Otomotiv endüstrisinde kullanılan yüksek mukavemetli DP1200 çeliğinde lazer kaynak parametrelerinin optimizasyonu

Abstract

Otomotiv sektörü yapısal parçalarda ultra yüksek mukavemetli çelik sacların kulllanımı ile, bu çeliklerin kaynaklı birleştirmeleri önem kazanmıştır. Lazer kaynak yönteminin, yüksek güce sahip lazer ışınını dar bir alana odaklaması sayesinde avantajları bulunmaktadır: derin nüfuziyet, yüksek dayanım, istenilen kaynak geometrisinin elde edilmesi, hassas ve yüksek kalitede birleştirme. İstenilen düzeyde mekanik özelliklerin elde edilebilmesi, uygun proses parametrelerinin kullanılması ile mümkündür. Bu çalışma kapsamında otomotiv endüstrisine yönelik yüksek mukavemetli DP1200 çeliklerin fiber lazer kaynak birleştirmelerinde lazer gücü, ilerleme hızı, lazer açısı proses parametrelerinin ısı girdisi değişimine göre kaynak geometrisi, mikro yapı, mikro sertlik, kırılma yüzeyleri, çekme mukavemeti üzerine etkileri araştırılmıştır. Merkezi Kompozit Tasarımı ile 3 parametre 5 seviye için deney tasarımı oluşturulmuş, çekme testi sonrası kontür ve yüzey grafikleri çizilmiştir. Maksimum kayma kuvveti amaç fonksiyonu olmak üzere Yanıt Yüzey Metodolojisine göre Minitab programı yardımıyla optimum proses parametreleri ve parametrelerin etki oranları belirlenmiş, matematiksel denklem elde edilmiştir. Termal kamera ile kayıt altına alınan lazer kaynak işleminde, veriler analiz edilerek belirlenen noktalar için soğuma hızları hesaplanmıştır. Simufact Welding programı ile kaynak sonrası gerilme ve deplasman değerleri simüle edilmiştir. Yanıt Yüzey Metodolojisi optimum proses parametreleri lazer gücü 2800 W, ilerleme hızı 40 mm/s, lazer açısı 70ᵒ; etkin parametreler sırası ile ilerleme hızı, lazer açısı ve lazer gücüdür. Isı girdisindeki azalma ile tane yapısının ve martenzitlerin inceleştiği, ısı girdisindeki artış ile tane yapısının ve martenzitlerin kabalaştığı gözlemlenmiştir. Düşük ısı girdisinde yüksek soğuma hızı ile yüksek mikro sertlik; yüksek ısı girdisinde düşük soğuma hızı ile düşük mikro sertlik değerleri elde edilmiştir.

With the use of ultra-high strength steel sheets in automotive sector structural parts, the welded joints of these steels have gained importance. The laser welding process has several advantages thanks to focusing the high-power laser beam in a narrow area: deep penetration, high strength, obtaining the desired weld geometry, precise and highquality joining. Achieving the desired level of mechanical properties is possible with the use of appropriate process parameters. In this study, the effects of laser power, scanning speed, laser angle process parameters on weld geometry, microstructure, microhardness, fracture surfaces, and tensile strength were investigated in terms of heat input change in fiber laser welding joints of highstrength DP1200 steels. The experimental design was created for 3 parameters and 5 levels via Central Composite Design and contour and surface graphics were plotted after the tensile test. For maximum shear force objective function, optimum process parameters and parameter affect ratios were determined according to the Response Surface Methodology using the Minitab program, and a mathematical equation was obtained. The laser welding process has recorded with a thermal camera, cooling rates were calculated by analyzing the data. Post-weld stress and displacement values were simulated with the Simufact Welding program. Response Surface Methodology optimum process parameters laser power was 2800 W, scanning speed was 40 mm/s, laser angle was 70ᵒ; the effective parameters were scanning speed, laser angle, and laser power, respectively. It was observed that the grain structure and martensites got thinner with the decreasing heat input, and the grain structure and martensites became coarser with the increasing heat input. High microhardness with high cooling rate were obtained at low heat input; low microhardness values were seen with low cooling rate at high heat input.