ZIRH ÇELİĞİ MALZEMELERİNE ARK SAPLAMA KAYNAĞI

Transkript

1 ZIRH ÇELİĞİ MALZEMELERİNE ARK SAPLAMA KAYNAĞI Filiz PAŞAOĞLU Makina Mühendisi, Nural Makine Sanayi A.Ş. ÖZET Bu çalışma ile Zırh Çeliği Malzemelerine; konvansiyonel kaynak yöntemlerine kıyasla ekonomik ve teknolojik getirileri yüksek ölçekte olan Ark Saplama Kaynak Yöntemi ile Civata (Saplama), somun (Nut) gibi özel ve/ veya standart Bağlantı Elemanlarının kaynak edilebilirliği incelenmiştir. Kaynak sonrası parçalara EN ISO 14555: 2014 Metalik Malzemeler için. Ark Saplama Kaynak Yöntemi Standardı na göre Tahribatlı ve Tahribatsız Testler uygulanarak, test sonuçları standartlar baz alınarak değerlendirilmiştir. Anahtar kelimeler: Ark Saplama Kaynağı, İnce Taneli Yapı Çelikleri, ABSTRACT In this study, weldability of special and / or standard fittings such as screws and nuts using arc stud welding method, which is more economic and has technological advantages according to conventional welding methods, is investigated. Welded parts are tested using destructive and nondestructive methods with respect to EN ISO standards. Test results are evaluated considering standards. Key Words: Arc Stud Welding, Fine Grain Structural Steel. 81

2 1. GİRİŞ Ark saplama kaynağı ile ila ve metal olmadan, civata ve somun gibi standart ve/veya özel bağlantı elemanlarının kaynakları yapılabilmektedir. Uygulamanın kolay ve pratik olmasının yanında, klasik kaynak yöntemlerinin aksine, kalifiye bir eleman gereksinimi olmadan, daha seri ve yüksek verimde yapılan bir kaynak yöntemi olması tercih sebeplerindendir. Gelişen teknoloji ile üretimin kaliteli, güvenli, düşük maliyetli ve aynı zamanda seri üretim yapma gereksinimiyle birlikte bu kaynak yöntemi daha da ön plana çıkmaktadır. Ark saplama kaynak yöntemi, bağlantı eleman kaynaklarında sunmuş olduğu avantajlardan dolayı birçok endüstri dalında konvansiyonel kaynak yöntemlerinin yerini almıştır. 1.1 Ark Saplama Kaynak Teknolojisinin üreticilere sunmuş olduğu avantajlar: Ekonomik ve Kolay Uygulama: o Üretim hızının yüksek olması (ark zamanı «ms» ile ölçülür), o Otomasyona uygun olması (otomatik saplama besleme ünitesi eklenebilir), o Üniversal olarak (malzeme, pozisyon, vb) uygulanabilir olması o Taşınabilir cihaz, o Vasıflı eleman gereksinimi olmaması (eğitimi 5-10 dk sürüyor), o Kaynak dolgu teli kullanımı gerektirmemesi, o Standart kaynak elemanı(cıvata ve somun) kullanımı, o Kaynak öncesi ve sonrası temizlik gereksinimi olmaması. Yüksek Teknolojik Getiri: o Düşük ısı girdisi, o Malzemede mukavemet kaybı görülmemesi, o Deformasyon (çekme-çarpılma) meydana gelmemesi, o Somun dişlerinde bozulma olmaması, o Yüksek kalitede kaynak bağlantıları, o Kaynak kusuru riskinin çok düşük olması, o Konumlandırmada (diklik, pozisyon) kolaylık, o Cihaz ayarı ve kullanımının kolay olması, o Farklı özelliklere sahip standart kaynak elemanları için uygun (tek düzenek ile) olması. 82

3 1.2. Ark Saplama Kaynağında Malzeme Kombinasyonları ve Kaynak Edilebilirlik: Ark saplama kaynak yöntemi ile farklı kalitelerdeki malzemelere özel veya standart kaynak elemanları kaynak edilmektedir. Ancak ince taneli yapı çeliklerinden yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerine ark saplama kaynak yönteminin uygulanabilirliğine dair henüz bir çalışma yapılmadığından (tablo-1) deneysel çalışmalar ile ark saplama kaynağının zırh çeliği malzemelerine uygulanabilirliği incelenmiştir. Ana Malzeme Tablo 1. Ark saplama kaynağı ile Malzeme Kombinasyonları ve Kaynak Edilebilirlik; Kaynak eleman malzemeler Alaşımsız yapı çeliği, S235 JR vb. çelikler Diğer alaşımsız çelikler DIN a göre paslanmaz çelikler Alaşımsız yapı çeliği, S235 JR v.b çelikler Diğer alaşımsız çelikler DIN a göre paslanmaz çelikler Isısya dayanıklı çelikler Alüninyum ve Alüminyum alaşımları İnce taneli yapı çelikleri??? 0 Alüninyum ve Alüminyum alaşımları Kaynağa uygunluk için rakamların açıklanması; 0 Mümkün değil 1 İyi(kuvvet taşıyabilir) 2 Uygun( kuvvet taşıması sınırlı) 3 Sınırlı uygunlukta(kuvvet taşımaya uygun değil)? Henüz bir çalışma yapılmamıştır. 2. TEST İÇİN YAPILAN HAZIRLIKLAR Ark saplama kaynak yönteminin ince taneli yapı çeliklerinden, zırh çeliği malzemelerine uygulanabilirlik testi için yapılan ön hazırlıklar: 2.1. Test Plakalarının Hazırlanması Ark saplama kaynağı testi sırasında kullanılmak üzere; farklı pozisyonlarında (PA ve PC) kaynak yapılabilmesi ve kaynak sonrasında testlerin uygulanabilir olması için 150x300 mm ebatlarında,4 ile 14,5mm kalınlıklarında 4 er adet yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerinden test parçaları hazırlanmıştır. Bahsi geçen zırh çeliği malzemesine ait mekanik özellikler aşağıda Tablo-2de verilmiştir. 83

4 Tablo 2. Zırh çeliği malzemesine ait mekanik özellikler Karbon Eşdeğeri (CEV) Sertlik (HB) Darbe Dayanımı (Joule) Akma Dayanımı(N/mm² Çekme Dayanımı(N/mm²) Uzama (%) 0,67-0, (-40 C) Kaynak öncesi yüzey hazırlık gerekliliğinin tespiti için test parçalarının bir kısmına yüzey hazırlığı (taşlama, kumlama vb.) yapılırken bir kısmına yüzey hazırlığı yapılmamıştır. Yüzey hazırlığı yapılmayan test parçalarının yüzeyinde mevcut olan astar boyalı (korozyon direncini arttırıcı özellikli özel boya)test parçalarının kaynak edilebilirliği test edilmiştir. Konvansiyonel kaynak yöntemlerinde de olduğu gibi, malzeme yüzeylerinin temiz ve yağsız olmasına ayrıca dikkat edilmiştir Uygun Cihaz ve Kaynak Elemanlarının Belirlenmesi Zırh çeliği malzemelerine kaynak edilebilir kaynak elemanlarından DIN EN ISO 13918:2008 (Ark Saplama Kaynağı için Saplamalar ve Metalik Halkalar) standartına uygun1010 çelik ve 304 paslanmaz kalitelerde Ø=12 somun ile M8, M10 ve M12 civata tedarik edilmiştir. Bunun paralelinde; zırh çeliği malzemelerine saplama ark kaynağı yapabilecek özelliklerde cihaz araştırması yapılmıştır. Belirlenen cihazlarla kaynak edilen deneme parçalarına gözle muayene, penetrant ve eğme ile kırma testleri uygulanmıştır. Test sonuçları değerlendirildiğinde:800a, 3x400V, 50-60Hz-32At özelliklerine eşdeğer cihazların uygun olduğu tespit edilmiştir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1. Uygulama Öncesi Cihaz Ayar-Alıştırma İşlemleri ve Parametrelerin Belirlenmesi Ark saplama kaynağı öncesinde uygun parametrelerin(ön akım zamanı, gaz zamanı vb.) belirlenmesi için deneme kaynak çalışmaları yapılmıştır. Deneme test parçalarına ilgili testler uygulanarak çıkan test sonuçlarına göre uygun olan parametreler (ilgili parametreler tablo-3 de) belirlenmiştir. Uygun parametrelerin belirlenmesi için yapılan cihaz ayaralıştırma esnasında kullanılan test parçaları ile kaynak yapılacak olan ana malzemenin eşdeğer özelliklerde(yüzey temizliği vb.) olmasına dikkat edilmiştir. Ön Akım Zamanı (MC Time)(ms) Tablo 3. Ark Saplama Kaynağı için uygun parametre aralıkları Ana Akım Zamanı (PC Time)(ms) 84 Gaz Zamanı (GP Time)(ms) Kaldırma (lifting)(mm) ,5

5 3.2. Kaynaklı Parçalara Uygulanacak Test ve Muayenelerin Belirlenmesi Ark saplama kaynak yöntemi ile kaynatılan test parçalarına EN ISO 14555: 2014standartına göre uygulanacak olan tahribatlı ve tahribatsız testler (bahsi geçen testler tablo-4 te verilmiştir) belirlenmiştir. 4. UYGULANAN TESTLER 4.1. Sıvı Penetrant Testi Saplama kaynağı tahribatlı testler için numune çıkarılmadan önce tüm yüzeylere, daha sonra da kesitleri alınan numunelerin yüzeylerine penetrant testi uygulanmıştır Eğme İle Kırma Testi Test parçalarına çekiç yardımı ile 60 ye kadar eğme testi uygulanmıştır. Eğme testi sonucunda kırılan test parçaları, kırılmanın gerçekleştiği eğme derecesine ve kırılma bölgelerine göre değerlendirilmiştir Makro testi Numunelerden alınan kesitlerin yüzeyi asitle dağlanarak kaynaklar incelenmiştir Sertlik testi 304 paslanmaz somun ve 1010 kalite çelik somun ve çelik civata numunelerine HV10 yöntemi ile sertlik testi uygulanmıştır. Resim 1. Makro kesit inceleme resimleri 85

6 Numuneler Tablo4. Test Parçalarına uygulanan testler ve sonuçları: Gözle Muayene Tahribatsız Testler Sıvı Penetrant Testi Eğme ile Kırma Testi Tahribatlı Testler Makro ve Sertlik İnceleme M Civata M8 304 Civata M Civata Ø12 mm 304 Somun Ø12 mm 1010 Somun Rakam kodlarının açıklanması; 1 Kaynak başarılı 2 Eğme testinde kırılma oluyor 3 Eğme testinde kırılma olmuyor. 4 Sertlik değerleri standartların üzerinde 5 Sertlik değerleri standartların altında 5. TEST SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Ark saplama kaynak yöntemi ile kaynak edilen test parçalarına uygulanan tahribatlı ve tahribatsız test raporları değerlendirildiğinde: Gözle muayene sonuçlarına göre; yüzey temizliği yapılmış malzemelere de astar boyalı malzemelere de kaynak yapılabilmektedir. Ancak, tahribatlı test sonuçlarına göre, farklı malzemelerdeki test parçalarının farklı davranışlar gösterdiği saptanmıştır. 1010kalitecivata kaynak edilen test parçaları tahribatlı testlerden geçmesine rağmen 304 paslanmaz kalite civata kaynak edilen test parçaları, eğme ile kırma testinde kaynak bölgesinden kopmuştur. Paslanmaz civataların davranış farklılığını araştırmak üzere 304 paslanmaz civata kaynaklı test parçasından makro ve sertlik değerlerinin incelenmesi için numuneler çıkartılmıştır. Makro ve sertlik incelemelere göre; paslanmaz cıvataların ısıdan etkilenmiş bölgesine (HAZ) ait sertlik değerlerinin standart değerlerin üzerinde olduğu tespit edilmiştir. 6. ARK SAPLAMA KAYNAK YÖNTEMİNİN ONAYLANMASI EN ISO Metal Malzemeler için Ark Saplama Kaynak Yöntemi Standartı na göre kaynak edilen test parçasına, uygulanan testlerin sonuçları değerlendirilerek kaynak yöntemi onaylanmıştır. Yöntemin onaylanması için yapılan çalışmalar tablo-5 te belirtilmiştir. 86

7 Tablo 5. Yöntem onayı için yapılan çalışmaların adımları Test plaka ebatlarının tespit çalışması Kaynak eleman(cıvata, somun) tespit çalışması Test kaynak çalışması ile cihaz ayar -alıştırma işlemleri ve kaynak parametrelerinin belirlenmesi Kaynak işleminin uygulaması Tahribatsız testlerin uygulanması Tahribatlı testlerin uygulanması Yöntem testinin onaylanması Tahribatlı testlerin yapılabilirliği için 150x300 ebatlarındaki 14,5mm kalınlığındaki zırh çeliğinden test plakası uygun görülmüştür. Yapılan çalışmalar ile kaynaklanabilirliği uygun olan ve kullanımının da yaygın olması sebebiyle kaynak elemanı olarak 1010 çelik civataların kullanılmasına karar verilmiştir. Farklı parametrelerle yapılan deneme kaynak parçaları; gözle muayene ve kırma testi sonuçlarına göre 1010 kalite ark saplama kaynağı için uygun olan parametreler tespit edilmiştir. Uygun parametre ayar çalışmalarındaki koşulların, yöntem onayı için yapılacak olan kaynak koşulları ile eşdeğerde olmasına ayrıca dikkat edilmiştir. Deneme kaynak çalışmaları sonucunda belirlenen parametreler ile test plakasına; 2adet kırma testi, 2adet makro ve sertlik, 2adet çekme testi için olmak üzere toplamda 6adet 1010 kalite civata kaynatılmıştır. Gözle muayene konrolünden geçen test parçası üzerindeki civatalara penetrant testi uygulanmışır. Civata kaynaklı test parçasından, makro ve sertlik incelemesi ve çekme testi uygulanması için numuneler alınarak testler yapılmıştır. Test sonuçları değerlendirildiğinde; çekme testinde kopmanın kaynak bölgesinden olmaması ve numunelere ait makro ve sertlik incelemede değerlerin standart değerlerin altında olması sonucu kaynak yöntemi onaylanmıştır. 7. MALİYET ANALİZ ÇALIŞMALARI Yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerine, 100 adet civatanın konvansiyonel kaynak yöntemi ile kaynak edilen parçaların kaynak maliyeti, ark saplama kaynak yöntemi ile kaynak edilen parçaların kaynak maliyeti ile kıyaslandığında; ark saplama kaynak yönteminin konvansiyonel kaynak yöntemine göre çok daha ucuz olduğu tespit edilmiştir. Her iki yönteme ait maliyet kalemleri Tablo-6 da verilmiştir. 87

8 Tablo 6. Konvansiyonel kaynak yöntemi ile ark saplama kaynak yöntemi maliyet analiz çalışması Maliyet Kalemleri Kaynak ilave teli ve gaz kullanımı Kaynak elemanlarının üretimi Ark Saplama Kaynak Maliyeti ( ) Konvansiyonel Kaynak Yönt. Maliyeti ( ) Kaynak maliyeti Kaynak sonrası temizlik - 20 Kaynaktan etkilenen parça bakım - 10 Kalite kontrol - 10 Toplam Maliyet: SONUÇ Ark saplama kaynak yöntemi zırh çeliği malzemelerine de kaynak edilebilirliği deney ve test çalışmalarıyla onaylanmıştır. Bu çalışma zırhlı araç üreticilerine, ark saplama kaynak yöntemi ile bağlantı elemanlarının kaynak edilmesi, üretimin daha kaliteli ve seri olmasının yanında düşük maliyetlerle yapılmasına imkan tanıyacaktır. 9. KAYNAKÇA 1. EN ISO 14555:2014 Metalik Malzemelerin Ark Saplama Kaynağı, 2. DIN EN ISO 13918:2008 Ark Saplama Kaynağı için Saplamalar ve Metalik Halkalar, 3. Nurol Makina ve Sanayi A.Ş bünyesinde yapılan çalışmalar. 4. SSAB, 88