Share
لحام ليزر الاندي ياك لمعادن غير متشابهة تيتانيوم رتبة 2 مع سبيكة المنيوم - O3105 == Dissimilar Nd : YAG Laser Welding of Grade 2 Titanium to 3105 - O Aluminum Alloy
Author name:
عبير احمد شهاب العبيدي
General topic:
Laser Science
Specific topic:
Laser Applications in Mechanical Engineering
Degree:
Doctorate
University:
University of Baghdad - Laser Institute For Postgraduate Studies
Language:
English
University location:
Baghdad
First pages:
29T190 - p.pdf
Abstract:
التيتانيوم والالمنيوم مواد تلقى اهتمام تقني في الصناعات الالية والفضائية والمتحسس الذكي.التحديات التي تواجه لحامهم هي نتيجة للاختلاف الكبير في المواصفات الثرموفيزيائية والميكانيكية, اضافة الى الذوبانية المحدودة لكل معدن في الاخر,لذلك لحامهم باستعمال الليزرسيقلل تكوين الا طوار المعدنية الضارة لما كانت منطقة اللحام نفسها ضيقة .في هذا العمل قدم شكل خاص من اللحام الليزري النقطي لربط تيتانيوم رتبة 2 تراكبيا مع سبيكة المنيوم 3105 - O باسماك 1,0.5 ملم على التوالي, من خلال لحام درز دائري, لبق التصميم يستعمل نبضات ليزر متعاقبة ادت الى لحام شبيه للحام الليزري النقطي .لهذه الدراسة كانت معاملات لحام الليزر كالاتي : طاقة النبضة 11جول, مدة النبضة 6 ملي ثانية, تردد النبض 20هرتز,تدفق غاز الاركون 20 لتر/دقيقة وسرعة اللحام (4 - 6.67) ملم/ثانية.لقد لوحظ ان تاثيرسرعة اللحام كان الاقوى على الحرارة الداخلة لمنطقة اللحام حيث سرعة لحام 4 ملم /ثا (76%عامل تداخل النبضات), قد ادت الى افضل امتصاص لطاقة الليزر واكثر تجانس وعرض للمساحة المنصهرة عند منطقة تداخل ,Ti - Alلذلك تم الحصول على 70MPa مقاومة وصلة اللحام. اظهر فحص منطقة وصلة اللحام باستخدام المجهر الماسح الالكتروني SEM, مقياس تشتت طاقة الاشعة السينية EDS ومقياس انحراف الاشعة السينية,XRD تكون الا طوار المعدنية الضارة. المنطقة المنصهرة للتيتانيوم قرب منطقة تداخل Ti - Alضمت طور.Ti3Al الشقوق لوحظت في منطقة الالمنيوم المنصهرة قرب منطقة التداخل ,Ti - Alنتيجة الانحدار العالي في الخواص الميكانيكية والثرموفيزيائية. من اجل التقليل من تكون الا طوار المعدنية الضارة وتخفيف الانحدار العالي في الخواص . الثرموفيزيائية والميكانيكية, اربعة انواع مختلفة من الحشوات المعدنية (Al - 5Si, Al - 12Si - 2.5Mg, pure Nb and Al - 0.2Sc - 0.36Zr) مع ثلاثة اسماك مختلفة لكل حشوة قد حضرت في هذا العمل. حشوة Al - 5Si كان لها تاثير ايجابي على مقاومة وصلة اللحام حيث ان Siقلل التاثير الضار للاطوار المعدنية الضارة من خلال تعويض ذرات Al في Ti3Al لذلك فان مقاومة الوصلةزادت الى MPa80بدل MPa70.حشوة Al - 12Si - 2.5Mg قد حسنت مقاومة الوصلة الىMPa87 متجاوزة بذلك مقاومة القصMPa82 لترابط المعدن الاساس Al. نتيجة درجة اانصهاره العالية, حشوة النيبيوم النقي Nb منعت لحام صفيحة Al السفلى, لذلك هذه الحشوة كانت غيرمناسبة للا ستعمال وفق شروط اللحام لهذا العمل. لقد كان للحشوة الجديدة Al - 0.2Sc - 0.36Zr التي استعملت لاول مرة من خلال هذا العمل تاثير ايجابي جدا على قوة ترابط وصلة اللحام MPa103 حيث ان الكسر حدث من المعدن الاساس Al وليس من الوصلةخلال عملية الاختبار. بالمقارنة مع مقاومة التاكل لمعدن التيتانيوم الاساس, اظهرت الوصلات بدون استعمال حشوة وباستعمال حشوة Al - 0.2Sc - 0.36Zr نقصان بمعدل التاكل ب %51 و%72 بالتعاقب بينما اظهرت الوصلات باستعمال حشوات Al - 5Si,Al - 12Si - 2.5Mg زيادة بمعدل التاكل ب % 80 و%68 بالتعاقب. | Materials titanium and aluminum are of technological interest in automotive, aerospace and smart sensor industries. The challenges for welding them result from the large difference in thermophysical and mechanical properties, besides limited solubility of each metal in other. Thus welding them using laser, will reduce intermetallic phases (IMP) formation to acceptable limits, since the weld itself is narrow.In the present work a special form of laser spot welding is introduced to joint overlapped titanium Ti Grade 2 to 3105 - O aluminum alloy, with 1 and 0.5 mm thicknesses respectively. A welding tactile seam tracking design using following pulses that result to a circular seam, leads to spot like shape laser welding. For this study, laser welding parameters were : pulse energy 11 J; pulse duration 6ms; pulse frequency 20Hz; argon gas flow rate 20 l/m and welding speed (4 - 6.7) mm/s. Welding speed was observed to have the strongest effect on heat input, where 4 mm/s (76% overlapping) speed has led to better energy absorption and wider more uniform melted area at Ti - Al interface, thus 70 MPa joint strength was obtained. Examination of the joint region using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X - ray spectrometry (EDS) and X - ray diffraction (XRD) showed the formation of different IMP in the Ti - Al welding zone. Ti fusion zone (FZ) near the interface was mainly containing Ti3Al. Crakes were observed in Al (FZ) near the interface as a result of mechanical and thermo physical properties gradient. Inorder to reduce IMP formation and relaxes the high gradient in thermophysical and mechanical properties in the welding zone, four fillers metals (Al - 5Si, Al - 12Si - 2.5Mg, pure Nb and Al - 0.2Sc - 0.36Zr), with three different thicknesses for each filler, were prepared. Al - 5Si filler has positive effect on the joint strength where Si has reduced the IMP harmful effect via replacing Al atoms substitutionaly in TiAl3 at the interface, thus joint strength was increased to 80MPa instead of 70MPa. Al - 12Si - 2.5Mg filler has improved the joint strength to 87MPa where the shear strength of Al base metal of 82MPa was exceeded. Due to its high melting point pure Nb filler prevented penetration of bottom Al sheet, thus it was unsuitable to use for the present work conditions. A new Al - 0.2Sc - 0.36Zr filler was used for the first time in the present work and has very positive impact to the joint strength 103MPa, where the joint has fractured from Al base metal. In comparison to the corrosion rate of Ti base metal, joints without using filler and with the new Al - 0.2Sc - 0.36Zr filler metal, have decreased the corrosion rate by 51% and 72% respectively, while joints with Al - 5Si and Al - 12Si - 2.5Mg filler metals, have increased the corrosion rate by 68% and 80% respectively.
