Experimental investigation into microstructure, metallurgy and mechanical properties of AISI 422 stainless steel weldments produced using fibre laser welding direct forming

Abstract

In this study, the Taguchi design method was used to determine the optimal parameters for the fibre laser welding direct forming (FLWDF) of AISI 422 stainless steel (SS) weldments for use in the repair of the tenons in steam turbine blades. Experiments were then conducted to investigate the microstructural characteristics and mechanical properties of the weldments. Our results show that the fusion zone of the AISI 422 SS weldments possesses a grain structure of significantly higher refinement than does the original AISI 422 SS. Moreover, tempering at 700°C for 2 h was found to enhance the hardness as well as the impact toughness of the weldments. Finally, mock-up trials of tenon repair were performed using the optimal FLWDF parameters. Our results reveal that the repaired tenons are able to withstand a tensile load of 30 kN in as-welded condition and up to 55 kN following tempering at 700°C for 2 h.

Dans cette étude, on a utilisé le concept de la méthode de Taguchi pour déterminer les paramètres optimaux du formage direct par soudage au laser à fibre (FLWDF) de soudures d’acier inoxydable (SS) AISI 422 pour utilisation dans la réparation des tenons d’aubes de turbine à vapeur. On a ensuite effectué des expériences afin d’examiner les caractéristiques de la microstructure et les propriétés mécaniques des soudures. Nos résultats montrent que la zone de fusion (FZ) des soudures de l’acier inoxydable AISI 422 possède une structure de grain d’un raffinement significativement plus élevé que l’acier inoxydable AISI 422 original. De plus, on a trouvé que le trempage à 700°C pendant 2 h améliorait la dureté ainsi que l’endurance à l’impact des soudures. Finalement, on a effectué des essais sur maquette de la réparation de tenon en utilisant les paramètres optimaux du FLWDF. Nos résultats révèlent que les tenons réparés sont capables d’endurer une charge sous tension de 30 kN dans la condition de brut de soudage et jusqu’à 55 kN après trempe à 700°C pendant 2 h.

Keywords:

• Metals
• AISI 422 stainless steel
• Turbine blade tenon
• Fibre laser welding
• Microstructure
• Mechanical properties