مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

تأثیر زمان ضربان جوشکاری لیزری Nd:YAG بر رفتار خوردگی فولاد 316L در اسیدسولفوریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده متالورژی و مواد، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
فولاد زنگ نزن316L  یکی از انواع فولادهای زنگ نزن آستنیتی است که به دلیل وجود عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل و مولیبدن و تشکیل یک لایه غیرفعال بر روی سطح آن‌ها مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد. این ویژگی در کنار جوش پذیری بالا، آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای کاربردهای مختلف صنعتی از جمله نفت، گاز، پتروشیمی و پزشکی تبدیل کرده است. در این تحقیق از فرایند جوشکاری لیزر پالسی Nd:YAG برای اتصال دو قطعه فولاد زنگ نزن 316L  استفاده شد و تأثیر زمان ضربان بر کیفیت و سختی جوش و مقاومت به خوردگی در محیط اسید سولفوریک بررسی شد. نتایج تجزیه و تحلیل خوردگی در این مطالعه نشان داد که کاهش زمان ضربان در فرایند جوشکاری لیزر به دلیل تشکیل دانه‌های هم محور در ناحیه جوش تأثیر بسزایی در کاهش نرخ خوردگی فلز جوش دارد. هنگامی که زمان ضربان از 8 میلی‌ثانیه به 4 میلی‌ثانیه کاهش می‌یابد، گرمای ورودی از 100 به 124 ژول بر میلی‌متر افزایش می‌یابد و نرخ انجماد R و گرادیان حرارتی G و نسبت‌های G/R و G×R کاهش می‌یابد، که باعث می‌شود دانه‌ها به صورت هم محور و یکنواخت در ناحیه جوش شکل بگیرند. این نوع ساختار به دلیل چینش منظم و متراکم دانه‌ها، خواص مکانیکی بهتر و مقاومت بیشتری در برابر عوامل خورنده مانند اسیدها و نمک‌ها ایجاد می‌کند و باعث کاهش جریان خوردگی از 520 nA/(cm^2) به 90 nA/(cm^2)  می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The effect of Nd:YAG laser welding pulse duration on the corrosion behavior of 316L steel in sulfuric acid

نویسندگان English

Hasan Khadak
Seyed Ali Asghar Akbari Mousavi
School of Metallurgy and Materials Engineering, Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

316L stainless steel is one of the types of austenitic stainless steels that have very good corrosion resistance due to the presence of alloying elements such as chromium, nickel and molybdenum and the formation of a passive layer on their surface. This feature, together with high weldability, has made them a suitable option for various industrial applications such as oil, gas, petrochemical and medical. In this study, the Nd:YAG pulsed laser welding process was used to join two pieces of 316L stainless steel, and the effect of pulse time on the quality and hardness of the weld and corrosion resistance in a sulfuric acid environment was investigated. The results of corrosion analyses in this study showed that reducing the pulse time in the laser welding process has a significant effect on reducing the corrosion rate of the weld metal due to formation of equiaxed grains in the weld zone. When the pulse time is reduced from 8 ms to 4 ms, the heat input increases from 100 to 124 J/mm and solidification rate R and thermal gradient G and the G/R and G×R ratios decrease, which causes the grains to form more equiaxed and uniformly in the weld zone. This type of structure, due to the regular and dense arrangement of the grains, provides better mechanical properties and greater resistance to corrosive agents such as acids and salts. It causes the corrosion current to decrease from 520 nA/( cm^2 ) to 90 nA/( cm^2 ).

کلیدواژه‌ها English

Nd:YAG Laser Welding
316L Steel
Microstructure
Corrosion
[1] Kiani P, Ghoreishi M. Comparative Metallurgical and Mechanical of Nd: YAG laser welding of Austenitic stainless steels. Journal of Mechanical Engineering. 2020;50(1):187-98. doi: 10.22034/jmeut.2020 [In Persian]
[2] Rezaei MA, Naffakh-moosavy H. Comparison of the effect of pulsed Nd: YAG and continuous wave fiber laser on the microstructure, weld geometry and weldability of inconel 718 superalloy. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2019 Feb 20;7(4):37-49. doi: 10.30501/jamt.2019.84346 [In Persian]
[3] Pakari S, Shamanian M. The Effect of GTAW Pulsed Welding on the Microstructure and Mechanical Properties of AISI 310S. In: Proceedings of the 14th Conference on Materials and Metallurgical Engineering; 2017 Oct 3; Shahrekord University, Shahrekord, Iran. 2018. [In Persian]
[4] Raja KS, Prem JJ, Sathiyaseelan P, Hemanandh J, Ganesan S, Arunkumar T. Investigation of microstructure and mechanical properties of laser and TIG welded stainless steel alloy. Materials Today: Proceedings. 2021 Jan 1;44:3578-82. doi: 10.1016/j.matpr.2020.09.456
[5] Sokhanpardaz M. Evaluation of the microstructure and mechanical properties of dissimilar welds between AISI310 and AISI316 austenitic stainless steels by pulsed current gas tungsten arc welding (PCGTAW). Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Apr 20;11(2):1-9. doi: 10.22034/IJME.2024.441060.1927 [In Persian]
[6] Nikravan A, Kolahan F, Shariati M. Experimental and statistical analysis of pulsed Nd: YAG laser welding process for dimension optimization of connection in the AISI 316L stainless steel thin-walled tube. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2024 Jun 21;11(4):56-71. doi: 10.22034/IJME.2024.455648.1954 [In Persian]
[7] das Neves MD, Lotto A, Berretta JR, Rossi WD, Júnior ND. Microstructure development in Nd: YAG laser welding of AISI 304 and Inconel 600. Welding International. 2010 Oct 1;24(10):739-48. doi: 10.1080/09507110903568877
[8] Baghjari SH, Mousavi SA. Effects of pulsed Nd: YAG laser welding parameters and subsequent post-weld heat treatment on microstructure and hardness of AISI 420 stainless steel. Materials & Design. 2013 Jan 1;43:1-9. doi: 10.1016/j.matdes.2012.06.027
[9] Martins GS, Da Silva RP, Beckedorff L, Monteiro AS, de Paiva KV, Oliveira JL. Fatigue performance evaluation of plate and shell heat exchangers. International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2020 Dec 1;188:104237. doi: 10.1016/j.ijpvp.2020.104237
[10] Haupt W, Borges LG, Israel CL, Riffel KC. Effects of laser welding on the mechanical properties and microstructure of AISI 304 stainless steel. Lasers in Manufacturing and Materials Processing. 2024 Dec;11(4):887-904. doi: 10.1007/s40516-024-00268-3
[11] Kou S. Welding Metallurgy. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley; 2003.