Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen X65 ve X70 Çelik Boruların Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerinin İncelenmesi

Transkript

1 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi Cilt: 10, No: 4, 2013 (45-56) Electronic Journal of Machine Technologies Vol: 10, No: 4, 2013 (45-56) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR e-issn: Makale (Article) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen X65 ve X70 Çelik Boruların Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerinin İncelenmesi H. Didem GENÇKAN*, Emre BAL**, Filiz Çınar ŞAHİN**, İ. Yılmaz TAPTIK**, Mustafa KOÇAK* * Gedik Kaynak A.Ş., 34913, İstanbul/TÜRKİYE ** İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya-Metalurji Fak. Met.ve Malz. Müh. Böl., İstanbul/TÜRKİYE dgenckan@gedik.com.tr Geliş Tarihi: Kabul Tarihi: Özet Kaynak, doğalgaz boru hattı imalatının en önemli parçasıdır. Boru hattı inşa şirketleri elle uygulanan kaynak yöntemleri yerine otomatizasyona uygun boru hattı imalat yöntemlerini tercih etmektedir. Bu yöntemler arasında orbital kaynak teknolojisi, verimli, güvenilir ve hızlı oluşu, borunun her tarafında kaliteli kaynak dikişi elde edilmesi gibi özelliklerinden dolayı geniş kullanım alanına sahiptir. Kaliteli bir boru hattı kaynağı için kaynak yöntemi kadar çelik türü ve bu çeliğe uygun kaynak sarf malzemesinin de doğru seçilmesi önem taşımaktadır. Gelişen çelik ve kaynak teknolojileri alanında yaşanan ilerlemelerle beraber, et kalınlığı daha az, büyük çaplı, düşük alaşımlı ve yüksek mukavemetli X sınıfı çelik malzemeler kullanılmaktadır. Bu çalışmada, API X65 ve X70 çelik boruların 1,2 mm çaplı rutil özlü tel kullanılarak orbital kaynak yöntemi ile kaynakları gerçekleştirilmiş, uygun kaynak parametreleri belirlenmiştir. Yapılan incelemeler sonucu kaliteli kaynak dikişleri elde edilmiş, kullanılan kaynak sarf malzemesinin her iki boru çeliğinin mekanik özelliklerini karşıladığı yapılan testler sonucu tespit edilmiştir. Kaynak dikişlerinin mekanik ve mikro yapı özellikleri ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Kaynak otomasyonu, orbital kaynak yöntemi, boru kaynağı, API serisi çelikler Characterization of Microstructure and Mechanical Properties of X65 and X70 Grade Pipes Welded with Orbital Welding Technology Abstract Welding is an important isue for pipeline project. Ever-increasing weld quality and productivity requirements of the girth welds from the pipeline, orbital welding is the first choice for the joining of pipes. Due to the automation, consistent and excellent weld quality, orbital welding is far greater than what can be achieved manually. Steel grade and welding consumable are also important to achieve quality weld seams as well as welding procedure. For higher transportation efficiency, the trend in the pipeline design is to use larger diameters with higher operating pressures. Using higher grade and larger diameters pipe steels allow to work under greater pressure. Beside, as the grade of steel used increases, pipe thickness and weight decreases, and thus, significant reduction at welding time and consumables, welding and pipe transportation costs can be reached. In this study, API X65 and X70 grade pipes were welded with orbital welding system using rutile flux cored wire with 1.2 mm diameter. Optimum orbital welding parameters have also determined. The welded joints were examined and compared with respect to mechanical and micro structural properties. Keywords : Welding automation, orbital welding system, pipeline welding, API Grade steels Bu makaleye atıf yapmak için Gençkan H. D. **, Bal E. **,Çınar F. **,Taptık Y.İ. **,Koçak M. *, Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen X65 ve X70 Çelik Boruların Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerinin İncelenmesi Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2013, (10) How to cite this article Gençkan H. D. **, Bal E. **,Çınar F. **,Taptık Y.İ. **,Koçak M. *, Characterization of Microstructure and Mechanical Properties of X65 and X70 Grade Pipes Welded with Orbital Welding Technology (LTT) Electronic Journal of Machine Technologies, 2013, (10) 45-56

2 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen 1. GİRİŞ Boru hattı inşasında kullanılan kaynak yöntemi, kaynak kalitesi ve projenin tamamlanma süresini belirlemekle beraber, boru hattının emniyeti, çalışma ömrü ve ekonomikliği için büyük önem arz etmektedir. Gelişen kaynak teknolojisi sayesinde boru hattı inşa şirketleri manüel kaynak yöntemleri yerine otomasyona uygun imalat yöntemlerini tercih etmektedir [1]. Manüel kaynak yönteminde doğrudan kaynakçı müdahalesi nedeni ile hata payının yüksek olması, kaynak kalitesini olumsuz yönde etkilemekle birlikte kaynak hızını da düşürmektedir. Bu nedenle otomasyona uygun, verimliliği ve kaynak kalitesi yüksek, operatör müdahalesi en aza indirilmiş yöntemler tercih edilmektedir [1,2]. Orbital kaynak yöntemi, hızlı oluşu, kaynakçı müdahalesinin minimuma indirilmesi, kaynak kalitesinin borunun her pozisyonunda aynı olması ve yeni geliştirilen ark karakteristikleri ile birlikte borunun dışından kök dahil kaynak yapılabilmesini sağlamasından dolayı kullanım alanı hızla artmaktadır [3]. Bu yöntem aynı zamanda borunun döndürülemeyeceği saha çalışmalarında kullanılması nedeni ile de dikkat çekmektedir. 12 ile 18 metre uzunluğundaki boruların sahada her pozisyonda kaynak yapılabilmesine olanak veren bu kaynak sistemlerinde son geliştirilmiş otomatik ark kontrol teknolojileri ile arkın hareketi kontrol altında tutularak kaliteli kaynak dikişleri elde edilmektedir. Kaliteli bir boru hattı için önemli unsurlardan bir diğeri de kullanılan çelik türüdür. Malzeme ve üretim yöntemlerinin geliştirilmesi sonucunda, düşük alaşımlı yüksek dayanımlı malzemelerden üretilen ince et kalınlığına sahip X65, X70 ya da X80 gibi büyük çaplı çelik borular kullanılmaya başlanmıştır [4,5]. Düşük alaşımlı ve yüksek dayanımlı çelik borular daha yüksek basınçlarda çalışma imkânı sunarken, taşınan doğalgaz miktarı da basınçla doğru orantılı bir şekilde artmaktadır. Bu nedenle petrol ve doğal gaz boru hattı projelerinde kullanılan çeliklerin kalitesi ve mekanik dayanım değerleri gün geçtikçe artmaktadır. Termomekanik haddeleme yöntemi ile üretilen yüksek mukavemetli düşük alaşımlı (YMDA) çelikler yüksek akma mukavemeti ile çok iyi tokluk ve kaynaklanabilirlik özelliklerine sahiptirler. Aynı zamanda et kalınlığının azalması ile boru nakliye ücretlerindeki düşüş ve kaynak ağzının daralması ile daha az kaynak sarf malzemesinin kullanılması da boru hattı proje maliyetlerinin azalmasına sebep olmaktadır [6,7,8,9]. Bu çalışmada, API 5L X65, X70 çelik boruların rutil özlü tel kullanarak yapılan çalışmalar sonucunda orbital kaynak yöntemi ile alın kaynakları gerçekleştirilmiş, her iki çelik boruya ait uygun kaynak parametreleri belirlenmiştir. Yapılan incelemeler sonucu kaliteli kaynak dikişleri elde edilmiş, kullanılan kaynak sarf malzemesinin her iki boru çeliğinin mekanik özelliklerini karşıladığı yapılan testler sonucu tespit edilmiştir. Kaynaklı parçalardan çıkartılan numunelerin mekanik-mikro yapı özellikleri incelenmiş ve kimyasal analizleri gerçekleştirilmiştir. Kaynaklı numunelerin darbe dayanım değerleri kimyasal analizleri ve mikro yapı özellikleri göz önünde bulundurularak değerlendirilmiştir. Mekanik özelikler; çekme, yüz ve kök eğme, Charpy çentik darbe ve çentikli çekme deneyleri ile belirlenmiştir. Mikro yapısal özellikler; taramalı elektron mikroskobu kullanılarak incelenmiştir. Ayrıca kaynak ve ısı tesiri altındaki bölgenin (ITAB) mikro-sertlik skalası çıkartılmıştır. 2. ORBİTAL KAYNAK YÖNTEMİ VE ÇALIŞMA PRENSİBİ Boru hattı alın kaynağında kullanılmak üzere geliştirilen ve orbital kaynak olarak adlandırılan yöntem, mekanize bir sistem olup, kaynak işlemi, iki borunun yatay eksen üzerinde hizalanması ve traktörün borunun dış kısmına monte edilen kelepçe üzerinde dairesel hareketi sağlanması ile gerçekleştirilmektedir. Traktör üzerine yerleştirilen torç kaynak ağzı bölgesini takip ederek Şekil 1 den görüleceği gibi salınım hareketi ile çevresel olarak kaynak yapmaktadır. Aynı zamanda sistemde bulunan ve kaynak operatörü tarafından kaynak sırasında kullanılan kontrol paneli ile torcun yukarı aşağı hareketi, salınım hızı, salınım mesafesi, tel sürme hızı ve traktörün hızı ayarlanabilmektedir [10]. 46

3 Gençkan H. D., Bal E.,Çınar F.,Taptık Y.İ.,Koçak M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Traktör Kelepçe Çelik boru Şekil1: Orbital kaynak sistemi şematik görüntüsü Bu çalışmada, düzgün hizalanan boruya monte edilen kelepçe üzerine yerleştirilen traktör boru çevresinde aşağıdan yukarı ve yukarıdan aşağı hareketi sağlamak sureti ile çalıştırılmıştır. Şekil 2 de kök ve dolgu pasolarına ait kaynak yönleri verilmiştir. Kök paso için saat 12 konumunda başlayıp yukarıdan aşağı yönde saat 6 konumunda bitirilerek, borunun diğer yarısı da aynı şekilde kaynak edilmiştir. Dolgu pasolar için kaynak yönü saat 6 konumundan başlayıp saat 12 konumunda sonlanacak şekilde aşağıdan yukarı doğru yapılmıştır [10]. Kök paso kaynak yönü PG Dolgu paso kaynak yönü PF Şekil 2: Kök ve dolgu paso kaynak yönleri [10] Şekil 3 te görüldüğü gibi çelik boruların kaynak ağzı, 60 açı ile V şeklinde açılmıştır. Borular arası mesafe 4 mm, pah yüksekliği ise 2 mm olarak ayarlanmıştır. Şekil 3. Kaynak ağzı geometrisi 47

4 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen Spiral kaynaklı borularda ovalite kaçınılmaz olacağından boruların hizaya getirilmesi işlemine bilhassa özen gösterilmelidir. API 1104 standardına göre otomatizasyon kullanılarak yapılan kaynak işlemlerinde hatasız ve kaliteli kaynak dikişi elde edebilmek için boruların herhangi bir eksen kaçıklığı olmaksızın çok iyi bir şekilde hizalanması gerekmektedir. Boru dilimleri arasındaki hizasızlığın 1,5 mm. geçmemesi önerilmektedir. Şekil 4 de borular arasındaki olması gereken en fazla hizasızlık gösterilmektedir [10]. Şekil 4: Borular arası maksimum hizasızlık Borular kaynak ağzı açılmadan önce, kaynak ağızları her türlü pas, boya vb. safsızlıktan arındırılmıştır. Bu amaçla boru ağızları mekanik taş ve fırça ile temizlenmiştir. 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1 Malzeme Bu çalışmada 40 inch çapında, API 5L standardına sahip, et kalınlığı 11,9 mm olan X65 çelik boru ve 32 inch çapında, et kalınlığı 11,1 mm olan X70 çelik boru kullanılmıştır. Orbital kaynak uygulaması için dolgu pasolarda her iki çelik boru için 1,2 mm çapında AWS A.5.29 standardına uygun, dikişsiz E81T1- Ni1H4 rutil özlü tel kullanılmıştır. Kök pasoda ise AWS A5.19 standardına göre 1,2 mm çapında ER 70S 6 gaz altı masif kaynak teli kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan ana metaller ve saf kaynak metallerine ait kimyasal analiz sonuçları Çizelge 1 de, mekanik test sonuçları ise Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge 1: Çalışmada Kullanılan Malzemelere Ait Kimyasal Analiz Sonuçları (%) Malzeme Ceş C Si Mn P S Ti Ni Mo Nb V Cr Cu X 65 Çelik Boru X70 Çelik Boru E81T1-Ni1H4(dolgu) ER70S 6 (kök) X65 Kaynak Metali X70 Kaynak Metali Çizelge 2: Çalışmada Kullanılan Malzemelere Ait Akma ve Çekme Dayanımları Malzeme Akma D. (MPa) Çekme D. (MPa) Akma D./Çekme D. Uzama (%) Çelik Borular X ,5 X Kaynak Teli E81T1-Ni1H4 (dolgu) ER70S 6 (kök) Karbon ve alaşım elementlerinin tokluğa ve kaynaklanabilirliğe etkisi, ısıya maruz kalan bölgede, bir sayısal gösterge olan karbon eşdeğeri (CE) ile ifade edilmekte ve aşağıdaki iki ayrı CE fo rmülü ile hesaplanmaktadır[11]. a) % C 0.12 ise; CE= C+ Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B (3.1) b) % C > 0.12 ise; CE= C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 (3.2) 48

5 Gençkan H. D., Bal E.,Çınar F.,Taptık Y.İ.,Koçak M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Formülden görüleceği gibi en büyük etki karbon elementine aittir. Karbon eşdeğeri 0.4 den yüksek olan çeliklerde kaynak bölgesinde kırılganlık, soğuk çatlak riski artışı ve kaynaklanabilirlikte zorluklar söz konusudur[12]. Bu nedenle çeliğe ön ısıtma yapılması gerekmektedir. Bu element, çelik bileşiminde mutlaka sınırlandırılarak düşük tutulmalıdır. Çizelge 1 de ana metal ve saf kaynak metallerine ait karbon eş değerleri verilmiştir. Kaynak işlemine başlamadan önce kullanılacak ana malzemenin et kalınlığı ve karbon eş değerine bakılarak ön-ısıtma sıcaklığı ayarlanmalıdır [10 12]. Bu çalışmada ön ısıtma sıcaklığı 150 C, pasolar arası sıcaklık 100 C olarak ölçülmüştür. Kaynak işlemlerinde dolgu malzemesi olarak kullanılacak kaynak sarf malzemesi hidrojen içeriği, çatlama hassasiyeti nedeni ile 100 gr da 4 ml ın altında olması gerekmektedir [10]. Dolgu pasolarda kullanılan rutil özlü tel ve kök pasoda kullanılan masif tele ait kaynak metali hidrojen tayini Bruker marka Elemental GMBH adlı cihazda yapılmış olup, hidrojen içerikleri Çizelge 4 te verilmiştir. Elde edilen değerler gereklilikleri karşılamaktadır. Çizelge 4: Saf kaynak metali hidrojen analiz değerleri Kaynak Teli Hidrojen (ml/100g ) Ortalama(ml/100g ) E81T1-Ni1H ER70S Orbital Kaynak Uygulaması Kaynak sırasında koruyucu gaz olarak %88 Ar + %12 CO 2 karışım gazı tercih edilmiştir. Her iki boru kök paso dahil olmak üzere toplam 3 pasoda kaynak edilmiştir. X65 ve X70 çelik boru kaynağına ait uygulama resimleri Şekil 5 de, kaynak dikişlerine ait görüntüler ise Şekil 6 ve Şekil 7 de verilmiştir. Her iki boru için farklı çaplarda paslanmaz çelik ray kullanılmıştır. a) X70 çelik boru orbital kaynağı b) X65 çelik boru orbital kaynağı Şekil 5: Farklı çaptaki çelik borular için orbital kaynak uygulaması 49

6 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen a) b) c) Şekil 6: X65 çelik borunun orbital kaynak dikişi görüntüleri. a) Kök paso-dışardan b) Sıcak paso c) Kapama paso a) b) c) Şekil 7: X70 çelik borunun orbital kaynak dikişi görüntüleri. a) Kök paso-içerden b) Sıcak paso c) Kapama paso Çizelge 4: X65 ve X70 çelik boru orbital kaynak prosedüründe kullanılan kaynak parametreleri Malzeme: API 5L X 65 ve API 5L X70 Birleşme tipi: 60 V kaynak ağzı Ön ısıtma/ Pasolar arası sıc.: 150 C/100 C Bağlantı tasarımı: 5G- Alın alına kaynak Koruyucu gaz: %88 Ar+%12 CO 2 Debi:12 15 l/dk Pasolar Kaynak parametreleri Kök paso Sıcak paso Kapama paso Program P1 P2 P3 P s.yönü 3-6 s. yönü Traktör hızı (cm/dk) 9,8 11,2 15,81 11,22 Tel sürme hızı (m/dk.) 2 2,4 6,3 6,5 Amper (A) Voltaj (V) ,5 25 Salınım genişliği (cm) 0,23 0,35 0,5 0,6 1,09 1,15 Salınım hızı (dk) Duraklama süresi (sn)a / C 0 / / / 0.3 Kaynak pozisyonu Yukarıdan aşağı Aşağıdan yukarı Aşağıdan yukarı Torç açısı( ) 5 7 çekerek 50

7 Gençkan H. D., Bal E.,Çınar F.,Taptık Y.İ.,Koçak M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Mekanik ve Mikro yapısal Testler Doğalgaz ve petrol boru hatlarında uygulanan kaynaklı birleştirmelerin radyografik muayenesi en yaygın olarak kullanılan tahribatsız muayene yöntemlerinden biridir. Bu yöntemin kaynaklı birleştirmelerde hata tespit kabiliyetinin bilinmesi sağlıklı sonuçlar elde edilmesi açısından önemlidir. Doğalgaz boru hatlarında uygulanan otomatik kaynak işlemi sonrasında kaynaklı boruda oluşabilecek kaynak hatalarını belirlemek amacı ile EN 1435 ve API 1104 standardına uygun radyografik muayenede yaygın olarak kullanılan X-ışını yöntemi kullanılarak tahribatsız testler yapılmaktadır [13]. Yapılan bu çalışmada API 1104 standardına göre yapılan tahribatsız testte kök ve kaynak bölgesinde çatlak, cüruf, gözenek, kökte iç bükey ve nüfuziyetsizlik gibi kaynak hataları olup olmadığı incelenerek herhangi bir hataya rastlanılmamış, kökte istenilen nüfuziyet sağlanmış ve dolgu pasolarda kaliteli bir kaynak dikişi elde edilmiştir. Orbital kaynak işlemleri gerçekleştirilmiş iki farklı borudan API 1104 standardına göre (Şekil 8) boruların sağ üst çeyreğinden düzgün bir şekilde test numuneleri çıkartılmış, kaynaklı numunelerin çekme, eğme, çentikli çekme, çentik darbe testleri yapılmış, elde edilen sonuçlara göre kaynağın başarılı olup olmadığı değerlendirilmiştir. Şekil 8: API 1104 e göre test numunesi çıkarma planı. Kaynaklı borulardan çıkartılan test numuneleri Şekil 9 da, kaynaklı numunelerin makro görüntüleri ise Şekil 10 da verilmiştir. Şekil 9: Kaynaklı borulardan 12 3 saat pozisyonundan çıkartılan mekanik test numuneleri a) X 65 kaynaklı numune b) X70 kaynaklı numune 51

8 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen a) b) Şekil 10: Kaynaklı numunelere ait makro görüntüler a) X 65 kaynaklı numune b) X70 kaynaklı numune 4. MEKANİK TEST SONUÇLARI VE TARTIŞMA Kaynaklı numunelerin radyografi filmleri ve makro yapı resimleri incelendiğinde, kökte ve dolgu pasolarda nüfuziyet problemi yaşanmadığı görülmüştür. Numunelere ait mikroyapı incelemeleri için, numuneler sırasıyla 200, 600 ve 1200 nolu aşındırıcı diskler ile zımparalama işleminden sonra 6 μm, 3 μm ve 1 μm elmas parlatma sıvıları ile parlatılmışlardır. Daha sonra etil alkol ile hazırlanmış %2 Nital çözeltisi ile dağlama işlemi yapılmıştır. Ana malzemeler ve kaynak bölgelerine ait mikro yapı görüntüleri JEOL JSM 7000F marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiştir. Ana malzemeler termomekanik haddelenmiştir ve ince taneli ferritik mikroyapıya sahiptir. Şekil 11 de X65 ile X70 çeliklerine ait ana malzeme ve kaynaktan 1000 büyütmede çekilen mikroyapı görüntüleri verilmiştir. Kaynak bölgesine bakıldığında tanelerin ana malzemeden biraz daha iri olduğu görülmektedir. a) b) a) X70 ana malzeme b) X70 kaynaklı numune c) c) X 65 ana malzeme d) X65 kaynaklı numune Şekil 11: X65 ve X70 çeliğine ait ana malzeme ve kaynak metali SEM görüntüleri 52 d)

9 Gençkan H. D., Bal E.,Çınar F.,Taptık Y.İ.,Koçak M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) API 1104 vb. standartlarda da belirtildiği gibi boru alın kaynaklarındaki kaynak metali akma dayanımının, ana metal akma dayanımına eşit ya da yüksek olması gerekliliği mevcuttur. Kaynak metali akma dayanımı ana malzeme akma dayanımına eşit ya da yüksek ise ( σywm > σybm), kaynak ve ana malzeme durumu match ya da overmacth olarak adlandırılır. Bu adlandırmayı sayısal olarak belirleyebilmek için, kaynak metali akma dayanımının ana malzeme akma dayanımına oranı hesaplanır ve bu oran 1 den büyük olmalıdır. Aynı zamanda uyumsuzluk faktörü olarak adlandırılır ve formül 3.1 den hesaplanmaktadır [ 14] Uyumsuzluk Faktörü (M) = σykaynak / σyanametal 1.0 (4.1) Kaynaklı borulardan API 1104 standardına göre çıkartılan 2 şer adet çekme numunesi oda sıcaklığında çekilmiş ve test sonuçları Çizelge 6 da verilmiştir. Çekme testi sonucu kopma, her iki kaynaklı numune için de ana malzemeden gerçekleşmiştir. Çekme testi sonucu X65 ve X70 kaynaklı numunelere ait çekme mukavemetleri sırasıyla 634 MPa ve 668 MPa olarak bulunmuştur. Karbon ve mangan içeriğinin daha düşük olması nedeni ile X65 kaynaklı numunenin çekme dayanımı biraz daha düşük bulunmuştur. Kaynak metali akma dayanım değerlerine bakıldığında, kaynaklı numunelerin akma dayanımlarının ana metal akma dayanımlarına oranı 1 den büyük olduğu hesaplanmıştır. Çizelge 6: X65 ve X70 ana metal ve kaynaklara ait mekanik test sonuçları Malzeme Akma Dayanımı (MPa) Çekme Dayanımı (MPa) A.D/Ç.D Uzama (%) Kopma X 65 ana malzeme ,5 - X70 ana malzeme Saf kaynak metali X65 kaynak metali Ana malzeme X70 kaynak metali Ana malzeme Ayrıca kaynak metali çekme dayanımları da ana metalinkilerden daha yüksek olduğu görülmüş ve kopmanın ana malzemeden gerçekleşmesi ile kullanılan kaynak telinin X65 ve X70 çelik boru kaynağı için başarılı bulunmuştur. Şekil 12 de kaynaklara ait çentikli çekme numunesi kırılma yüzeyleri verilmiştir. Çentikli çekme numunesi kaynak yüzeylerinde API 1104 standardına aykırı herhangi bir kaynak hatasına rastlanılmamıştır. a) b) Şekil 12: Kaynaklı parçalara ait çentikli çekme numuneleri a) X70 kaynaklı numune b) X65 kaynaklı numune Şekil 13 de ise kaynaklı numunelere ait kök ve yüz eğme test numuneleri verilmiştir. Eğme deneyi sonucu kaynak bölgelerinde herhangi bir hataya rastlanılmamıştır. 53

10 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen Yüz eğme Kök eğme Şekil 13. Kök ve yüz eğme test numuneleri a) X70 kaynaklı numune b) X65 kaynaklı numune Kaynaklı numuneler ve ana metallere ait çentik darbe dayanım testleri oda sıcaklığı, -20 C ve -40 C olmak üzere 3 farklı sıcaklıkta her bir sıcaklıkta 3 er adet numune kırılarak gerçekleştirilmiştir. Çizelge 7 de her iki kaynaklı numune ve ana malzemeler için çentik darbe dayanımı değerleri verilmiştir. Ana malzeme çentik darbe dayanımlarına bakıldığında nikel elementince daha zengin ve karbon içeriği daha düşük olan X65 çeliğinin tokluk değeri X70 çeliğine göre daha yüksek bulunmuştur. Aynı şekilde kaynaklı numunelere ait sonuçlar değerlendirildiğinde X65 kaynaklı numunenin kimyasal analiz sonuçlarından görüleceği gibi nikel içeriğinin yüksek ve karbon miktarının düşük olması daha yüksek tokluk değerleri elde edilmesine katkı sağlamıştır. Çizelge 7. Çentik darbe dayanım değerleri Çentik darbe dayanımı (J) Test Sıcaklığı ( o C) + 20 o C 0 o C - 20 o C Ana metal X70 Kaynaklı Numune Ortalama X65 Kaynaklı Numune a) b) Ana metal Ortalama Kaynaklı numunelerin mikro sertlik değerleri HV 0.2 yük uygulanarak, kapama pasosunun 2 mm altından (A) ve kök pasonun 2 mm üstünden (B) sıralı şekilde ölçülmüştür. Kaynaklı bölge, ITAB ve ana metale ait mikro sertlik değerleri Çizelge 8 de verildiği gibidir. Sertlik grafiği ise Şekil 14 de görülmektedir. 54

11 Gençkan H. D., Bal E.,Çınar F.,Taptık Y.İ.,Koçak M. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Şekil 14: Kaynaklı numunelere ait sertlik değerleri (AM: Ana malzeme ITAB: Isı Tesiri Altındaki Bölge ) Kaynak metallerinin sertlikleri ana metalin sertliğine göre biraz daha yüksek olmakla beraber bu fark istenilen sınırlar arasındadır. IIW (International Instit ute of Welding = Uluslar arası Kaynak Enstitüsü) tarafından, kaynak bölgesinde çatlama oluşmaması için, izin verilebilecek maksimum sertlik değeri 350 HV olarak belirtilmektedir [12]. Her iki kaynaklı numuneye ait sertlik değerleri HV değerleri arasında bulunmuştur. ITAB da sertlik değeri kaynak metaline göre biraz daha yüksek olduğu görülmektedir. Çizelge 8. Kaynaklı numunelere ait ortalama mikro sertlik değerleri Mikro sertlik (HV 0,2) X65 X70 Ana malzeme Kaynak ITAB SONUÇ Orbital kaynak yöntemi ile yapılan kaynak, hızlı ve güvenilir olması ile zamandan tasarruf sağlamakla beraber verimi ve sürekli kaliteyi beraberinde getirmektedir. Ayrıca bu yöntem sayesinde minimum insan gücü ile kaynağın belirli bir standartta ve hatasız olarak yapılabilmesini mümkün kılmaktadır. Bu çalışmada, orbital kaynak sistemi ile kaynak edilen numunelerin kaynakları başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiş olup, kaliteli kaynak dikişleri elde edilmiştir. Her iki kaynaklı numuneye ait çekme testi sonucu kopma ana malzemeden gerçekleşmiştir. Ana malzemeler ile kaynak metali uyumlu (match) bulunduğundan ve her iki kaynak metali sertlik değeri ana malzemeninkinden daha yüksek tespit edildiğinden dolayı numunenin ana malzemelerden kopması beklenen bir sonuçtur. Böylece, kaynak metalleri mukavemeti ve sertlik değerleri ana malzemelerin özelliklerini karşıladığı ve E81T1-Ni1H4 rutil özlü telinin X65 ve X70 çelik kaynağında kullanılması uygun görülmüştür. Kaynak metali mikro yapısı incelendiğinde her iki kaynak numunesine ait yapı ince taneli ferritik yapıdan oluşmaktadır. API 5L/ISO 3183 standardına göre 0 C de 27 joule çentik darbe dayanıma sahip olma gerekliliği her iki kaynaklı numune için sağlanmış olup, X65 kaynaklı numune için 0 C deki darbe dayanımı 122 joule, X70 kaynaklı numune için ise 79 joule olarak bulunmuştur. Her iki kaynaklı numunenin kimyasal analizi incelendiğinde X65 kaynaklı numunenin diğerine göre nikel elementince daha zengin olduğu ve karbon 55

12 Teknolojik Araştırmalar: MTED 2013 (10) Orbital Kaynak Teknolojisi Kullanılarak Kaynak Edilen elementinin daha az olduğu görülmektedir. Bu nedenle X65 kaynaklı numunenin çentik darbe değeri X70 kaynaklı numuneden daha fazla değerlere ulaşılmıştır. 6. TEŞEKKÜR Bu çalışma, Gedik Kaynak A.Ş. ve İstanbul Teknik Üniversitesi işbirliğinde gerçekleşen San-Tez projesinin bir kısmı olup, Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının Sanayi Tezleri Programı kapsamında desteklenmiştir. 7. KAYNAKLAR 1. Blackman S.S., Dorling D.V., 1999, Technology Advancements Push Pipeline Welding Productivity, Welding Journal, pp Candan İ., Durgutlu A., Kahraman N., Gülenç B., 2006, Farklı Pozisyonlarda MAG Kaynağı ile Birleştirilen Boruların Kaynak Dikişlerinin Ultrasonik ve Mekanik Muayenesi, Politeknik Dergisi, Cilt: 9 Sayı: 3 s Karakaş E., 1998, Quality and Automation in welding of Tubes,, Orbital Welding Systems,Proceedings of Pipeline Welding 99, sf: Lennart H., 1991, A Brief Review of Pipeline Development, Svetsaren, No.1, pp Kaluç E., Tülbentçi K., 2002, Boru Hatlarında Otomatik MIG/MAG Kaynak Yönteminin Kullanımı Mühendis ve Makine, Sayı Gräf1 M. K., Hillenbrand H.-G., Heckmann C. J., Niederhoff K. A., "High-strength Largediameter Pipe for Long-distance High Pressure Gas Pipelines", The Thirteenth (2003) International Offshore and Polar Engineering Conference, Honolulu, Hawaii, USA, May 25 30, 2003, p: Kalwa, C.; Hillenbrand, H.G.,2002 Production and Service Behaviour of High Strength Large Diameter Pipe, International Conference on Application and Evaluation High Grade Linepipes in Hostile Environmets, p Park, J.S; Jung, B.; Lee, J.B.,2007 Effect of Heat Input on CTOD Property of the Thick Steel Plate for Offshore Engineering, Posco Technical Report (Vol. 10 No.1), p. 9. Barsanti, L., Pozzoli, G. Hilenbrand H.G., Production and field weldability evaluation of X100 line pipe, Gençkan D., Koçak M., Orbital Kaynak Teknolojisi ile Doğal Gaz Boru Hattı Kaynaklarının Geliştirilmesi, ITÇ III. İleri Teknolojiler Çalıştayı 4 6 Ekim 2012, İstanbul. 11. API Specification 5L 2000, Specification for Line Pipe, American Petroleum Institute, Washington DC, USA. 12. Vural M., Piroğlu F., Çağlayan Ö., Uzgider E., Yapı Çeliklerinin Kaynaklanabilirliği, TMH - Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı /4 SF: Gürsel A., Petrol Borularının Kaynaklarında Radyografik Muayene Yönteminin Hata Tespit Kabiliyeti, İleri teknoloji bilimleri dergisi cilt 2, sayı 1, 55-65, Koçak M., Weld Strength Mis-Match: Why Does it Matter For The Fracture?,Proceedings of the International Symposium to Celebrate Prof. Masao Toyoda s Retirement from Osaka University,June 2008,p