6. DENEYSEL ÇALIġMA
6.1. Malzeme
Deneylerde, Çizelge 5.2’de kimyasal analiz değerleri verilen AISI 304L- AISI316L östenit paslanmaz çelikten kesilen 130×120×10 mm ölçülerindeki toplam 54 adet (her parametre için, gaz debisi, kaynak hızı ve akım Ģiddeti için 3’er adet ) deney numuneleri kullanılmıĢtır.
Östenitik paslanmaz çelikler Çizelge 6.1’de görüldüğü gibi yüksek çekme dayanımına ve uzamaya, düĢük akma dayanımına sahiptir [53].
Çizelge 6.1. AISI304L ile AISI316L paslanmaz çeliğin Mekanik Özellikleri [51]
Türü Isıl ĠĢlem
Deneylerde, kaynak ek teli 2 mm çapında CuNi30 tel kullanılmıĢtır. Ġlave tele ait kimyasal bileĢim değerleri ise Çizelge 6.2’ de verilmiĢtir.
Çizelge 6.2. CuNi30 kaynak dolgu malzemesinin kimyasal analiz değerleri
Türü AWS CuNi30 kaynak ek teli ile TIG kaynak yöntemi kullanılarak Çizelge 6.1. ve Çizelge 6.2’de verilen parametreler çerçevesinde kaynatılmıĢtır. Kaynaklı birleĢtirme iĢlemleri TS EN 287-1 esas alınarak 130x250 mm ebatlarında hazırlanan numuneler kaynaklanmıĢtır.
Kaynakla birleĢtirilmiĢ numunelerden içyapı incelemeleri, çekme, sertlik ve çentik-darbe numuneleri çıkarılmıĢtır. Bu numuneler Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümünün laboratuvarlarında incelenmiĢtir.
6.2.1. Kaynak parametreleri
Ark gerilimi, TIG kaynağında düĢük olmalıdır. Ark geriliminin yüksek olması dikiĢ geniĢliğini artırır. AlaĢım yanma olayı ortadan kalkmıĢ olur. Kaynağın hızı kaynak sırasındaki Ģartlara göre ayarlanır ve aynı değerde tutulur ise bu sayede esas metal yeterli miktarda erir ve katılaĢmasında eĢ ölçüde bir kaynak dikiĢi elde edilir. Kaynak hızının artması birleĢme hatalarına, hatta birleĢmemeye neden olur, düĢürülmesi ise dikiĢin geniĢlemesine ve ısı girdisinin artmasına sebep olduğu görülür. Literatür araĢtırması ve pilot çalıĢmalara göre en uygun kaynak hızları 10-40 cm/dak arasındadır [53].
Kaynak parametreleri Çizelge 6.3 ve Çizelge 6.4’ te görüldüğü gibi, gerilim sabit tutularak, akım Ģiddeti, kaynak hızı, gaz debisi olarak üç değiĢken Ģeklinde belirlenmiĢtir. Yapılan deneylerin tamamında kaynak voltajı 15,2V’ ta sabitlenmiĢtir. Böylece bir malzeme çifti için üç parametre ve her parametrede üçer değer olmak üzere 27 deney Ģartı oluĢmuĢ ve buna göre kaynaklar yapılmıĢtır. Kaynaktan önce bakır 500°C ön ısıtmaya tabii tutulmuĢtur. AISI 304L – bakır kaynağı 60°’lik çift V kaynak ağzı tasarımına sahip olup, kök paso üstüne bir kapak paso, alt tarafına ise bir kök pasokaynak çekilmiĢtir. AISI 316L paslanmaz çelik – bakır kaynağı da yine çift V kaynak ağzı tasarımında olup, bir kök paso, üste bir dolgu paso ve alt tarafa kök paso kaynak Ģeklinde uygulanmıĢtır.
Çizelge 6.3. AISI 304L paslanmaz çelik – bakır çifti kaynak parametreleri Deney
Çizelge 6.3. (devam) AISI 304L paslanmaz çelik – bakır çifti kaynak parametreleri
Çizelge 6.4. AISI 316L paslanmaz çelik – bakır çifti kaynak parametreleri Sıra
Malzemeler giyotin makasta kesilerek, frezede 60°’ lik çift V kaynak ağzı açılmıĢ ve kaynağa hazır hale getirilmiĢtir (Resim 6.1).
Resim 6.1. Kaynağa hazır hale getirilen malzemeler
304L kaynağından alınan fotoğraf Resim 6.2’ de verilmiĢtir. KaynatılmıĢ numuneye bir örnek ise Resim 6.3’ te görülmektedir.
Resim 6.2. Numunelerin kaynağı sırasında alınan bir görüntü.
Resim 6.3. Malzemenin kaynak yapılmıĢ hali
Kaynakla birleĢtirilmiĢ numunelerin zarar görmemesi için numune çıkartmak amaçlı yapılan kesme iĢlemleri giyotin makas, hidrolik testere ve su jeti ile gerçekleĢtirilmiĢtir.
Kaynaklı numunelerin baĢlangıç ve bitiĢ kısmından 25 mm kesilerek atılmıĢtır. Kalan kısımdan 1 adet çekme, 3’er adet çentik darbe, 1 adet eğme ve 1 adet makroyapı- mikroyapı ve 1 adet sertlik için numune kesilmiĢtir (Resim 6.4).
Resim 6.4. Kaynaklı malzemelerin deneye hazır hali
6.2.2. Makroyapı ve mikroyapı hazırlıkları
Parlatma iĢlemleri, zımparalamanın ardından 3µm ve 1µm elmas pastası ile yapılmıĢtır.
Ġçyapı incelemeleri, ana metallerin, ısı tesiri altında kalan bölgenin ve kaynak bölgesinde tane yapısındaki değiĢikliklerin etkilerini görmek ve değiĢen tane yapılarının sertlik üzerindeki etkileri görmek için yapılmıĢtır.
Parlatma iĢleminden sonra, paslanmaz çeliği dağlamak için, paslanmaz çeliğe uygun olarak dağlayıcı kimyasal çözelti hazırlanmıĢtır. Çizelge 6.5’ te görüldüğü gibi hazırlanan çözeltiye paslanmaz bir maĢa yardımı ile numunenin önce paslanmaz çelik tarafı daldırılarak 10 dakika kadar bekletilmiĢtir. Bakır için kimyasal çözelti ise Çizelge 6.6 görüldüğü gibi hazırlanmıĢtır. Kaynaklı numunelerin bakır tarafı da ilgili çözeltiye daldırılıp 10 dakika bekletilmiĢtir. Numuneler daha sonra su ile yıkanmıĢ, saf alkole daldırılmıĢ ve kurutma makinesi ile kurutularak içyapı analizine hazır hale getirilmiĢtir.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Toz Metalurjisi Laboratuvarında bulunan Olympus marka optik mikroskopta çekimler yapılmıĢtır.
Çizelge 6.5. Paslanmaz çelik yüzeyler için kimyasal çözelti [54]
Dağlayıcı Adı BileĢim Açıklamalar
Viella 5cc HCl + 2gr Pikrik asit + 100cc Etil
alkol Daldırma veya sürüntü
Çizelge 6.6. Bakır yüzeyler için kimyasal çözelti [55]
Çözelti BileĢenleri Ağırlıkça
Sülfürik Asit (yoğunluk 1,84 g/ml) 75 birim Ferrik sülfat (ticari derecede) 1 birim
DamıtılmıĢ su 8 birim
Metalografik incelemeler için kullanılan numuneler daha sonra sertlik testinde kullanılmıĢtır. HRB skalasında (1/16” ve 100kg yük) paslanmaz çelik, HRF skalasında (1/16” ve 60kg yük) ise bakırın sertlik deneyi yapılmıĢtır. Sertlik ölçümü ġekil 6.1’de
gösterilen paslanmaz çelik ana malzemesinden (I), paslanmaz çeliğin ısıdan etkilenmiĢ bölgesinden (II), kaynak bölgesinden (III), bakırın ısıdan etkilenmiĢ bölgesinden ve bakır ana malzemesinden alınmıĢtır. Sertlik ölçüm testleri Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Toz Metalurjisi Laboratuvarında, Resim 6.5’ te görülen Bulut marka cihazda yapılmıĢtır.
ġekil 6.1. Sertlik Ölçümü Yapılan Bölgeler
Resim 6.5. Sertlik deneyinde kullanılan test cihazı 6.2.4. Çekme deneyi
Çekme numuneleri TS 5789’a göre hazırlanmıĢtır. ġekil 6.1’ de çekme numunesinin standart ölçüleri dikkate alınarak numuneler hazırlanmıĢtır.
Deney Parçası (mm)
GeniĢlik W 25
Ölçü Uzunluğu G 120
Kalınlık T 10
Yuvarlama yarıçapı R 25
Toplam Uzunluk L 250
Gövde Uzunluğu A 150
Kavrama uzunluğu B 50
Kavrama GeniĢliği C 35
ġekil 6.2. Kaynaklı malzemeden çıkarılan çekme numunesi [30]
Deney parçalarının çekme deneyleri, Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik laboratuvarında bulunan DARTEC marka 600 kN kapasiteli üniversal çekme- basma cihazında testler yapılmıĢtır (Resim 6.6). Numuneler çekme cihazının çene yapısına uygun olarak hazırlanan aparatlar kullanılarak çekme deneyleri gerçekleĢtirilmiĢtir. Her bir kaynak parametresi için 1’er adet numuneye çekme testi uygulanmıĢtır.
Resim 6.6. Çekme deneylerinde kullanılan test cihazı
6.2.5. Eğme deneyi
Eğme deneyi, eğme deneyinin özel bir durumu olup daire ve dikdörtgen kesitli deney parçasının iki kolu birbirine paralel duruma (180o eğme) getirilmesi iĢlemidir.
TS EN ISO 5173 standardında eğme deneyinin, kaynaklı birleĢtirmenin yüzeyindeki veya yakınındaki sünekliğini ve birleĢtirme yüzeyinde veya yüzeye yakın kusurların mevcut olup olmadığını değerlendirmek için yapıldığı belirtilmektedir. Ayrıca bu standartta, herhangi bir ergitme ark kaynak iĢlemiyle yapılmıĢ kaynaklı birleĢtirmelere sahip metalik malzemelerin bütün mamul biçimlerine uygulanır olduğu belirtilmektedir.
TS EN ISO 5173 Standardına uygun eğme testi numuneleri hazırlanmıĢ ve gerçekleĢtirilmiĢtir. Eğme deney numuneleri sadece alın kaynaklı numunelerden olmak üzere 160x20x10 mm ebatlarında kaynaklı bölge ortada kalacak Ģekilde su jeti kesme yöntemi kullanılarak TS 282 (EN 910)’ da belirtilen Ģartlara göre hazırlanmıĢtır. Kesilen numunelerin kaynak kök ve kepi taĢlanarak kaynak malzemeleri ile aynı seviyeye
getirilmiĢtir. Her bir kaynaklı deney parçasından 1’er adet eğme deneyi numunesi hazırlanmıĢtır.
Deney numunelerinin eğme testleri, Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik laboratuvarında bulunan LOSENHAUSEN marka 400kN kapasiteli üniversal çekme- basma cihazında yapılmıĢtır (Resim 6.7- 6.8).
Resim 6.7. Eğme deneyinde kullanılan cihaz
Resim 6.8. Eğme deneyinin uygulanıĢı 6.2.6. Çentik darbe deneyi
Malzemenin dinamik zorlamalara karĢı göstereceği direnci tayin etmek amacı için çentik darbe deneyi yapılmıĢtır.
Çentik darbe deneyleri için numunelerin boyutları 55x10x10 mm ölçülerinde kesilip yüzeyleri freze ile iĢlenmiĢtir. Deney numuneleri kaynaklı bölgenin ortasından V çentik açılarak TS EN 875 standardına uygun olarak hazırlanmıĢtır. Deneyler oda sıcaklığında yapılmıĢtır. Resim 6.9’ da çentik darbe test numuneleri hazırlanmıĢ hali görülmektedir.
Çentik darbe testi için Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Mekanik Laboratuvarında, Resim 6.10’ da verilen Brooksmarka makine kullanılmıĢtır.
Resim 6.9. Çentik darbe numunelerinin teste hazır hali
Resim 6.10. Çentik darbe deneyinde kullanılan cihaz
7. DENEY SONUÇLARI VE TARTIġMA
7.1. Makro Yapı Görüntüleri
7.1.1. Gaz debisinin makro yapıya etkisi
304L paslanmaz çelik ile bakırın TIG kaynağı ile yapılan birleĢtirilmesine ait birleĢtirme alanının makro görüntüleri ġekil 7.1.a, ġekil 7.1.b ve ġekil 7.1.c’de verilmiĢtir.
1 2
3
ġekil 7.1.a. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (7 lt/dak)
Buradan görüleceği üzere ısı girdisi 1672 J/mm’de sabit halde iken koruyucu gaz etkeni 7,10,13 lt/dak’ya çıkarıldığında birleĢme kesit alanında artan koruyucu gaz oranına bağlı olarak nüfuziyeti fazla bir birleĢme profili meydana gelmiĢtir.
4 5
6
ġekil 7.1.b. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (10 lt/dak)
Ancak Ģekil 7.1.b’de 10 lt/dak korumalı birleĢtirmede kaynak dikiĢinin alt kısmında yanma oluğu meydana gelmiĢtir. Bunun koruyucu gaz debisi ile etkili olduğu düĢünülmemektedir.
Muhtemelen ark açısının farklılığından kaynaklandığı düĢünülmektedir. 7 lt/dak sabit
koruyucu gaz oranında ısı girdisi miktarı azaldıkça kaynak metali karıĢım oranının azaldığı görülmektedir.
7 8
9
ġekil 7.1.c. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (13 lt/dak)
ġekil 7.1.c’de 13 lt/dak gaz debisinde birleĢtirilen numunenin makro görüntüsünde kesit boyunca tam bir birleĢtirme olduğu görülmektedir.
7.1.1. Isının makro yapıya etkisi
Kaynaklı birleĢtirmelerde ergimeyi sağlayan esas etken ısı girdisi olduğundan ısı girdisinin etkilerini görmek amacı ile 304L ve 316L paslanmaz çelik ve bakır malzemelerin birleĢtirilmeleri farklı ısı girdilerinde yapılmıĢ ve bunların etkileri incelenmiĢtir.
304 L paslanmaz çelik- bakır malzemelerinin kaynağında, 13 lt/dak gaz debisinde yapılan birleĢtirmelerin ısı girdilerine göre makroyapıları ġekil 7.2’de verilmiĢtir.
25 26
27
ġekil 7.2. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (13 lt/dak)
Burada 1642 J/mm, 1824 J/mm ve 2006 J/mm ısı girdileri ile yapılan birleĢtirmelere ait makroyapılarına bakıldığında ısı girdisi artıkça eğrime oranının artığı ve 2006 J/mm ısı girdisinde tüm kesitin ergiyerek birleĢtiği görülürken 1642 J/mm’de kesit yaklaĢık 1/3ünün ergimediği görülmektedir. KarıĢım kaynak metalinin hacimsel oranına bakıldığında ergime derecesi düĢük olan bakır daha çok ergimesi beklenirken bakır yüksek ısı iletkenliğinden dolayı paslanmaz çelik ile bakırın ergime oranlarının birbirine yakın olduğu görülmektedir.
ġekil 7.3’te 316L paslanmaz çelik ile bakır malzemesi kaynağının birleĢtirme kesit yüzeylerinin ısı girdilerine bağlı olarak birleĢtirme kesit görüntüleri verilmiĢtir.
19 20
21
ġekil 7.3. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (10 lt/dak)
Burada kullanılan 912 J/mm, 1026 J/mm, 1140J/mm ısı girdilerinde birleĢmenin kesit boyunca meydana geldiği hatta en düĢük ısı girdisi 912 J/mm’de bile alt ve üst pasoların birbirine karıĢtığı görülürken 1026 J/mm’de merkezde ergimemiĢ bölgenin olduğu görülmektedir. Aslında burada da tam ergime beklenmesine rağmen birleĢmemiĢ bölgenin kaynakçı faktörüne bağlı olduğu düĢünülmektedir. En düĢük gaz debisi olan 7 lt/dak ve en düĢük ısı girdisi 912 J/mm olan kaynak dikiĢinin tam koruma sağlandığı ve tam ergime sağlanmıĢtır.
7.2. Mikro Yapı Ġncelemeleri
ġekil 7.4’de mikroyapı görüntülerinin alındığı yerlerin Ģematik görüntüleri yer almaktadır.
ġekil 7.4. Mikroyapı görüntülerinin alındığı bölgelerin Ģematik gösteriliĢi 7.2.1. Gaz debisinin mikro yapıya etkisi
ġekil 7.5.a’da 304L paslanmaz çeliğin 7 lt/dak gaz debisindeki yapılan birleĢtirmeye ait esas metal iĢ bölgesi ve kaynak metali görülmektedir.
ġekil 7.5.a. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 7lt/dak)
Esas metal ile kaynak metali arasında yaklaĢık 1µm’ luk geçiĢ tabakası oluĢmuĢ kaynak metali bu tabaka üzerinde çekirdeklenen tanelerin büyümesi ile gerçekleĢmiĢtir. Kaynak metalinde sütunsal halde büyüyen taneler kısmen kısa kollu dendritikler halinde oluĢmuĢ, kaynak metali içerisinde çekirdeklenen tanelerle temas edene kadar büyümesine
sürdürdüğü görülmektedir. Kaynak metali içerisinde sütunsal yapılar dıĢında küçük tanelerden oluĢan bir mikroyapı görüntüsü sergilenmektedir.
ġekil 7.5.b’de ise 7 lt/dak gaz debisinde bakır- kaynak metali bölgesi gösterilmiĢtir.
ġekil 7.5.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 7 lt/dak)
Buradan görüleceği gibi bakır tarafında ITAB’da ciddi manada tane irileĢmesinin olduğu yaklaĢık 100- 120 µm iriliğinde taneler görülmektedir. Burada da kaynak metaline geçiĢ bölgesinde yine yaklaĢık 1µm kalınlığında geçiĢ tabakasının oluĢtuğu görülmektedir.
Kaynak metali bu tabaka üzerinde epitaksiyel olarak çekirdeklenip büyüdüğü ve katılaĢtığı görülmektedir.
ġekil 7.6’de 316L paslanmaz çelik ile bakır malzemenin birleĢme mikroyapıları görülmektedir.
ġekil 7.6. 316L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (160A, 13cm/dak, 10lt/dak)
ġekillerden görüleceği gibi mikroyapılarda esas metal, geçiĢ tabakası ve kaynak metali mikroyapılarında farklılıklar görülmektedir. Ancak bu farklılıkların koruyucu gaz debisi ile ilgisinin olmayacağı daha ziyade ısı girdisi ile ilgili olduğu düĢünülmektedir. Gaz debisi yeteri korumayı sağladıktan sonra artan miktarı kaynak metalinin soğuma hızında etkili olacağı düĢünülmektedir.
7.2.2. Isı girdisinin mikro yapıya etkisi
Kaynaklı birleĢtirmelerde ısı girdisinin 304L paslanmaz çelik ve bakır malzemeye etkisi ġekil 7.7. a,b,c,d’de gösterilmiĢtir.
ġekil 7.7.a. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 13lt/dak)
ġekil 7.7.a’da 304L paslanmaz çelik ile geçiĢ bölgesi ve kaynak metalinin 1520 J/mm ısı girdisi ile yapılan birleĢmenin mikroyapısı görülmektedir.
ġekil 7.7.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (200A, 12cm/dak, 13lt/dak)
ġekil 7.7.b’de ITAB’da bakır tanelerinin irileĢtiği kaynak metali ile esas metal arasında belirgin bir geçiĢ sınırı olduğu görülmektedir. Bakır ile geçiĢ bölgesi ve kaynak metalinin 1520 J/mm ısı girdisi ile yapılan birleĢmenin mikroyapısı görülmektedir..
ġekil 7.7.c. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (200A, 12cm/dak, 13lt/dak)
ġekil 7.7.c’de 304L paslanmaz çelik ITAB ile kaynak metalinin 1520 J/mm ısı girdisi ile yapılan birleĢmenin mikroyapısı görülmektedir. 1520 J/mm’den geçiĢ bölgesi 2µm kadar olduğu görülmektedir.
Resim 7.7.d. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 10cm/dak, 13 lt/dak) Kaynaklı birleĢtirmelerde ısı girdisinin 304L paslanmaz çelik ve bakır malzemeye etkisi ġekil 7.7. a,b,c,d’yi incelediğimizde, ısı girdisi artıkça geçiĢ bölgesi kalınlığının artığı yavaĢlayan soğuma hızına bağlı olarak geçiĢ bölgesinden kaynak bölgesine doğru sütunsal dendritik yapıların oluĢtuğu görülmektedir. 1254 J/mm yaklaĢık 20µm olan geçiĢ bölgesi görülmektedir. 1520 J/mm’den 2µm kadar olmaktadır. 1254 J/mm’deki kaynak metali mikroyapısının bakır ve paslanmaz çelik ağırlıklı yapılardan oluĢtuğu görülmektedir.
1254 J/mm’de yapılan birleĢmede esas metalden uzaklaĢtıkça bakır tanelerinin daha ince taneli olduğu ve ayrıca kaynak metalinin homojen boyutlu bir yapıda katılaĢtığı görülmektedir.
Isı girdisinin etkisi 316L paslanmaz çelik ile bakır malzemelerin kaynaklarında da elde edilmiĢ olup paslanmaz çelik türünün etkisinden ziyade ısı girdisinin daha etkili olduğu anlaĢılmıĢtır.
ġekil 7.8.a’da 316L paslanmaz çeliğin 821 J/mm ısı girdisi ile yapılan birleĢtirmeye ait mikroyapısı görülmektedir.
ġekil 7.8.a. 316L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (180A, 16cm/dak, 13lt/dak)
Burada dikkat çeken esas metal paslanmaz çeliğin ITAB doğrultusunda tanelerin geçiĢ bölgesine kadar Ģeklini muhafaza ettiği ve yaklaĢık 15µm’lik bir geçiĢ bölgesi oluĢturarak baĢlangıçta sütunsal olarak büyüyen katılaĢmanın tane içlerine doğru dendritik kollara ayrıĢtığı görülmektedir.
ġekil 7.8.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (180A, 20cm/dak, 10 lt/dak)
ġekil 7.8.b’de ise bakır ile kaynak metali arasında herhangi bir geçiĢ tabakası oluĢmadan katılaĢmanın yarım bakır tanelerinden baĢlayarak epitaksiyel olarak katılaĢtığı dikkati çekmektedir. Bakır tanelerde ise dikkate değer bir tane irileĢmenin olmadığı görülmektedir. Burada bakır yükselen ısı iletkenliğinin ısı transferini sağlayarak tane irileĢmesine zaman vermemiĢtir.
7.3. Sertlik Sonuçları
Kaynaklı birleĢtirmelerden elde edilen numuneler Rockwell sertlik testine tabi tutulmuĢ ve AISI304L-bakır çiftinin sertlik ölçüm yerleri de ġekil 7.9’da, dağılımları da Çizelge 7.1’de verilmiĢtir.
ġekil 7.9. Kaynaklı numunelerdeki sertlik ölçüm noktalarının Ģematik gösterimi
Burada, sertlik dağılımını analiz edebilmek için birim enerji girdisine karĢılık değiĢimlerin izlenmesinin uygun olacağına karar verilmiĢtir. Zira toplam enerji girdisi ergime bölgesini, nufuziyeti ve mikro yapıyı belirleyen önemli bir parametredir. Birim enerji girdisinin sertlik üzerine etkisini görebilmek için aĢağıdaki çalıĢma yapılmıĢtır.
Birim uzunluğa karĢılık gelen ısı girdisi
olarak tarif edilebilir. Burada, Q, birim ısıl girdi (J/mm) V, kaynak gerilimi (V) I, kaynak akımı (A) ve
Çizelge 7.1. AISI 304L paslamaz çelik ile bakırın kaynağı, ısı girdisinin sertliğe etkisi
Çizelge 7.2. AISI 316L paslamaz çelik ile bakırın kaynağı, ısı girdisinin sertliğe etkisi debisinin karĢılaĢtırılmasında ITAB ve kaynak metalinde önemsiz sayılacak bir artıĢ vardır. Bunun nedeni gaz debisinin artması ile soğumanın hızlanmıĢ olması, dolayısıyla tanelerin irileĢmemesi olarak düĢünülmektedir.
Artan ısı girdisi ile bakır sertligi artarken paslanmaz çeliklerde kayda değer bir değiĢiklik göstermemiĢtir. Bakırdaki sertlik artıĢı artan ısı girdisine bağlı olarak oksitlenme
miktarının artmıĢ olacağı düĢünülmektedir. Paslanmaz çelikte ısı girdisine bağlı oksitlenme söz konusu olmadığından sertlik değerlerinde kayda değer bir değiĢme olmamıĢtır.
Ancak dolgu metali paslanmaz çelik ve bakır malzemenin karıĢımından meydana geldiği için dolgu Metelin sertliği paslanmaz çeliğin sertliğinden düĢük ama bakırın sertliğinden önemli oranda yüksek olarak ölçülmüĢtür. Buda normal bir durumdur.
Gerek gaz debisi, gerekse ısı girdisi 316 L paslanmaz çelik ile bakır çiftinin kaynağında da görülmektedir. Ancak 316 L paslanmaz çeliğinin 304 L paslanmaz çeliğinden daha düĢük olmasına bağlı olarak dolgu metali sertlikleri ve 304 L paslanmaz çeliğin dolgu metalinden daha düĢük olarak ölçülmüĢtür. Bu da normal bir durumdur.
ġekil 7.10. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağının sertlik Isı girdisi değiĢimi ġekil 7.10 incelendiğinde Çizelge 7.1’ de görülen sayısal sonuçlara benzer Ģekilde sertliğin ısıl girdiye karĢılık değiĢiminin önemli olmadığı görülecektir. Bu grafikten anlaĢılan en önemli nokta bakır ITAB bölgesindeki sertliklerin bakır ana malzemeden genel manada bir miktar daha düĢük olduğudur. Kaynak bölgesine olan ısıl girdi yaklaĢık 2 kat değiĢim göstermiĢ olmasına rağmen sertlikte bunun belirdin bir etkisine rastlanmamaktadır.
Bakır (HRF)
ġekli 7.10’ da, beklendiği gibi bakır bölgesinden paslanmaz çeliğe doğru bir sertlik yükseliĢi vardır. Burada sertlikler bakır ve dolgu bölgeleri için HRF skalasında iken çelik ITAB ve sadece çelik bölgesinde HRB cinsindendir. Dolayısıyla ġekil 7.10’ daki yükseliĢ paslanmaz çeliğe doğru aslında görüldüğünden çok daha yüksektir.
ġekil 7.11. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağının sertlik ısı girdisi değiĢimi ġekil 7.11 incelendiğinde, AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında da birim ısıl girdinin sertliğe etkisinin önemli bir değiĢikliğe neden olmadığı görülmektedir.
ġekli 7.11’de de beklendiği gibi bakır bölgesinden paslanmaz çeliğe doğru bir sertlik yükseliĢi vardır. ġekil 7.10’e benzer Ģekilde, sertlikler bakır ve dolgu bölgeleri için HRF skalasında iken çelik ITAB ve sadece çelik bölgesinde HRB cinsindendir. Dolayısıyla ġekil 7.11’ deki yükseliĢ paslanmaz çeliğe doğru aslında görüldüğünden çok daha yüksektir.
Sertlik grafikleri incelendiğinde numunelerde ITAB 304L ile ITAB 316L paslanmaz çeliklerin, paslanmaz çelik ana malzemesinden biraz daha sert olduğu tespit edilmiĢtir.
Literatürde benzer çalıĢmalarda da aynı sonuçlar elde edilmiĢtir. Uyulgan ve arkadaĢları [20]. ITAB’ta sertlik artıĢının önemsiz denecek kadar az olduğunu söylemiĢtir. Kaya’nın [50] çalıĢmasında da ITAB’ta sertlik saptanmıĢtır. Bunun sebebi olarak, kaynak
esnasındaki yüksek ısıdan dolayı ITAB bölgesinde meydana gelen tane irileĢmesi olduğunu belirtmiĢtir.
7.4. Çekme Testi Sonuçları
Kaynaklı numunelere TS EN ISO 6892-1 : 2011 - 03 standadına göre çekme testi uygulanmıĢtır. Resim 7.1’ de çekme testi sonrası numune resimleri görülmektedir.
Resim 7.1. Çekme deneyi sonrası oluĢan kopmalar
Elde edilen çekme deneyi sonuçları ısı girdisi ve akma mukvemeti olarak ġekil 7.12’ da verimiĢtir. Çok kaba bir tahminle 304L-bakır çiftinin kaynağında ısı girdisinın artıĢı ile küçük de olsa akma dayanımında bir düĢüĢ yaĢanırken 3016L-bakır çiftinde bir yükselme görülmüĢtür. Her iki malzeme çiftinde de bu değiĢimler çok az olup sertlik sonuçlarına benzer Ģekilde çekme dayanımına etkiyen parametreler hakkında özel bir neden bulmak oldukça zordur.
304L paslanmaz çelik – bakırın kaynaklı birleĢtirmesine uygulanan çekme testlerinde kopmaların tümü kaynaktan olmuĢtur. Bu nedenle akam dayanımındaki düĢüĢü belirgin bir sebebe dayandırma ihtamali de azalmıĢtır. Buradan, kaynaklı bağlantılara dair bütün spesifikasyonlarda Ģart koĢulan “kırılma kaynak dıĢında olmalıdır” isteği
karĢılanamamaktadır. Diğer testlerde elde edilecek sonuçlar tatmin edici olsa da 304L ile bakır çiftinin bu kayank parametreleri ile kaynağı mümkün gözükmemektedir.
ġekil 7.12. Paslanmaz çelik-bakır ısı girdisinin akma mukavemetine etkisi
316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında elde edilen çekme testi sonuçları Çizelge 7.3’
te verilmiĢtir. Görüleceği gibi numunelerin bazıları kaynaktan kopmuĢtur.
Çizelge 7.3. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında elde edilen çekme testi sonuçları
Deney
No Kaynak Parametreleri Çekme Testi sonucu
No Kaynak Parametreleri Çekme Testi sonucu