Yanagawa, Hiroto;Nakamura, Daisuke;Hirose, Akio;Kobayashi, Kojiro F.
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.193-198
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2002
In 1his paper, applicability of laser welding to joining process of single crystal nickel base superalloy turbine blades was investigated. Because heat input of laser welding is more precisely controlled 1han TIG welding, it is possible to optimize solidification microstructure of the welds. Since in single crystal nickel base superalloy the crystal orientation have a significant effect on the strength, it is important to control the solidification microstructure in the fusion zone. A single crystal nickel base supera1loy, CMSX-4, plates were bead-on welded and butt welded using a $CO_2$ laser. The effects of microstructure and crystal orientation on properties of the weld joints were investigated. In bead-on weldling, welding directions were deviated from the base metal [100] direction by 0, 5, 15 and 30 degrees. The welds with deviation angles of 15 and 30 degrees showed fusion zone transverse cracks. As the deviation angles became larger, the fusion zone had more cracking. In the cross section microstructure, the fusion zone grains in 0 and 5 degrees welds grew epitaxially from the base metal spins except for the bead neck regions. The grains in the bead neck regions contained stray crystals. As deviation angles increased, number of the stray crystals increased. In butt welding, the declinations of the crystal orientation of the two base metals varied 0, 5 and 10 degrees. All beads had no cracks. In the 5 degrees bead, the cross section and surface microstructures showed that the fusion zone grains grew epitaxially from the base metal grains. However, the 10 degrees bead, the bead cross section and surface contained the stray crystals in the center of the welds. Orientations of the stray crystals accorded with the heat flow directions in the weld pool. When the welding direction was deviated from the base metal [100] direction, cracks appeared in the area including the stray crystals. The cracks developed along the grain boundaries of the stray crystals with high angles in the final solidification regions at the center of the welds. The fracture surfaces were covered with liquid film. The cracks, therefore, found to be solidification cracks due to the presence of low melting eutectic. As the results, in both bead-on welding and butt welding the deviation angles should be control within 5 degrees for preventing the fusion zone cracks. To investigate the mechanical properties of the weld joints, high temperature tensile tests for bead-on welds with deviation angles of 0 and 5 degrees and the butt welds with dec1ination angles of 0, 5 and 10 degrees were conducted at 1123K. The the tensile strength of all weld joints were more 1han 800MPa that is almost 80% of the tensile strength of the base metal. The strength of the laser weld joints were more than twice that of tue TIG weld joints with a filler metal of Inconel 625. The results reveals 1hat laser welding is more effective joining process for single crystal nickelbase superalloy turbine blades 1han TIG welding.
Dissimilar joining of Al 6013-T4 alloys and austenite stainless steel was carried out using friction stir welding technique. Microstructures near the weld zone and mechanical properties of the joint have been investigated. Microstructures in the stainless steel side were composed of the heat affected zone and the plastically deformed zone, while those in the Al alloy side were composed of the recrystallized zone including stainless steel particles, the thermo-mechanically affected zone and the heat affected zone. TEM micrographs revealed that the interface region was composed of the mixed layers of elongated stainless steel and ultra-fine grained Al alloy with lamella structure and intermetallic compound layer. Thickness of the intermetallic layer was approximately 300nm and was identified as the A14Fe with hexagonal close packed structure. Mechanical properties, such as tensile and fatigue strengths were lower than those of 6013 Al alloy base metal, because tool inserting location was deviated to Al alloy from the butt line, which resulted in the lack of the stirring.
This paper deals with the effect of laser welding parameters on the weld formation. Thin steels for automotive application were prepared so as to be welded with high power carbon dioxide laser system. Major process parameters were position of focus and travel speed. The effect of shielding gas was also discussed by employing the high speed photometry. Test results showed that the optimal position of focus varied in accordance with the joint configuration; bead-on-plate, butt or lap welding. It was recommended that the position of focus for the lap welding be located at slightly inner part of the material to be welded. In this case, however, it was noticeable that the weld penetration ratio, d/t$_{0}$ dropped drastically at the critical region. Results also demonstrated that both the bead width and penetration reduced as the travel speed increased. The penetration ratio showed two distinct regions; stabilized zone at the lower range of the travel spped and sudden drop zone at the higher range of travel speed. Lower limit of the penetration for acceptable weld was proved to be about 90% of the parent metal thickness based on the physical properties of the weld. Mixed gas application for both the shielding of molten metal and laser induced plasma control was recommended as far as the penetration was concerned.d.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.565-572
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2009
This work intends to establish the reliability and fracture toughness $K_{IC}$ criterion of welded joints by EGW for high strength EH36-TMCP ultra thick plate. For this, firstly thermo elasto-plastic analysis has been carried out on two pass X-groove butt joint model to clarify the thermal and mechanical behaviour(residual stress, plastic strain, magnitude of stress and their distribution and production mechanism). Moreover, to establish fracture criterion, analysis of fracture toughness $K_{IC}$ has been performed under the notch machined and residual stress with the load condition on EGW welded joints. A quantitative fracture criterion for EGW welded joints is suggested by using $K_{IC}$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.41
no.1
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pp.1-7
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2017
When implementing butt joint welding of two plates, it is useful to attach end-tabs made of a metal with high heat conductivity (e.g., copper) at the front and back sides of the welded plates to prevent the bead from rolling down and prevent defects that may occur at the tips of the weld zone. In this study, the fin shape, which is known to have good heat discharging characteristics by natural convection, has been applied to enhance the cooling performance of the end-tab. From both experiment and numerical analysis, it was confirmed that end-tabs with fin-shaped holes have better heat discharging performance than end-tabs without holes. Through thermal and fluid flow analysis, the cooling rates of end-tabs with different hole shapes were estimated in order to figure out characteristics of shape factor that are important for the heat discharging performance. As a result, we found that the structure including vertical fins with optimal fin gap was the best-performing shape.
Laser beam welding is more advantageous compared to conventional methods. Titanium/Aluminium dissimilar alloy thin sheet metals are difficult to weld due to large difference in melting point. The performance of the weldment depends upon interlayer formation and distribution of intermetallics. During welding, aluminium gets lost at the temperature below the melting point of titanium. Therefore, it is needed to improve a new metal joining techniques between these two alloys. The present work is carried for welding TI6AL4V and AA2024 alloy by using Nd:YAG Pulsed laser welding unit. The performance of the butt welded interlayer structures are discussed in detail using hardness test and SEM. Test results reveal that interlayer fracture is caused near aluminium side due to low strength at the weld joint.
For the purpose of establishing laser welding condition (laser power, welding speed and beam focus) and of evaluating tailored blanks for two kinds of thin steel sheets SPCC and SK5M using in the thin plate structure such as automobile, train, and so on, investigated their $CO^2$ laser weldability under various initial welding conditions. SPCC thin sheet showed good weldability under some welding conditions. But, high carbon steel sheet SK5M needed heat treatment after welding to obtain ductility of the welded joint. And next, tailored blank was tested through deep drawing to evaluate reliability of their obtained laser welding conditions. The forming depths by tailored blank were SPCC+SPCC=22-25mm and SK5M+SK5M=13-25mm.
Dissimilar joining of AI 6013-T4 alloys and austenite stainless steel was carried out using friction stir welding technique. Microstructures near the weld zone and mechanical properties of the joint have been investigated. Microstructures in the stainless steel side and AI alloy were depended on the thermo-mechanical condition which they received. TEM micrographs revealed that the interface region was composed of the mixed layers of elongated stainless steel and ultra-fine grained AI alloy and intermetallic compound layer which was identified as the $Al_{4}Fe$ with hexagonal close packed structure. Mechanical properties were lower than those of 6013 AI alloy base metal, because tool inserting location was deviated to AI alloy from the butt line, which resulted in the lack of the stirring.
Kim, Heung-Ju;Jang, Ung-Seong;Yang, Gwang-Ha;Bang, Han-Seo
Proceedings of the KWS Conference
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2005.06a
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pp.174-176
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2005
On the basis of successful experiences and data from author's past experimental results of friction stir welding on thin aluminum plates, thick aluminum plate of high strength 2000 series has been carried out in this study. For various combination of rotating speed, welding speed and tool (RIWRC38-C) shape, the butt welded specimens has been prepared to check the metallurgical characteristics, hardness distributions and defects. From the results, feasible welding conditions have been obtained as 450 rpm rotating speed and 5 mm/min welding speed. Using these optimum welding parameters, 38.1mm-thickness A2519-T87 plates have been FSWelded in single pass. A good weld surface appearance and defects free weld zone has been observed in X-ray inspection. Softened region has been generated by dissolution of precipitates and coarsened microstructure in the stir zone after FSWeld.
Kim, Jong-Woong;Lee, Won-Bae;Yeon, Yun-Mo;Jung, Seung-Boo
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.516-521
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2002
A study was carried out to grow an understanding of the microstructural development of friction stir welds on an AZ91D magnesium alloy, and to evaluate the mechanical properties of the welds. AZ91D plates with the thickness of 4mm were used, and the microstructural development of the weld zone was investigated using optical and scanning electron microscopes. Square butt welding joint with good quality was obtained at the conditions of under 187mm/min of travel speed with 1100 to 1250 rpm of tool rotation speed. The microstructure within the weld region consisted of fine equiaxed grains with no evidence of the original dendritic structure. The hardness tests showed slightly increased harness in the weld region, and the minimum hardness measured is in that of the parent material. Tensile strength of the weld zone was remarkably improved due to very fine recrystallized structure. XRD pattern of weld zone revealed the removal of $\beta$ intermetallic compounds, $Mg_{17}$Al$_{12}$, which had been distributed in the base metal.l.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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