Pulsed laser welding of MIM materials in precision-engineered components
Justander, Harri (2022)
Diplomityö
Justander, Harri
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120569423
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022120569423
Tiivistelmä
The purpose of this master’s thesis is to recognize different possible quality problems faced in a pulsed laser welding process of precision-engineered components. The main goal of the work is to study the different occurring problems in the laser welding process and how these could be solved in advance to optimize the quality of the welds in components manufactured with metal injection molding. Occurring problems are reviewed from aspects of the welding process, used materials, and the joint design of the component.
The thesis includes a literature review of laser welding with possible problems and solutions encountered in the process. Aspects of weldability with laser process for different materials and design guidelines for laser welded joints are also reviewed with a brief overview of the metal injection molding process. In the experimental part of this thesis, welding experiments are designed based on the literature review and the effect of process parameters on the weld penetration inside the test components’ internal structure.
This study demonstrated what kind of effects different welding parameters have on weld penetration and how great of an impact joint design and air gaps have on the final quality of the weld. As a result of this research, optimized welding parameters were created for different joints in different materials, and areas for development were pointed out whose resolution would improve the weld quality and increase the capability of the process. Tässä diplomityössä tutkitaan erilaisia mahdollisia laatuongelmia, joita voi esiintyä tarkkuusvalmistettujen komponenttien pulssilaserhitsauksessa. Työn tavoitteena on selvittää millaisia erilaisia hitsaukseen liittyviä ongelmia voi esiintyä ja miten näitä voidaan ratkaista jo ennakkoon, jotta saadaan optimoitua hitsien lopullista laatua metallin ruiskuvalulla valmistetuissa osissa ja niiden liitoksissa. Esiintyviä ongelmia tarkastellaan hitsausprosessin, erilaisten materiaalien ja liitosten rakenteen näkökulmista.
Diplomityössä tehdään kirjallisuuskatsaus laserhitsauksesta ja siinä esiintyvistä ongelmista ratkaisuineen sekä perehdytään metallin ruiskuvaluun valmistusmenetelmänä. Kirjallisuuskatsaus ottaa myös kantaa laserhitsattavien liitosten suunnitteluun ja erilaisten materiaalien hitsattavuuteen laserprosessilla. Kokeellisessa osiossa suunnitellaan ja toteutetaan hitsauskokeet käyttäen tietopohjana kirjallisuuskatsausta ja parametrien vaikutusta hitsin tunkeumaan testikomponenttien sisäisessä rakenteessa.
Tutkimuksessa selvitettiin, millaisia erilaisia vaikutuksia eri hitsausparametreilla on hitsin tunkeumaan ja kuinka suuri vaikutus liitossuunnittelulla ja ilmaraolla on hitsin lopulliseen laatuun. Tutkimuksen tuloksena saatiin optimoidut hitsausparametrit erilaisille liitoksille eri materiaaleissa sekä pystyttiin listaamaan kehityskohteita, jotka ratkaisemalla hitsauksen laatua voidaan parantaa ja hitsausprosessin kyvykkyyttä kasvattaa.
The thesis includes a literature review of laser welding with possible problems and solutions encountered in the process. Aspects of weldability with laser process for different materials and design guidelines for laser welded joints are also reviewed with a brief overview of the metal injection molding process. In the experimental part of this thesis, welding experiments are designed based on the literature review and the effect of process parameters on the weld penetration inside the test components’ internal structure.
This study demonstrated what kind of effects different welding parameters have on weld penetration and how great of an impact joint design and air gaps have on the final quality of the weld. As a result of this research, optimized welding parameters were created for different joints in different materials, and areas for development were pointed out whose resolution would improve the weld quality and increase the capability of the process.
Diplomityössä tehdään kirjallisuuskatsaus laserhitsauksesta ja siinä esiintyvistä ongelmista ratkaisuineen sekä perehdytään metallin ruiskuvaluun valmistusmenetelmänä. Kirjallisuuskatsaus ottaa myös kantaa laserhitsattavien liitosten suunnitteluun ja erilaisten materiaalien hitsattavuuteen laserprosessilla. Kokeellisessa osiossa suunnitellaan ja toteutetaan hitsauskokeet käyttäen tietopohjana kirjallisuuskatsausta ja parametrien vaikutusta hitsin tunkeumaan testikomponenttien sisäisessä rakenteessa.
Tutkimuksessa selvitettiin, millaisia erilaisia vaikutuksia eri hitsausparametreilla on hitsin tunkeumaan ja kuinka suuri vaikutus liitossuunnittelulla ja ilmaraolla on hitsin lopulliseen laatuun. Tutkimuksen tuloksena saatiin optimoidut hitsausparametrit erilaisille liitoksille eri materiaaleissa sekä pystyttiin listaamaan kehityskohteita, jotka ratkaisemalla hitsauksen laatua voidaan parantaa ja hitsausprosessin kyvykkyyttä kasvattaa.