27. Taheri M,   Kashani-Bozorg SF,  Alizadeh A, Heydari Beni M. Analysis of liquation and
      solidification cracks in the electron beam welding of GTD-111 nickel-base superalloy joint.
      Mater Res Exp. 2021; 8(7).
28. Guoliang Z, Decheng K, Wenzhe Z, Jian HE, Anping D, Da S, Baode S. Research progress on
       the crack formation mechanism and cracking-free design of γ' phase strengthened nickel-based
       superalloys fabricated by selective laser melting. Acta Metall Sin2023; 59(1):16-30 
29. Kou D, Chen Z, Chen Zh, Li Y, Ma Y, Li Y. Evolution of microstructure in nickel-based C-
      HRA-2 alloy during welding thermal simulation. Mater Res Exp. 2023;10 (5).
30. Reeks W, Davies D, Marchisio S. A review: Interlayer joining of nickel base alloys. 2020; 2(        
      100030).
 
31. Alhuzaim AF. Microstructure and mechanical property control during additive  
       manufacturing, PhD thesis, Metallurgy and Materials School of Engineering, University of
       Birmingham, 2021.
32. Wai F, Wilson T. Effects of C and B microalloying additions on the microstructure and      
        processability of René 41 Ni-based superalloy.  MSc. Thesis, School of Material Science and      
        Engineering, Faculty of Science, University of New South Wales, May 2022.

  • تاریخ دریافت 31 مرداد 1402
  • تاریخ بازنگری 04 دی 1402
  • تاریخ پذیرش 09 دی 1402