2. GÜN. 19 Kasım Oturum Başkanı Murat TOSUN

Transkript

1 2. GÜN 19 Kasım 2011 Oturum 2B Oturum Başkanı Murat TOSUN OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN NOKTA DİRENÇ KAYNAK UYGULAMALARINDA İŞLEM PARAMETRELERİNİN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Onur YILDIRIM, Prof.Dr. Selahattin YUMURTACI - Tolga MERT Östenitik AISI 310 ve Ferritik AISI 430 Paslanmaz Çeliklerinin Elektrik Direnç Nokta Kaynağı İle Birleştirilmesi ve Bağlantının Mekanik Özellikleri Yrd.Doç.Dr. Uğur ÖZSARAÇ - Mustafa BAYTEMİR - Doç.Dr. Salim ASLANLAR Prof.Dr. Ahmet OĞUR Otomobil Kaportasında Kullanılan Çift Fazlı (DP600) Galvanizli Çelik Sacların Kaynak Akımı ve Kaynak Süresinin Kırılma Tokluğuna Etkisi Doç.Dr. İbrahim SEVİM - Yrd.Doç.Dr. Fatih HAYAT Sıvılaştırılmış Doğalgaz (LNG) Depolanmasında Kullanılan %9 Ni İçeren Çelikler ve Kaynak Edilebilirlikleri Dr. Emel TABAN - Prof.Dr. Erdinç KALUÇ

2 248

3 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE KULLANILAN NOKTA DİRENÇ KAYNAK UYGULAMALARINDA İŞLEM PARAMETRELERİNİN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Onur YILDIRIM 1, Prof. Dr. Selahattin YUMURTACI 2, Arş. Gör. Tolga MERT 2 1 Toyota Türkiye-TTMS, Kartal, İstanbul-TÜRKİYE Tel: e-posta: onur.yildirim@toyota.com.tr 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Beşiktaş, İstanbul-TÜRKİYE Tel: e-posta: yselahat@yildiz.edu.tr / Tel: e-posta: tmert@yildiz.edu.tr ÖZET Günümüzde otomotiv endüstrisinde kullanılan çok sayıda birleştirme yöntemi bulunmaktadır. Bu yöntemlerin içerisinde ise nicelik bakımından farklı kalınlıkta, farklı metallerin bağlantılarının hızlı bir şekilde ve en az deformasyonla gerçekleştirilmesini sağlayabilen nokta direnç kaynağı yöntem olarak öne çıkmaktadır. Nokta direnç kaynak yöntemi ile iki yada daha fazla metal sacın, kimyasal bileşimi ve kalınlıkları farklı metallerin veya başka bir metalle kaplanmış sacların birleştirilerek otomobil gövde parçaları ve karoseri imalatı yapılmaktadır. Modern otomobil imalatında yaklaşık 700 adet preslenmiş ve kesilmiş parça ile 400 adet talaş kaldırılarak işlenmiş parça kullanılmaktadır. Bu parçalar çeşitli birleştirme tekniklerinin(cıvata, perçin, lehimleme, yapıştırma vb.) yanı sıra en çok (yaklaşık 5000 adet) nokta direnç kaynağı ile birbirine bağlanmaktadırlar. Bu örnek bize nokta direnç kaynağının, otomotiv endüstrisi için ne denli önemli ve etkin olduğunu açıkça göstermektedir (1). Direnç esaslı kaynak uygulamaları uzun yıllardır kullanılmasına rağmen günümüzün gelişen teknolojisinin gereklilikleri ve farklı malzeme yapıları nedeniyle belli periyotlarda optimum koşullarının güncellenmesi zorunluluk haline gelmiştir. Bu çalışmada; otomotiv endüstrisindeki firmalardan Toyota nın otomobil imalatında kullandığı direnç nokta kaynağı parametreleri baz alınarak, kullanılan malzemeye göre optimum kaynak şartları bulunmaya çalışılmıştır. Bu amaçla; referans değerlere göre çeşitlendirilen basınç kuvveti, akım ve zaman parametreleri ile elektrod uç formu ve malzeme kalınlığı parametreleri kullanılarak oluşturulan kombinasyonların, nokta direnç kaynağı işlemi sonuçlarına etkileri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Otomotiv endüstrisinde Toyota marka araçların imalatında kullanılan malzemelerin direnç nokta kaynağı ile birleştirilmesi sonucu elde edilen numunelere öncelikle ayırma testi uygulanmıştır. Yapılan testin güvenilirliği, seçilen numunelerden oluşturulan örnek kütleye uygulanan çekme testi ile tespit edilmeye çalışılmıştır. Anahtar Sözcükler: Nokta Direnç Kaynağı, Ayırma Testi ABSTRACT Today, there are a lot of joining techniques that are used in automotive industry. Resistance spot welding is a step ahead compared to other joining techniques in terms of joining different metals, which have different thicknesses quickly and with minimal distortion. 249

4 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları Resistance spot welding is utilized in manufacturing of automobile body parts and car body by joining two or more sheet metals, which have different chemical compositions and thicknesses or sheet metals coated with another metal. In modern automobile manufacturing, approximately 700 pressed-and-cut and 400 machined parts are used. In addition to various joining techniques (bolting, riveting, soldering-brazing, adhesive bonding), these parts are primarily joined with resistance spot welding (approximately 5000 times). This instance shows us how important and effective resistance spot welding is for automotive industry (1). Although resistance based welding applications have been used for many years, updating the optimum conditions in certain periods has been compulsory because of the necessities of everevolving technology and the structures of different materials. In this study, optimum welding conditions were studied based on resistance spot welding parameters in manufacturing of Toyota brand automobiles. For this purpose, the effects of combinations that are composed using modified (based on reference values) pressure, current and time parameters, electrode tip form and material thickness on results of resistance spot welding have been examined thoroughly. Specimens that were obtained after resistance spot welding of materials, which are used in manufacturing of Toyota brand automobiles, have been subjected to shear test, firstly. The reliability of the test was determined by employing tensile test on bulk sample, which was formed with selected specimens. Key Words: Spot Resistance Welding, Shear Test 1. GİRİŞ Otomotiv sanayi, gelişen teknolojiyi yakından takip eden ve her türlü gelişmeyi bünyesine adapte edebilme kolaylığına sahip bir endüstridir. Bir otomobilin imalatında binlerce parça kullanılmakta ve yüzlerce farklı tipte işlem gerçekleştirilmektedir. Bu işlemlerden belki de en önemlisi, araç kalitesini % 40 oranında etkileyen, aracın gövdesinin ortaya çıkarıldığı kaynak işlemleridir (2). Modern otomobillerde yaklaşık olarak 5000 adet nokta kaynağı bulunmaktadır. Özellikle araçların karoserleri, takviye sacları ve şase bağlantılarında elektrik direnç nokta kaynağı kullanımı tercih edilmektedir. Nokta direnç kaynağı, metal sacları birleştirmek için kullanılan en etkin ve ucuz yöntemdir (3, 4). Şekil 1. Otomotiv Endüstrisinde Nokta Direnç Kaynağı Uygulamaları (11, 12) 250

5 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Otomobil şasesinin montaj ve imalatında en temel birleştirme yöntemi olarak öne çıkan elektrik direnç nokta kaynağında uygulamada çeşitli sıkıntılar ile karşılaşılmaktadır. Otomotiv endüstrisinde kaplanmamış düşük karbonlu çeliklerin kaynak esnasında ergimesi, bu çeliklere uygulanan kaynak proseslerinin doğru belirlenip belirlenmediğine dair görsel ipuçları verir (5, 6). Bununla beraber, kaplama uygulanmış yüksek mukavemetli çelikler için ise kaynak bölgesinde metal kayıpları, gözenek ve kanalcık gibi süreksizliklerden dolayı kaynak mukavemetinde düşüş gözlenir. Ayrıca kaynak yüzeyi kolayca korozyona uğrayabilir. Bundan başka laboratuvar ve işletmelerde kaliteli olmayan kaynak dikişlerini ayırmaya yarayan test ve kriterler farklılık gösterebilir. Kaynak kalitesini etkileyen gerilim dalgalanmaları, elektrod uyumsuzluğu vb. pek çok faktör vardır. Bu parametrelerin uygun biçimde ve sürekli olarak kontrol edilmeleri gerekir (7, 8). Bu çalışmada; Toyota marka araçların üretiminde kullanılan SCGA 270C-Erdemir TY05 ve SCGA 270C-Erdemir TY06 standartlarında galvanile çelik saclardan hazırlanan belirli ölçülerdeki numunelerin direnç nokta kaynağı ile birleştirilmesi, proses parametreleri değiştirilerek gerçekleştirilmiştir. Kaynak edilmiş numunelerde görsel incelemeler ve mekanik testler yapılarak otomotiv endüstrisi için en optimum kaynak parametreleri tespit edilmeye çalışılmıştır. 2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 2.1. Deneysel Çalışmalarda Kullanılacak Malzemelerin Etüdü Yapılacak uygulama çalışmasında Toyota Adapazarı fabrikasında araç üretiminde kullanılan ve Erdemir firmasından alınan galvanile çelik saclar kullanılacaktır. SCGA 270C-Erdemir TY05 ve SCGA 270C-Erdemir TY06 düşük karbonlu galvanile çelikler, Erdemir tarafından Toyota Otomotiv Sanayi Türkiye için özel geliştirilmiştir. 410 ve 411 kalite olarak adlandırılan bu çeliklerin ana özelliği soğuk çekme işlemine yatkın olmalarıdır. 430 ve 431 kalite indeksine sahip galvanile çelikler de, Toyota fabrikası için üretilmektedir. Bu malzemeler ise; derin çekme işlemine daha yatkındır ve bu işlemin uygulanacağı gövde parçalarında bu malzemeler tercih edilmektedir (Çizelge 1). Çizelge 2 de ise 410 ve 430 kalite galvanile çeliklerin mekanik özellikleri yer almaktadır. Daha düşük C ve Mn ihtiva eden 430 kalite galvanile çeliklerin akma sınırları, 410 kalite çeliklere göre daha azdır. Derin çekme işlemine daha uygun olabilmesi amacıyla azaltılan P ve S oranları ile 430 kalite çeliklerin % uzama oranları 410 kalite çeliklere nazaran daha yüksektir. Deneysel çalışma içerisinde kullanılacak elektrodlar bakır alaşımı olup içerisinde çok az miktarda krom ve zirkonyum ihtiva etmektedir. Tüm kaynak numuneleri için aynı malzemeden gövde çapı 10 mm olan elektrodlar kullanılacaktır. Elektrod malzemesinin kimyasal bileşimi ve diğer özellikleri Çizelge 3 te verilmektedir. Tablo 1. Soğuk Şekillendirmeye Uygun Galvanile Çelikler İçin Kimyasal Bileşim (13) 251

6 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları Tablo 2. Galvanile Çeliklerin Mekanik Özellikleri (13) R e : Akma Sınırı R m : Çekme Dayanımı n: Pekleşme Üssü A 80 : Uzama(L o =80 mm) r: Kalıcı Uzama Oranı Tablo 3. Elektrod Malzemesi Kimyasal Bileşimi ve Özellikleri (9) Şekil 2. Hazırlanan Numunelerin Ölçüleri ve Standart Karşılıkları (13) 252

7 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ 2.2. Nokta Direnç Kaynağı Deneysel Çalışması Bu deneysel çalışmada, numune boyutlarında hazırlanmış olan otomobil panel sacları bindirme usulü ile nokta direnç kaynağı ile birleştirilerek ardından yapılacak testler ile optimum kaynak şartları bulunmaya çalışılacaktır. Şekil 2 de verilen standart numune boyutlarında hazırlanan 0,8 mm ve 1,5 mm olmak üzere iki farklı malzeme kalınlığındaki galvanile çelik plakalar direnç nokta kaynağı ile birleştirildi. Numaralandırılarak kayıt altına alınan plaka çiftine 2 kademeli direnç nokta kaynağı yapıldı. İlk kaynak Şekil 3-1 de görüldüğü gibi gerçekleştirildi. Ardından yapılan birleştirme plaka uçlarından tutularak Şekil 4 te görüldüğü gibi kopartıldı. Eğer bu ilk kontrol yöntemi sonrasında plakaların birinde delik oluşmuş ise, bağlantı dayanımı kabul edilebilir olarak değerlendirilir. Kopartılma sonrasında her iki plaka üzerinde de delik oluşmamış ise, bağlantı dayanımının uygun olmadığı sonucuna varılır. Böyle bir durumda geriye dönük olarak kaynak işlemi parametrelerinin gözden geçirilmesi gereklidir (10). 1: İlk kaynak şekli 2: Ayırdıktan sonra çekme-makaslama için ikinci kaynak şekli Şekil 3. Birinci ve İkinci Kademe Kaynak Şekilleri Şekil 4. Birinci Kaynak ve İlk Kontrol Yöntemi 253

8 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları İlk kontrol yönteminden sonra direnç nokta kaynağı bağlantısında delik oluşup oluşmadığı, oluştu ise delik çapı ölçümü ve çekirdek çapı ölçümü yapılarak diğer açıklamalar ile sonuçlar kayıt altına alındı. Ardından kaynak makinesinin parametre ayarları değiştirilmeksizin Şekil 3-2 de görüldüğü şekilde çekme makaslama testi için ikinci direnç nokta kaynağı yapıldı. Kaynak numuneleri bu şekilde hazırlandıktan sonra numaraları numunelerin üst yüzlerine yazılarak tezgah üzerinde biriktirildi. İlk malzeme kalınlığında birinci tip elektrod uç formu (B tipi) ile basınç, akım ve kaynak süresi parametrelerini değiştirerek toplam 27 adet kaynak numunesi hazırlandı. Kaynak işlemi esnasında her 5 kaynakta bir olmak üzere kaynak makinesinin pnömatik ünitesi elektrod tutucu çeneleri birbirinden ayrılarak elektrod uçlarının ince sünger zımpara ile temizliği yapıldı. Zımparalama işleminden sonra tekrar kaynak ünitesi çeneleri kapatılarak elektrodların birbirlerine göre pozisyonları kontrol edildi ve işleme devam edildi. İlk malzeme kalınlığı olan 0,8 mm olan 430 kalite galvanile çelik malzeme ile E tipi elektrod uç formu ile ilk kaynak numune serisi için kullanılan işlem parametreleri ile tekrar edildi. Numunelerin numaralandırılması işleminde özellikle ilk seride kullanılan kaynak parametrelerinin endeks numarası ile aynı olmasına dikkat edildi. Elde edilen kaynak numuneleri teker teker ayırma testine tabi tutulduktan sonra, ikinci kademe kaynağına geçilerek 27 adetlik ikinci seri için tüm kaynak numuneleri tamamlandı. 430 kalite malzeme ile kaynak işlemleri tamamlandıktan sonra kalınlığı 1,5 mm olan 411 kalite sacların kaynağına geçildi. Artan malzeme kalınlığına istinaden kullanılan elektrod uç formunda değişiklik yapıldı. Elektrod uç formu ikinci seri kaynak numuneleri için kullanılan E tipi (kesik uçlu koni) ile görünümde benzer olmasına karşılık elektrod basma yüzey çapında 0,5 mm lik bir azalma bulunmaktadır. Bu yeni elektrod uç formu tipi ise G olarak adlandırıldı (Şekil 5). Şekil 5. Kaynak İşlemlerinde Kullanılan Elektrod Uç Formları ve Ölçüleri G tipi elektrodlar ile basma yüzeyinin azaltılarak aynı akım değerleri için daha yüksek akım yoğunlukları elde edilebilmektedir. G tipi elektrodların kullanımı ile diğer kaynak serilerine paralel olarak gerçekleştirilen çift kademeli kaynak ve arada yapılan ayırma testi ile toplamda 27 adet numune elde edildi. 254

9 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak uygulamaları sonucunda 3 farklı elektrod uç formu ve 2 farklı malzeme kalınlığında basınç, akım ve kaynak zamanı parametreleri değiştirilerek Şekil 6 da görüldüğü gibi toplamda 81 farklı kaynak numunesi elde edildi. Her bir kaynak numunesi için uygulanan kaynak parametrelerinin yanı sıra ayırma testi sonuçları, oluştu ise delik çapı, çekirdek çapı ve diğer özellikler kayıt altına alındı Direnç Nokta Kaynağı Deneysel Çalışması Sonuçları Her bir kaynak numunesi için basınç, akım ve zamandan oluşan kaynak parametrelerinin değiştirildiğinden bahsedilmişti. Elektrodların uyguladığı basınç kuvveti için her iki malzeme kalınlığı ve üç farklı elektrod uç formu için toplamda 3 farklı değer kullanıldı. Bu değerler 1800, 1575 ve 1350 N dur. Kaynak akımı ise; basınç kuvvetinden farklı olarak malzeme kalınlığına bağlı olarak 2 farklı değer serisinde uygulandı. 0,8 mm kalınlığındaki galvanile çelik plakaların (430 Kalite) kaynaklanması esnasında 7800, 7200 ve 6600 A kaynak akımı tatbik edildi. Bu değerlerin 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite çelik plakalar için yeterli olmayacağı fark edilince kullanılacak akım değerleri yükseltildi. 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite galvanile çelik plakaların kaynağında ise; 9000, 8200 ve 7200 A kaynak akımı tatbik edildi. Şekil 6. Direnç Nokta Kaynağı Uygulamalarında Parametre Değişimi ve Numune Şartları Kaynak zamanı parametresi ise çizelgelerde toplam kaynak zamanı olarak verilmektedir. Kaynak zamanı parametresi, tüm malzeme kalınlıkları ve elektrod uç formu yapıları için standart olarak 0,5, 1 ve 1,5 s alındı. Ancak malzeme kalınlığına bağlı olarak kaynak akım süreleri farklılık göstermektedir. 0,8 mm kalınlığındaki malzemelerin kaynak akım süresi 8 periyottur. 50 Hz frekans değerinde çalışan kaynak makinesinde tüm kaynak prosesi 0,5 s sürdüğünde toplam 25 periyotluk kaynak prosesi karşımıza çıkmaktadır. Tüm kaynak süresinin 8 periyodunda kaynak akımı uygulandığında geriye kalan 17 periyotluk kaynak süresi ise sıkıştırma, tutma ve diğer zamanları kapsamaktadır. Toplam kaynak zamanının 1 ve 1,5 s ye çıktığı durumlarda ise kaynak akımı 16 ve 24 periyot sürmektedir. 255

10 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları Kalınlığı 1,5 mm olan 411 kalite galvanile çelik plakaların kaynak işleminde ise kaynak akım süresi 16 periyot olmaktadır. Toplam kaynak zamanının artmasına paralel olarak kaynak akım süresi de artış göstermektedir. Nokta direnç kaynağı ile birleştirilmiş çelik plakalardan oluşan kaynak numunelerinin ilk kontrol yöntemi çıktıları da sonuçların yer aldığı çizelgelerde yer almaktadır. Çelik plakaların birincil kaynak sonrasında elle eksenel yönde ayrılması ile gerçekleştirilen ilk kontrol yönteminde; eğer plakaların herhangi birinde delik oluşursa ölçülen çekirdek çapı ideal aralığa göre ve ilave durumlara (kıvılcım miktarı, sıçrama) göre değerlendirildi. Kontrol yöntemi sonucunda iki plakadan birinde delik oluşmamış ise kaynak numunesinin uygun şartlarda kaynak edilmediği sonucuna varıldı. Sıçrama ve kıvılcım miktarı da kaynak kalitesini etkileyen diğer faktörlerdir. Kaynak işlemi sonucunda sıçrama meydana gelmesi, kaynak kalitesini negatif yönde etkileyen bir durumdur. Sıçrama dış yüzeylerde olabileceği gibi iç yüzeylerde de gerçekleşebilir. Bazen fark edilemeyen bu sıçrama tipi kritik bölgelerdeki kaynak işlemlerinde sıkıntı yaratabilir. Genelde arada boşluk kalan kaynak yüzeyleri arasında iç sıçrama görülmesi olasıdır. Sıçrama, bazen de çift taraflı olarak görülebilir. Bu olay arzu edilen bir durum değildir (10). Dış yüzeylerde görülen sıçrama ise; başta elektrod uç formu olmak üzere kaynak parametrelerine bağlı olarak ortaya çıkar. Deneysel çalışma esnasında, özellikle 0,8 mm kalınlığındaki 430 kalite çeliklerin direnç nokta kaynak işlemlerinde B tipi elektrod uç formu ile dış sıçramaya sıkça rastlandı. Aynı özelliklere sahip malzeme için elektrod uç formunu E tipi kullandığımızda sıçrama oluşumuna rastlanmadı. 411 kalite çeliklerin kaynak işleminde ise; G tipi elektrod uç formu ile dış sıçrama gözlemlenmedi. Kaynak işlemi esnasında meydana gelen kıvılcım miktarı bize kaynak kalitesi hakkında ipuçları verir. Direnç nokta kaynağında kıvılcım miktarının belli bir miktarda olması istenir. Kıvılcım miktarının aşırı olduğu durumda, kaynak işlemi esnasında uygulanan basınç değerinin olması gerekenden düşük olduğu düşünülür. Kıvılcım miktarının çok az olması veya hiç olmaması ise nokta direnç kaynağında basınç değerinin çok yüksek olduğunu gösterir. Şekil 7. 0,8 mm Kalınlığındaki 430 Kalite Çeliklerin Kaynak Zamanı ve Akım Süresi İlişkisi 256

11 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Şekil 8. 0,8 mm Kalınlıktaki 430 Kalite Çeliklerin B Tipi Elektrod Uç Formu ile Kaynak Edilmesinde Kaynak İşlem Parametreleri ve İlk Kontrol Sonuçları Şekil 9. 0,8 mm Kalınlıktaki 430 Kalite Çeliklerin E Tipi Elektrod Uç Formu ile Kaynak Edilmesinde Kaynak İşlem Parametreleri ve İlk Kontrol Sonuçları 257

12 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları 0,8 mm kalınlıktaki 430 kalite galvanile çeliklerin direnç nokta kaynağı ile birleştirilmesinde 1,8 kn basınç kuvveti uygulanan 1-9 numaralı numuneler arasında B tipi elektrod uç formunun E tipi elektrod uç formuna göre öne çıktığı görülmektedir. Ancak B tipi elektrod uç formu ile yapılan direnç nokta kaynaklarında karşılaşılan sıçrama olayı, gözle muayene için negatif bir özellik olarak karşımıza çıkmaktadır. Tüm koşullar ele alındığında B tipi elektrod uç formunun 1-9 numaralı numuneler arasında; gerek çekirdek çaplarının istenilen aralığa yakın olması, gerekse ilk kontrol yöntemini geçme sayısı ile daha başarılı olduğunu söylenebilir. Şekil Kalite Çeliklerin B Tipi ve E Tipi Elektrod Uç Formu ile Kaynak Edilmesinde Kaynak İşlem Parametreleri ve İlk Kontrol Sonuçlarının Karşılaştırılması Basınç kuvvetinin 1,575 kn olduğu numaralı numuneler için; hem ilk kontrol yöntemini geçen numune sayısı, hem de kaynak çekirdek çaplarının istenen değer aralığına daha yakın olması nedeniyle E tipi elektrod uç formu öne çıkmaktadır. 1,35 kn basınç kuvveti tatbik edilen numaralı numuneler arasında ise kesin bir seçim yapmak zordur. Bu numuneleri numaralı ve numaralı numuneler olmak üzere iki kısımda incelemek gerekir. İlk numune grubu için (19-24) E tipi elektrod uç formu öne çıkarken, ikinci numune grubu için (25-27) B tipi elektrod uç formu öne çıkmaktadır (Şekil 10). 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite çeliklerin kaynağında ise; tüm basınç kuvveti seviyelerinde akımın 9000 A ve 8200 A olduğu durumlarda kaynak numunelerinin ilk kontrol yönteminde başarılı sonuçlar verdiği görülmektedir. Düşük akım değeri olan 7200 A için basınç kuvveti ve kaynak zamanından bağımsız olarak ilk kontrol yöntemini geçen numune olmadı. Basınç kuvvetinin 1,8 kn olduğu 1-9 numaralı numunelerde, karşılaşılan çekirdek çaplarının istenilen aralığın üzerinde olduğu fark edilmektedir. 1,575 ve 1,35 kn basınç kuvveti uygulanan kaynak numunelerinde ise akım şiddeti faktörü ağırlık kazanmaktadır. Akım şiddetinin en yüksek olduğu 9000 A değerinde kaynak zamanının en düşük olduğu (0,5 s) koşullar her üç basınç kuvveti bölgesinde öne çıkmaktadır (Şekil 11). 258

13 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Şekil 11. 1,5 mm Kalınlıktaki 411 Kalite Çeliklerin G Tipi Elektrod Uç Formu ile Kaynak Edilmesinde Kaynak İşlem Parametreleri ve İlk Kontrol Sonuçları 2.4. Nokta Direnç Kaynağı Numuneleri Çekme Testi Farklı parametreler kullanılarak hazırlanan kaynak numuneleri için öncelikle operatör tarafından uygulanan ayırma testi uygulanmıştı. Bu testin sonunda aynı koşullarda ikinci kademe kaynak yapılarak kaynak numunelerinin çekme testi için hazırlığı gerçekleştirilmiş oldu. Kaynak numunelerinin çekme testleri, Assan Alüminyum San. ve Ticaret A.Ş. bünyesinde hizmet vermekte olan AR-GE bölümü laboratuarlarında yapıldı. Çekme testleri için Zwick / Z050 çekme cihazı kullanıldı. Çekme testi ile, kaynak numunelerinin dayanç gösterebileceği maksimum çekme kuvvetlerini saptamak hedeflenmektedir. Bunun yanı sıra kabul edilen sınır dayanım değerine göre sonuçların ilk kontrol yöntemi ile karşılaştırılması diğer bir ana hedeftir. Kaynak işlemi sonucunda elde edilen numunelerin sayısının fazla olması örnek kütle seçimini gündeme getirdi. Elektrod uç formu ve malzeme cinsine göre oluşturulan B, E ve G serilerinin her birinden 9 numune seçilerek çekme testi yapıldı. B ve E serileri için malzeme cinsi ve kalınlığı aynı olduğundan karşılaştırma yapılabilmesi için seçilen numune numaralarının aynı olmasına dikkat edildi. Çekme testi sonucunda elde edilen maksimum kopma kuvveti değerlerinin anlam kazanabilmesi için alt sınır değerin varlığına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu sınır değerin belirlenmesinde ana faktör şüphesiz ki, kaynaklı yapının kullanılacağı ortam koşulları olacaktır. Bu çalışmada kullanılan malzemelerin, Toyota marka otomobillerin imalatında kullanılması dolayısıyla bu sınır değerin belirlenmesi Toyota standartları kapsamında olacaktır. Toyota standartları kaynaklı birleştirmelerde bağlantının minimum kopma kuvvet değerini sac kalınlığına bağlı olarak vermektedir. 430 kalite 0,8 mm kalınlığındaki sacların nokta direnç kaynağı ile birleştirilmesinde alt sınır değeri 3000 N iken; bu değer 411 kalite 1,5 mm kalınlığındaki çeliklerin nokta direnç kaynağı ile 259

14 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları birleştirilmesinde 7000 N a yükselmektedir (10). Bu değerler baz alınarak elde edilen sonuçlar incelendiği zaman ilk kontrol yöntemi olan ayırma testini geçen bazı numunelerin istenilen dayanım değerine ulaşmadığı fark edilmektedir. Tam aksine ilk kontrol yöntemini geçemeyen bazı kaynak numunelerin de, alt sınır değerin üzerinde bir kopma dayanımına sahip oldukları görülmektedir. Tablo 4. Zwick Z050 Çekme Cihazı Teknik Özellikleri (14) 430 kalite malzemenin kullanıldığı B ve E tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelerde, çekme testi sonuçlarına göre E tipi elektrod uç formunun kullanıldığı numunelerin gerçekleşen kopma kuvveti ortalaması daha yüksektir. B tipi uç formu ile kaynak edilen numunelerin gerçekleşen kopma kuvveti ortalaması N iken, E serisi numunelerin ortalaması N olarak gerçekleşmiştir. Kaynaklı bağlantının dayanç gösterebileceği maksimum kopma kuvveti; malzeme cinsi ve kaynak işlem parametreleri sabit tutulduğunda elektrod uç tipine göre farklılık göstermektedir. Bu deneysel çalışma için E tipi elektrod uç formu, bağlantının dayanımı açısından B tipine göre öne çıkmaktadır. Şekil 13 te görüldüğü üzere B ve E serilerinde 8 numaralı kaynak numunelerinde alt sınır olan N kopma kuvvetinin altındaki kuvvet değerlerinde kopma gerçekleşmiştir. B tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numune, ayırma testini geçmesine rağmen sınır kopma kuvvetinin altında dayanım göstermiştir. Şekil 12. Kaynak Numunelerine Çekme Testi Uygulanması ve Kayıtların Alınması 260

15 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ B ve E serisi elektrodlarla kaynak edilen numuneler için gerçekleşen kopma kuvveti aralık değerlerinin sırasıyla 756 ve 804 N olarak gerçekleştiği görülmektedir. Ortalama değerler ile karşılaştırıldığında 23,4% ve 24,4% gibi oranlara sahip aralık değeri, direnç nokta kaynağının 0,8 mm kalınlığındaki çeliklerin birleştirilmesinde ne derece başarılı bir yöntem olduğunu göstermektedir. 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite çeliklerin direnç nokta kaynağı ile birleştirildiği G serisi kaynak numunelerinde çekme testi sonuçları ayırma testi ile paralellik göstermektedir. Ayırma testini geçen numunelerin alt sınır değeri olan N üzerinde gerçekleşen kopma kuvvet değerlerine sahip oldukları görülmektedir (Şekil 14). İlk kontrol yöntemi olan ayırma testinin malzeme kalınlığına bağlı olduğu ve kalınlık arttıkça buna koşut olarak daha başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. G tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelerin gerçekleşen kopma kuvveti değerlerinin ortalaması N dur. Maksimum aralık değeri ise, N olarak karşımıza çıkmaktadır. 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite çelik malzemenin direnç nokta kaynağı sonucu elde edilen bağlantılarının; dayanç göstereceği kuvvet değerlerinin dağılım frekansı, bu yöntemin bu kalınlıktaki malzeme için ilk tercih olmaması anlamına gelmektedir. Otomotiv endüstrisinde onarım amaçlı kaynak uygulamalarında bu kalınlıktaki malzemelerin birleştirilmesinde gazaltı nokta ark kaynağı tercih edilmektedir. Şekil 13. B ve E Serisi Elektrod Kullanılarak Kaynak Edilmiş Numunelerin Çekme Testi Sonuçları Şekil 14. G Serisi Elektrod Kullanılarak Kaynak Edilmiş Numunelerin Çekme Testi Sonuçları 261

16 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları 3. SONUÇ VE DEĞERLENDİRMELER Günümüzde çok çeşitli uygulama alanlarında karşımıza çıkan direnç esaslı kaynak yöntemlerinin en temel kullanım alanı, özellikle sac panel birleştirmelerinin öne çıktığı otomotiv endüstrisi olmaktadır. Direnç esaslı kaynak yöntemleri arasında ise en çok öne çıkan yöntem, hiç şüphesiz ki nokta direnç kaynak yöntemidir. Yöntemin otomotiv endüstrisi için başarılı sonuçlar verebilmesi için işlem parametrelerinin detaylı olarak analiz edilmesi gereklidir. Bu çalışmada, nokta direnç kaynağı ve otomotiv endüstrisindeki kullanım alanları için detaylı teorik bilgilerden yola çıkılarak, otomotiv endüstrisinde güncel olarak kullanılan işlem parametrelerine ulaşılmıştır. Bu süreç, toplamda 81 adet işlem parametresi kombinasyonunun oluşturulması ile gerçekleştirilmiştir. Bu kombinasyonların oluşturulması esnasında değiştirilen parametreler şu şekilde sıralanmaktadır; ß Malzeme / Malzeme Kalınlığı ß Elektrod Uç Formu ß Kaynak Akımı ß Elektrod Basınç Kuvveti ß Zaman Farklı işlem parametreleri kullanılarak elde edilen direnç nokta kaynak numuneleri, ilk olarak ayırma testine tabi tutulmuştur. Ayırma testi sonuçları; delik oluşumu, sıçrama varlığı, kıvılcım miktarı ve çekirdek çapı kriterlerine göre değerlendirilerek elde edilmiştir. Ayırma testi sonucunda elde edilen bulgular şu şekildedir; ß 0,8 mm kalınlığındaki 430 kalite galvanile çeliklerin nokta direnç kaynağında, sıçrama olu- şumu açısından E tipi elektrod uç formu, B tipi elektrod uç formuna göre açık bir şekilde üstünlük sağlamaktadır. B tipi elektrod uç formu kullanılarak nokta direnç kaynağı yapılan numunelerin % 52 sinde sıçrama oluşumu gözlenmiştir. Aynı kalınlıktaki 430 kalite çelik malzemenin E tipi elektrod uç formu kullanılarak, aynı işlem parametreleri ile elde edilen kaynak numunelerinde sıçrama oluşumu gözlenmemiştir. ß Oluşan kıvılcım miktarlarına göre E tipi ile B tipi elektrod uç formlarını karşılaştırdığımızda ise, herhangi bir tip için belirgin bir üstünlük söz konusu olmamaktadır. ß Özellikle basınç kuvvetinin yüksek olduğu (1800 N) kaynak numuneleri için B tipi elekt- rod uç formunun; çekirdek çapı ve ayırma testi sonrası delik oluşumunda daha başarılı sonuçlar verdiği görülmektedir. ß Öte yandan orta seviye basınç kuvveti (1575 N) bölgesinde ise; E tipi elektrod uç formu gerek ölçülen çekirdek çapları, gerekse ayırma sonucu oluşan delik sayısı öne çıkmaktadır. Bu bölgede sadece iki kaynak numunesi, çekirdek çapı daha büyük olmasına rağmen B tipi elektrod uç formu ile ayırma testinde başarılı sonuç almıştır. Bu numuneler incelendiğinde orta seviye basınç kuvveti değerinde en yüksek akım ve en uzun kaynak zamanının birleştiği numune 10 ile en düşük akım ve en kısa zamanın birleştiği numune 18 karşımıza çıkmaktadır. ß Düşük basınç kuvveti (1350 N) bölgesi için akımın yüksek ve orta olduğu numuneler için E tipi elektrod uç formu daha iyi sonuçlar verirken, akım değerini düşük olduğu son üç numune için B tipi elektrod uç formu çekirdek çapı ve delik oluşumu açısından öne çıkmaktadır. ß Tüm bu sonuçlar değerlendirildiğinde B tipi elektrod uç formunun özellikle basınç kuvveti- nin yüksek olduğu durumlarda çok çeşitli akım şiddeti ve zaman parametresi kombinasyonuyla ve basınç kuvvetinin düşük olduğu durumlarda ise; akım parametresinin düşük olduğu durumlarda başarılı sonuçlar verdiği görülmektedir. 262

17 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ ß E tipi elektrod uç formu ise; özellikle orta seviye basınç kuvveti ile diğer parametrelerin dar bir tolerans bandında çok başarılı sonuçlar sergilemektedir. Özellikle nokta direnç kaynağı için tolerans aralığı düşük olan otomobil fabrikaları için, seri imalatta E tipi elektrod uç formu bu özelliği ile daha çok tercih edilmektedir. ß 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite galvanile çeliklerin nokta direnç kaynağında kullanılan G tipi elektrod uç formu ile farklı basınç kuvveti değerlerinde sadece akım değerinin yüksek ve orta olduğu bölgelerde başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Yüksek akım değeri ile düşük kaynak zamanı kombinasyonu, her üç basınç kuvveti değeri için başarılı sonuçlar vermiştir. Beklenen çekirdek çapı ölçüsü hesaba katıldığında, düşük ve orta seviye basınç kuvveti ile orta akım şiddeti değeri konfigürasyonun en optimal seçenekler arasında olduğu aşikardır. Ancak 1,5 mm kalınlığındaki çelik levhaların direnç nokta kaynak yöntemi ile birleştirilmesinde dayanım değeri mutlaka göz önünde bulundurulmalıdır. Ayırma testi sonrasında kaynak numuneleri arasından toplam 27 kaynak numune seçilerek, bu numunelere maksimum kopma kuvvetlerinin tayini için çekme testi uygulandı. Çekme testi sonucunda elde edilen bulgular şu şekilde sıralanabilir; ß En yüksek basınç kuvveti bölgesinde, B tipi elektrod uç formu kullanılan kaynak numune- lerinin dayanım değerleri 1 ve 8 no.lu kaynak numuneleri için E tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelere göre daha yüksektir. Ancak, 8 numaralı numunelerin dayanım değeri, sınır değer olan N değerinin altında kalmıştır. B tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen 8 numaralı numune ayırma testini geçmesine rağmen, beklenen sınır değerin altında bir kopma kuvveti performansı göstermiştir. E tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numuneler için ayırma testi sonuçları ile kopma kuvveti değerlerinin sınır değerini aşması paralellik göstermektedir. Sonuç olarak ayırma testinin dayanım değeri göz önünde bulundurulduğunda, E tipi elektrod uç formunun, kullanılan kaynak numuneleri için % 100 başarı sağladığı ortaya çıkmaktadır. ß Ayırma testinin E tipi elektrod uç formu ile nokta direnç kaynak edilen 430 kalite çelik numuneler için daha uygun olduğu görülmektedir. Ayırma testini geçen E tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelerin kopma kuvveti değerleri sınır değerin altında kalmazken, B tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelerde ise sınır değerin altında kalındığı olmuştur. ß Orta basınç kuvveti bölgesinde, ayırma testi için E tipi elektrod uç formu kullanılarak ya- pılan nokta direnç kaynaklarının daha başarılı sonuçlar verdiği belirtilmişti. Gerçekleşen kopma kuvvetleri göz önüne alındığında E tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numunelerin daha yüksek dayanım değerlerine sahip olduğu görülmektedir. ß Düşük basınç kuvveti bölgesinde ise; kopma kuvveti değerleri incelendiğinde E tipi elektrod uç formuyla kaynak edilen numunelerin öne çıktığı görülmektedir. Bu numuneler için minimum kopma değeri N olarak gerçekleşirken, aynı değer B tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen numuneler için N olmaktadır. Dolayısıyla düşük basınç kuvveti ve düşük akım bölgesinde ayırma testi sonuçlarına göre daha başarılı olan B tipi elektrod uç formuyla kaynak edilen numuneler, dayanım faktörü inceleme kriterleri arasına alındığında geriye düşmektedir. ß G tipi elektrod uç formu kullanılarak elde edilen numunelerin dayanım değerleri incelen- diğinde, sınır dayanım değeri olan N kopma kuvvetine göre bazı numunelerin dayanım testini geçtiği görülmektedir. Sınır kuvvet değerinin üzerinde kopma kuvveti dayanımı gösteren numunelerin, ayırma testinde başarılı olan numuneler olduğu saptanmaktadır. Ayırma testinin özellikle 1,5 mm kalınlığındaki 411 kalite çeliklerin kaynağında ne derece etkin sonuçlar verdiği görülmektedir. Ayırma testinde başarılı olamayan tüm numunelerin kopma kuvveti değerleri sınır değerin altında kalmıştır. ß Paralellik gösteren ayırma testi ve çekme testi sonuçlarına göre G tipi elektrod uç formu ile kaynak edilen 14 ve 22. numunelerin; gerek çekirdek çapı, gerekse dayanç gösterdikleri kopma kuvveti değerine göre en optimal direnç nokta kaynağı parametrelerine sahip oldukları söylenebilir. 263

18 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAKLAR [1] Tülbentçi, K., (1998), MIG-MAG Gazaltı Kaynak Yöntemi, Arctech Yayın No:2, İstanbul [2] Anık, S., Oğur, A., Vural, M. ve Turan, H., (2002), Direnç Nokta Kaynak Elektrodu Ömrünün Deneysel Analizi, Mühendis ve Makina Dergisi Sayı:513, İstanbul. [3] Anık, S., Oğur, A. ve Aslanlar, S., (1999), Galvaniz Kaplanmış Kromatlı Mikro Alaşımlı Çelik Saçların Elektrik Direnç Nokta Kaynağında Kaynak Akım Şiddetinin Çekme-Makaslama Dayanımına Etkisi, Kaynak Teknolojisi II. Ulusal Kongre ve Sergisi, Şubat 1999, Ankara. [4] Satoh, T., Abe, H., Nakaoka, T. ve Hayata, Y. 1996, The fatigue life of the spot welded joint under a Repeated of R= -1, Welding in the World, 37(1): [5] Ma, C., Chen, D.L., Bhole, S.D., Boudreau, G., Lee, A. ve Biro, E., (2007) Microstructure and fracture characteristics of spot-welded DP600 steel, Materials Science and Engineering:A, in-press. [6] Zhang, H. ve Zhou, M., (1999), Critical Specimen Sizes for Tensile-Shear Testing of Steel Sheets, Welding Research Supp., 11, [7] Tang, H., Hou, W. ve Hu, S.J., (2003), Influence of Welding Machine Mechanical Characteristics on The Resistance Spot Welding Process and Weld Quality, Welding Journal Int., 5, [8] Zhang, X.Q., Chen, G.L. ve Zhang, Y.S., (2008), Characteristics of electrode wear in resistance spot welding dual-phase steels, Materials and Design, 29(1): [9] Elektron Multispot M80 Kullanıcı El Kitapçığı. [10] Toyota Servis Eğitimi, (2008), Kaynak Metodları Kaporta Eğitim Kitabı Step:1 Bölüm:5, Toyota Servis Bölümü, İstanbul. [11] [12] [13] [14] ÖZGEÇMİŞ Y. Müh. Onur YILDIRIM: 1982 yılında İstanbul da doğdu yılında Yıldız Teknik Üniversitesi Endüstri Mühendisliği bölümünden mezun oldu. Aynı üniversitede, çift lisans öğrenimini sürdürdüğü Makine Mühendisliği bölümünden ise 2006 yılında bölüm birincisi olarak mezun oldu. Yüksek Lisans öğrenimini de yine Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü nde Makine Mühendisliği Anabilim Dalı İmal Usulleri programında 2010 yılında tamamladı. Evli olan Onur YILDIRIM, 2008 yılı itibari ile Toyota Türkiye de Y/P Stok Kontrol ve Planlama Uzmanı olarak çalışmaktadır. Prof. Dr. Selahattin YUMURTACI: 1954 yılında Edirne de doğdu. Lisans, Yüksek Lisans ve Doktora eğitimini Yıldız Teknik Üniversitesi nde tamamladı yılında Doçent, 2004 yılında da Profesör ünvanını aldı. Halen Y.T.Ü. Makine Fakültesinde Öğretim Üyesi olarak görevini sürdürmekte olup, evli ve iki çocukludur. Arş. Gör. Tolga MERT 1978 yılında İstanbul da doğdu. Lisans öğrenimini İstanbul Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü nde, Yüksek Lisans öğrenimini ise Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Anabilim Dalı İmal Usulleri Programında tamamladı. Halen Makine Malzemesi ve İmalat Teknolojisi Anabilim Dalı nda Doktora eğitimine devam etmekte olan Tolga MERT, aynı Anabilim Dalı nda Araştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır. 264

19 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ ÖSTENİTİK AISI 310 VE FERRİTİK AISI 430 PASLANMAZ ÇELİKLERİNİN ELEKTRİK DİRENÇ NOKTA KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMESİ VE BAĞLANTININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ Uğur Özsaraç 1, Mustafa Baytemir 2, Salim Aslanlar 1, Ahmet Oğur 2 1 Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye 2 Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye ÖZET Bu çalışmada, 1 mm kalınlıkta, 45x105 mm boyutlarındaki östenitik AISI 310 ve ferritik AISI 430 kalite paslanmaz çelikleri elektrik direnç nokta kaynak metodu ile farklı parametreler kullanılarak önce kendi aralarında daha sonra da birbirleri ile birleştirilmiştir. Kaynak işlemleri; 6 kn sabit elektrot kuvveti, 4.5, 5.5, 6.5, 7.5 ve 8.5 ka kaynak akım şiddeti, 5, 15 ve 25 periyot kaynak zamanında gerçekleştirilmiştir. Kaynaklı bağlantıların mukavemetlerini belirlemek için numunelere çekme-makaslama deneyleri uygulanmıştır. Ayrıca kaynaklı numunelerin sertlik ölçümleri yapılmış, mikroyapıları incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Paslanmaz çelik, Direnç nokta kaynağı, Çekme-makaslama. JOINING OF AISI 310 AND AISI 430 STAINLESS STEELS BY RESISTANCE SPOT WELDING AND THE MECHANICAL PROPERTIES OF JOINT ABSTRACT In this study, the austenitic AISI 310 and ferritic AISI 430 stainless steels having 45 x105 x 1 mm were joined by electrical resistance spot welding by using different combinations with different parameters. All welding operations were performed in 4,5, 5,5, 6,5, 7,5 and 8,5 ka weld currents and 5, 15 and 25 cycles in 6 kn constant electrode force. The tensile-shear test was applied to specimens in order to determine the strengths of joints. In addition, microhardness measurements were done and metallographic investigations of specimens were performed. Keywords: Stainless steel, Resistance spot welding, Tensile-shear. 1. GİRİŞ Paslanmaz çelikler; içerisinde en az %10,5 oranında ağırlıkça krom (Cr) içeren demir esaslı alaşımlar olarak tanımlanırlar. Paslanmaz çeliğin yüzeyinde oluşan ince fakat yoğun krom-oksit tabakası korozyona karşı yüksek dayanım sağlar ve oksidasyonun daha derine doğru ilerlemesini engeller [1]. Paslanmaz çelik türlerinde katkı elementlerinin farklı olması veya farklı oranlarda bulunması paslanmaz çeliklerin fiziksel özelliklerinin de farklı olmasına sebep olur. Bu olay da 265

20 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları paslanmaz çeliklerin kaynak işlemlerinde önemli rol oynamaktadır. Ferritik paslanmaz çeliklerde içyapıyı belirleyen en önemli element krom iken ostenitik paslanmaz çeliklerde krom, nikel, molibden ve mangandır. Özellikle krom ve nikel mikro yapının ferritik ve östenitik olmasını sağlayan önemli elementlerdir. Ostenitik ve ferritik çeliklerin tüm paslanmaz çelikler içerisinde kullanım alanları % 95 değerlerine ulaşmaktadır [1-3]. Paslanmaz çeliklerin birleştirilmesinde farklı kaynak yöntemleri kullanılmasına rağmen özellikle ince sac levhaların birleştirilmesinde elektrik direnç kaynak yöntemleri seri üretime uygunluğu, düşük işçilik giderleri, yüksek kaynak mukavemeti, hızlı bir şekilde imalat yapılabilmesi ve diğer yöntemlere nazaran düzgün bir kaynak görünümü elde edilmesi gibi nedenlerle tercih edilmektedir [4]. Günümüz endüstrisinde yüksek sıcaklıkta servis koşullarında oksidasyona direnç, uygun mekanik özellikler ve yüksek korozyon dirençleri bakımından kimya, petrokimya, gıda endüstrisinde kullanılan depolama tankları, basınçlı kaplar, ısı değiştiricileri ve paslanmaz boruların üretiminde, gemi inşası, otomotiv, mutfak ev eşyaları endüstrisinde, hatta tıp ve mimari dekorasyon işlerinde çok sık kullanılan paslanmaz çeliklerin elektrik direnç kaynağı yöntemleri ile birleştirilmesi de büyük önem taşımaktadır. ABD de 1940 yıllarından bu yana vagon yapımı ve otomotiv endüstrisinde kullanılan paslanmaz çelik ince sacların direnç kaynaklı bağlantıları üzerine çalışmalar yapılmıştır lı yıllardan itibaren de Avrupa da özellikle de Almanya da deneme serileri şeklinde vagon yapımı ve otomotiv endüstrisinde direnç nokta kaynağı bağlantıları üzerine çalışmalar yapılmaktadır [5]. Ülkemizde ise özellikle 1980 li yıllardan itibaren paslanmaz çeliklerin elektrik direnç nokta kaynağı ile birleştirilmeleriyle ilgili pek çok çalışma yapılmıştır. Kaluç [5], ferritik-ostenitik paslanmaz çelik çiftinin direnç nokta kaynağında kaynak parametrelerinin çekme-makaslama kuvvetine ve tanelerarası korozyona etkisini araştırmıştır. Vural [6], galvanizli çelik saçların karbonlu ve fertik paslanmaz çelikler ile nokta kaynağında kaynak parametrelerinin kaynak davranışına ve bağlantının dayanımına etkisini incelemiştir. Gülbahar [7], %17 kromlu ferritik paslanmaz çeliklerin nokta kaynağında kaynak parametrelerinin tanelerarası korozyon ve çekme makaslama dayanımı üzerindeki etkisini araştırmıştır. Ceyhun [8], ferritik ve ostenitik paslanmaz çeliklerin karbonlu çelik ile nokta kaynağında kaynak parametrelerinin bağlantının çekme-makaslama dayanımına ve tanelerarası korozyona etkisini incelemiştir. Aslanlar [9], otomobil saclarının elektrik direnç nokta kaynağı ile birleştirilmesinde, kaynak süresinin mekanik özellikler üzerine etkisini araştırmışlardır. Kocabekir [10], AISI 316L ostenitik paslanmaz çeliklerde ısı girdisi, kaynak atmosferi ve kaynak soğuma şartlarının elektrik direnç nokta kaynak kabiliyetine etkileri üzerine çalışmışlardır. Özyürek [11], kaynak akımı ve kaynak atmosferinin, AISI 304L ostenitik paslanmaz çeliklerin elektrik direnç nokta kaynak kabiliyetine etkisi üzerine çalışmıştır. Hasanbaşoğlu [12], AISI 316L ostenitik paslanmaz çelikler ile otomotiv sanayinde yaygın olarak kullanılan IF 7114 çelik sacların elektrik direnç nokta kaynağı ile birleştirilmesi sonucu mekanik özelikleri, sertlik dağılımı ve mikroyapısını incelemişlerdir. Bu çalışmada östenitik ve ferritik paslanmaz çelik ailesinden 310 ve 430 kalite paslanmaz çelik plakalar alınmış, bunlar hem kendi aralarında hem de karşılıklı olarak direnç nokta kaynağı ile birleştirilerek kaynak edilebilirlikleri incelenmiştir. Daha sonra bunların karakterizasyonu yapılarak bu alanda çalışacaklara bazı öneriler sunulmuştur. 2. MATERYAL VE METOT Bu çalışmada, deney malzemeleri olarak seçilen ferritik ve ostenitik paslanmaz çelik saclar; ferritik-ferritik, ostenitik-ostenitik ve ferritik-ostenitik olmak üzere üç seri halinde elektrik direnç nokta kaynağı yöntemiyle birleştirilmiştir. Elektrik direnç nokta kaynak işlemi sırasında elektrot formu, elektrot malzemesi ve elektrot kuvveti sabit kalarak, ön çalışmalar sonucu belirlenen kaynak akımı ve kaynak zamanı değiştirilerek kaynaklı bağlantı numune serileri elde edilmiştir. 266

21 2.1. Materyal 2.2. Metot 267

22 3. SONUÇLAR 3.1. Bağlantıların Çekme-Makaslama Deneyi Sonuçları 268

23 çelik parçalarda, farklı parametrelerin kaynak dikişinin mekanik özelliklere etkisinin tespiti için her parametreden 3 er adet olmak üzere 3 farklı kombinasyon (ferritik-ferritik, ostenitik-ostenitik ve ferritik-ostenitik) için çekme-makaslama deneyi uygulanmıştır. Sonuçlar aşağıda Şekil 4, 5 ve 6 da sunulmuştur. Kaynak Süresi : 5 Periyot 1200 Çekme-Makaslama Dayanımı [dan] Ferritik-Ferritik Ostenitik-Ostenitik Ferritik-Os tenitik 4.5 ka 5.5 ka 6.5 ka 7.5 ka 8.5 ka Bağlantı Türü Şekil 4. Her üç grup numunenin 5 periyot kaynak zamanında Çekme-Makaslama dayanımları. Kaynak Süresi : 15 Periyot 1200 Çekme-Makaslama Dayanımı [dan] Ferritik-Ferritik Ostenitik-Ostenitik Ferritik-Os tenitik 4.5 ka 5.5 ka 6.5 ka 7.5 ka 8.5 ka Bağlantı Türü 269

24 Kaynak Süresi : 25 Periyot 1200 Çekme-Makaslama Dayanımı [dan] Ferritik-Ferritik Ostenitik-Ostenitik Ferritik-Os tenitik 4.5 ka 5.5 ka 6.5 ka 7.5 ka 8.5 ka Bağlantı Türü Sonuçlar incelendiğinde ferritik-ferritik çiftine ait kaynaklı bağlantılarda, kaynak akımı ve kaynak zamanının artmasıyla çekme-makaslama dayanımının belirli bir değere kadar arttığı tespit edilmiştir. Bağlantılarda sabit tutulan her üç kaynak zamanında 4.5 ka gibi düşük akım şiddetlerinde küçük çekirdek kesiti oluştuğundan ayrılma tipinde kopma olmakta ve düşük mukavemet değerleri elde edilmektedir. Nitekim en düşük çekme-makaslama dayanımı 4.5 ka kaynak akımı ve 5 periyotluk kaynak süresinde elde edilmiştir. Arttırılan akım şiddeti ile 5 periyot olarak sabit tutulan kaynak süresinde düşük çekme-makaslama dayanımı değerleri elde edilirken, 15 ve 25 periyotluk kaynak sürelerinde ise çekirdek kesiti büyüdüğünden daha yüksek çekme makaslama dayanımı değerlerine ulaşılmıştır. En yüksek çekme-makaslama dayanımına 7,5 ka kaynak akımı ve 15 periyotluk kaynak süresinde ulaşılmıştır. Ancak 7,5 ka akım şiddetinde 25 periyotluk kaynak süresinden sonra çekme-makaslama dayanımı değerlerinde düşme başlamıştır. Özellikle 8,5 ka gibi yüksek akım şiddetlerinde seçilen tüm kaynak sürelerinde çekme-makaslama dayanımı değerleri düşmüştür. Bunun nedeni ise yüksek akım şiddetlerinde saclar arasında kuvvetli bir fışkırmanın yanı sıra sac üst yüzeylerinden de fışkırma oluşmakta ve dolayısı ile derin ve çirkin elektrot izleri kaynak kalitesini ve çekme-makaslama dayanımını değerlerini düşürmektedir.. Şekil 7 deki örnekte yüksek akım şiddetinde saclar arasında oluşan fışkırma ve çirkin elektrot izleri çekme testinden sonra rahatlıkla görülebilmektedir. 270

25 Şekil ka kaynak akım şiddeti, 15 P kaynak zamanında ferritik-ostenitik parçalarda çekmemakaslama deneyinde ferritik parçalarda görülen çekirdek dibinden yırtılma. 271

26 kaynak çekirdeği çapına etkisi Şekil 9-11 de grafik olarak gösterilmiştir. Grafikler incelendiğinde kaynak akımı ve kaynak zamanının artması ile ısı girdisi artmış ve dolayısıyla kaynak çekirdeği çapı da artmıştır. Kaynak Çekirdeği Çapı [mm] 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 4,4 4, ,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Kaynak Akım Şiddeti [ka] 5 per 15 per 25 per Kaynak Çekirdeği Çapı [mm] 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 4,4 4, ,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Kaynak Akım Şiddeti [ka] 5 per 15 per 25 per 272

27 Kaynak Çekirdeği Çapı [mm] 7 6,8 6,6 6,4 6,2 6 5,8 5,6 5,4 5,2 5 4,8 4,6 4,4 4, ,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 Kaynak Akım Şiddeti [ka] 5 per 15 per 25 per Şekil 11. Ferritik+östenitik ( ) çiftine ait bağlantıların kaynak çekirdeği çapına kaynak parametrelerinin etkisi Bağlantıların Sertlik Değerleri 273

28 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları mı ve kaynak zamanı) ile birleştirilen numunelerden elde edilen en düşük ve en yüksek sertlik değerleri ana malzeme, ITAB ve çekirdek bölgesi olmak üzere Tablo 3 te verilmiştir. Tablo 3. Bağlantıların en düşük ve en yüksek sertlik değerlerine göre karşılaştırılması. Sertlik Değerleri [HV] Kaynak Çifti Ana Malzeme ITAB Kaynak Çekirdeği En Düşük En Yüksek En Düşük En Yüksek En Düşük En Yüksek Ferritik-ferritik ( ) Ostenitikostenitik ( ) Ferritik-ostenitik ( ) 202 / / / / Kaynak parametrelerinden kaynak akımı ve kaynak zamanının, kaynaklı bağlantıların sertlik değişimi üzerindeki etkisi incelendiğinde; gerek artan kaynak akımı ve gerekse kaynak zamanının artmasıyla, kaynaklı numunelerden ölçülen sertlik değerlerinin çok belirgin olmamakla beraber artış gösterdiği gözlemlenmiştir. Elektrik direnç nokta kaynağı ile birleştirilmiş numunelerin kaynak bölgelerinden ölçülen sertlik değerlerinin esas metalden daha yüksek olduğu, ayrıca kaynak parametre değerlerinin artmasıyla da, sertlik değerlerinde bir miktar artış olduğu tespit edilmiştir. Buradan, kaynak esnasında kaynak bölgesine verilen ısının sertlik artışında etkili olduğu sonucu çıkarılabilir. Kaynak işlemi esnasında kaynak akımı ve kaynak zamanının artmasıyla kaynak bölgesine verilen ısı miktarı artmaktadır. Yüksek ısı girdisi az da olsa sertliğin artmasına ve ITAB da tane irileşmesine neden olmaktadır. Kaynaklı birleştirmelerin tümünde, kaynak akımı ve kaynak zamanı artışı ile ısı girdisi artmış ve kaynak çekirdeği genişlemiştir. Bu nedenle kaynak çekirdeğinin sertlik değerinin, tutma zamanı boyunca elektrot baskı kuvvetinin sebep olduğu deformasyon sertleşmesinden dolayı esas metal ve ITAB dan daha yüksek olduğu sonucuna varılmıştır.martin et al. [13], 304 östenitik paslanmaz çelik sacları direnç nokta kaynak yöntemi ile birleştirmiş ve benzer sonuçları rapor etmişlerdir. Vural ve Akkuş [14], galvanizli çelik ile ostenitik paslanmaz çelik sacları direnç nokta kaynağı ile birleştirmişler ve mikrosertlik ölçümleri sonucunda en büyük sertlik değerinin kaynak çekirdeğinin ortasında 350 HV olarak ölçüldüğünü rapor etmişlerdir. Bak [15], IF çeliklerini direnç nokta kaynak yöntemiyle birleştirmiş ve tüm kaynaklı numunelerde kaynak bölgesinin mikrosertlik değerlerinin ITAB ve ana malzemenin sertlik değerlerinden fark edilir oranda yüksek olduğunu bildirmiştir. 274

29 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ KAYNAKLAR [1] ODABAŞ, C., Paslanmaz Çelikler; Temel Özellikleri, Kullanım Alanları, Kaynak Yöntemleri, Askaynak, 2.Baskı, Tavaslı Matbaası, Şubat 2004, İstanbul. [2] TÜLBENTÇİ, K., Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı, Kaynak Dünyası, Sayı 11, İstanbul [3] KOTECKI, D.J., Welding of Stainless Steel, ASM Handbook Volume 6, Welding and Brazing and Soldering, s , [4] KALUÇ, E., TABAN, E., İleri Kaynak Teknolojisi Ders Notları, Elektrik Direnç Kaynak Yöntemleri, Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi, 138, s.56-61, [5] KALUÇ, E., Ferritik-Ostenitik Çelik Çiftinin Nokta Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Çekme- Makaslama Mukavemetine ve Tanelerarası Korozyona Etkisi, Doktora Tezi, İTÜ., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul [6] VURAL, M., Galvanizli Çelik Saçların Karbonlu ve Ferritik Paslanmaz Çelikler ile Nokta Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Kaynak Davranışına ve Bağlantının Dayanımına Etkisi, Doktora Tezi, İTÜ., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul [7] GÜLBAHAR, B., %17 Kromlu Ferritik Paslanmaz Çeliklerin Nokta Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Tanelerarası Korozyon ve Çekme Makaslama Dayanımı Üzerindeki Etkisinin İncelenmesi, Doktora Tezi, İTÜ., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul [8] CEYHUN, V., Ferritik ve Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Karbonlu Çelik ile Nokta Kaynağında Kaynak Parametrelerinin Bağlantının Çekme Makaslama Dayanımına ve Tanelerarası Korozyona Etkisi, Doktora Tezi, İTÜ., Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, s.1-29, [9] ASLANLAR, S., OĞUR, A., ÖZSARAÇ, U., İLHAN, E., Welding time effect on mechanical properties of automotive sheets in electrical resistance spot welding, Materials and Design, Volume 29, , [10] KOCABEKİR, B., KAÇAR, R., GÜNDÜZ, S., HAYAT, F., An effect of heat input, weld atmosphere and weld cooling conditions on the resistance spot weldability of 316L austenitic stainless steel, Journal of Materials Processing Technology, Volume 195, , [11] ÖZYÜREK, D., An effect of weld current and weld atmosphere on the resistance spot weldability of 304L austenitic stainless steel, Materials and Design, Volume 29, , [12] HASANBAŞOĞLU, A., KAÇAR, R., Resistance spot weldability of dissimilar materials (AISI 316L DIN EN steels),materials and Design, Volume 28, , [13] MARTIN, O., TIEDRA, P. D., LOPEZ, M., SAN-JUAN, M., GARCIA, C., MARTIN, F., and BLANCO, Y., Quality prediction of resistance spot welding joints of 304 austenitic stainless steel, Materials and Design, 30 (1): 68-77, [14] VURAL, M., and AKKUŞ, A., On the resistance spot weldability of galvanized interstitial free steel sheets with austenitic staninless steel sheets, Journal of Materials Processing Technology, (1-6), , [15] BAK, A., Arayer Atomu İçermeyen (IF) Çeliklerde ve Bu Çeliklerin Nokta Direnç Kaynaklı Bağlantılarında Deformasyon Yaşlandırmasının Mekanik Özelliklere Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük, s ,

30 276

31 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ OTOMOBİL KAPORTASINDA KULLANILAN ÇİFT FAZLI (DP600) GALVANİZLİ ÇELİK SACLARININ KAYNAK AKIMI VE KAYNAK SÜRESİNİN KIRILMA TOKLUĞUNA ETKİSİ İbrahim SEVİM- Fatih HAYAT ÖZET Bu çalışmanın amacı, galvanizli DP600 çelik sacların, bindirme direnç nokta kaynaklı bağlantıların değişik kaynak akımı ve kaynak sürelerinde kırılma tokluklarını araştırmaktır. Galvanizli DP600 çelik sacların bindirme direnç nokta kaynaklı bağlantıların yapıldı. Çekme makaslama test sonuçlarından direnç nokta kaynaklı bağlantıların kırılma toklukları hesaplandı. Sonuçlar gösterdi ki, kaynak akımı ve kaynak süresine bağlı olarak kırılma tokluğu bir dereceye kadar arttığı ve daha sonra azaldığını gösterdi. Anahtar kelimeler: Direnç nokta kaynağı, Çift fazlı çelikler, kırılma tokluğu, kayak akımı, kaynak süresi. ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the fracture toughness on different welding current and welding time of resistance spot welded (RSW) lap joints of galvanized DP600 steels. RSW lap joints galvanized DP600 steel sheets were performed. Defect free RSW lap joints were produced on galvanized DP600 steel sheets. Fracture toughness of RSW lap joints were calculated from the results of shearing tensile tests. According to the experimental data, the fracture toughness increases as welding current and welding time increase up to a certain value, then the fracture toughness starts to decrease. Key words: Resistance spot-welding, dual-phase (DP) steels, fracture toughness, welding current, welding time 1. GİRİŞ Yüksek mukavemetli çelikler, otomobillerde aracın ağırlığının azaltılması, yüksek mukavemet, iyi korozyon direnci ve çarpışma anında darbeleri sönümleme gibi özelliklerinden dolayı, otomobil endüstrisinde otomobil kaportası yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Çift-fazlı (DP: dual phase) çelikler, yüksek mukavemetli-düşük alaşımlı (HSLA: high strength low alloy) çeliklerinin gelişmiş bir çeşididir. Mikro yapılarında, ferrit matris içinde adacıklar şeklinde martenzit fazı içermektedirler. DP çelikler, ötektoid altı çeliklerin Fe-C denge diyagramındaki A 1 -A 3 sıcaklıkları arasındaki kritik bölgede (α+γ bölgesi) bir süre tavlanarak uygun hızda soğutma ile martenzitik dönüşümün oluşması sağlanarak üretilirler [1-4]. DP çelikleri, karbonlu çeliklerle karşılaştırıldığında, daha iyi şekillendirmeye sahip olması, çok daha düşük akma gerilmesi, daha üniform bir yapı ve daha fazla uzama gibi özelliklere sahiptir [1]. Bu yüzden iyi bir plastik şekil 277

32 verme özelliğine sahiptir. Düşük akma mukavemeti/çekme mukavemeti ve yüksek biçimlendirilebilme kabiliyeti olan DP çelikler, yüksek mukavemet/ağırlık ilişkisine sahip olduklarından taşıt ağırlığını ve dolayısıyla yakıt tüketimini azaltmak amacıyla otomobil kaportası imalatı için cazip olmaktadır [5]. DP çelikleri, çeşitli kaynak metotları ile birleştirilebilirler. Nokta Direnç kaynağı (RSW: resistance spot welding), ince DP çelik saçların kaynağında yüksek verimliliğinden dolayı, otomobil kaportası montajında esas birleştirme yöntemlerinden bir tanesinidir. 3 mm kalınlığa kadar DP çelik saclar, nokta direnç kaynağı ile kaynak yapılabilir [6,7]. DP çelikleri için nokta direnç kaynağı, basit, ucuz ve en iyi kaynak yöntemidir. Bu yüzden, otomotive endüstrisi, otomobil kaportasında yaklaşık olarak 3000 ile 4000 adet direnç nokta kaynağı kullanır [8]. Otomobil yapılarındaki nokta direnç kaynaklı bağlantılar, işletme sırasında hem statik hem de dinamik yükler altında zorlanmalara maruz kalırlar. Statik yükler altındaki zorlanmalar çekme testleri ile açıklanabilir. Fakat dinamik yükler altında zorlanmış bölgelerde oluşan hasar tipi oldukça kritik olup bunlar yorulma hasarıdır. Yorulma hasarı, malzeme içerindeki bir hata ve süreksizlikten başlar, giderek ilerler ve sonunda hasar ile sonuçlanır. Özellikle de, direnç nokta kaynağından sonra, kaynak bölgesinin hızlı ısınması ve soğumasından dolayı, kaynak bölgesi ve ısının tesiri altındaki bölgede, mekanik ve metajurjik değişiklikler olmaktadır. Bu değişmeler, işletme sırasında özelliklede dinamik zorlanmalar altında nokta kaynağının dayanımını önemli ölçüde etkilemektedir. Dolayısıyla, yorulma hasarı açısından kaynak bölgeleri gerime yoğunluğunun olduğu kritik bölgelerdir [9,10]. Direnç nokta kaynağında, kaynak bölgesine etki eden kesme gerilmeleri, sacın kalınlığı, nokta kaynağı sayısı, kaynak bölgesinin genişliği gibi değişkenler, kaynaklı bağlantıya etkileyen önemli parametrelerdir. Direnç nokta kaynaklarının yorulma ömrünü ifade etmek için gerilme şiddet faktörü ifadelerinden faydalanılır. Bu gerilme şiddet faktörü ifadeleri sayesinde direnç nokta kaynaklarının yorulma ömürleri tahmin edilir. Direnç nokta kaynaklı bağlantılarda, çentik gerilmesi, gerilme şiddet faktörü gibi kırılma parametrelerini belirlemek için kırılma mekaniği yaklaşımlarından faydalanılır. Kırılma mekaniği yaklaşımı, kesme gerilmesi yükleri altındaki, direnç nokta kaynaklı bağlantıların gerilme şiddet faktörlerini hesaplamada yaygın olarak kullanılır [11,12]. Kırılma mekaniği analizinde, kırılma ile ilgili parametre kırılma tokluğu (fracture toughness) veya gerilme şiddet faktörüdür. Gerilme şiddet faktörü çatlak civarında gerilme alanını belirleyen bir parametre olup, bu parametre, malzemenin geometrik durumu, yükleme şekli, çatlağın yerine bağlıdır. Belirli boyuttaki numuneler için gerilme şiddet faktörünün hesaplanmasında deneysel veya teorik yolla geliştirilmiş farklı bağıntılar kullanılır [11]. Bir malzemenin kırılmasında üç farklı mod dan faydalanılır. Bunlar, açma mod u K I, kesme mod u K II ve yarma mod u K III dür (Şekil 1). Şekil 1. Kırılma Modları 278

33 2. F K II. D S = 2. DENEYSEL ÇALIŞMA 2.1. Malzeme ve Kaynak işlemi 279

34 2.2. Galvanizli DP 600 çelik sacların kırılma tokluğunun hesaplanması 280

35 Şekil 5. Çekme test cihazınızın görünüşü. 281

36 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Kýrýlma Tokluðu, IIC K, (MPa.m1/2 ) Galvanizli DP 600 kaynak süreleri 0.2 saniye 0.4 saniye 0.6 saniye 0.8 saniye K IIC(10cycle) =8,05x10-3.I-5x10-7.I 2 I.Bölge K IIC(30cycle) =7,65x10-3.I-5x10-7.I 2 K IIC(20cycle) =7,85x10-3.I-5x10-7.I 2 II. Bölge K IIC(40cycle) =7,45x10-3.I-5x10-7.I 2 III. Bölge Kaynak Akýmý, I, (Amper) Şekil 7. Kırılma tokluğunun kaynak akımı ile değişimi. K II K IIC 282

37 1,5x10-2 A Sabiti K IIC 2 = A. I B. I Tablo 2. Kırılma tokluğunun kaynak akımı ile değişiminde A ve B sabitleri. Kaynak Süresi t, (Saniye) Kırılma Toklu u (K IIC ) Denklemleri A Sabitleri B Sabitleri 0,2 K IIC = 8,05x10. I 5x10. I 8,05x10-3 5x10-7 0,4 K IIC = 7,85x10. I 5x10. I 7,85x10-3 5x10-7 0,6 K IIC = 7,65x10. I 5x10. I 7,65x10-3 5x10-7 0, = 7,45x10. I 5x10. I 7,45x10-3 5x10-7 K IIC ( 1/ 20) A = C. t 1,2x10-2 A Sabiti 9,0x10-3 A=7,5x10-3.t (-1/20) 6,0x10-3 3,0x10-3 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Kaynak Süresi, t, (Saniye) 283

38 K IIC = ( 20) 2 ( C. t 1/ ) I B. I K IIC 3 ( 20) 7 2 ( 1/ = 7,5x10. t ). I 5x10. I 4. TARTIŞMA 5. SONUÇ 284

39 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ I. Bölge; Kaynak akımı ve kaynak süresi, kaynak çekirdeğinin oluşumu için yeterli değildir. Kaynak bölgesindeki ergime, kaynak çekirdeğinin oluşumu için yeterli değildir. II. Bölge; Kaynak akımı ve kaynak süresi, kaynak çekirdeğinin oluşumu için yeterlidir. Kaynak bölgesindeki eğrime, kaynak çekirdeğinin oluşumu için yeterlidir. Kaynak kabiliyeti bu bölgede maksimumdur. III. Bölge; Gereğinden fazla kaynak akımı ve süresi mevcuttur. Bu bölgede, kırılma tokluğu, artan kaynak akımı ve süresinin artmasına rağmen kırılma tokluğu azalır. Kaynak bölgesindeki aşırı ergime ve fışkırma mevcuttur. Kırılma tokluğu, yetersiz kaynak akımı ve sürelerinde düşük, belirli bir değer aralığında yeterli kaynak akımı ve süresi daha da arttırıldığında kaynak bölgesinin aşırı ergimesi ve kaynak fışkırmasından dolayı azalır (Şekil 8). Direnç nokta kaynağında kırılma tokluğu, sadece çekirdek çapına (D) değil aynı zamanda, sac kalınlığına (S), çekme-makaslama yüküne (F), kaynak akımına (I) ve kaynak süresine de (t) bağlıdır. KAYNAKLAR [1] Aslanlar, S. The Effect of Nucleus Size on Mechanical Properties in Electrical Resistance Spot Welding of Sheets Used in Automotive Industry Mater Des vol 27, 2006, pp [2] Advanced High-Strength Steels A Collision Repair Perspective, Technical Information for the Collision Industry, June 12, ( [3] Campos C.A., M Guerrero Mata.P., Colas R., Garzai R., ISIJ International, cilt 42, 2002, p [4] Davies R.G. and Magee C.L.,: R.A.Kott and J.W.Morris (eds.) Structure and Properties of Dual-Phase Steels AIME, New York, 1979, pp [5] Hayat F., Demir B., Acarer M., 0,067C ve 1,74 Mn lı Çift Fazlı Çeliklerin Mikroyapı- Dayanım İlişkisi ve Kırılma Davranışları Teknoloji Dergisi, cilt 10, Sayı 1, 2007 s [6] Hayat F., The Effects of the Welding Current on Heat Input, Nugget Geometry, and the Mechanical and Fractural Properties of Resistance Spot Welding on Mg/Al Dissimilar Materials Mater Des, cilt 32, 2011, pp [7] Kim I.S. and Lee J.S., Effect of Intercritical Annualing Treatment on the Fracture Toughness of SA106 Gr. C Piping Steel 7th I_nternational Conference on Nuclear Engineering, Tokyo, 1999 p [8] Kocabekir B., Kaçar R., Gündüz S., Hayat F. An Effect of Heat Input, Weld Atmosphere and Weld Cooling Conditions on the Resistance Spot Weldability of 316L Austenitic Stainless Steel J Mater Process Tech vol 195, 2008, pp [9] Kulekci M.K., Mendi F., Sevim I., Basturk O., Fracture Toughness Of Friction Stir Welded Joints of AlCu4SiMg Aluminium Alloy Metalurgija vol 44, 2005, pp [10] Sevim I., Fracture Toughness of Spot-Welded Steel Joints Kov. Mat., vol 43, 2005, pp [11] Sevim I., Effect of Hardness to Fracture Toughness for Spot Welded Steel Sheets Mater Des, vol 27, 2006, pp [12] Shariati M., Maghrebi MJ. Experimental Study of Crack Growth Behavior and Fatigue Life of Spot Weld Tensile-Shear Specimens J Appl Sci vol 9, 2009, pp [13] Ozturk F., Toros S., Kilic S., Tensile and Spring-Back Behavior Of DP600 Advanced High Strength Steel at Warm Temperatures J Iron Steel Res Int, vol 16, no pp [14] Vural M., Akkus A., On the Resistance Spot Weldability of Galvanized Interstitial Free Steel Sheets With Austenitic Stainless Steel Sheets J. Mater Process Technol., vol , 2004, pp [15] Vural M., A.Akkus, Engineering and Machine, vol 47, 2006, pp [16] Zhang D., Stress intensities at spot welds International Journal of Fracture, vol 88, 1997, pp

40 286

41 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ SIVILAŞTIRILMIŞ DOĞALGAZ (LNG) DEPOLANMASINDA KULLANILAN %9 Nİ İÇEREN ÇELİKLER VE KAYNAK EDİLEBİLİRLİKLERİ Dr. Emel TABAN 1, Prof. Dr. Erdinç KALUÇ 2 1 Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü, Kocaeli. 2 Kocaeli Üniversitesi, Kaynak Teknolojisi Araştırma, Eğitim ve Uygulama Merkezi, Kocaeli. ÖZET Dünyada enerji gereksiniminin artmasıyla, doğalgazın çok hızlı biçimde büyüyerek 2010 lu yıllarda kömürden sonra ikinci büyük enerji kaynağı konumunu alacağı, dolayısı ile önümüzdeki yirmi yıl içinde doğalgaz tüketiminin iki kat artacağı beklenmektedir. Bu yüzden, doğalgazın uzak mesafelere taşınması ve büyük bir bölümünün de depolanması gereksinimi vardır. Büyük gaz miktarlarının küçük hacim kaplayacak şekilde taşınması ve depolanması ancak sıvılaştırılmaları ile olanaklı olmaktadır. Doğalgazın sıvılaştırılması -163 C de yapılabilmektedir, bu nedenle oldukça düşük olan bu sıcaklıklarda sıvılaştırılmış doğalgazın (LNG) depolanmasını sağlayabilecek, tokluk ve mukavemet özelliklerini koruyabilecek olan %5 -%9 Ni içeren çeliklere gereksinim gittikçe artmaktadır. Ülkemizde de bu tür çeliklerin kullanımının önümüzdeki yıllarda artacağı göz önüne alındığında kaynak edilebilirlik özelliklerinin iyi anlaşılması gerektiği ortadadır. Bu çalışmada, ülkemizde kullanımı gittikçe artacak olan %5-%9 Ni içeren ve LNG depolanmasında kullanılan çeliklerin üretimi, metalurjik ve mekanik özellikleri ve bu tür çeliklerin kaynak edilebilirliğini açıklanmaktadır. Anahtar kelimeler: Sıvılaştırılmış doğalgaz (LNG), %5Ni li çelikler, %9Ni li çelikler, soğukta tok çelikler, kriyojenik çelikler, sıfıraltı sıcaklık uygulamaları, kaynak edilebilirlik 9% NI STEELS USED IN LNG STORAGE AND THEIR WELDABILITY ABSTRACT The world energy demand is expected to grow, thus natural gas will grow fastest in 2010 s and will overtake coal as the world s second-largest energy source, consequently gas consumption would double in the next twenty years. Handling and storage of natural gas is only rational by low temperature liquefaction. By liquefying natural gas at -163 C, its volume is reduced by a factor of more than 600 times thus making handling and storage easier and more economical. The need for weldable 5%-9%Ni steels for cryogenic applications remaining ductile and crack resistant at low temperatures and having high strength would increase in our country as well in the coming years. For these reasons, the weldability of these steels should be well understood. This paper will discuss the production, metallurgical and mechanical properties and weldability of the 5%-9% Ni steels that are expected to be increasingly used in LNG storage. Keywords: Liquefied natural gas (LNG), 5%Ni steels, 9% Ni steels, cryogenic steels, subzero temperature applications, weldability. 287

42 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları 1. GİRİŞ Kriyojeni düşük sıcaklıklar fiziği olarak bilinir. Düşük sıcaklıklarda gerçekleşen olayları oluşturmayı ve bunların uygulamalarını konu edilen bilim dalıdır. Kriyojenik malzemeler maddenin statik ve çok düzenli haline olabildiğince yakındır. Aldığımız her solukta yaşayan hücreleri kaskatı donduracak kadar güçlü bir madde vardır. Bu havadaki temel bileşenlerden biridir ve normal olarak gaz halindedir. Sıvı halinde ise çok özel bir madde Kriyojen haline gelir. Bilim, tıp ve sanayi zaman zaman çok düşük sıcaklıklara gereksinim duyar ve bunun da kolayca ve ucuz olarak elde edilmesi gerekir. Kriyojenik sıcaklıklar -273 C altındaki sıcaklıklardır ve en yaygın kriyojense sıvı azottur. Kriyojeninin 1877 de doğduğu kabul edilir. Bu, oksijenin 90K e kadar soğutularak sıvılaştırıldığı yıldır te 40K e ulaştığında havanın sıvılaştırılması ve ana bileşenlerine ayrılması olanaklı olmuştur, 1908 de helyum sıvılaştırılmıştır. Aşırı soğutulan metallerin çoğunun elektriğe karşı dirençlerini tümüyle yitirdikleri 1911 de keşfedilirken, 1920 lerde ve 30 lara gelindiğinde mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara ulaşılmıştır [1]. Dünya enerji gereksiniminin artmasıyla, doğalgazın çok hızlı biçimde büyüyerek 2010 lu yıllarda kömürden sonra ikinci büyük enerji kaynağı konumunu alacağı, dolayısı ile önümüzdeki yirmi yıl içinde doğalgaz tüketiminin iki kat artacağı beklenmektedir. Doğalgaz yataklarının bulunduğu ülkeler ve kullanıcı ülkeler arasında uzak mesafelerin olması örneğin doğalgazın çıkarıldığı yerler: Basra körfezi ülkeleri, Orta Asya, Alaska ve Kuzey denizi kıyıları, buna karşın tüketici ülkeler: Avrupa, Japonya, Kuzey Amerika dır ve bu ülkelerdeki endüstrinin enerji gereksinimi her geçen gün artmaktadır. Bu yüzden, doğalgazın uzak mesafelere taşınması ve büyük bir bölümünün de depolanması gereksinimi vardır. Havayı ayrıştırarak elde edilen oksijen, azot ve argon gibi gazları depolamanın ve taşımanın en pratik ve en yaygın yollarından biri onları sıvılaştırmak ve bu şekilde depolamak ve taşımaktır. Örneğin doğalgaz (metan) -163 C de sıvılaştırılır ve hacmi 600 kat küçültülmüş olur. Bu sayede daha kolay taşınabilir, depolanabilir ve fiyatlarda kayda değer düşme sağlanır. Elbette kriyojenik sıcaklıklar dediğimiz -196 C, -183 C gibi oldukça düşük sıcaklıklarda sıvı olarak bulunan bu gazlar, ısı yalıtımı çok iyi sağlanmış ve bu sıcaklıklara dayanıklı malzemelerden yapılmış kaplarda depolanabilmekte ve taşınabilmektedir. Endüstrinin diğer gazlara olan istemleri dikkate alınırsa diğer sıvılaştırılabilen gazlar da sıfıraltı sıcaklıklarda sıvı haldedirler, ve bu gazların taşıma ve depolama sorunları bulunmaktadır, Tablo 1, [1-5]. Tablo 1. Gazların sıvılaşma sıcaklıkları ve düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılan malzemeler [3,4,6]. Gaz Sıvılaşma sıcaklığı ( C) Malzeme Propan (LPG) ila Propilen Karbondioksit Etan Etilen (LEG) Metan (LNG) Oksijen Azot Hidrojen Helyum İnce taneli çelikler %2.25 Ni çeliği % 3.5 Ni çeliği % 5-9 Ni çeliği Ostenitik paslanmaz çelikler %36 Ni- Fe (Invar) Alüminyum alaşımları 288

43 2. SIFIRALTI SICAKLIK UYGULAMALARI İÇİN GELİŞTİRİLEN ÇELİKLER 289

44 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları Çelikte bulunan alaşım elementlerinin kontrollü olması: örneğin karbon miktarının en az düzeyde bulunması, çeliğin nikel ile alaşımlandırılması, çeliğe sıvı halde iken çok etkin bir gaz giderme işlemi uygulanmış olmalıdır, bunun yanısıra gaz gidermede kullanılan aluminyumun miktarı %0,05'den fazla olmaması, fosfor ve kükürt gibi katışkıların minimum düzeyde olması, Uygun ısıl işlem koşullarının sağlanması (normalizasyon tavlaması veya ıslah etme), ve çeliğin tane yapısının rafine edilmesi- ince taneli olması istenir [6,8]. Günümüzde kullanma sıcaklığına göre çeşitli türlerde sıfıraltı sıcaklık çelikleri ya da diğer bir deyimle soğukta tok çelikler geliştirilmiştir, bunlar kullanım sıcaklığına göre aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir. Az alaşımlı karbon manganlı düşük sıcaklık çelikleri ve ince taneli yapı çelikleri: Normalize durumda -50 C ye, ıslah edilmiş durumda ise -80 C ye kadar olan çalışma sıcaklıklarındaki uygulamalarda kullanılır. % 1- % 9 Ni içeren çelikler: -80 C ile -200 C ye kadar olan çalışma ortamlarındaki ekipmanların üretiminde uygulama alanı bulmaktadır. Bu tür çeliklerde nikel miktarı arttıkça tokluk özellikleri iyileşmekte ve geçiş sıcaklığı daha düşük sıcaklık derecelerine doğru kaymaktadır. Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler: Yaklaşık -250 C sıcaklığına kadar tokluklarını korurlar ve geçiş sıcaklığı göstermezler. Aşırı düşük sıcaklıklardaki tokluk özelliğine ısıl işlemin, iç yapının (tane büyüklüğünün), gerilme durumunun etkisi önemli miktardadır. Bu tür çeliklerde ostenit çok düşük sıcaklıklarda dahi oldukça kararlıdır, yalnızca soğuk şekil değiştirme martenzit oluşumunu teşvik eder [1,8,10]. Sıfıraltı sıcaklık uygulamaları için kullanılan nikel alaşımlı çelikler, nikel içeriklerine bağlı olarak genellikle aşağıdaki gibi gruplandırılmaktadır. Düşük nikelli çelikler (%1-2.5 Ni), Orta nikelli çelikler (%3.5 Ni), %5 Ni içeren çelikler, %9 Ni içeren çelikler Bu tür çelikler, nikel ile alaşımlandırıldıkları için metalurjik iç yapı değişim süreleri ve ıslah edilebilirlikleri etkilenmektedir. Dolayısı ile ince yapılı olmaktadırlar. Bu nedenle, tokluklarında ortaya çıkan iyileşmenin yanısıra, bu tür çeliklerde karbon, silisyum ve mangan gibi bünyede varolan elementler diğer az alaşımlı çelikler ile aynı seviyede bulunmasına karşın mukavemet özellikleri artırılabilmektedir. Nikel alaşımlı soğukta tok çelikler, eski DIN Soğukta tok çelikler, levha, bant, geniş yassı çelikler, profiller, çelik gruplar ve dövme parçalar için teknik teslim koşulları ve EN Nikel alaşımlı soğukta tok çelikler olarak standartlaştırılmışlardır. Nikel alaşımlı çelikler içinde özellikle, %9 Ni içeren çelikler sıfıraltı sıcaklıklarda istenen yüksek tokluk özelikleri ile diğer mekanik özeliklerin iyi bir birlikteliğine sahiptirler. Bu çok iyi tokluk özelikleri, yüksek nikel içeriğinin yanısıra ince taneli martenzit içeren optimize edilmiş bir yapının sonucu olarak ortaya çıkmaktadır [1-4,9]. Soğukta tok nikel alaşımlı çeliklerin bazı türlerini ve özeliklerini veren aşağıdaki tablo incelendiğinde de, %9 Ni içeren yüksek mukavemetli bu tür çeliklerin EN e göre X7Ni9 290

45 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ (1.5663); X8Ni9 (1.5662) veya ASTM/ASME A553 Type 1 standardlarına göre gösterimleri görülür. Özellikle LNG depolanmasında kullanılan bu tür çeliklerde güvenlik nedeniyle gevrek kırılma olayları ile karşılaşılmaması son derece önemlidir, yapılan araştırma geliştirme faaliyetleri sonucu son on yılda çelikten istenen tokluk özelliği artırılmış ve örneğin -196 C deney sıcaklığında 100 J ün üstünde değerler elde edilmesi gerektiği belirtilmiştir. Günümüzde tokluk değerleri olarak istenen -196 C de 100J değeri, 30 yıl önce bu tür çeliklerin kullanıldığı konstrüksiyonlardan istenen değerlerle kıyaslandığında bugünkü değerlerin geçmişe göre üç katına çıkarıldığını göstermektedir li yıllarda istenen değerler -196 C de (enine-boyuna numunelerde) 30-60J mertebelerindeyken 2000li yıllardan itibaren 100J mertebelerine ulaşmıştır. Toklukta istenen bu yüksek değer ancak özel ısıl işlemlerle elde edilebilmektedir. Bu çeliklerde karbon miktarının %0.15 ten düşük ve manganın %0.80 den düşük tutulmasına özen gösterildiğine ve ısıl işlem koşullarının spesifik olmasına dikkat çekilmektedir. Burada belirtilmesi gereken bir diğer konu da, bu tür çeliklerin fabrika ortamında üretilen ve düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılacak olan kazanların yapımında en ekonomik malzemeler olduğudur. Ancak, bu tür çelikler paslanmazlık özelliğine sahip olmadıkları için argon gibi çökelme ve kirlilik riski olan gazların depolanmasında kullanımı uygun bulunmamaktadır [4,6,7]. Tablo 2. %9 Ni içeren çelikler için uluslararası standardlara göre alaşım içeriği ve mekanik özelikler [4]. Standard Çelik Tür Kalınlık (mm) Kimyasal Bileşim (%) Çekme Deneyi (MPa) Charpy-V (enine) (J) Uzama (mm) C Si Mn P S Mo Ni V R e R m A -120 C -196 C C EN X8Ni9 X7Ni9 QT640 QT > > > ASTM ASME A553 SA553 Type Sac kalınlığı t 25 mm için deney sıcaklığı 110 C ve 25< t 30 için 115 C dir. Şekil 2. Nikel alaşımlı çeliklerin uygulama alanları [3,7]. 291

46 Bu tür çelikler bu konuda uzmanlaşmış çelik üretim tesislerinde özel bazik oksijen fırınlarında alaşımın daha iyi karışması ve daha iyi cüruf oluşumu sağlanarak üretilmektedirler. Ayrıca, potalarda yapılan işlemler ile fosfor ve kükürt seviyeleri en az seviyelere indirilerek tokluk özelikleri iyileştirilmektedir. %9 Nikel alaşımlı yüksek mukavemetli çeliklerde tokluk ve mukavemette en iyi kombinasyona fosfor içeriği yaklaşık %0.010, kükürt içeriği de %0.003 ün altında olduğunda erişilebilmektedir, buna karşın fosfor içeriği %0.05 in altında olduğunda tokluk açısından bir üstünlük olmamaktadır. Aşağıda şekilde bu tür çeliklerin üretim ve ısıl işlemleri şematik olarak verilmiştir. Ayrıca, bu tür çeliklerde hızlı soğutmayı takiben uygulanan temperleme ısıl işleminin uygulanması yani diğer deyimle ıslah etme işlemi mekanik özeliklerin kontrolü için oldukça önemli etkenlerdir. Sertleştirme işleminden sonra yüksek nikel içeriğinin yanısıra ince taneli martenzit bulunmaktadır. %9 nikelli çelikler hızlı soğutmadan sonra artık ostenit içermektedirler. Sertleştirmeden sonra uygulanan temperleme prosedürü mikroyapıyı önemli ölçüde etkilemekte ve artan temperleme sıcaklığına bağlı olarak tokluk ta artmaktadır. %9 Nikelli çeliklerde optimum temperleme sıcaklığı 600 C dir. Şekil 3 te bu tür çeliklere uygulanan ısıl işlem çevrimleri verilmiştir [1,4,5,8,9]. Kriyojenik sıcaklıklarda bu denli yüksek kırılma tokluğunun üç faktörün fonksiyonu olduğu belirtilmektedir: Mikroyapıda kararlı artık ostenitin yaklaşık hacimce %10 mertebelerinde bulunması, Temperleme sırasında düşük karbonlu martenzitin olması, İnce taneli temperlenmiş martenzit ve ostenit adacıklarının oluşturduğu dupleks mikroyapı [13]. Şekil 3. %9 Nikel içeren çeliklerin ısıl işlem çevrimleri [4]. 3. SIFIRALTI SICAKLIK UYGULAMALARINDA KULLANILAN %9 Nİ İÇEREN ÇELİK- LERİN KAYNAK EDİLEBİLİRLİĞİ Bu tür çeliklerin başarılı olarak kaynak edilebilmeleri, kullanılacak çeliğin türü, üretim yöntemi ve teslim ediliş durumu, çelikte kalan mıknatıslık, ark üflemesine eğilim, ısıl iletkenlik, ısıl genleşme gibi fiziksel özelikler, uygulanacak kaynak yöntemi, kaynak ek metalleri, ısı girdisi ve soğuma hızı gibi birçok faktöre bağlı olmaktadır. %9 nikel içeren çeliklerde ark üflemesi yaratarak kaynak kalitesini etkileyecek özelikte artık mıknatıslanmaya eğilim sorunu bulunmaktadır. Bu duruma çok dikkat edilmesi gerekmektedir ve bunlar mıknatıslıkları alınmış durumlarında kaynak 292

47 Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ edilmelidirler. Bu tür çelikler sipariş verilirken EN e göre hazırlanmış malzeme sertifikalarının yanısıra teslimatta üzerinde bulunacak artık manyetik alanı gösterir bir muayene sertifikasının da bulunması konusunda anlaşmaya varılmalıdır. Kaynak işlemini olumsuz olarak etkilemesi açısından özellikle borularda ve dış gövde panellerinde ortalama 1600 A/m (50 Oersted) artık manyetik alan değeri aşılmamalıdır. Taşıma, depolama ve diğer işlemlerde malzemenin tekrar mıknatıslanması engellenmelidir. Örneğin, bükme tezgahlarında kıvırma, mıknatıslı vinçlerle taşıma, kesme ve akım kaçıran kaynak kablolarından etkilenmenin önüne geçilmelidir. Ark üflemesinin önlenmesi için tüm tedbirler alınmalıdır, ancak yapılabilecek fazla bir şey kalmadığında olanaklar ölçüsünde alternatif akım kullanılmalı, modern kaynak akım üreteçleri kullanılmalı veya kaynak ağızları önerilen bir elektrod ile tampon pasosu yapılmalıdır. Bu tür çeliklere genel kaynak kurallarına uyularak örtülü elektrod ile ark kaynağı, tozaltı kaynağı ve MIG/MAG kaynak yöntemleri başarı ile uygulanabilmektedir. Sıfıraltı sıcaklık uygulamalarında, tüm diğer basınçlı kap üretimlerinde olduğu gibi elektrik ark kaynağı yöntemleri alın birleştirmeler ile uygulanır. Yapıda gerilme yığılmasına neden olabilecek nufuziyet azlığı, yanma oluğu, cüruf kalıntısı gibi kaynak hataları ile her tür çatlak ve dikiş kesişmelerinden kaçınılır. Genel olarak bu üretim dalında kullanılan ince sacların kaynağında öntav uygulanmaz, kesit kalınlaştıkça ve çeliğin karbon içeriği de % 0,20 yi aşınca bir öntav gerekebilir. Kaynakta düşük hidrojenli, iyi kurutulmuş bazik örtülü elektrodlar kullanılır. Kaynak metali hem istenen mukavemet özeliklerini hem de kullanma sıcaklığında gerekli tokluğu sağlayacak türde seçilir. Bu tür çeliklerin kaynağında en önemli konu IEB de tane irileşmesine neden olmamak için ısı girdisinin en azda tutulması gerekliliğidir. Kaynak sırasında öntav uygulanmış olsa dahi pasolararası sıcaklık 150 C yi aşmamalıdır. Bazı durumlarda çeliğin türüne veya şartnameye göre yapının özeliklerini geliştirmek açısından gerilme giderme tavı öngörülmektedir, burada kesinlikle çelik üreticisinin öngördüğü sıcaklık derecesi ve süre aşılmamalıdır. Kaynak işlemi, pozisyonerler kullanılarak olabildiğince yatay oluk pozisyonunda yapılmalıdır; ancak bu pozisyonda hem ısı girdisi kontrol altında tutulabilir hem hatasız kaynak yapılabilir. Bu tür çeliklere tavan, korniş ve aşağıdan yukarı dik kaynak asla uygulanmamalıdır. Dik kaynağın kaçınılmaz olduğu durumlarda sadece yukarıdan aşağıya dik kaynak uygulanmalıdır [1-5,8-15]. %9 Ni içeren çelikler nikel içeren çelikler ailesinin üyesi olmakla birlikte 1940lı yıllarda geliştirilmişlerdir. İlk geliştirilen alt türler düşük nikel içeren (%3.5 ve %5) çeliklerdir ve 1947 yılından itibaren de %9 Ni içeren çelikler geliştirilmektedir. %9 Ni içeren çelikler, pahalı olmalarına karşın, mukavemet değerlerinin yüksekliği nedeni ile kesitlerin azaltılmasına olanak sağladığından, çoğu kez diğer türlere göre daha avantajlı bir konuma sahiptirler. Bu çelikler, düşük sıcaklıklardaki yüksek tokluklarını, uygulanan özel ısıl işlemler (çift normalizasyon veya ıslah) sonucunda kazanmaktadırlar. Bunların kaynağında yüksek nikelli ostenitik elektrodlar, Tablo 3 ve 4, kullanılabildiği gibi, nikel esaslı, Inconel türü elektrodlar da çok iyi sonuçlar vermektedir. Bu yüksek nikel içerikli elektrodlar, fiyatlarının pahalılığına karşın yüksek mukavemetlerinden ötürü, tüm nikelli çelikler için önemle önerilmektedir. Bu tür çeliklere, kaynak sonrası, gerileme giderme tavı uygulaması durumunda, tav sıcaklığı 570 C yi aşmamalıdır; zira bu çeliklerin A c sıcaklığı 600 C civarındadır. Proses gereği, ısıtma ve soğutma işlemlerinin aynı reaktörde yapıldığı durumlarda, kaynakta özellikle ostenitik paslanmaz çelik elektrodlar kullanılmamalıdır. Zira, kaynak metali ve esas metal arasındaki ısıl genleşme farkı sorun yaratmaktadır [1-9,12-14]. 293

48 KAYNAK TEKNOLOJİSİ VIII. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ Kaynak Mühendisliği ve Uygulamaları Tablo 3. Sıfıraltı sıcaklıklar için kullanılan ek kaynak metallerine ait örnekler [12]. Elektrod Kaynak yöntemi C Si Mn Cr Ni Mo W Diğer %9 Ni W SG-9Ni E E18 14 MnW B G,W z.b. G18 14 MnW Cr-Ni E E Mn L B N G,W z.b. G MnL N S S MnL N E EL-NiCr 19 Nb Kalan - - 7Fe; 2.5Nb G,W z.b. SG NiCr 20Nb Kalan - - 1Fe; 2.6Nb S UP-NiCR20Nb Kalan Fe;2.1Nb E EL-NiCr 15Mo Fe; 1.2Nb Nikel alaşımı E EL-NiCr 20Mo9Nb Kalan G,W z.b. SG NiCr 21Mo9Nb 1.6Fe; 3.5Nb Kalan 9.0-1Fe; 3.3Nb S UP-NiCr21Mo9Nb Kalan 9.0-3Fe; 3.2Nb E EL-NiMo16Cr16W Kalan Fe; 0,1V; 4W G,W z.b. SG NiMo 16Cr 16W Kalan Fe; 0,2V; 4W E Cr-Ni (1.4316) G,W S E 19 9 L B T E Cr-Ni (1.4351) G,W S E 19 9 Nb B Nb T E Cr-Ni (1.4453) G,W S E L B N 294

49 Elektrod C Si Mn Cr Mo Nb W Fe Ni Örtülü Elektrod İle Ark Kaynağı Elektrodu (EN 14172) E Ni Kalan E Ni Kalan Gazaltı Kaynağı Teli (EN 18275) S Ni Kalan Tozaltı Kaynağı Teli/ Tozu (EN 18275/ EN 760) S Ni 6059/ S AF2CrNiDC S Ni 6625/ SA AF2 DC S Ni 6625/ S AF2CrNiDC A A Kalan Kalan Kalan 10 mm kalınlığında %9Ni çeliği sacların tozaltı kaynağı (60 V-alın kaynağı) 10 mm kalınlığında %9Ni çeliği sacların tozaltı kaynağı (çift taraflı iç köşe kaynağı) %9 Ni içeren çeliklerin kaynağına başlamadan önce, kaynak dikişine bitişik bölgede ve kaynak ağızlarında bulunabilecek, haddeleme veya ısıl işlemden kaynaklanan bütün tufal ve oksit tabakası çok iyi bir biçimde temizlenmektedir. Özellikle nikel esaslı kaynak metali kullanılması halinde gözenek oluşumunun önlenmesi açısından bu konu çok önemlidir [5,6,8]. %9Ni içeren çeliklerin kaynaklı bağlantılarında Isıdan etkilenmiş bölgelerinde, özellikle iri taneli ısıdan etkilenmiş bölgede mekanik özelliklerde düşme görülür, zira bu bölge tamamen ostenitize olmakta ve tane büyümesi belirgin şekilde artmaktadır Dhooge ve diğ. ısıdan etkilenmiş bölge darbe özelliklerinin 600 C de kaynak sonrası ısıl işlemi takiben yapılacak hızlı soğutma sayesinde iyileştirilebileceğini önermektedirler [13,14]. 295