Metode stacking cross orthogonal digunakake kanggo nindakake multi-layer lan multi-pass kabel laser cladding ing 20 mm nglukis Q345B piring baja karbon rendah, lan morfologi makroskopik, microstructure, komposisi phase, microhardness lan resistance karat saka lapisan cladding sinau. Asil nuduhake yen lapisan cladding sing diduweni dening proses ngisi kabel laser multi-layer lan multi-pass nduweni tatanan makroskopik sing apik lan ora ana cacat sing jelas kayata pori-pori lan retakan; lapisan cladding utamané dumadi saka zona cladding, zona tumpang tindih, zona owah-owahan fase, zona fusi lan zona kena panas; struktur materi tiyang sepah utamané ferrite lan pearlite, lan microstructure lapisan cladding utamané ferrite, widmanstatten lan martensite; amarga pengaruh microstructure lan ukuran gandum, atose saka lapisan cladding sakabèhé jumangkah, lan atose rata-rata lapisan cladding punika 320.13 HV, kang luwih dhuwur tinimbang sing saka bahan induk; ing 3.5% solusi NaCl, kurva polarisasi lapisan cladding nuduhake wilayah passivation, lan resistance karat luwih saka materi induk. Proses cladding kabel laser multi-lapisan lan multi-pass bisa nyukupi syarat persiapan lapisan cladding ing teknik nyata.
Kata kunci: baja karbon rendah Q345B; kabel laser cladding; salib orthogonal numpuk; struktur mikro lan sifat

Kanthi ngrembakane ekonomi lan masyarakat, kabutuhan negara saya kanggo sumber daya minyak lan gas laut terus saya mundhak. Fokus ing eksplorasi lan pangembangan sumber daya laut minangka kabutuhan praktis kanggo pangembangan industri minyak negaraku [1-2]. Amarga lingkungan layanan kompleks struktur teknik laut, luwih gampang rusak tinimbang struktur tradisional. Mula, pangopènan saben dina peralatan teknik laut wis dadi masalah utama sing kudu ditanggulangi kanthi cepet [3]. Baja Q345B minangka baja kekuatan dhuwur paduan rendah kanthi sifat komprehensif sing apik lan kemampuan las sing apik. Iki digunakake akeh ing teknik laut lan konstruksi jembatan [4].

Minangka teknologi lapisan protèktif lan ndandani sing luwih maju, cladding laser nyedhiyakake proses mbentuk cedhak-net-wangun efisien kanggo ndandani tliti dhuwur saka bagean tombol lan preparation saka kemul karo sifat materi majeng [5]. Sajrone proses cladding multi-layer lan multi-pass, zona panas sing kena pengaruh welds jejer tumpang tindih, mbentuk wilayah sing wis ngalami loro utawa luwih siklus termal. Struktur mikro wilayah kasebut utamané rumit [6], lan fase komposisi mikrostruktur, tingkat rekristalisasi, skala endapan lan morfologi inklusi terus-terusan owah-owahan sajrone proses [7]. Mulane, sajrone proses cladding multi-layer lan multi-pass, asring ana titik lemah ing area cladding, sing rawan gagal nalika digunakake. Contone, korosi elektrolitik lan korosi stres asring diamati ing cedhak sendi sing dilas saka pembuluh tekanan nalika digunakake [8].

Wu et al. [9] digunakake teknologi laser cladding kanggo nyiapake lapisan cladding Mo2NiB2 sing terus-terusan lan padhet ing landasan baja. Lapisan nduweni atose dhuwur, resistance nyandhang apik lan resistance karat, mbenakake kinerja landasan, lan njamin layanan aman lan stabil saka peralatan engineering marine. Li et al. [10] nggunakake kabel laser cladding kanggo ndandani bagean corroded saka 316L lumahing stainless steel lan entuk multi-lapisan multi-pass lapisan cladding saka 308L stainless steel. Lapisan utamané dumadi saka austenit lan jumlah cilik saka ferrite, karo kekuatan tensile lan elongation saka 548MPa lan 40% mungguh, kang kira-kira 86% lan 74% saka landasan.

Ing makalah iki, teknologi kabel cladding laser digunakake kanggo nyiapake lapisan cladding laser Q345B dening tumpukan orthogonal salib. Morfologi makroskopik, struktur mikro, komposisi fase, microhardness lan resistance karat saka lapisan multi-pass cladding multi-layer diteliti, sing nyedhiyakake basis kanggo ndandani struktur teknik laut ing situs.

1 Eksperimen cladding kabel laser

1.1 Materi eksperimen

Bahan landasan eksperimen yaiku baja karbon Q345B, lan bahan cladding kawat yaiku kawat baja paduan AFEW6-86 kanthi diameter 1.2 mm. Komposisi kimia saka loro kasebut ditampilake ing Tabel 1.

1.2 Proses cladding kabel laser multi-lapisan lan multi-pass
Ing aplikasi engineering nyata, workpiece bakal kena pengaruh dening pasukan ing arah beda sak operasi, supaya pengaruh anisotropi kudu dianggep. Kanggo nyuda pengaruh anisotropi, jalur lapisan cladding wis direncanakake, arah aditif welds ing lapisan sing padha konsisten, arah welds ing lapisan tumpukan jejer jejeg saben liyane, lan lapisan kasebut ortogonal. Path stacking cross-orthogonal ditampilake ing Gambar 1.

Sajrone eksperimen cladding, gas pelindung yaiku gas argon murni kanthi kemurnian gas 99.99%. Kaping pisanan, eksperimen ortogonal ditindakake kanthi nggunakake metode cladding single-pass siji-lapisan kanggo njelajah paramèter proses optimal kanggo cladding siji-pass; banjur, cara multi-lapisan single-pass numpuk digunakake kanggo sinau pengaruh saka dhuwur ngangkat antarane lapisan ing weld mbentuk kualitas, lan multi-lapisan single-pass weld karo lapisan cladding sakcara lan efek mbentuk apik iki dijupuk. Ing basis saka ndhuwur, pengaruh tarif tumpang tindih beda ing kualitas mbentuk lapisan cladding sinau, lan ketemu sing nalika tingkat tumpang tindih 40%, dhuwur antarane saben pass saka lapisan cladding relatif seragam, tatanan lumahing ana relatif warata, lan ikatan Metallurgical antarane saben pass ana paling kuat. Dhuwur angkat antarane lapisan eksperimen yaiku 0.8 mm kanggo saben rong lapisan pertama lan 0.7 mm kanggo saben lapisan sabanjure. Paramèter eksperimen tartamtu ditampilake ing Tabel 2.

1.3 Analisis lan cara nguji lapisan cladding
Pemotongan kabel digunakake kanggo ngethok conto metalografi saka lapisan cladding multi-layer lan multi-pass sing disiapake. Lumahing sampel digiling sawise dilebokake resin epoksi ing suhu kamar. Sandpaper saka macem-macem kasar digunakake kanggo polishing nganti ora ana goresan. Banjur, sampel dipoles nganggo mesin polishing kanggo entuk potongan sampel metallographic kanthi efek pangilon. Sampel iki corroded karo 4% solusi alkohol asam nitrat kanggo etch metu antarmuka lapisan cladding katon, rinsed karo alkohol lan diunekake garing, lan microstructure saka sampel iki diamati karo mikroskop metallographic; komposisi fase lan evolusi lapisan cladding dipindai lan dianalisis ing kisaran 30 ° ~ 100 ° nggunakake teknologi difraksi sinar-X; analisis unsur kimia saka lapisan cladding ditindakake kanthi nggunakake spektrometer energi; microhardness saka macem-macem wilayah salib lapisan cladding dites nggunakake HVS-1000Z Vickers atose tester; kurva polarisasi lan spektrum impedansi saka lapisan cladding lan bahan induk diuji ing larutan NaCl 3.5% nggunakake workstation elektrokimia VersaSTAT 3F kanthi elektroda calomel jenuh minangka elektroda referensi lan elektroda platinum minangka elektroda tambahan, lan tahan korosi. dibandhingake lan dianalisis.

2 Asil eksperimen lan analisis
2.1 Analisis makromorfologi lapisan cladding
Lapisan cladding sing diisi kabel laser disiapake kanthi eksperimen tumpukan silang ortogonal 29 (dawa) × 15 (jembar) × 12 lapisan (dhuwur). Lapisan cladding nduweni efek mbentuk sing apik, permukaan sing alus, ora ana cacat makro kayata retak lan ora digabung, lan dhuwur vertikal sing jelas. Morfologi makroskopik saka lapisan cladding ditampilake ing Figure 2. Sajrone eksperimen multi-lapisan multi-pass laser kabel cladding, proses cladding saka lapisan pungkasan bakal gawé reaksi remelting ing lapisan cladding sadurungé, asil ing aliran mudhun ing. pinggiran lapisan cladding. Ing wektu sing padha, sajrone proses cladding, amarga wektu tundha tartamtu ing instruksi wiwitan lan pungkasan saka output cahya laser, dhuwur saka pinggiran lapisan cladding bakal rada luwih murah tinimbang ing tengah.

Figure 3 nuduhake morfologi cross-sectional saka multi-lapisan multi-pass laser lapisan cladding. Ora ana cacat kayata pori, retak lan inklusi sing ditemokake. Ikatan metalurgi sing padhet dibentuk ing antarane logam cladding lan bahan dasar. Ana dhuwur vertikal ketok, lan kekandelan saka lapisan cladding ana 11.5 mm.

2.2 Analisis struktur mikro saka lapisan cladding
Pendinginan kolam las minangka proses owah-owahan fase, lan struktur mikro owah-owahan fase gumantung saka komposisi kimia lan kondisi pendinginan logam las [11]. Struktur mikro saben area lapisan cladding diamati nggunakake mikroskop metalografi, kaya sing ditampilake ing Gambar 4. Lapisan cladding kalebu zona cladding (zona cladding, CZ), zona overlay (zona ovelapped, OZ), fase zona transisi (zona kena pengaruh transisi fase, PAZ), zona fusi (zona fusi, FZ), zona kena panas (zona kena panas, HAZ) lan logam dasar (logam dasar, BM) [12]. Struktur mikro logam dasar utamane kasusun saka ferit lan pearlit cilik. Unsur utama Mn ditambahake ing baja Q345B ora mung nduweni efek penguatan sing signifikan ing ferrite, nanging uga nyuda suhu transisi ketangguhan-brittleness, nambah jumlah pearlite, lan nambah kekuatan pearlite.

Figure 4 (a) nuduhake microstructure saka wilayah cladding nang lapisan cladding, kang dumadi saka lath lan jarum-shaped ferrite, widmanstatten lan jumlah cilik saka lath martensite. Amarga lapisan beda, saben lapisan cladding bakal gawé efek tempering ing lapisan sadurungé, asil ing refinement gandum seragam lan wates gandum cetha; Tokoh 4 (b) lan (b-1) nuduhake microstructure area fusi, kang dumadi saka ferrite lan widmanstatten karo distribusi gandum ora rata; Gambar 4 (d) nuduhake struktur mikro saka area tumpang tindih saka rong welds ing lapisan cladding. Area padhang ing tokoh punika garis fusi antarane loro welds. Sajrone proses cooling, blumbang molten bakal mbentuk ferrite columnar sadawane arah boros panas. Mulane, wilayah iki utamané dumadi saka ferrite columnar lan jumlah cilik saka pearlite, minangka ditampilake ing Figure 4 (d-1). Amarga tumindak termal kaping pindho, area tumpang tindih nduweni panyulingan gandum seragam; Figure Figure 4 (d-2) punika phase transformasi wilayah kena pengaruh, kang utamané dumadi saka ferrite lan Widmanstatten. Amarga pengaruh panas transformasi fase, ukuran butir wilayah iki rada gedhe tinimbang area tumpang tindih; Gambar 4 (e-1) yaiku struktur mikro saka zona kena panas. Sajrone proses welding, wilayah cladding ngisor ngalami tempering, kang ndadekake struktur wilayah iki olahan lan distribusi gandum seragam. Utamané kasusun saka ferrite fine-grained lan jumlah cilik saka pearlite. Ferrite fine-grained minangka produk transformasi antarane ferit lan bainit. Iki minangka struktur mikro sing migunani ing proses metalurgi las [11].

Gambar 5 yaiku struktur mikro saka lapisan cladding pungkasan. Lapisan iki ora kena panas sekunder laser. Dibandhingake karo lapisan liyane, bisa njaga morfologi struktur asli. Ukuran butir iku seragam lan strukture padhet. Utamane kasusun saka ferrite, Widmanstatten lan lath martensite.

2.3 Analisis XRD lan EDS saka lapisan cladding
Kanggo nganalisa komposisi fase lapisan cladding laser, sampel kanthi ukuran 10 mm × 10 mm × 8 mm dipotong kanthi nglereni kabel, lan analisis tes difraksi sinar-X ditindakake sawise nggiling lan polishing. Figure 6 nuduhake spektrum XRD saka multi-lapisan multi-pass laser lapisan cladding lan materi tiyang sepah. Nggabungke microstructure lan asil spektrum XRD, bisa katon sing lapisan cladding utamané dumadi saka jumlah gedhe saka ferrite, bagéan saka martensite lan widmanstattenite, lan ora katon fase mbebayani liyane. Wiwit ferrite columnar bakal kawangun ing proses cooling saka blumbang molten cladding laser, lapisan cladding ngandhut jumlah gedhe saka ferrite. Nalika input panas saka laser gedhe sak proses welding, microstructure saka lapisan cladding bakal coarsen kanggo ombone tartamtu, lan ukuran gandum bakal nambah. Ing wektu iki, struktur bakal katon widmanstattenite overheated lan martensite lath, lan loro struktur staggered.

Komposisi kimia dianalisis kanthi pindai titik ing posisi sing beda-beda saka bagean salib sampel. Posisi pindai titik ditampilake ing Figure 7, lan asil analisis EDS saka wilayah beda ditampilake ing Tabel 3. Amarga isi dhuwur saka unsur Cr lan Ni ing kabel welding, isi Cr lan Ni saka lapisan cladding Ngartekno. luwih dhuwur tinimbang materi induk, nggawe resistensi korosi lapisan cladding luwih apik tinimbang bahan induk.

2.4 Analisis microhardness saka lapisan cladding
Microhardness sampel diukur. Sajrone tes, beban kasebut 1000 g, wektu ditahan 10 detik, jalur pangukuran ana ing arah saka bahan induk menyang area cladding, lan interval antarane rong titik sampling jejer yaiku 1 mm. Distribusi microhardness saka materi tiyang sepah kanggo wilayah cladding kapacak ing Figure 8. Rata-rata microhardness saka materi tiyang sepah punika 172.02 HV, lan microhardness rata-rata lapisan cladding punika 320.13 HV. Microstructure saka lapisan cladding pungkasan ngandhut jumlah gedhe saka ferrite, widmanstattenite lan jumlah cilik saka lath martensite lan pearlite. Nilai atose area struktur mikro iki paling dhuwur, yaiku 325.92HV. Kekerasan rata-rata lapisan cladding luwih dhuwur tinimbang bahan induk, nyukupi syarat kekuatan perbaikan. Minangka ditampilake ing Figure 8, atose saka wilayah cladding umume mbagekke ing proses langkah-kaya. Iki amarga ing proses ngisi kabel laser multi-lapisan lan multi-pass, saben lapisan cladding bakal duwe efek tempering pasca-panas ing lapisan sadurunge sajrone proses pambentukan, lan efek preheating ing lapisan sabanjure. Lapisan cladding pungkasan nduweni efek preheating tanpa tempering post-heating, sing ningkatake panyulingan gandum sing seragam lan nambah kekerasan.

2.5 Analisis ketahanan korosi lapisan cladding
Umume korosi logam ditindakake kanthi bentuk korosi elektrokimia, lan proses korosi diiringi generasi arus, kaya baterei primer [13-14]. Kanggo nguji kinerja korosi elektrokimia saka lapisan multi-lapisan lan multi-pass, spesimen kasebut diselehake ing larutan NaCl 3.5% kanggo nguji kurva polarisasi Tafel lan spektrum impedansi.

Kurva polarisasi lapisan cladding lan bahan dasar ditampilake ing Gambar 9. Bisa dideleng yen kurva polarisasi lapisan cladding nduweni wilayah passivation, nuduhake yen film oksida padhet dibentuk ing permukaan lapisan cladding sajrone proses korosi. Unsur kayata Cr, Ni, lan Si ing film oksida nambah stabilitas passivation, ngalangi difusi ion, lan nambah resistance karat. Ecorr potensial karat dhewe lan Kapadhetan arus karat dhewe Icorr saka lapisan cladding lan bahan dasar dipikolehi kanthi pas data, kaya sing dituduhake ing Tabel 4. Ecorr potensial karat dhewe saka logam ing larutan elektrolit nuduhake sensitivitas kanggo karat lan minangka indikator ketahanan materi kanggo korosi elektrokimia. Sing luwih cilik potensial karat dhewe, luwih gampang logam bakal kelangan elektron lan luwih gampang tahan korosi; luwih gedhe potensial karat dhewe, luwih angel kanggo logam ilang elektron lan luwih kuwat resistance karat[14]. Minangka bisa dideleng saka Tabel 4, potensial karat dhewe saka lapisan cladding luwih dhuwur tinimbang bahan dasar, nuduhake yen lapisan cladding nduweni resistance karat sing kuwat. Kapadhetan arus karat dhewe Icorr sebanding karo tingkat karat. Sing luwih gedhe saiki korosi, sing luwih cepet tingkat karat saka materi lan Samsaya Awon resistance karat. Kaya sing bisa dideleng saka data ing Tabel 4, arus karat dhewe saka bahan dasar luwih dhuwur tinimbang lapisan cladding, sing nuduhake yen resistensi korosi bahan dasar kurang. Mulane, kanthi mbandhingake ukuran potensial karat dhewe lan arus karat dhewe, bisa disimpulake yen resistensi korosi lapisan cladding luwih apik tinimbang bahan dasar.

Lapisan cladding lan bahan dhasar dites dening spektroskopi impedansi (EIS), lan spektrum impedansi Nyquist plot saka rong conto ditampilake ing Figure 10. Z 'lan Z" minangka bagean nyata lan khayalan saka impedansi sing diukur Z, masing-masing. . Loro-lorone lapisan cladding lan bahan dasar nampilake karakteristik busur kapasitif tunggal. Sing luwih gedhe radius busur kapasitif, sing luwih gedhe impedansi total sampel lan kuwat resistance karat. Minangka ditampilake ing Figure 10, radius busur kapasitif saka lapisan cladding Ngartekno luwih gedhe saka materi dhasar. Mulane, resistance polarisasi saka lapisan cladding luwih gedhe, nuduhake yen tingkat karat saka lapisan cladding luwih murah lan resistance karat kuwat, kang konsisten karo asil saka kurva polarisasi potensial dinamis.

Ing ringkesan, resistensi korosi lapisan cladding luwih apik tinimbang bahan dasar. Kaping pisanan, materi cladding nggunakake kawat las AFEW6-86, sing nduweni isi Cr lan Ni sing luwih dhuwur tinimbang bahan dasar, saengga lapisan cladding nduweni resistensi oksidasi lan ketahanan korosi sing luwih dhuwur. Ing lingkungan korosif, nalika Cr bereaksi karo unsur O, lapisan film oksida tahan korosi bakal dibentuk ing permukaan, sing bakal misahake permukaan logam saka medium korosif, nyuda proses pembubaran anoda, lan nyuda pembubaran. tingkat saka logam cladding, saéngga nambah resistance karat saka lapisan cladding. Ketahanan korosi tambah apik [15-16]. Alasan kapindho yaiku distribusi ukuran gandum ing lapisan cladding luwih seragam amarga nambah input panas.

3 Kesimpulan
(1) Lapisan cladding sing diduweni dening multi-layer lan multi-pass proses las kabel laser nduweni tatanan makroskopik sing apik, ora ana cacat sing jelas kayata pori-pori lan retak, lan ikatan metalurgi sing apik dibentuk ing antarane lapisan cladding lan bahan induk. Ana tumpukan vertikal sing signifikan, lan kekandelan lapisan cladding yaiku 11.5mm.
(2) Lapisan cladding utamané dumadi saka ferrite, widmanstatten lan lath martensite. Isi Cr lan Ni ing lapisan cladding luwih dhuwur tinimbang ing bahan induk. unsur Cr lan Ni nambah stabilitas film passivation, ngalangi panyebaran ion, lan nambah resistance oksidasi lan resistance karat saka lapisan cladding. Kajaba iku, amarga tambah input panas, distribusi ukuran gandum ing lapisan cladding luwih seragam, saéngga resistensi korosi lapisan cladding luwih apik tinimbang bahan induk.
(3) Ing atose rata-rata saka materi tiyang sepah punika 172.02HV, lan atose rata-rata lapisan cladding punika 320.13HV, atose saka lapisan cladding luwih dhuwur tinimbang sing saka materi tiyang sepah. Amarga pengaruh microstructure lan ukuran gandum, atose saka wilayah cladding nuduhake gaya distribusi langkah-kaya minangka kabèh.