تنش پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 بر اساس فناوری لیزر اولتراسونیک
چکیده
جوشکاری لیزر به دلیل تراکم انرژی بالای آن، منطقه کوچک تحت تأثیر حرارت قرار گرفته و توانایی پردازش سریع، در جوشکاری آلیاژ تیتانیوم بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. با این وجود، مشکلات مربوط به جوشکاری لیزر از قبیل تغییر شکل و ترک خوردگی ناشی از تنش پسماند باید برطرف شود. در این مقاله، تنش پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 با استفاده از لیزر اولتراسونیک مورد بررسی قرار گرفت. تنش پسماند در صفحات آلیاژ تیتانیوم به صورت حالت تنش صفحه ای در نظر گرفته می شود. روش بارگذاری پیش از تنش ارائه شده و ضرایب آکوستیک بدست می آید. بر اساس ضرایب شناخته شده آکوستوالاستیک، تنش های پسماند عرضی و طولی در جوشکاری لیزر با استفاده از لیزر اولتراسونیک اندازه گیری می شود. نتایج نشان می دهد که تنش پسماند طولی بزرگتر از تنش عرضی است. توزیع منظم تنش پسماند شبیه جوش معمولی است، اما ناحیه تنش کششی بسیار باریک تر است. سپس، در مورد تأثیر ورودی حرارت و سرعت جوشکاری بر تنش پسماند بحث شده است. با افزایش ورودی حرارت، ناحیه جوشکاری گسترده شده و مقدار پیک تنش پسماند افزایش می یابد. در صورت ثابت بودن قدرت جوشکاری، سرعت جوشکاری بالاتر باید انتخاب شود. این تحقیق برای اندازه گیری و کنترل تنش پسماند در فرآیند جوشکاری لیزر از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
1. مقدمه
خواص مکانیکی دما بالا، نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت خوب در برابر خوردگی تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم باعث کاربرد متنوع و موفقیت آمیز آن در زمینه های مختلف با تقاضای عملکردی و الزامات قابلیت اطمینان از قبیل هوافضا، اتومبیل، پزشکی، هسته ای، پتروشیمی و صنایع تولید برق شده است [1,2]. روش-های متداول جوشکاری آلیاژ تیتانیوم شامل جوشکاری گاز بی اثر تنگستن، جوشکاری پرتو الکترونی و جوشکاری لیزر است. جوشکاری لیزر به دلیل تراکم انرژی متمرکز آن، منطقه کوچک تحت تأثیر حرارت قرار گرفته (HAZ)، حداقل تغییر شکل در حین جوشکاری و سرعت سریع جوشکاری؛ یک روش جوشکاری غالب است. فناوری جوشکاری لیزر برای جوشکاری آلیاژ تیتانیوم TC4 مناسب است [3,4].
5. نتیجه گیری
از روش لیزر اولتراسونیک برای اندازه گیری تنش پسماند در جوشکاری لیزر آلیاژ تیتانیوم TC4 استفاده شد. روش بارگذاری پیش تنش ارائه شد و ضرایب آکوستوالاستیک آلیاژهای تیتانیوم TC4 در ابتدا بدست آمدند. براساس شناخت از ضرایب آکوستوالاستیک، تنش های پسماند جوشکاری طولی و عرضی با تکنیک لیزر اولتراسونیک اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که تنش پسماند طولی به طور آشکاری بزرگتر از تنش عرضی بود. تنش پسماند طولی، تنش کششی بالا در نزدیکی درز جوشکاری بوده و مقدار ماکزیم تنش پسماند طولی حدود MPa 420، که نصف استحکام تسلیم بود. سپس اثر پارامترهای فرآیند بر خصوصیات تنش پسماند بحث شد. نتایج نشان داد که حرارت ورودی، پارامتر غالب در تعیین تنش پسماند جوشکاری لیزر است. با افزایش حرارت ورودی، منطقه جوش گسترده تر شده و مقدار پیک تنش پسماند به تدریج افزایش می یابد. سرعت های جوشکاری بالاتر باید تا حد امکان زیاد انتخاب شود هنگامی که قدرت جوشکاری ثابت است. عملیات حرارتی می تواند حداکثر تنش پسماند طولی را حدود 80٪ کاهش داده و منجر به توزیع مجدد تنش شود.
Abstract
Laser welding is widely used in titanium alloy welding due to its high energy density, small heat affected zone, and rapid processing ability. However, problems with laser welding, such as deformation and cracking caused by residual stress, need to be resolved. In this paper, the residual stress in laser welding of TC4 titanium alloy was studied using an ultrasonic laser. The residual stress in titanium alloy plates is considered a plane stress state. A pre-stress loading method is proposed and acoustoelastic coefficients are obtained. Based on the known acoustoelastic coefficients, the transverse and longitudinal residual stresses in laser welding are measured using an ultrasonic laser. The results show that longitudinal residual stress is greater than the transverse stress. The distribution regularity of the residual stress is similar to normal welding, but the tensile stress zone is much narrower. Then, the influence of heat input and welding speed on residual stress is discussed. With increasing heat input, the welding zone widens, and the peak value of the residual stress increases. A higher welding speed should be chosen when the welding power is constant. This research has important significance for the measurement and control of residual stress in the laser welding process.
1. Introduction
The high temperature mechanical properties, high strength-to-weight ratio, and good corrosion resistance of titanium and titanium alloys have led its diversified and successful application in a variety of fields with demanding performance and reliability requirements, such as in the aerospace, automotive, medical, nuclear, petrochemical, and power generation industries [1,2]. Common titanium alloy welding methods include tungsten inert gas welding, electron beam welding, and laser welding. Laser welding is a dominant welding method because of its concentrated energy density, small heat affected zone (HAZ), minimal welding deformation, and fast welding speed. Laser welding technology is suitable for welding of TC4 titanium alloy [3,4].
5. Conclusions
An ultrasonic laser technique was used to measure the residual stress in laser welding of TC4 titanium alloy. A pre-stress loading method was proposed and the acoustoelastic coefficients of TC4 titanium alloys were first obtained. On the basis of known acoustoelastic coefficients, the longitudinal and transverse welding residual stresses were measured with an ultrasonic laser technique. The results showed that the longitudinal residual stress was obviously larger than the transverse stress. The longitudinal residual stress was high tensile stress near the welding seam, and the maximum value of longitudinal residual stress was about 420 MPa, which was half of the yield strength. Then, the effect of the process parameters on the features of the residual stress was discussed. The results showed that heat input is the dominant parameter determining laser welding residual stress. With increasing heat input, the welding zone widened and the peak value of the residual stress increased gradually. Higher welding speeds should be chosen as much as possible when the welding power is constant. Heat treatment can reduce the maximum of the longitudinal residual stress by about 80% and lead to the redistribution of stress.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. مبانی نظری
3. فرآیند آزمایشی
1.3. تهیه نمونه های آزمایشی
2.3. لیزر اولتراسونیک برای اندازه گیری تنش پسماند در جوشکاری لیزر
3.3. سوراخ کاری برای اندازه گیری تنش پسماند
4. نتایج و بحث
1.4. اثرات ورودی حرارت بر تنش پسماند
2.4. اثرات سرعت جوشکاری بر تنش پسماند
3.4. اثرات عملیات حرارتی بر تنش پسماند
5. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Theoretical Basis
3. Experimental Process
3.1. Preparation of Experimental Specimens
3.2. Ultrasonic laser for Measurement of Residual Stress in Laser Welding
3.3. Hole-Drilling for Measurement of Residual Stress
4. Results and Discussion
4.1. Effects of Heat Input on Residual Stress
4.2. Effects of Welding Speed on Residual Stress
4.3. Effects of Heat Treatment on Residual Stress
5. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه