HC420la çelik saclarının lazer (LW) ve gazaltı (MAG) teknikleri ile kaynaklı birleştirmelerinin mekanik ve metalurjik Özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışma, yüksek mukavemetli ve düşük alaşımlı (YDDAÇ / HSLA) HC420LA çeliğinin lazer kaynağında BS EN ISO 13919-1:2019'a göre tespit edilen süreksizlikleri ve kusurları en az seviyeye indirmeyi amaçlamaktadır. Kusur olarak tespit edilen olguların giderilmesi için, 2 mm sac kalınlığı için uygulamadaki ısı girdisi olan 0,168 kJ/mm değeri değiştirilmiş ve HC420LA çeliği gazaltı kaynağı (MAG) ve lazer kaynağı ile birleştirilmiştir. Lazer kaynağı için manuel lazer (ML) ve robotik lazer (RL) makineleri kullanılmıştır. Gazaltı ve lazer kaynakları için üç farklı ısı girdisi değeri belirlenerek 50x100x2 mm ölçülerindeki sac parçalar alın kaynağı ile birleştirilmiştir. Kaynaklı bağlantıların mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak görüntülenmiş, kaynak ve ısıdan etkilenen bölgelerin kimyasal bileşimi X-ışını kırınımı (XRD) ile karakterize edilmiştir. Mikroyapı, sertlik ve çekme mukavemetinin değişimi ısı girdisinin bir fonksiyonu olarak incelenmiştir. Tüm parametrelerde kaynak dikişleri düzgün bir şekilde oluşmuş ve alttan kesme gözlenmemiştir. Ayrıca, bazı parametrelerde oluşan porozite dışında, kaynaşma eksikliği, kök içbükeyliği, aşırı nüfuziyet veya yan duvar kaynaşma eksikliği gibi kusurlar oluşmamıştır. Kaynaklı numunelerin çekme mukavemeti, kaynaksız duruma göre, gazaltı ve robotik lazer yönetimlerinde ısı girdisinin artmasıyla azalırken, manuel lazer yönteminde tam tersi bir durum oluşmuştur. Kaynaklı numunelerin mukavemet değerleri, kaynaksız numuneye kıyasla %7 ila %33 oranında azalmıştır. En yüksek mukavemet değerleri gazaltı kaynağı ile 0,096 kJ/mm ısı girdisi değerinde 538 MPa, manuel lazer kaynağı ile 0,135 kJ/mm ısı girdisinde 532,5 MPa, robotik lazer kaynaklı numunelerde 0,108 kJ/mm ısı girdisinde 562,5 MPa olarak elde edilmiştir. Mikroyapı analizi, Widmanstätten ferritleri gibi sert ve kırılgan yapıların varlığını ortaya çıkarmış, bu da sertliğin artmasına ve uzamanın azalmasına neden olmuştur. Robotik lazer yöntemiyle 0,108 kJ/mm ısı girdisinde birleştirilen numunenin kaynak dikişinde XRD analizi sonucunda benzersiz bir Mn3O4 fazı bulunmuştur. Bulgular, kaynak kalitesini ve mekanik performansı iyileştirmek için ısı girdisi optimizasyonunun çok önemli olduğunu ve robotik kaynağın gazaltı kaynağı ve manuel lazer kaynağına kıyasla daha düşük ısı girdisi değerlerinde daha yüksek mukavemet sağladığını göstermektedir.

This study aims to minimize the discontinuities and defects detected in laser welding of high strength and low alloy (HSLA) HC420LA steel according to BS EN ISO 13919-1:2019. In order to eliminate the phenomena identified as defects, the applied heat input value of 0.168 kJ/mm for a sheet thickness of 2 mm was changed and HC420LA steel was joined by gas metal arc welding (MAG) and laser welding. Manual laser (ML) and robotic laser (RL) machines were used for laser welding. Three different heat input values were determined for gas metal arc and laser welding and 50x100x2 mm sheet metal parts were joined by butt welding. The microstructures of the welded joints were imaged using optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) and the chemical composition of the weld and heat affected zones were characterized by X-ray diffraction (XRD). The variation of microstructure, hardness and tensile strength were studied as a function of heat input. For all parameters, the weld seams were uniformly formed and no undercutting was observed. In addition, no defects such as lack of fusion, root concavity, excessive penetration or lack of sidewall fusion occurred, except for porosity in some parameters. The tensile strength of the welded specimens decreased with increasing heat input in the gas and robotic laser methods compared to the non-welded condition, while the opposite was observed in the manual laser method. The strength values of the welded specimens decreased by 7% to 33% compared to the non-welded specimen. The highest strength values were 538 MPa at a heat input of 0.096 kJ/mm with gas metal arc welding, 532.5 MPa at a heat input of 0.135 kJ/mm with manual laser welding, and 562.5 MPa at a heat input of 0.108 kJ/mm with robotic laser welding. Microstructure analysis revealed the presence of hard and brittle structures such as Widmanstätten ferrites, which resulted in increased hardness and decreased elongation. XRD analysis of the weld seam of the sample joined by robotic laser at a heat input of 0.108 kJ/mm revealed a unique Mn3O4 phase. The findings show that heat input optimization is very important to improve weld quality and mechanical performance, and robotic welding provides higher strength at lower heat input values compared to gas metal arc welding and manual laser welding.