Investigation of Mechanical and Microsturctural Properties of Automotive Sheets Joined by Laser Welding Method

Yıl 2024, Cilt: 29 Sayı: 3, 893 - 912

Mehtap Hıdıroğlu , Nizamettin Kahraman , Onur Yüce , İsmail Erdoğan

https://doi.org/10.17482/uumfd.1476206

Öz

In this study, the joinability of the DP800GA, DP800GI, 22MnB5 and TBF1180 materials, which are widely used in the automotive industry and have advanced strength properties, by laser welding method was investigated. In welding processes, the fiber laser welding method, which is widely used in the industry, was preferred and the welding processes were performed robotically. During welding processes, fixtures were used to prevent distortion of the materials. Pilot studies were conducted to determine the welding parameters and the most suitable parameters were applied. Tensile tests were performed to determine the mechanical properties of the assembled samples. In addition, the weld areas of the samples were characterized by hardness testing and microstructure examinations. The welded samples were visually examined, and no visible welding defects (pores, macro cracks, weld root defects, etc.) were found in any of them. Microstructural examinations showed that the weld metal was mainly martensitic in structure. In hardness tests, it has been determined that in most of the joints, the hardness of the weld metal is generally higher than the other regions and that there is a soft zone in the tempered regions of the HAZ (heat effet zone) of 22MnB5 and TBF1180 joints. As a result of the tensile tests, it was observed that the ruptures occurred from the weld metal in some joints and from the HAZ in others. According to the tensile test results obtained, the efficiency of the welded samples was calculated as 70% to 100%.

Anahtar Kelimeler

Automotive Industry, Fiber laser Welding, 22MnB5, DP800, TBF1180

LAZER KAYNAK YÖNTEMİYLE BİRLEŞTİRİLEN OTOMOTİV SACLARININ MEKANİK VE MİKROYAPI ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Öz

Bu çalışmada otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ve ileri mukavemet özelliklerine sahip DP800GA, DP800GI, 22MnB5 ve TBF1180 malzemelerin kendi aralarında lazer kaynak yöntemi ile birleştirilebilirliği araştırılmıştır. Kaynak işlemlerinde endüstride yoğunlukla kullanılan fiber lazer kaynak yöntemi tercih edilmiş ve kaynak işlemleri robotik olarak yapılmıştır. Kaynak işlemleri esnasında, malzemelerin distorsiyonunu önlemek için fikstür kullanılmıştır. Kaynak parametrelerinin belirlenmesi için pilot çalışmalar yapılmış ve kaynak işlemlerinde belirlenen en uygun parametreler uygulanmıştır. Birleştirilen numunelerin mekanik özelliklerini belirlemek için çekme testleri yapılmıştır. Ayrıca numunelerin kaynak bölgeleri sertlik testi ve mikroyapı incelemeleriyle karakterize edilmiştir. Kaynaklı numuneler gözle muayene edilmiş, hiçbirinde gözle görülebilir bir kaynak hatasına (gözenek, makro çatlak, kaynak kökü hataları vb.) rastlanmamıştır. Mikroyapı incelemelerinde kaynak metalinin ağırlıklı olarak martenzitik yapıda olduğu görülmüştür. Sertlik testlerinde birleştirmelerin birçoğunda genellikle kaynak metalinin sertliğinin diğer bölgeler göre daha yüksek olduğu ve 22MnB5 ile TBF1180 birleştirmelerinin ITAB’larının (ısı tesiri altında olan bölge) temperlenmiş bölgelerinde yumuşak bölgenin (soft zone) bulunduğu tespit edilmiştir. Çekme testleri sonucunda kopmaların bazı birleştirmelerde kaynak metalinden, bazılarında ise ITAB’dan gerçekleştiği görülmüştür. Elde edilen çekme test sonuçlarına göre, kaynaklı numunelerin verimleri %70 ila %100 olarak hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Otomotiv Endüstrisi, Fiber Lazer Kaynağı, 22MnB5, DP800, TBF1180.

Kaynakça

• Aydın, H., Yılmaz, İ. Ö., Bilici, A. Y. (2022) Investigation of microstructure and mechanical properties of dissimilar electrical resistance spot welded TBF/DP600 steel sheets, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37 (2), 609-624. doi: 10.17341/gazimmfd.808950
• Aydın, K., Hıdıroğlu, M., Kahraman, N. (2024) Enhancing weld strength in high-strength steels: the role of regional preheating in RSW, Materials Testing, (Article in pres) doi.org/10.1515/mt-2023-0241
• Başer, A.T. (2023) Resistance spot welding of Zn-Coated third generation automotive steels using Mid-Frequency direct current technology, Trans Indian Inst Met, 76(1):49–57. doi: 10.1007/s12666-022-02771-7
• Bilici, A. Y., Yılmaz, İ. Ö., Aydın, H. (2021) Yeni nesil TBF ve HSLA300 sac metal çiftlerinin punta kaynak özelliklerinin incelenmes. 10th International Automotive Technologies Congress, 6-7, Bursa.
• Cui, Q.L., Parkes, D., Westerbaan, D., Nayak, S.S., Zhou, Y., Liu, D., Goodwin, F., Bhole, S., Chen, D.L. (2016) Effect of coating on fiber laser welded joints of DP980 steels, Materials and Design, 90; 516-523. doi: 10.1016/j.matdes.2015.10.098
• Değirmen D., Hasdemir I., Şanlı, E., G. (2023) Otomotiv ve gıda sektöründe enerji verimliliğini ve karbon emisyonunu azaltımı ile ilgili bir çalışma, Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 28(3), 940. doi: 10.17482/uumfd.1340246
• Ebner, S., Suppan C., Schnitzer R., Hofer C. (2018) Microstructure and mechanical properties of a low C steel Subjected to bainitinic or quenching and partitioning heat treatments, Materials Science and Engineering: A, 735 (26), 1-9. doi: 10.1016/j.msea.2018.08.026
• Gibbs P.K. (2019) Strain path effect on austenite transformation and ductility in TBF 1180 steel, Master of Science, School of Technology Brigham Young University, Utah, USA.
• Gong, H., Wang, S., Knysh, P., Korkolis, Y. P. (2016) Experimental investigation of the mechanical response of laser-welded dissimilar blanks from advanced- and ultrahigh-strength steels, Materials and Design, 90, 1115 – 1123. doi: 10.1016/j.matdes.2015.11.057
• Jia, J.,Yang, S., Ni, W., Bai, J., Lin, Y. (2014) Microstructure and properties of fiber laser welded joints of ultrahigh-strength steel 22MnB5 and its dissimilar combination with Q235 steel, ISIJ International, 54(12) 2881–2889. doi: 10.3788/CJL201441.1003002
• Kahraman, N., Gülenç, B. (2020). Modern Kaynak Teknolojisi, Epa-Mat Basım Yayın Ltd. Şti, 4. Baskı, Ankara, 134-294.
• Kurumahmut, O. (2009) 22MnB5 çelik sacların elektrikli ısıtma ile sıcak şekillendirilebilmesinin deneysel analizleri, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 30-41.
• Ogundimu, E. O., Akinlabi, E. T., Erinosho, M. F. (2019) An Experimental Study on the Effect of Heat Input on the Weld Efficiency of TIG-MIG Hybrid welding of Type 304 Austenitic Stainless Steel, Journal of Physics: Conference Series, 1378, 022075, Doi:10.1088/1742-6596/1378/2/022075
• Özcan, İ. (2009) 22MnB5 çelik sacların elektrikli ısıtma ile preste sertleştirme işleminin metalurjik analizi ve mekanik davranışlara etkisi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 24-38.
• Pandey, C., Mahapatra, M.M., Kumar, P., Daniel, F. Adhithan, B. (2019) Softening mechanism of P91 steel weldments using heat treatments, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 19, 297–310, Doi: 10.1016/j.acme.2018.10.005
• Siltanen, J., Minkkinen, A., Lepikko, E., Järvenpää, M. (2015) Preliminary laser welding tests of 22MnB5 steel with a butt joint and lap joint configurations, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, Atlanta, USA, 799-808.
• Stadler, M., Gruber, M., Schnitzer, R., Hofer, C. (2020) Microstructural characterization of a double pulse resistance spot welded 1200 MPa TBF Steel, Welding in the World, 64; 335-343. doi: 10.1007/s40194-019-00835-9
• Stadler, M., Schnitzer, R., Gruber, M., Hofer, C. (2021) Improving the mechanical performance of a resistance spot welded 1200 MPa TBF steel, International Journal of Materials Research, 112:262-265. doi: 10.1515/ijmr-2020-7962. doi: 10.1515/ijmr-2020-7962
• Tuncel, O. (2020) Lazer kaynağı ile birleştirilmiş farklı türdeki yüksek mukavemetli çeliklerde mekanik ve mikroyapı ilişkilerinin incelenmesi, Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, 41-63.
• Tuncel, O., Aydın, H., Davut, K. (2023) Effect of heat input on HAZ softening in fiber laser welding of 22MnB5 steel, Optics and Laser Technology, 164, 109560. doi: 10.1016/j.optlastec.2023.109560
• Umur, Y. (2016) Dual fazlı çelik saclarda geri yaylanma probleminin deneysel olarak incelenmesi, Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Ensitüsü, Bursa, 3-5.
• Xi, He, Younqiong, Q., Wenxiang, J. (2019) Effect of welding parameters on microstructure and mechanical properties of laser welded Al-Si coated 22MnB5 hot stamping steel, Journal of Materials Processing Tech., 270: 285-292. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2019.03.006
• Yu, Y., Wang, C., Chen, S., Lu, Z., (2011) Study on Intermediate Frequency Spot Welding Process of Hot Stamping High Strength Steel, Adv. Mater. Res., 339: 375-378, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.339.375
• Yüce, O., Hıdıroğlu, M., Erdoğan, İ., Kahraman, N. (2024) TBF1180 Çeliğin Fiber Lazer Uygulamaları, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 12(1), 267-281, Doi: 10.29109/gujsc.1385871
• Zhang, D., Qin, Y., Zhao, F., Liang, M. (2022) Microstructure and mechanical properties of laser welded Al-Si coated 22MNB5 hot stamping steel and galvanized steel, Journal of Mater. Engineering and Performance, 31(2) 1346–1357, doi:10.1007/s11665-021-06291-1
• Zhang, M., Chen, G., Zhou, Y., Liao, S. (2014) Optimization of deep penetration laser welding of thick stainless steel with a 10 kW fiber laser, Materials & Design, 53, 568-576, Doi: 10.1016/j.matdes.2013.06.066