Influence of welding techniques on microstructure and hardness of steel joints used in automotive air conditioners

• Autorzy: Noga P. , Węglowski M. , Zimierska-Nowak P. , Richert M. , Dworak J. , Rykała J.

Identyfikatory

DOI

10.7494/mafe.2017.43.4.281

Warianty tytułu

PL

Wpływ technologii spawania na mikrostrukturę oraz twardość złączy stalowych wykorzystywanych w klimatyzatorach samochodowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Austenitic steels belong to a group of special-purpose steels that are widely used in highly aggressive environments due to their enhanced anticorrosive behavior and high mechanical properties. The good formability and weldability of these materials has made them very popular in automotive AC systems. This study presents the results of hardness tests and microstructure observations on plasma- and laser-welded joints. The examined joints consisted of two different stainless steel components; i.e., a nipple made from corrosion-resistant AISI 304 steel and a corrugated hose made from 316L steel. Microplasma welding was carried out on a workstation equipped with an MSP-51 plasma supply system and a BY-100T positioner. The laser-welded joint was made on a numerically controlled workstation equipped with an Nd:YAG laser (without filler material) with 1 kW of maximum power; the rotational speed of the welded component was n = 4 rpm. Microstructural observations were performed using a scanning electron microscope and an optical microscope. Vickers hardness was measured with a hardness tester. The obtained results proved that both the microplasma- and laser-welded joints were free from any visible welding imperfections. In the micro areas of the austenitic steel weld, crystals of intercellular ferrite appeared against a background of austenite. The crystallization front (depending on the welding technology) was running from the fusion line towards the weld axis. The grain size depended on the distance from the fusion line.

PL

Stale austenityczne należą do grupy stali specjalnych, szeroko stosowanych w silnie agresywnych środowiskach ze względu na swoje doskonałe właściwości antykorozyjne oraz mechaniczne. Dodatkowo z uwagi na ich bardzo dobrą zdolność do odkształceń plastycznych oraz spawalność mają zastosowanie w samochodowych układach klimatyzacyjnych. W pracy przedstawiono wyniki badań twardości oraz badań metalograficznych mikrostrukturalnych złączy spawanych łukiem plazmowym oraz wiązką laserową. Łączony element składał się z różnoimiennych stali nierdzewnych: tulei wykonanej ze stali odpornej na korozję AISI 304 oraz mieszka sprężystego wykonanego ze stali odpornej na korozję AISI 316L. Spawanie plazmowe przeprowadzono na stanowisku wyposażonym w zasilacz plazmowy MSP-51 oraz obrotnik typu BY-100T. Złącza spawane laserowo wykonano na specjalnym stanowisku sterowanym numerycznie za pomocą lasera typu Nd:YAG bez materiału dodatkowego, o maksymalnej mocy 1 kW oraz prędkości obrotowej elementu spawanego n = 4 obr/min. Obserwacje mikroskopowe przeprowadzono na skaningowym mikroskopie elektronowym oraz optycznym mikroskopie świetlnym, natomiast twardość mierzono twardościomierzem SHIMADZU HMV-G. Na podstawie wyników badań stwierdzono, że w spoinach uzyskanych zarówno w technice spawania plazmowego, jak i laserowego nie zaobserwowano niezgodności spawalniczych, a w mikroobszarach stali austenitycznej, w spoinie, występują kryształy międzykomórkowego ferrytu na tle austenitu. Ponadto wykazano, że front krystalizacji (w zależności od technologii spawania) występuje od linii wtopienia w kierunku osi spoiny. Zaobserwowano również, że wielkość ziarna jest zależna od odległości od linii wtopienia.

Słowa kluczowe

EN

laser welding; microplasma welding; elements of automotive air conditioners; delta ferrite

PL

spawanie laserowe; spawanie plazmowe; elementy kilmatyzacji samochodowej; ferryt delta

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Metallurgy and Foundry Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 43, no. 4
• Strony: 281--290
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Noga P.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Krakow, Poland

autor

Węglowski M.

• Institute of Welding, Gliwice, Poland

autor

Zimierska-Nowak P.

• Boryszew S.A. MAFLOW Branch in Tychy, Chełmek, Poland

autor

Richert M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Management, Krakow, Poland

autor

Dworak J.

• Institute of Welding, Gliwice, Poland

autor

Rykała J.

• Institute of Welding, Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] Méndez C.M., Covinich M.M., Ares A.E.: Resistance to Corrosion and Passivity of 316L Stainless Steel Directionally Solidified Samples. In: Aliofkhazraei M., Developments in Corrosion Protection. InTech 2009, 41–63
• [2] Ziętala M., Durejko T., Polański M., Kunce I., Płociński T., Zieliński W., Łazińska M., Stępniowski W., Czujko T., Kurzydłowski K.J., Bojar Z.: The microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of 316 L stainless steel fabricated using laser engineered net shaping. Materials Science and Engineering A, 677, November (2016), 1–10
• [3] Zhou L., Nakata K., Tsumura T., Fujii H., Ikeuchi K., Michishita Y., Fujiya Y., Morimoto M.: Microstructure and Mechanical Properties of 316L Stainless Steel Filling Friction Stir-Welded Joints. Journal of Materials Engineering and Performance, 23, 10 (2014), 3718–3726
• [4] Węglowski M.S., Stano S.: Właściwości złączy spawanych laserowo ze stali HDT580X. Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 29, 1 (2009), 268–273
• [5] Hong K.-M., Shin Y.C.: Prospects of laser welding technology in the automotive industry: A review. Journal of Materials Processing Technology, 245 (2017), 46–69
• [6] Mackwood A.P., Crafer R.C.: Thermal modelling of laser welding and related processes: A literature review. Optics & Laser Technology, 37, 2 (2005), 99–115
• [7] Prasad K.S., Rao C.S., Rao D.N.: Study on weld quality characteristics of microplasma arc welded austenitic stainless steels. Procedia Engineering, 97 (2014), 752–757
• [8] Prasad K.S., Rao C.S., Rao D.N.: Effect of pulsed current microplasma arc welding process parameters on fusion zone grain size and ultimate tensile strength of SS304L sheets. International Journal of Lean Thinking, June 2012 , 107–118
• [9] Liu Z.M., Cui S.L., Luo Z., Zhang C.Z., Wang Z.M., Zhang Y.C.: Plasma arc welding: Process variants and its recent developments of sensing, controlling and modeling. Journal of Manufacturing Processes, 23 (2016), 315–327
• [10] Martikainen J.K., Moisio T.J.I.: Investigation of the Effect of Welding Parameters on Weld Quality of Plasma- Arc Keyhole Welding of Structural-Steels. Welding Journal, 72, 7 (1993), S329–S340
• [11] Martikainen J.: Conditions for achieving high-quality welds in the plasma-arc keyhole welding of structural steels. Journal o Materials Processing Technology, 52, 1 (1995), 68–75
• [12] Wu C.S., Jia C.B., Chen M.A.: Control System for Keyhole Plasma Arc Welding of Stainless Steel Plates with Medium Thickness. Supplement to the Welding Journal, 89, November (2010), 225–231
• [13] Hanninen H., Romu J., Ilola R., Tervo J., Laitinen A.: Effects of processing and manufacturing of high nitrogen-containing stainless steels on their mechanical, corrosion and wear properties. Journal of Materials Processing Technology, 117, 3 (2001), 424–430
• [14] Yan J., Gao M., Zeng X.: Study on microstructure and mechanical properties of 304 stainless steel joints by TIG, laser and laser-TIG hybrid welding. Optics and Lasers in Engineering, 48, 4 (2010), 512–517
• [15] Berretta J.R., de Rossi W., Neves M., Alves de Almeida I., Dias Vieira Junior N.: Pulsed Nd:YAG laser welding of AISI 304 to AISI 420 stainless steels. Optics and Lasers in Engineering, 45, 9 (2007), 960–966
• [16] Kumar N., Mukherjee M., Bandyopadhyay A.: Comparative study of pulsed Nd:YAG laser welding of AISI 304 and AISI 316 stainless steels. Optics & Laser Technology, 88 (2017), 24–39
• [17] Lo I.H., Tsai W.T.: Effect of heat treatment on the precipitation and pitting corrosion behavior of 347 SS weld overlay. Materials Science and Engineering A, 355, 1–2 (2003), 137–143
• [18] Cui Y., Lundin C.D.: Evaluation of initial corrosion location in E316L austenitic stainless steel weld metals. Materials Letters, 59, 12 (2005), 1542–1546
• [19] Pujar M.G., Dayal R.K., Gill T.P.S., Malhotra S.N.: Role of δ-ferrite in the dissolution of passive films on the austenitic stainless-steel weld metals. Journal of Materials Science Letters, 18, 10 (1999), 823–826
• [20] Kumar N., Mukherjee M., Bandyopadhyay A.: Study on laser welding of austenitic stainless steel by varying incident angle of pulsed laser beam. Optics & Laser Technology, 94 (2017), 296–309
• [21] Rho B.S., Hong H.U., Nam S.W.: Effect of δ-ferrite on fatigue cracks in 304L steels. International Journal of Fatigue, 22, 8 (2000), 683–690
• [22] Wang X.N., Chen X.M., Sun Q., Di H.S., Sun L.N.: Formation mechanism of δ-ferrite and metallurgy reaction in molten pool during press-hardened steel laser welding. Materials Letters, 206 (2017), 143–145
• [23] Ben Rhouma A., Amadou T., Sidhom H., Braham C.: Correlation between microstructure and intergranular corrosion behavior of low δ-ferrite content AISI 316L aged in the range 550–700°C. Journal of Alloys and Compounds, 708 (2017), 871–886
• [24] Kina A.Y., Souza V.M., Tavares S.S.M., Pardal J.M., Souza J.A.: Microstructure and intergranular corrosion resistance evaluation of AISI 304 steel for high temperature service. Materials Characterization, 59, 5 (2008), 651–655
• [25] Windyga A.: Redukowanie fazy ferrytycznej w spoinach stali austenitycznych. Wydawnictwa Przemysłu Maszynowego „WEMA”, Warszawa 1984
• [26] Chen Y.B., Lei Z.L., Li L.Q., Wu L.: Experimental study on welding characteristics of CO2 laser TIG hybrid welding process. Science and Technology of Welding and Joining, 11, 4 (2006), 403–411
• [27] Ciechacki K., Szykowny T.: Ocena jakości spawania różnoimiennych stali odpornych na korozję. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 5 (2010), 28–30