FARKLI METALLERİN KAYNAĞINDA GERİLME YIĞILMALARININ İNCELENMESİ

Transkript

1 P A M U K K A L E Ü N İ V E R S İ T E S İ M Ü H E N D İ S L İ K F A K Ü L T E S İ P A M U K K A L E U N I V E R S I T Y E N G I N E E R I N G C O L L E G E M Ü H E N D İ S L İ K B İ L İ M L E R İ D E R G İ S İ J O U R N A L O F E N G I N E E R I N G S C I E N C E S YIL CİLT SAYI SAYFA : 1996 : 2 : 1 : FARKLI METALLERİN KAYNAĞINDA GERİLME YIĞILMALARININ İNCELENMESİ Ayha ÇELİK*, Ada ÖZEL*, Süleyma KARADENİZ** *Atatürk Üverstes, Mühedslk Fakültes, Maka Mühedslğ Bölümü, Erzurum ** Dokuz Eylül Üverstes, Mühedslk Fakültes, Maka Mühedslğ Bölümü, İzmr ÖZET Ayı kostrüksyo üzerde kullaıla brbrde farklı özellklere sahp malzemeler brleştrlmes gerekllğ bazı problemler ortaya koymaktadır. Kayak tekolojs gelşmesyle farklı metaller belrl şartlar altıda kayatılablmektedr. Bu çalışmada dökme demr le çelk malzemes brleştrlmes ele alımıştır. Bu malzemeler brleştrlmesde geellkle kel elektrodlar kullaılmaktadır. Bu durumda kayak bölges yapısı homoje değldr, çükü kayak metal ve esas metaller farklı bleşmdedrler. Bu farklı yapı, yük altıda, malzeme uyumsuzluğu sebebyle kayak bölgesde gerlme yığılmalarıa ede olmaktadır. Ortaya çıka bu durum, V ve X kayak ağızlı brleştrmeler ç solu elemalar metoduyla araştırılarak, gerlme yığılmalarıı dağılımı celemştr. Aahtar Kelmeler: Farklı metaller kayağı, Gerlme yığılması THE EXAMINING OF STRESS CONCENTRATION IN THE WELDING OF DISSIMILAR METALS ABSTRACT I the ecessty of dssmlar materals havg dfferet characterstc used o the same costructo brgs up some problems. Wth the developg of weldg techology, dssmlar metals ca be welded uder certa codtos. I ths study, the jog of cast ro wth steel materal has bee examed. Ncel electrods are usually used ths materals jog. I ths stuato, the ste of weldg structure s ot homogeous, because weldg metal ad paret metals are at dfferet cocetrato. Because of the materal dscord, ths dfferet structure uder load causes more cocetrato of stress at the weldg ste. Therefore, the cocetrato of stress has bee determed by studyg fte elemet method for V ad X weldg-edged jog. Key Words: Dssmlar weldg, Stress cocetrato 1. GİRİŞ Dökme demr le çelğ kayağı malat parçalarıı brleştrlmes farklı metaller kayağıa örek teşkl eder. İmalat esasıda başta ekoomklğ ve dökme demr le çelğ avatajlarıı br arada kullaılması açısıda oldukça yararlıdır. Kırılmış parçaları tamrde de öeml yer tutar. Bu sebeble dökme demr ve çelk kayağı öeml ölçüde kullaılmaktadır. Farklı metaller kayağı kousuda yapıla çalışmalar daha çok paslamaz çelklerle, düşük alaşımlı çelkler kayağı kousuda yoğulaşmaktadır. Farklı metaller kayağı kousuda, paslamaz çelk le düşük alaşımlı ferrtk çelkler kayağıı asıl yapılacağıı ve seçlecek elektroda 55

2 göre kayak bölges yapısıı asıl olacağıı detaylı br şeklde celemştr (Aık, 1988). Tekeloğlu ve ark. (1992), yapıştırıcı bdrme bağlatılarıda gerlme dağılımıı araştırmış, ayrıca bdrme köşe kayağı bağlatısıda gerlme dağılımıı celemştr. Sudereso ve Murt, (1993) alümyum ve paslamaz çelğ sürtüme kayağı le brleştrmşlerdr. İk malzeme mekak ve fzksel özellkler farklı olduğuda, oluşablecek problemler ç optmum parametreler belrlemştr (Sudereso, S., ve Murt, K.G.K., 1993). Dökme demr le çelğ kayak edlmesde, çelğ kayağıda öeml br zorluk yoktur, fakat dökme demrler kayağı bazı edelerde dolayı oldukça zordur. Dökme demr-çelk kayağıı başarılı olablmes ç, dökme demr kayağıı asıl yapılacağıı y blmes gerekr. Dökme demrler kayağı kousuda çeştl kayaklarda geş blgler bulumaktadır (Aık ve ark., 1991; Oğuz, 1989). Bu kayaklarda, dökme demr kayağıı asıl yapılacağı, elektrod seçm, kayak şlem ve kayak sorası ortaya çıka sorular ve gderlme ölemler geş olarak alatılmaktadır. Bu çalışmada gr dökme demr (DDL12) le geel malat çelğ (St 37) kayağı celemştr. Dolgu malzemes olarak saf kel (BÖHLER FOX GNİ) kel kayak elektrodu seçlmştr. Bu brleştrmeye uygu olarak solu elemalar model oluşturulmuş ve farklı metaller kayağıda uyumsuzlukta doğa gerlme yığılmaları celemştr. Elde edle souçlar deeysel souçlarla karşılaştırılmıştır. 2. SONLU ELEMAN MODELİ Problem br levha problem olarak alıdığı ç düzlem gerlme söz kousudur. Bu durumda sstemdek br düğümü yer değştrmes x ve y doğrultusuda k bleşe (u,v) vardır. Bua göre serbestlk dereces 2 olmaktadır. Düzlem gerlme problemde terpolasyo foksyouda hareketle koordatlar ve yer değştrmeler şöyledr. x N. x y N. y 1 1 u N. u v N. v 1 1 (1) (2) N şekl foksyoları olmak üzere, düğüm sayısıı, I düğüm umarasıı göstermektedr. Burada şekl değştrmeler, u v u,, x x olmak üzere; y y xy y v x ue v T x y xy B dır. Burada v (3) ; (4), düğüm yer değştrmeler ve şekl foksyolarıı türevlerde oluşa br matrs göstermektedr. Gerlme vektörü se, {σ}=[d]{ε}=[d][b]{δ} (5) deklem le buluur. Burada x y xy T şeklde gerlme vektörü ve [D] smetrk elastste matrsdr. Düzlem gerlme ç; şekldedr. Burada E elastste modülü, posso oraıdır. Problemmz farklı metallerde oluştuğu ç, her farklı metal buluduğu düğümde E ve değşmektedr. Tablo 1 de dökme demr, Rst37-2 ve kel elekrodu E ve v değerler verlmştr. Tablo 1. Dökme demr, RSt37-2 çelk ve kel E ve v değerler. Dökme Demr RSt37-2 Nkel E(GPa) v Geçş bölgelerde kel ve dökme demr brbr çersde karıştığı varsayılarak, kel ve dökme demr % lere göre E ve v hesaplamıştır. Vrtüel ş presb kullaılarak; B (6) Mühedslk Blmler Dergs (1)

3 F K (7) F yazılablr. Burada rk dregelk matrsdr. ç; dış kuvvetler, K smet- K matrs br elema e T k t D B da e (8) şeklde verlmştr. Deklem (8) de, te elemaı kalılığıdır. Her br elema ç k e oluşturuldukta sora, bular brleştrlerek sstem dregelk matrs [K] oluşturulur. Her br elemaa at dregelk matrs oluşturulurke ala tegral yere ümerk tegral kullaılmıştır. Sıır şartları uyguladıkta sora (7) deklem çözülerek, düğüm yer değştrmeler buluur. Yer değştrmelerde hareketle (5) eştlğyle düğümlerdek gerlmeler hesaplamış olur. 2.1 Problem Solu Elema Model Kayaklı parçaları (Şekl 1 ve Şekl 2) solu elema model oluşturmak ç, özel blgsayar programı gelştrlmştr ve kayak edlecek parçaları boyutları, kayak ağzı le lgl verler ve kayak geçş bölges boyutları program grds olarak verlmştr. Böylece şekl zoparametrk dörtge elemalara otomatk olarak bölümüştür. Elema kearları üzerde 2, tüm elemada 4 düğüm vardır (Klaus, 1982). Geel deklem çözümüde Solu Elema modelde 871 düğüm 792 elema kullaılmıştır. Şekl 1 ve Şekl 2 de sırasıyla V ve X kayak ağzı ç örek solu elema model verlmştr. P yükü olarak akma mukavemet altıda herhag br değer (Örek olarak p = 50 N/mm 2 ) alımıştır çükü gerlme yığılması yük le lşkl değldr. Şekl 1. V kayak ağzı ç solu elema model Şekl 2. X kayak ağzı ç solu elema model 2.2 Sıır Şartları V kayak ağzı açılmış parçaı solu elema modelde kayak ağzıa göre her k taraf smetrk kabul edlmese rağme her k tarafta malzeme özellkler farklı olması edeyle şekl tamamı alımıştır. Sıır şartı olarak y ekse üzerdek (x=0) düğümler yatay ve düşey (u,v) yer değştrmeler sıfır olarak kabul edlmştr. Yükleme se parçaı dökme demr kısmıı ucua üform yayılı yük şeklde uygulamıştır. X kayak ağzı açılmış parçaı solu elema modelde se x eksee göre hem şekl hem de malzeme smetrs olduğuda şekl yarısı alımıştır. Bua göre x ekse üzerdek düğümler düşey (v) yer değştrmeler sıfır alımıştır. Bu çözümde de yükleme dökme demr parçaı uç kısmıda üform yayılı yük şeklde uygulamıştır. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çalışmada gr dökme demr (DDL12) ve St37-2 çelk, saf kel elektrot le kayak edlmştr. Dolgu elektroduu ve dökme demr % olarak kmyasl aalzler Tablo 2' de verlmştr. Dökme demre uygulaa kayak yötemler sıcak ve soğuk kayak olmak üzere k aa grupta celeeblr. Kayakta öce parçaya br ö ısıtma uygulamıyor ve kayak oda sıcaklığıda yapılıyorsa bu yöteme soğuk kayak adı verlr. Eğer malzeme kayak öces her tarafı koyu kırmızı br rek alıcaya kadar tavlaır ( o C) ve sıcaklık dereces kayak şlem süresce koruursa bu yöteme sıcak kayak der. Bu kayak şlemde sora parça fırıda veya ocak çde çok yavaş br şeklde soğumaya terkedlr. Kayak edlecek parçalara V ve X kayak ağzı açılmıştır. X kayak ağzı açıla parçalar se teork olarak celemştr. V kayak ağzı açıla parçalar hazırladıkta sora yüzeyler yağ, kr ve pslklere karşı temzlemştr.malzemeler hazırlamasıda Mühedslk Blmler Dergs (1)

4 sora kayak yötem ve kayak yöteme göre elektrod seçm yapılmıştır. Kayak yötem ve elektrodu uygu seçlmes e y kayağı elde etmemz açısıda öemldr. Kayak yötem olarak elektrk ark kayağı ve sıcak kayak yötem kayak bölgesdek çatlamalara ede olmamak, Tablo 2. Dolgu Elektroduu, DDL ve RSt37-2 Kmyasal Aalz (%) Malzeme C S M P S Fe N DDL N elekrod RSt S e r t lk ( H v ) Şekl 3. Çekme deey umues I s l s le m s z C ta v C ta v ( 1 5 ) ( 1 0 ) ( 5 ) C e lk D o km e D e m r ( m m ) Çelk sertlğ azaltmak ve malzemeler eğlme ve bükülmes mumumda tutmak çdr. Elektrod olarak saf kel BÖHLER FOX GNI dökme demr kayak elektrodu seçlmştr. Bu tp lektrodla daha yumuşak, süek ve sağlam kayak dkş elde edleblr. Malzemeler, kayak esasıda ked çekmemes ç proflde br çerçeveye sabtlemştr. Ayrıca kayaklı parçalarda ç gerlmeler e aza drmek ç şu prosedür takp edlmştr. Parçalar oksasetle alev le yavaş ve üform br şeklde (25 dak., C ) tavlaarak ve bu sıcaklık Dökme Demr Şekl 4.Kayak bağlatısıdak sertlk değerler. muhafaza edlerek 3.25 mm çapıda kel elektrod le kayak yapılmıştır. Kayak sırasıda her paso sıcakke haff darbelerle çekçlemştr. Ayrıca her pasoda cüruflar temzleerek kayak hatalarıı meydaa gelmes ölemştr. Kayak şlem bter btmez kayak edlmş parçalar daha öcede ısıtılarak hazırlamış tozaltı kayak tozu le örtülerek çok yavaş soğumaları sağlamıştır. Soğuma süresce sıcaklık kotrol edlerek ölçümler yapılmıştır (soğuma hızı 2.6 o C/dak). Kayak şlemde sora TS a uygu olarak çekme deey parçaları hazırlamıştır (Şekl 3). Çekme deey soucuda kayaklı parçaları hepsde Mühedslk Blmler Dergs (1)

5 dökme demr ITAB (Isı Tesr Altıdak Bölge) bölgesde kırıldıkları gözlemştr. Çekme deeylerde 5 adet stadart parça kullaılmış ve elde edle değerler Tablo 3 de verlmştr. Ortalama çekme mukavemet yaklaşık olarak 100 MPa elde edlmştr. Tablo 3. Çekme Deey Souçları (MPa) Ort. Çekme Muk Ayrıca kayak edlmş parçalar sertlk taramasıa tab tutularak, maksmum sertlğ meydaa geldğ bölge tesbt edlmştr. Sertlk taramasıa göre dökme demr bölgesde oluşa sertlk değerler çelkte oldukça fazladır. Kayakta sora yapıla tavlama şlem le sertlğ br mktar düştüğü gözlemştr (Şekl 4). Çekme deeyde plastk deformasyou meydaa gelmedğ ve tamame gevrek kırılma olduğu görülmüştür. 4. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Şekl 5 V kayak, Şekl 6 se X kayak ağzı ç gerlme yığılmasıı oluştuğu kayak dkş üst kısmıda meydaa gele gerlme dağılımı verlmştr. Yüksek ola değerler tek br oktayı çe aldığıda gerlme yığılması olarak kabul edlmemştr. Daha geş br bölgey kapsaya değer max olarak kabul edlmştr. Şekl 7 ve 8'de verle gerlme yığılma faktörü; K=max/ort değer göstermektedr. Gerlme yığılması, dökme demr brleşme yerde meydaa gelmektedr. max malzeme uyumsuzluğuda doğa e yüksek gerlmey, ort se kayaklı parçada oluşması beklee gerlmey göstermektedr. Örek olarak kel elektrotta dökme demre geçş bölgesde %5 kel olduğu zama; p= 50 N/mm 2 yayılı yük ç ort=50 MPa dır. Şekl 1 ve Şekl 2 de gösterle gerlme yığılmasıı meydaa geldğ bölgede V kayak ç ort = 55,8 Mpa, X kayak ç ort=61 MPa elde edlr. Teork çalışmada dökme demr le kel elektrodu erme bölgesde brbr çersde karışım oraıa bağlı olarak gerlme yığılma faktörler araştırılmıştır. Şekl 7 ve Şekl 8'de gösterle % kel, dökme demr le kel karışımdak kel yüzdes göstermektedr. Şekl 7 de, V kayak ağzı le brleştrle parçalardak % kel oraıa bağlı olarak gerlme yığılma faktörü verlmştr. Nkel elektrodu dökme demr le karışım meydaa getrme yüzdes drekt olarak ölçülmemş acak %5,... %25 oraıda demr çde erme olarak kabul edlmştr. Nkel erme oraı kayak parametrelere bağlı olarak değşeblr. Şekl celedğde düşük kel yüzdesde yüksek değerlere çıkıldıkça gerlme yığılma faktörü azalmaktadır. Nkel yüzdes düşük olduğu değerde K = 1.116' dır. Bu değer kayaklı parçaı mukavemet uyumsuzlukta dolayı azaltmaktadır. Nkel yüzdes yüksek olduğu değerde K faktörü küçük olduğuda öem azalmaktadır. Nkel - Çelk kısımda çelk le kel mekak özellkler brbre yakı olduğuda gerlme yığılmaları çok küçük olmaktadır. Hem dökme demr mukavemet düşük olması hem de dökme demr kısmıdak gerlme yığılmasıı yüksek olması sebebyle sadece kel - dökme demr kısmıdak gerlmeler gözöüe alıarak celemeler bu bölgeye göre yapılmıştır. Şekl 8 de X kayak ağzı le brleştrle parçalardak % kel oraıa bağlı olarak gerlme yığılma faktörü verlmştr. X kayağı yapıla parçalarda da kel yüzdesde gerlme yığılma faktörü artmaktadır. Deeysel çalışmalarda sadece V kayak ağzı açılarak kayak şlem yapılmıştır. Çelk le dökme demr kayak yaparke dökme demrler metalurjk ve mekak özellkler edeyle mutlaka ölem alarak kayak yapmak gerekmektedr. Bu yüzde de ö tavlama yaparak ve kayakta sora oldukça yavaş soğuma yapılarak hatasız kayak elde edlmştr. Kayakta sora sertlk taraması yapılırke e yüksek sertlğ olduğu bölge araştırılmış ve ve sertlk değer dökme demr kısmıda (ITAB) fazla olduğu belrlemştr (Şekl 4). Yapıla çekme deeylerde kırılmaları dökme demr kısmıda meydaa geldğ gözlemştr. Dökme demr çekme mukavemet olarak 100 MPa cvarıda olduğu belrlemştr. Yapıla deeysel ve teork çalışmaları souçları brbre uyguluk göstermektedr. Kayak öces ve sorası yapıla şlemler malzemede ç gerlmeler e aza drecek şeklde yapıldığıda teork çalışmalarda bu okta göz öüe alıarak ç gerlmeler hesaba katılmamıştır. Teork çalışmalar soucu elde edle souçlar le deeysel souçlar arasıdak br mktar fark, ç gerlmeler tamame gderlmesde kayakladığı düşüülmektedr. Teork çalışmalar ç gerlmeler olmadığı gözöüe alıarak yapıldığıda deeysel çalışmalardak Mühedslk Blmler Dergs (1)

6 souçlarda br mktar farklı gerlme artışı gözlemştr. Şekl 5. V kayakta kayak dkş üst kısmıda meydaa gele gerlme dağılımı Şekl 6. X kayakta kayak dkş üst meydaa gele gerlme dağılımı K 1.08 K % N Şekl 7. V kayakta gerlme yığılma faktörü 5. KAYNAKLAR Aık, S., Farklı Metaller Kayağı. Gedk Kayak Düyası. 1988/1,4-9 Aık, S., Tülbetç K., Kaluç E., Örtülü Elektrod le Ark Kayağı. Gedk Holdg Yayıı 97 s. Klaus, J. B, Fte Elemet Procedures Egeerg Aalyss, Pretc-Hall, Ic., Eglewood Clffs, New Jersey. Oğuz, B.,1989. Ark Kayağı. Oerlko Yay Suderesa., S., Murt, K.K.G Frcto Weldg of Alumum to Austetc Staless Steel % N Şekl 8. X kayakta gerlme yığılma faktörü Ida Ist. of Techology, Ida. It. J. Jog of Metarals. 5, Tekeloğlu, M., Kaya, A., Güay, D "Yapıştırıcı Bağlı Bdrme Bağlatılarıda Gerlme Dağılımıı Araştırılması" 5. Ulusal Maka Tasarım ve İmalat Kogres, Eylül ODTÜ Akara, Tekeloğlu, M., Cerd, M., Güay, D "Bdrme Köşe Kayağı Bağlatısıda Gerlme Dağılımıı İcelemes" 5. Ulusal Maka Tasarım ve İmalat Kogres, Eylül ODTÜ Akara, Mühedslk Blmler Dergs (1)