The use of pure titanium and titanium alloys have been increased recently in fixed, removable prosthodontics and implant fields as a framework. But when they were used for superstructures of implant or metal framework of removable prosthesis, welding is necessary to reconnect the fracture site to control the casting distortions. To overcome the difficulties in soldering the titanium due to high oxidation property, much effort have been devoted. In this study, some of mechanical properties were compared between pure titanium and Ti-6Al-4V alloy by using after welding, electron beam welding technique and tungsten arc welding. Mechanical properties such as tensile strength, yield strength, elongation and microhardness were measured. And, in order to compare the effect of welding site and surrounding metal tissue according to the welding condition, SEM photographs were taken and element distribution was observed by Wave Dispersion Spectroscopy. Through analyses of the data, following results were obtained; 1. In items such as tensile strength, yield strength and elongation according to the welding techniques of pure titanium, only tungsten arc welded group showed significant lower value than other groups(P<0.05). 2. In items such as tensile strength and yield strength according to the welding techniques of Ti-6Al-4V alloy, control group and tungsten arc welded group showed significant difference among all the groups(P<0.05). 3. Ti-6Al-4V alloy exhibited significantly greater elongation than control group when the laser welding method and electron beam welding method were used, and elongation showed increasing tendency. 4. Pure titanium specimens exhibited increasing tendency of microhardness regardless of the weld-ing technique applied, and especially tungsten arc welded group demonstrated a great increase of microhardness than parent metal. 5. There was no hardness change in laser welded group and electron beam welded group of Ti-6Al-4V alloy, but in tungsten arc welded group, hardness changed greatly from parent metal to weld seam. 6. Through the metallographic examination and scanning electron microscopy, laser welding caused central fusion and recristallizations were formed and tungsten arc welding caused localized fusion to 0.3-0.7mm from the surface.
In this study, fundamental experiment was conducted with various strength of UHSS (Ultra High Strength Steel) by $CO_2$ laser. And then, butt and lap joint laser welding with boron alloyed steel and Al-Si coated boron alloy steel have been done by changing laser beam feature, existence of gap and existence of coating layer to know welding characteristics of those materials. As a result, in case of fundamental experiment with various strength steel, hardening was found in the weld metal of all tested materials and softening was found at the heat affected zone of SGAFC 1180. In case of laser butt welding of UHSS, mechanical properties was improved by using small laser beam diameter and Al-Si coating layer caused fracture of weld metal. In case of laser lap welding of UHSS, Al-Si coating layer resulted in formation of intermetallic compound at the fusion boundary where fracture occurred. Al-Si coating layer caused lowering mechanical properties of weld metal.
New technologies in polymer synthesis and pipe extrusion equipment have led to the commercialization of high-performance, large-diameter, thick-wall high density polyethylene (HDPE) pipes. They have been used in the field of seawater transport and cooling to replace metal pipes, due to their advantages of high corrosion resistance and extensibility. Connection of HDPE pipe is important as it determines the safety of the entire piping system. Butt fusion welding is commonly used for HDPE pipe connection but may cause the formation of weak points in the welded joints, interfering the reliability of the pipeline system in the application of nuclear power plants. At present, there is a lack of research on evaluating the performance of welded joint for large-diameter thick-wall HDPE pipes made by butt fusion-welding. The purpose of this study is to investigate the influence of three different butt fusion-welding processes, i.e., single low pressure (SLP), single high pressure (SHP) and dual low pressure (DLP), by evaluating the performance of their welded joints, including characterizing tensile strength, extensibility, crystallinity and hardness. In specific, a thick-wall HDPE pipe with OD of 812.8 mm and wall thickness of 74 mm which is certified for nuclear safety class was used for study. Representative specimen from the outer, middle and inner part across the wall of the main pipe body and welded joints were taken for testing. Different test methods and specimens were designed to assess the feasibility of evaluating the welding performance from different welding process. The results showed that the mechanical properties of different locations of the welded joints were different, and the tensile strength and fracture energy of the middle part of the joint were lower than that of the inner and outer parts, which could be caused by the difference in the crystallinity and thickness of the melting zone influenced by welding processes, as can be seen from the analysis of DSC test and morphology observation. Hardness testing was conducted on the section of the welded joints, and it revealed that the micromechanical properties of the welded joints in the region of the heat-affected zone were enhanced significantly, which may be due to the annealing effect caused by welding process. In summary, The DLP process resulted in the best extensibility of the welded joints among three processes, suggesting that the joining pressure from welding process plays an important role in affecting the extensibility of the welded joints.
In this study, a new spot welding with electric resistance heated dies is suggested for the spot welding of non-ferrous metal plates for drawing and concurrent spot welding. This welding method involves two heating processes such as heating by conduction of electric resistance heated dies and heating by resistance between contacted surfaces of two plates by welding current induced to copper dies for the fusion of contacted metal. This welding process has welding variables such as current induced in heated and copper dies, the inner diameters of heated dies, and edge shape of the copper dies. Experimental conditions for each current should be established to get successful welding strength. The welding strength could reach to the desired value in industrial fields under the following conditions of contact diameters of heated dies in this case of overlapped aluminum5052 plates with 0.3-mm thickness: inner and outer diameters of 5.0 and 16mm, respectively; diameter of copper dies, 5.0mm; heating current, 6.8kA in heated steel dies; welding current, 8.6 kA in copper dies.
The high strength AlZnMgCu0.5 alloy is a light metal with good age hardenability, and has a high tensile and yielding strength. Therefore, it can be used for structures requiring high speciple strength. Even though high strength AlZnMgCu alloy has good mechanical properties, it has a lot of problems in TIG and MIG welding processes. Since lots of high heat absorption is introduced into the weldment during TIG and MIG processes, the microstructural variation and hot cracks take place in heat affected zone. Therefore, the mechanical properties of high strength AlZnMgCu0.5 alloy can be degraded in weldment and heat affected zone. Welding process utilizing high density heat source such as electron beam should be developed to reduce pore and hot cracking, whichare usually accompanied by MIG and TIG welding processes. In this work, electron beam welding process were used with or without AlMg4.5Mn as filler material to avoid the degradation of mechanical properties. Mechanical and metallurgical characteristics were also studied in electron beam weldment and heat affected zone. Moreover hot cracking mechanism was also investigated.
In this study, the effect of laser source($CO_2$ and Nd:YAG) on the microstructure and tensile properties of laser welded Al-Si coated boron steel(1.2mmt) was investigated with before and after hot-stamping. In case of as welds condition, fracture occurred in base metal unrelated to the laser source. It could be explained that tensile strength of fusion zone composed of martensite and bainite is higher than that of base metal that contains a lot of ferrite despite dilution of Al and Si from coating layer to fusion zone. In case of hot-stamping condition, the fracture occurred in fusion zone irrelevant to laser source and the tensile strength was lower than hot stamped base metal. In the $CO_2$ laser welds, $Fe_3$(Al,Si) formed near the bond line was transformed into ferrite during hot-stamping. Therefore tensile strength of bond line is lower than that of base metal and center of fusion zone and the fracture occurred in the bond line. On the other hand, in the Nd:YAG laser welds, the higher concentration of Al formed the ferrite in the fusion zone during hot-stamping treatment. Also, the thickness of centerline was thinner than that of base metal. Therefore, it is considered that fracture occurred in centerline of fusion zone due to effect of concentration stress, and it leaded to a lower tensile strength and elongation.
The characteristics of $CO_2$ or Nd:YAG laser welded 600MPa ade TRIP steel was investigated. He or Ar gas was used as a shield gas in case of $CO_2$ laser welding, but the shield gas was not used in case of Nd:YAG laser welding. Bead on plate welding was performed with various welding conditions. Defects in the joints of both welding type occurred at 1.8m/min but were not observed over the welding speed of 2.1m/min in case of Nd:YAG laser welding. However, porosity occurred in $CO_2$ laser welding and the tendency of decreasing with the increase of welding speed. The hardness was the highest at heat affected zone near fusion zone as well as at the fusion zone and decreased on approaching the base metal. In a perpendicular tensile test to the weld line, all specimens that have been welded at optimum conditions were fractured at the base metal, and the tensile properties showed the rather higher than those of raw material. In a parallel tensile test, the strength of the joints was higher than that of the base metal. Elongation was found to be lower than that of the raw material. Forming height by Erichsen test and elongation were deeply related with the ratio of base metal/weld metal and the maximum hardness of the weld metal. Also porosity induced to decrease the strength and the elongation. The maximum formability was recorded at approximately 80% as compared with that of the raw material with the optimum condition.
Magnesium alloys are becoming important material for light weight car body, due to their low specific density but high specific strength. However they have a poor weldability, caused high oxidization tendency and low vapor temperature. In this study, the welding performance of magnesium alloys was investigated for automobile application. The materials were rolled magnesium alloy sheet contains Al and Zn such as AZ3l , AZ6l and AZ9l. Three types of welding process were studied, that were GTAW, Laser beam welding and FSW. To evaluate the weldability, we examined the appearance of welding bead. Also we checked bead shape and internal defects such as crack and porosity on cross section of welding bead. The mechanical property was measured for welded specimen by tensile test. For determination of the strength change by welding process, the hardness profile across the welding center was measured. For the results, the tensile properties of welded specimen were decreased obviously on all welding process. For the fusion welding process such as GTAW and laser beam welding, the surface of the welding bead was covered with oxidized magnesium dust but it was removed by simple cleaning work as wipe-out with tissue. Also under cut, that caused vaporization of base metal was occurred. for the friction stir welding, there was no oxidation, under-cut or internal defects. However it had poor weld performance, the reason was cleavage fracture occurred at plastic deformation zone. For welding of magnesium alloy, the laser beam welding process was recommended.
Joining Al/Fe dissimilar metals is becoming a subject of special interest in the assembly of automotive parts as a trade-off between the weight lightening and the cost reduction. Although various studies have been introduced to join Al alloy with the steel sheet by fusion welding, weak joint strength and galvanic corrosion still remained as problems to be solved. As a solid state welding, friction stir welding has been preferred to fusion welding processes in the dissimilar metal joints. This study investigated friction stir spot welding (FSSW) of Al alloy to the thin steel sheet with a thickness of 0.65 mm. The conventional FSSW is a stationary spot welding process but new approach adopted an additional circumferential movement in company with high speed tool rotation. A full factorial experimental design was implemented, and the main and interaction effects of parameters were analysed on the failure load in the tensile shear test. The direction and radius of rotation were statistically significant parameters and these two parameters affected the joint width and the shape of the hook.
In this study, the lap welding between austenitic stainless steel and carbon steel was carried out using arc spot welding process and weldability of welded specimens was estimated. From the tensile-shear strength test, micro Vickers hardness test, and microstructure observation, specimen of 6.5mm(hole of upper plate) showed the best results in terms of tensile-shear strength and nugget shape. And there was an unmixed zone in fusion boundary between the carbon steel base metal and bulk weld metal. This zone had very thin width with the hard microstructure. The shape of weld nugget in arc spot welding of dissimilar metal welds was predicted by searching thermal history of a weld joint through a three-dimensional finite element model. From the numerical analysis, predicted the shape of weld nugget showed good agreement with the experiment(Received August 24, 1999)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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