The effect of strength mis-match on the mechanical properties and fracture behavior of laser welded steels

Lazer kaynaklı çeliklerde mukavemet uyuşmazlığının mekanik özellikler ve kırılma davranışı üzerindeki etkisi

Abstract

For the welding of many structural metallic materials, laser beam (LB) offers many advantages over traditional welding processes such as cost effectiveness, deep penetration, low heat input, narrow bead width and heat affected zone (HAZ), low distortion and welding in an exact and reproducible manner at high speed. However, the metallurgical aspects and mechanical/fracture properties of laser welded joints and the response of conventional materials to this new process have not yet been fully established. The welding process may lead to drastic changes in the microstructure with accompanying effects on the mechanical properties/fracture behavior and hence on the performance of the joint. High speed laser welding results in a weld metal structure dominated by martensite and other fast thermal cycle constituents in steels due to its nature. A complete information on the microstructural, tensile and fracture toughness properties of the fusion zone is essential for pre-qualification and complete understanding of the joint performance in service as well as for conducting the defect assessment procedure for laser welded joints. Therefore, an experimental investigation on the metallurgical aspects and mechanical/fracture properties of laser welded joints has been carried out using five different combinations of welded joints. Extensive hardness measurements across the weld area has been carried out. The mechanical properties have been examined by microhardness survey and testing of conventional transverse tensile, round tensile and flat microtensile specimens. The results are compared with each other. CTOD (Crack Tip Opening Displacement) measurements using three point bend specimens were carried out at room temperature. The effect of mechanical heterogeneity (mis-matching) at the vicinity of the crack tip on the CTOD fracture toughness values was also discussed.

Özet

Birçok metalik malzemenin kaynağında lazer ışın kaynağı diğer alışılmış kaynak yöntemlerine göre yüksek güçlü lazer kaynağı hesaplı kullanım, derin nüfuziyet, düşük ısı girdisi, dar kaynak ve ısıdan etkilenmiş bölgeler, az şekil bozukluğu ve yüksek hızda hassas kaynak gibi avantajlara sahiptir. Fakat, lazer kaynaklı bağlantıların metalurjik yönleri ile mekanik/kırılma özellikleri ve alışılmış malzemelerin bu yeni kaynak yöntemine olan tepkileri henüz tam olarak belirlenmemiştir. Bu kaynak yöntemi malzemenin mikroyapısında ve dolayısıyla mekanik özelliklerinde/kırılma davranışında, sonuç olarak bağlantı performansında büyük değişikliklere neden olabilir. Yüksek hızlı lazer kaynağı yapısı gereği, büyük miktarda martenzit ve diğer hızlı ısıl çevrim bileşenleri içeren kaynak metali oluşumuna yolaçar. Kaynak bölgesinin çekme ve kırılma tokluğu özelliklerinin tam olarak belirlenmesi, kaynağın yeterliliğinin ve bağlantı performansının servis çalışma durumunda tam olarak anlaşılabilmesi ve böylesine bir dar kaynak dikişine sahip bağlantılar için hata belirleme prosedürlerinin uygulanabilmesi açısından son derece önemlidir. Bu nedenle, beş değişik tip kaynaklı bağlantı kullanılarak lazer kaynaklı bağlantıların metalurjik yapıları ile mekanik özellikleri/kırılma davranışlarının belirlenmesi amacıyla deneysel bir çalışma yapılmıştır. Kaynak bölgesi civarında çok sayıda sertlik ölçümü yapılmıştır. Mekanik özellikler rnikroyapı araştırmaları ve standart çekme, yuvarlak çekme ve düz mikroçekme numuneleri ile testler yapılarak belirlenmiştir. Sonuçlar birbiriyle karşılaştırılmıştır. Üç noktalı eğilme numuneleri kullanılarak oda sıcaklığında Çatlak Ucu Açılma (CTOD) deneyleri yapılmıştır. CTOD değerlerinde çatlak ucu çevresindeki mekanik heterojenitenin etkisi de araştırılmıştır.