بررسی خواص مکانیکی جوش لیزری ورق فولادی st37 با استفاده از لیزر ان دی یاگ

عزیزی, حسین; صادقی, علی

doi:10.61186/masm.3.1.111

بررسی خواص مکانیکی جوش لیزری ورق فولادی st37 با استفاده از لیزر ان دی یاگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حسین عزیزی ¹

علی صادقی ²

¹ گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، تهران، ایران

² گروه مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دماوند، دماوند، تهران، ایران،

https://doi.org/10.61186/masm.3.1.111

چکیده

با در‌نظر‌گرفتن تغییر شکل‌های پلاستیکی احتمالی برای فلزاتی چون فولاد حین محاسبات طراحی‌، مصرف فلز در عمل کاهش می‌یابد. به‌طور‌کلی، عناصر سازه‌ای با بارهای سنگین، مانند پوسته‌های سازه‌های ساختمانی، موشک‌ها، راکتورهای شیمیایی، لوله‌های دیواره نازک و سایر سازه‌ها، با استفاده از روش‌های محاسباتی طراحی می‌شوند که به‌منظور طراحی درست و علمی بایستی تغییر شکل‌های پلاستیکی در آنها درنظر گرفته شوند. جوش لیزری یکی از مهم ترین و حساس ترین انواع جوش در فلزات محسوب می شود که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد. در مقاله اخیر، اثرات پردازش لیزر بر استحکام صفحات فولادی و میزان مقاومت آنها در برابر بار خمشی ناشی از تابش لیزر مورد‌بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایش‌های خمشی و شبیه‌‌سازی رایانه‌ای تغییر شکل الاستوپلاستیک نشان می‌دهند که ورق فولادی با کربن st37 تحت پردازش لیزر موضعی با ذوب سطحی ناشی از افزایش مقاومت مکانیکی می‌تواند به‌عنوان جایگزینی مناسب برای الیاژهای مقاوم‌تر و البته گران‌تر در مصارف صنعتی و نظامی پیشرفته استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

ریزساختار

خواص مکانیکی

جوش لیزری

ورق فولادی St 37

لیزر ان دی یاگ

عنوان مقاله English

Investigating mechanical properties of laser welding of st37 steel sheet using nd:yag laser

نویسندگان English

Hossein Azizi ¹

Ali Sadeghi ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Damavand branch, Islamic Azad University, Damavand, Tehran, Iran

² Department of Mechanical Engineering, Damavand branch, Islamic Azad University, Damavand, Tehran, Iran

چکیده English

Considering possible plastic deformations for metals such as steel during design calculations reduces metal consumption in practice. In general, structural elements with heavy loads, such as shells of building structures, rockets, chemical reactors, thin-walled pipes and other structures, are designed using computational methods, in order to properly and scientifically design, plastic deformations should be considered in them. Laser welding is one of the most important and sensitive types of welding in metals, which has many applications in various industries. In the present study, the effects of laser processing on the mechanical strength of steel sheets and their resistance to bending loads caused by laser radiation have been investigated. The results of bending tests and computer simulation of elastoplastic deformation show that st37 carbon steel sheet subjected to local laser processing with surface melting due to increased mechanical strength can be used as a suitable replacement for more resistant and expensive alloys in advanced industrial and military applications.

کلیدواژه‌ها English

microstructure

Mechanical properties

laser welding

steel sheet st37

nd:yag laser

[1] Huang S, Wang B, Li X, Zheng P, Mourtzis D, Wang L. Industry 5.0 and Society 5.0—Comparison, complementation and co-evolution. Journal of manufacturing systems. 2022;64:424-8.
[2] Kumar P, Sinha AN. Microstructure and mechanical properties of pulsed Nd: YAG laser welding of st37 carbon steel. Procedia computer science. 2018;133:733-9.
[3] Li Z, Gobbi S. Laser welding for lightweight structures. Journal of Materials Processing Technology.1997;70:137-44.
[4] Schubert E, Klassen M, Zerner I, Walz C, Sepold G. Light-weight structures produced by laser beam joining for future applications in automobile and aerospace industry. Journal of Materials Processing Technology.2001;115:2-8.
[5] Katayama S. Introduction: fundamentals of laser welding. Handbook of laser welding technologies: Elsevier;2013. p. 3-16.
[6] Chludzinski M, Dos Santos RE, Churiaque C, Ortega-Iguña M, Sánchez-Amaya JM. Pulsed laser welding applied to metallic materials—A material approach. Metals. 2021;11:640.
[7] Assuncao E, Williams S. Comparison of continuous wave and pulsed wave laser welding effects. Optics and lasers in Engineering. 2013;51:674-80.
[8] Zhang P, Jia Z, Yu Z, Shi H, Li S, Wu D, et al. A review on the effect of laser pulse shaping on the microstructure and hot cracking behavior in the welding of alloys. Optics & Laser Technology. 2021;140:107094.
[9] Cavilha Neto F, Pereira M, dos Santos Paes LE, Fredel MC. Assessment of power modulation formats on penetration depth for laser welding. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering.2021;43:286.
[10] Chludzinski M, Dos Santos RE, Churiaque C, Ortega-Iguña M, Sánchez-Amaya JM. Effect of process parameters on pulsed laser welding of AA5083 alloy using response surface methodology and pulse shape variation. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022;120:4635-46.
[11] Mirak A, Shams B, Bakhshi S. Dissimilar welding of Inconel 713 superalloy and AISI 4140 steel using Nd: YAG pulse laser: An investigation on the microstructure and mechanical properties. Optics & Laser Technology.2022;152:108143.
[12] Bhatt D, Goyal A. Effect of parameters of Nd YAG laser welding on AISI 316 Stainless steel and Brass. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: IOP Publishing; 2018. p. 012118.
[13] Sun Q, Di H-S, Li J-C, Wang X-N. Effect of pulse frequency on microstructure and properties of welded joints for dual phase steel by pulsed laser welding. Materials & Design. 2016;105:201-11.
[14] Chludzinski M, Dos Santos R, Churiaque C, Fernández-Vidal S, Ortega-Iguña M, Sánchez-Amaya J. Pulsed laser butt welding of AISI 1005 steel thin plates. Optics & Laser Technology. 2021;134:106583.
[15] Sánchez-Amaya J, Boukha Z, Amaya-Vázquez M, Botana F. Weldability of aluminum alloys with high-power diode laser. Weld J. 2012;91:155-61.
[16] Katayama S. Understanding and improving process control in pulsed and continuous wave laser welding. Advances in laser materials processing: Elsevier; 2018. p. 153-83.
[17] Gillner A, Holtkamp J, Hartmann C, Olowinsky A, Gedicke J, Klages K, et al. Laser applications in microtechnology. Journal of Materials Processing Technology. 2005;167:494-8.
[18] Bunaziv I, Akselsen OM, Salminen A, Unt A. Fiber laser-MIG hybrid welding of 5 mm 5083 aluminum alloy. Journal of Materials Processing Technology. 2016;233:107-14.
[19] Li C, Muneharua K, Takao S, Kouji H. Fiber laser-GMA hybrid welding of commercially pure titanium. Materials & Design. 2009;30:109-14.
[20] Bunaziv I, Akselsen OM, Frostevarg J, Kaplan AF. Laser-arc hybrid welding of thick HSLA steel. Journal of Materials Processing Technology. 2018;259:75-87.
[21] Üstündağ Ö, Gook S, Gumenyuk A, Rethmeier M. Hybrid laser arc welding of thick high-strength pipeline steels of grade X120 with adapted heat input. Journal of Materials Processing Technology. 2020;275:116358.
[22] Michael R, Sergej G, Marco L, Andrey G. Laser-Hybrid Welding of Thick Plates up to 32 mm Using a 20 kW Fibre Laser. 2009;27:74s-9s.
[23] Kou S. Welding Metallurgy, A John Wiley & Sons. Inc, Hoboken, New Jersey. 2003:17-20.
[24] Preedawiphat P, Mahayotsanun N, Sa-Ngoen K, Noipitak M, Tuengsook P, Sucharitpwatskul S, et al. Mechanical investigations of astm a36 welded steels with stainless steel cladding. Coatings. 2020;10:844.
[25] Pan LK, Wang CC, Hsiao YC, Ho KC. Optimization of Nd: YAG laser welding onto magnesium alloy via Taguchi analysis. Optics & Laser Technology. 2005;37:33-42.