Modellerin Yapısal Mekanik Analiz Sonuçları

Tüm kaynaklı parçalar az ya da çok distorsiyona uğrarlar ve daima parça içerisinde kalıcı gerilmeler oluşur. Kaynak işleminden sonra kalan gerilmeler parçanın emniyetine önemli ölçüde etki eder. Sistemdeki çalışma gerilmeleri ile birleşen bu kalıcı gerilmeler, gevrek kırılma ve gerilmeli korozyona sebep olurlar. Parçada kalan kalıcı gerilmeler çeşitli gerilim giderme yöntemleri ile giderilebilir. Bu sebeplerden ötürü kaynak işlemi neticesinde oluşan kalıcı gerilmelerin önceden tahmininin yapılabilmesi ve kaynak konstrüksiyonun dizaynı önem kazanmaktadır.

149

Bilgisayar programları ve sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla kaynak işlemi neticesinde parçalarda oluşabilecek kalıcı gerilmeler önceden belirlenerek tasarımcılara büyük kolaylıklar sağlanır [132].

Termal analiz için seçilen SOLID 10 Node 87 elemanının yapısal analiz eşleniği SOLID187 kullanılarak ve modelin kesit yönü olan UY =0 deplasman uygulanarak yapılan yapısal analiz sonuçları bu bölümde incelenmiştir.

Von Mises Kriterine göre hesaplanan plastik gerilim dağılımında en fazla kaynak metali bölgesinde gerilim meydana geldiği görülmüştür. Yapılan analiz neticesinde, kaynak metali bölgesindeki en yüksek gerilimin ise kaynak metali ile ana metalin birleştiği noktada olduğu görülmüştür. Şekil 8.20’de kaynak metali dik eksenden ve kaynak başlangıç, orta ve bitiş noktalarından alınan gerilim değerleri grafikleri verilmektedir.

150

Şekil 8.20. Kaynak bölgesinden alınan mesafeye bağlı ansys gerilim grafikleri ( a, aI_{- 20 volt / b, b}I_{-25 volt /}

c, cI-30 volt ), (a,b,c=Kaynak sırası, aI , bI, cI= Kaynak sonrası )

Grafikler genel olarak değerlendirildiğinde; gerilimin kaynak metali bölgesinde yoğunlaştığı açıkça görülmektedir. Kaynak bittiği andaki grafiklerde (Şekil 8.20 a, b, c) elastik gerilmenin oldukça yüksek olduğu, özellikle soğumanın henüz daha gerçekleşmediği kaynak bitiş noktasından elastik gerilimin çok yüksek değerlerde olduğu görülmektedir. Grafikler, kaynak dikişine dik olarak malzeme yüzeyinden enine nodlardan (noktalardan) alınmıştır. Yeşil renk kaynağın başlangıç noktasını, kırmız bitiş ve siyah renklerde orta noktayı temsil etmektedir. Başlangış ve bitiş noktalarındaki kaynak

151

dikişlerinde çekme kuvveti oluşurken, soğuk olan ana malzeme ve kaynak metali arasında kalan kısımda ise basma kuvveti oluştuğu görülmektedir. Kaynaklı malzemenin orta noktası ise başlangıç ve bitiş noktalarından farklı olarak daha ziyade basma kuvveti oluşmuştur. Gerilimin en yüksek olduğu nokta ise kaynak metali ile ana metalin birleşim noktasında olmuş, kaynak metali merkezinde gerilim bu bölgeye göre daha düşük olmuştur. Oddy ve arkadaşlarının deneysel ve nümerik olarak yaptıkları çalışmada; tamir amaçlı bir plakada oluşan gerilimler için benzer grafikler elde etmişlerdir [133]. Kaynak merkezi bölgesinde ısı tesiri altında kalan bölge de başlangıç ve bitişten faklı olarak çekme olmuştur. Isı girdisi arttıkça kalıcı gerilmelerin arttığı bilinmektedir. Bununla birlikte ana malzemenin ısı absorbe etmesi de artmaktadır. 250 A, 30 volt geriliminde yapılan kaynak işleminde kalıcı gerilme (Şekil 8.20 cI

) , 20 volt geriliminde yapılan kaynak işlemindeki kalıcı gerilmeye (Şekil 8.20 aI

) oranla daha fazla olmuştur. Şekil 8.20 b ve c birlikte incelendiğinde; 25 ve 30 volt geriliminde yapılan kaynak işleminde, kaynak esnasında gerilimler yüksek olurken, Şekil 8.20 bI

ve cI kaynak sonrasında malzemedeki kalıcı gerilimler daha fazla olmuştur. Şekil 8.21’de sonlu elemanlar yöntemi ile çözülmüş modellerin Ansys programında gerilim dağılım simülasyonlar analizleri, Şekil 8.22’ de sıcaklığın neden olduğu deformasyon şekil değişimleri (kaynak distorsyonları), Şekil 8.23’de genel olarak modellerin ortak bileşke vektörel analizi incelenmiştir.

152

Şekil 8.21. Kaynak gerilim dağılım simülasyon analizleri ( A, AI

- 20 volt / B, BI-25 volt / C, CI-30 volt ) , (A,B,C=Kaynak sırası, AI _{, B}I_{, C}I_{= Kaynak sonrası )}

153

Şekil 8.22. Sıcaklığın neden olduğu kaynak distorsyonları (çarpılmalar) , deformasyon şekil değişimleri

ansys analizleri ( A, AI- 20 volt / B, BI-25 volt / C, CI-30 volt ), (A,B,C=Kaynak sırası, AI , BI, CI=Kaynak sonrası )

154

Kaynak gerilim dağılımı görüntüleri incelendiğinde; kaynak işlemi esnasında elastik gerilimlerin oldukça yüksek olduğu görülmektedir (Şekil 8.21 A, B, C). Kaynaktan sonra malzeme yaklaşık oda sıcaklığına soğutulduğunda elastik gerilimlerin yerini kalıcı gerilimlere bıraktığı görülmektedir (Şekil 8.21 AI

, BI, CI). Gerilim yoğunluğunun kaynak metalinde olmasının yanı sıra kaynağın başlangıç ve bitiş noktalarındaki kaynak metali alt bölgesinde özellikle de ana malzeme ile birleşim noktasında olduğu görülmektedir. Şekil 8.21 AI’da verilen 20 volt geriliminde ve Şekil 8.21 CI’ da verilen 30 volt gerilimindeki sonuçlar birlikte incelendiğinde kaynak gerilimi daha düşük olduğunda, ısıdan etkilenen bölgenin de daha düşük olduğu dolayısıyla kalıcı gerilimlerinde daha düşük ve daha az bir alanda olduğu açıkça görülmektedir. Kaynak gerilimi yüksek olduğunda ısıdan etkilenen bölgenin daha fazla olduğu, kalıcı gerilimlerinde daha yüksek ve daha geniş bir alanda olduğu incelenmiştir.

Sıcaklığın neden olduğu kaynak distorsyonları (çarpılmalar), deformasyon şekil değişimleri incelendiğinde (Şekil 8.22) en fazla çarpılmanın en yüksek kaynak gerilimi olan 30 volt’ta (Şekil 8.22 C, CI) yapılan kaynak işleminde olduğu açıkça görülmektedir. Analiz simülasyonları incelendiğinde en düşük kaynak gerilimi 20 volt’ta (Şekil 8.22 A, AI) yapılan kaynak analizinde plastik şekil değişikliği bir yönde olurken, en yüksek kaynak gerilimi olan 30 volt’ta (Şekil 8.22 D, DI) yapılan kaynak analizinde plastik şekil değişikliğinin ise tüm yönlerde meydana geldiği görülmektedir.

155

Şekil 8.23. Kaynak bölgesinin ansys’de ısı dağılımının genel simülasyon bileşke vektörel analizi

Şekil 8.23’deki kaynak dikişinin vektörel bileşke analizinden görüldüğü gibi kaynak dikiş alanından ana malzemeye sıcaklık bileşenlerinin geçiş vektörleri açıkça görülmektedir. Vektör bileşkelerinin nüfuziyet alanına doğru geçişi simule edilerek bölgedeki vektörel dağılımlar incelenmiştir.

156