TWIP çeliklerinin lazer kaynağı ile birleştirilmesinde kaynak parametrelerinin mekanik özelliklere etkisi

Abstract

Otomotiv sektöründe, artan rekabet ve karbon salınımı azaltma politikaları üreticileri ağırlık hafifletme çalışmalarına yöneltmiştir. TWIP çelikleri, yüksek mukavemet ve sünekliğinin yanı sıra daha ince kesitlerde istenen mekanik özellikleri sağlayarak ağırlık hafifletme çalışmalarında tercih edilmekte, ancak kaynaklanabilirlikleri sınırlı kalmaktadır. Bu tez çalışması, lazer kaynak yönteminin üstün özellikleri sayesinde TWIP çeliklerinin kaynaklanabilirliği iyileştirmeyi amaçlamaktadır. İşlem sırasında yüksek kaynak kalitesine sahip birleşimlerin elde edilebilmesi için birçok kaynak parametresinin optimizasyonuna ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, farklı kaynak parametrelerinin deneysel olarak analiz edilmesi gerekmektedir. Bu çalışma kapsamında, yüksek mangan ihtiva eden östenitik içeriğe sahip TWIP980 çeliğinin lazer kaynak parametrelerinin etkileri detaylı olarak araştırılmıştır. Farklı lazer kaynak parametrelerinde ve farklı konfigürasyonlarda kaynaklanmış TWIP980 çeliğinin, kaynak parametrelerinin mekanik özelliklere etkileri incelenmiştir. Kaynak edilmiş numuneler çekme testleri, yorulma testleri, sertlik testleri uygulanmış ve mikro-makro yapıları incelenmiştir. Çalışma sonuçları, lazer kaynak parametrelerinin kaynaklı birleşimin mekanik özellikleri ve kaynak geometrileri üzerinde belirgin etkilere sahip olduğu tespit edilmiştir. Kaynaklı birleşimlerde temel malzemenin %70-%80’ine yakın dayanımlar elde edilmiştir. Alın lineer lazer kaynak işleminde, lazer gücünün artışı başlangıçta olumlu etki gösterirken kritik seviyenin aşılmasının ardından dayanımda düşüş tespit edilmiş ve orta düzey kaynak hızı ile tam odak konumunda en yüksek dayanımı sağlayan optimum işlem koşulları belirlenmiştir. Bindirme lazer kaynak işleminde, düşük kaynak hızları ve pozitif odak konumları birleşimlerin dayanımında belirgin iyileşmeler sağlarken, lazer gücündeki artış başlangıçta dayanımı iyileştirmiş, ancak kritik bir eşik değerinin aşılmasıyla dayanımda düşüşe yol açmıştır. Salınımlı lazer kaynak işleminde, orta düzey ısı girdisi üzerindeki değerlerde dayanımların belirgin olarak iyileştiği tespit edilmiştir. Lazer kaynak prosesinin, kaynak bölgesinde TWIP çeliğinin karakteristik özelliklerinden dolayı mikro porozitelere neden olduğu görülmüştür. Ayrıca, salınımlı lazer ışını kullanarak daha düşük lazer güçlerinden bile tam nüfuziyetli kaynaklı birleşimlerin elde edilebileceği görülmüştür.

In the automotive industry, increasing competition and policies to reduce carbon emissions have led manufacturers to focus on weight reduction efforts. TWIP steels are preferred in weight reduction studies due to their high strength and ductility, as well as their ability to achieve desired mechanical properties in thinner sections, but their weldability remains limited. This thesis aims to improve the weldability of TWIP steels thru the superior properties of the laser welding method. Optimization of many welding parameters is required to achieve high-quality joints during the process. Therefore, different welding parameters need to be analyzed experimentally. Within the scope of this study, the effects of laser welding parameters on TWIP980 steel with high manganese content and austenitic structure were investigated in detail. The effects of welding parameters on the mechanical properties of TWIP980 steel welded at different laser welding parameters and in different configurations were investigated. Welded samples were subjected to tensile tests, fatigue tests, and hardness tests, and their micromacro structures were examined. The study results revealed that laser welding parameters have a significant impact on the mechanical properties and weld geometries of the welded joint. In welded joints, strengths close to 70%-80% of the base material's strength have been achieved. In butt linear laser welding, an initial increase in laser power exhibited a positive effect; however, exceeding the critical level resulted in a decline in strength, while the optimum processing conditions yielding the highest strength were identified at intermediate welding speed and full focal position. In overlap laser welding, lower welding speeds and positive focal positions significantly enhanced the strength of the joints, whereas the increase in laser power initially improved strength but, beyond a critical threshold, led to a decrease in strength. In oscillating laser welding, it has been observed that the strength is markedly enhanced at above moderate heat input levels. It has been observed that the laser welding process causes microporosity in the weld zone due to the characteristic properties of TWIP steel. Additionally, it has been observed that fully penetrated welded joints can be achieved even at lower laser powers using an oscillating laser beam.