Structural Features of Laser Welded 13Mn6 Constructional Steel

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The technological process of manufacturing products made from structural steels is often complicated by the poor quality of welded joints during arc and gas flame welding due to high residual stresses and deformation caused by a high level of heat input into the welding zone. The example of an effective solution of this problem is development and adaptation of advanced joining techniques such as laser welding as a method of fuse welding. Due to high-power density and welding speed, as well as narrow heat-affected zone, laser welding provides lowest deformation of welded joints. Laser welding, as an advanced technology, is applied for various metals joining. Goal of research is to reveal the regularities in the formation of the crystallographic structure of welds of structural steel plates 13Mn6, formed as a result of laser welding, including the ultrasonic treatment during welding process, to conduct analysis of the defects formed and to perform the tensile tests. Results and Discussion. Optical and scanning electron microscopy results revealed gradient structure of the welds, which is characterized by the presence of a fusion zone, an overheating zone located on the boundary with a molten metal zone but not melted, and a normalization zone with a fine-grained structure. The fusion zone is formed by dendrites oriented toward the center of the weld. The internal structure of dendrites consists of packets with a rack structure, formed as a result of the γ®α transformation. The spaces between the racks are separated by interlayers, consisting, presumably, of residual austenite. The overheating zone is characterized by a coarse-grained ferritic structure with a ferrite of the Widemanstatten type, which needles come up from the boundaries into the interior of the main grain. A fine-grained ferrite-perlite structure in the normalization zone indicates the complete phase-recrystallization of the grain of the initial steel. When varying the laser power and the welding speed, it was found that the defectiveness of the welds is more affected by the welding speed. The ultrasonic treatment in the process of fusion penetration made it possible to eliminate large pores formed in the welds.

About the authors

A. V. Kolubaev

Email: kav@ispms.ru
D.Sc. (Physics and Mathematics), Professor; Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; kav@ispms.ru

O. V. Sizova

Email: ovs@ispms.ru
D.Sc. (Engineering), Professor; Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; ovs@ispms.ru

E. A. Kolubaev

Email: eak@ispms.ru
D.Sc. (Engineering); Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; eak@ispms.ru

A. A. Zaikina

Email: aaz@ispms.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation, aaz@ispms.ru

A. V. Vorontsov

Email: rvy@ispms.tsc.ru
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation, rvy@ispms.tsc.ru

Y. A. Denisova

Email: yukolubaeva@mail.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics); 1. Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation 2. Institute of High Current Electronics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 2/3 Akademichesky Avenue, Tomsk, 634055, Russian Federation; yukolubaeva@mail.ru

V. E. Rubtsov

Email: rvy@ispms.ru
Ph.D. (Physics and Mathematics); Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the RAS, 2/4 pr. Akademicheskii, Tomsk, 634055, Russian Federation; rvy@ispms.ru

References

  1. Sharma R.S., Molian P. Weldability of advanced high strength steels using an Yb:YAG disk laser // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211, iss. 11. – P. 1888–1897. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2011.06.009.
  2. Evolution of surface topography in one–dimensional laser machining of structural alumina / H.D. Vora, S. Santhanakrishnan, S.P. Harimkar, S.K.S. Boetcher, N.B. Dahotre // Journal of the European Ceramic Society. – 2012. – Vol. 32. – P. 4205–4218. – doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.06.015.
  3. Microstructure and mechanical properties of laser beam–welded AA2060 Al–Li alloy / X. Zhang, T. Huang, W. Yang, R. Xiao, Z. Liu, L. Li // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 237. – P. 301–308. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.021.
  4. Influence of welding speed on microstructures and properties of ultra–high strength steel sheets in laser welding / Z. Gu, S. Yu, L. Han, X. Li, H. Xu // ISIJ International. – 2012. – Vol. 52, iss. 3. – P. 483–487. – doi: 10.2355/isijinternational.52.483.
  5. Structure of widmanstatten crystals of ferrite and cementite / I.A. Bataev, A.A. Bataev, V.G. Burov, Ya.S. Lizunkova, E.E. Zakharevich // Steel in Translation. – 2008. – Vol. 38, iss. 8. – P. 684–687. – doi: 10.3103/S0967091208080251.
  6. Farabi N., Chen D.L., Zhou Y. Fatigue properties of laser welded dual–phase steel joints // Procedia Engineering. – 2010. – Vol. 2. – P. 835–843. – doi: 10.1016/j.proeng.2010.03.090.
  7. Tensile and fatigue properties of fiber laser welded high strength low alloy and DP980 dual–phase steel joints / W. Xu, D. Westerbaan, S.S. Nayak, D.L. Chen, F. Goodwin, Y. Zhou // Materials & Design. – 2013. – Vol. 43. – P. 373–383. – doi: 10.1016/j.matdes.2012.07.017.
  8. Microstructure and mechanical properties of fiber laser welded QP980 steel / W. Guo, Z. Wan, P. Penga, Q. Jia, G. Zou, Y. Peng // Journal of Materials Processing Technology. – 2018. – Vol. 256. – P. 229–238. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.02.015.
  9. Pores formation in laser–MAG welding of 42CrMo steel / Y. Zhang, G. Chen, C. Zhou, Y. Jiang, P. Zhong, S. Li // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 245. – P. 309–317. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2017.02.029.
  10. The elimination of pores in laser welds of AISI 304 plate using different shielding gases / J. Sun, P. Nie, K. Fenga, Z. Li, B. Guo, E. Jiang // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 248. – P. 56–63. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2017.05.011.
  11. Liquation cracking in fiber laser welded joints of inconel 617 / W. Ren, F. Lu, R. Yang, X. Liu, Z. Li // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 226. – P. 214–220. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2015.07.004.
  12. Seto N., Katayama S., Matsunawa A. High-speed simultaneous observation of plasma and keyhole behavior during high power CO2 laser welding: effect of shielding gas on porosity formation // Journal of Laser Applications. – 2000. – Vol. 12 (6). – P. 245–250. – doi: 10.2351/1.1324717.
  13. Tsukamoto S. High speed imaging technique. Part 2 – High speed imaging of power beam welding phenomena // Science and Technology of Welding and Joining. – 2011. – Vol. 16, iss. 1. – P. 44–55.  – doi: 10.1179/136217110X12785889549949.
  14. Formation and influence mechanism of keyhole-induced porosity in deep-penetration laser welding based on 3D transient modeling / F. Lu , X. Li , Z. Li , X. Tang, H. Cui // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2015. – Vol. 90. – P. 1143–1152. – doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.07.041.
  15. Modeling of keyhole dynamics and porosity formation considering the adaptive keyhole shape and three-phase coupling during deep-penetration laser welding / H. Zhao, W. Niu, B. Zhang, Y. Lei, M. Kodama, T. Ishide // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2011. – Vol. 44. – P. 485302/1–485302/13. – doi: 10.1088/0022–3727/44/48/485302.
  16. Смирнова Н.А., Мисюров А.И. Особенности образования структуры при лазерной обработке // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2012. – № 6. – С. 115–129. – doi: 10.18698/2308–6033–2012–6–233.
  17. Игнатов А.Г. Лазерная сварка сталей мощными СО2 лазерами. Ч. 3 // Фотоника. – 2009. – № 4. – С. 12–16.
  18. Структура стальных швов, формируемых с использованием источников энергии высокой концентрации / В.Г. Буров, А.П. Алхимов, И.А. Батаев, Е.Д. Головин, Е.Е. Корниенко // Доклады АН ВШ РФ. – 2012. – № 1 (8). – С. 52–60.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».