Farklı Yöntemlerle Oluşturulan Hastelloy-X ve Inconel 625 Kaynak Bağlantılarının Araştırılması
Taner Güner
YÜKSEK LİSANS TEZİ Makine Mühendisliği Anabilim Dalı
Temmuz 2019
Investigation of Hastelloy-X to Inconel 625 Welding Joints by Different Methods Taner Güner
MASTER OF SCIENCE THESIS Department of Mechanical Engineering
July 2019
Farklı Yöntemlerle Oluşturulan Hastelloy-X ve Inconel 625 Kaynak Bağlantılarının Araştırılması
Taner Güner
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Lisansüstü Yönetmeliği Uyarınca Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalında
YÜKSEK LİSANS TEZİ Olarak Hazırlanmıştır
Danışman: Doç. Dr. Mustafa Ulutan
Temmuz 2019
ONAY
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans öğrencisi Taner Güner’in YÜKSEK LİSANS tezi olarak hazırladığı “Farklı Yöntemlerle Oluşturulan Hastelloy-X ve Inconel 625 Kaynak Bağlantılarının Araştırılması” başlıklı bu çalışma, jürimizce lisansüstü yönetmeliğin ilgili maddeleri uyarınca değerlendirilerek oybirliği ile kabul edilmiştir.
Danışman : Doç. Dr. Mustafa Ulutan
İkinci Danışman : ---
Yüksek Lisans Tez Savunma Jürisi:
Üye : Doç. Dr. Mustafa Ulutan
Üye : Doç. Dr. Onur Saray
Üye : Dr. Öğr. Üyesi Koray Kılıçay
Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun ... tarih ve ... sayılı kararıyla onaylanmıştır.
Prof. Dr. Hürriyet ERŞAHAN Enstitü Müdürü
ETİK BEYAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kılavuzuna göre, Doç. Dr. Mustafa Ulutan danışmanlığında hazırlamış olduğum “Farklı Yöntemlerle Oluşturulan Hastelloy-X ve Inconel 625 Kaynak Bağlantılarının Araştırılması” başlıklı YÜKSEK LİSANS tezimin özgün bir çalışma olduğunu; tez çalışmamın tüm aşamalarında bilimsel etik ilke ve kurallara uygun davrandığımı: tezimde verdiğim bilgileri, verileri akademik ve bilimsel etik ilke ve kurallara uygun olarak elde ettiğimi; tez çalışmamda yararlandığım eserlerin tümüne atıf yaptığımı ve kaynak gösterdiğimi ve bilgi, belge ve sonuçları bilimsel etik ilke ve kurallara göre sunduğumu beyan ederim. 24/07/2019
Taner Güner İmza
ÖZET
Bu çalışma kapsamında, gaz jeneratör türbin ve havacılık motor komponentlerinde kullanılan Hastelloy-X ve Inconel 625 süperalaşımlarının, Elektron Işın Kaynağı (EBW), Gaz Tungsten Ark Kaynağı (TIG) ve Plazma Ark Kaynak (PAW) yöntemleri ile birleştirilmesi araştırılmıştır. Kaynaklı bağlantıların mikroyapı ve mekanik özellikleri belirlenmiştir.
Bu üç kaynak yöntemi kullanılarak farklı malzemeler başarılı bir şekilde kaynaklanmıştır. Kaynaklı bağlantıların mikroyapı incelemelerinde, malzemelerin termal iletkenliğine göre ısı tesiri altındaki bölgeleri (ITAB) bölgeleri farklılık göstermiştir. En yüksek akma dayanımı ve mikrosertlik değerleri sırası ile 102,88 MPa ve 351 HV0,1 olarak EBW yönteminde elde edilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Süperalaşım, Hastelloy-X, Inconel 625, Kaynak Yöntemleri, EBW, TIG, PAW, ITAB
SUMMARY
In this study, microstructure, microhardness measurements and tensile properties were determined of welded structures used in gas generator turbine and aerospace engine components which were created with Hastelloy-X and Inconel 625 superalloys with three different welding methods Electron Beam Welding (EBW), Gas Tungsten Arc Welding (GTAW), Plasma Arc Welding (PAW).
Different materials were successfully welded using these three methods. When the results of the experiments were examined, the ITAB regions differed according to the thermal conductivity of the materials. The highest yield strength and microhardness values were obtained as 102,88 MPa and 351 HV0,1 respectively in EBW method.
Keywords: Superalloy, Hastelloy-X, Inconel 625, Welding Methods, EBW, TIG, PAW, HAZ
TEŞEKKÜR
Yüksek lisans çalışmalarım boyunca, bilgi birikimi ve tecrübesiyle bana danışmanlık yapan ve yol gösteren değerli hocam Doç. Dr. Mustafa ULUTAN’ a en içten teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca Arş. Gör. Esad KAYA’ ya ve Arş. Gör. İsmail BAYAR’ a destekleri ve deneysel çalışmalar sırasındaki rehberlik ve yardımları için teşekkürlerimi sunarım.
Yüksek Lisans çalışması yapmam için izin ve destek veren ayrıca çalışmakta olduğum kurum TEI’ ye teşekkürlerimi sunarım.
Tez çalışmam süresince her zaman yanımda olan, bana destek veren hayat arkadaşım Fatma GÜNER’ e çok teşekkür ederim.
İlkokuldan üniversiteye kadarki öğretim hayatım boyunca benden desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen, beni okutup bugünlere gelmemi ve bu değerli mesleğe sahip olmamı sağlayan beni her anlamda yetiştiren sevgili annem ve babam Zeynep-Şinasi GÜNER’ e ve desteğini hiçbir zaman eksik etmeyen kardeşim Selen GÜNER’e sonsuz teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... vi
SUMMARY ... vii
TEŞEKKÜR ... viii
ŞEKİLLER DİZİNİ ... xi
ÇİZELGELER DİZİNİ ... xiii
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ... xiv
1. GİRİŞ VE AMAÇ ... 1
2. SÜPERALAŞIMLAR ... 3
2.1. Süperalaşımların Genel Özellikleri ... 4
2.2. Hastelloy-X Süperalaşımı ... 6
2.3. Inconel 625 Süperalaşımı ... 8
3. FÜZYON KAYNAK YÖNTEMLERİ ... 10
3.1. Örtülü Metal Ark Kaynağı (SMAW) ... 10
3.2. Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW) ... 12
3.3. Plazma Ark Kaynağı (PAW) ... 13
3.4. Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW) ... 14
3.5. Toz Altı Ark Kaynağı (SAW) ... 16
3.6. Direnç Nokta Kaynağı (RSW) ve Direnç Dikiş Kaynağı (RSEW) ... 17
3.7. Elektron Işın Kaynağı (EBW) ... 18
3.8. Lazer Işını Kaynağı (LBW) ... 20
4. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI ... 23
İÇİNDEKİLER (devam)
Sayfa
5. MATERYAL VE YÖNTEM ... 32
5.1. Malzeme ... 32
5.2. Kaynak Yöntemleri ... 33
5.3. Kaynak Karakterizasyonu ... 39
5.3.1. Metalürji Numunelerinin Hazırlanması ... 39
5.3.2. Optik Mikroskopi ... 39
5.3.3. Taramalı Elektron Mikroskopisi ... 40
5.4. Mikrosertlik Testi ... 41
5.5. Çekme Testi ... 41
6. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 44
6.1. Mikroyapı İncelemesi ... 44
6.2. Mikrosertlik İncelemesi ... 49
6.3. Çekme Özellikleri ... 51
7. SONUÇ VE ÖNERİLER ... 59
KAYNAKLAR DİZİNİ ... 61
ŞEKİLLER DİZİNİ
Şekil Sayfa
2.1. Süperalaşımların Gerilme – Kopma Mukavemeti Diyagramı ... 4
3.1. SMAW Kaynağı ... 11
3.2. GTAW Kaynağı ... 12
3.3. GTAW ve PAW Torcu Kesitleri ... 14
3.4. GMAW Kaynağı ... 15
3.5. Toz Altı Ark Kaynağı ... 16
3.6. Direnç Nokta Kaynağı Ekipmanları ... 18
3.7. Elektron Işın Kaynağı ... 19
3.8. Lazer Işını Kaynağı ... 20
5.1. Inconel 625 ve Hastelloy-X alaşımlarının Deney Öncesi Mikroyapıları ... 32
5.2. Kaynaklanacak Numuneler... 33
5.3. SST EBOCAM Elektron Işın Kaynak Tezgahı ... 34
5.4. Jetline LWX Otomatik Kaynak Tezgahı ... 35
5.5. Fronius Plasma Module 10 Wels Manuel Kaynak Makinesi ... 35
5.6. Kaynaklı Numuneler... 36
5.7. Sac Eşleştirme Aparatı... 37
5.8. Nikon Eclipse L150 Model Dik Optik Mikroskop ... 40
5.9. Jeol JCM-6000 SEM cihazı ... 40
5.10. Future-Tech FM-700 model Vickers Mikro Sertlik Ölçüm Makinesi ... 41
5.11. Çekme Testi Numune Ölçüleri ... 42
5.12. Çekme Testi Numuneleri ... 42
5.13. MFL Systeme Çekme Testi Makinesi ... 43
ŞEKİLLER DİZİNİ (devam)
Şekil Sayfa
6.1. Sıcaklık gradyanı (G) ve büyüme oranının (R) alaşımların katılaşma mikroyapısı
üzerindeki etkisi ... 45
6.2. Mikroyapı Görünümleri (a) EBW Mikroyapısı (b) TIG Mikroyapısı (c) PAW Mikroyapısı ... 46
6.3. Numunelerin SEM görüntüleri ve EDS analizleri (a) EBW Mikroyapısı (b) TIG Mikroyapısı (c) PAW Mikroyapısı ... 48
6.4. Mikrosertlik Ölçümleri (a) EBW Mikrosertliği (b) TIG Mikrosertliği (c) PAW Mikrosertliği ... 50
6.5. Çekme Testi Sonrası Numune Durumları (a) EBW kaynağı Numunesi (b) TIG Kaynağı Numunesi (c) PAW Kaynağı Numunesi ... 52
6.6. EBW Kopma Bölgesi SEM görüntüsü ... 53
6.7. Hastelloy-X malzemesi Sıcaklık, Zaman ve Dönüşüm Diyagramı ... 54
6.8. M6C, M23C6 Fazlarının referans EDS değerleri... 54
6.9. EBW Kopma Bölgesi EDS Ölçüm Değerleri ... 55
6.10. % Uzama ve % Kesit Daralması Değerleri ... 56
6.11. Gerilme ve Birim Sekil Değiştirme Grafikleri (a) EBW numunesi (b)PAW numunesi (c) TIG numunesi ... 57
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge Sayfa
2.1. Hastelloy-X alaşımı bileşimindeki elementlerin % ağırlıkları ... 7
2.2. Inconel 625 alaşımı bileşimindeki elementlerin % ağırlıkları ... 9
4.1. Kaynak Uygulaması Yapılan Malzemeler ve Kaynak Yöntemleri ... 31
5.1. Numunelerde kullanılan Kaynak İşlem Parametreleri... 38
5.2. Kaynak Genişliği Ölçümleri ... 38
6.1. Ortalama ITAB Genişlikleri ... 44
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ
Kısaltmalar Açıklama
SMAW Örtülü Metal Ark Kaynağı (Shielded Metal Arc Welding)
GTAW - TIG Gaz Tungsten Ark Kaynağı (Gas Tungsten Arc Welding - Tungsten Inert Gas)
PAW Plazma Ark Kaynağı (Plasma Arc Welding) GMAW
MIG Gaz Metal Ark Kaynağı (Gas Metal Arc Welding – Metal Inert Gas) SAW Toz Altı Ark Kaynağı (Submerged Arc Welding)
RSW Direnç Nokta Kaynağı (Resistance Spot Welding) RSEW Direnç Dikiş Kaynağı (Resistance Seam Welding) EBW Elektron Işın Kaynağı (Electron Beam Welding) LBW Lazer Işın Kaynağı (Laser Beam Welding) ITAB Isının Tesiri Altında kalan Bölge
YMK Yüzey Merkezli Kübik
Hast-X Hastelloy-X
Inco625 Inconel 625
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu EDS Enerji Dağılım Spektrometresi
1. GİRİŞ VE AMAÇ
Süperalaşımlar genellikle yüksek mekanik özellikler ve çalışma sıcaklıklarında dayanımın korunması gerektiği durumlarda kullanılmaktadır. Bu nedenle endüstride gaz jeneratör türbin motor komponentlerinde ve havacılık motorlarında süperalaşımlar yüksek oranda kullanılmaktadır. Bu durum motorların daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına imkan sağlamaktadır. Böylece ekonomi ve çevre açısından üstünlük sağlamaktadır (Gustafsson, 2012).
Süperalaşımlar 20. Yüzyılın ortalarında geliştirilmiştir. Süperalaşımlara olan talep, süperalaşımların korozyon direnci, sürünme dayanımı ve yüksek sıcaklıklarda bile dayanımın azalmaması gibi üstün özellikleri nedeniyle artmaktadır (Pollock, 2006).
Süperalaşımlar ergime sıcaklıklarının 0,9 katına kadar verimli bir şekilde kullanılabilmektedir. Bu alaşımların yüksek sıcaklık mekanik özellikleri çok iyidir. Başka bir alaşım sistemi ile süperalaşımların bu özelliği karşılaştırılamaz (Andersson, 2011).
Süperalaşımların ana elementleri demir, nikel ve kobalt’tır. Buradan yola çıkılarak süperalaşımlar demir ve nikel bazlı, nikel bazlı ve kobalt bazlı olarak üç ana gruba ayrılmaktadır. Süperalaşımlarda ikincil elementler W, Zr, B, Mo, Ta, Nb, Re, Ti, Al, C, Hf ve Cr olarak belirtilebilir. Süperalaşımların malzeme özellikleri, özellikle içerisinde bulundurduğu bu ikincil elementlerin miktarına bağlıdır (Donachie ve Donachie, 2002).
Hastelloy-X ve Inconel 625 alaşımları nikel bazlı süperalaşımlardır. İçeriklerinde ortak element olarak nikel’in yanı sıra krom, demir, molibden, kobalt, manganez, silikon elementleri bulunmaktadır. Hastelloy-X’de bu elementlerden farklı olarak tungsten, karbon ve bor elementleri, Inconel 625 de ise alüminyum, titanyum, karbon, hiyobyum ve tantal elementleri bulunmaktadır (Anonim, 2017a, 2017b).
Havacılık motorlarındaki sabit komponentler dövme, döküm veya kaynaklı birleştirme yöntemleriyle üretilebilmektedir (Fisk ve Lundbäck, 2012). Parça tasarımları, büyük döküm yapıların maliyeti ve taşıma zorlukları nedeniyle farklı parçaların
birleştirilmesiyle yapılmaktadır. Bu nedenle komponent üretimleri genellikle talaşlı imalat, form verme ve birleştirme gibi farklı imalat yöntemlerinin birlikte kullanımını gerektirmektedir. Havacılık ve uzay motorları için en yaygın birleştirme yöntemleri Gaz Tungsten Ark Kaynağı (TIG) ve Elektron Işın Kaynağı (EBW) gibi füzyon kaynak işlemleridir (De, 2012).
Hastelloy-X ve İnconel 625 alaşımları nikel bazlı süperalaşım olduklarından kaynak edilebilirlik özellikleri yüksektir.
Parça tasarımında kaynağın mikroyapısal ve mekanik etkilerinin göz önünde bulundurulması zorunludur. Bu nedenle, farklı kaynak yöntemleri ile kaynaklar yapmak ve bu kaynakların da mekanik özelliklerinin mikroyapı incelemeleri ile birlikte bilinmesi gereklidir. Ana malzeme ve kaynaklı parça arasındaki malzeme özelliklerindeki farklılık, güvenilir tasarım girişi için belirlenir.
Gaz türbinli motorların yanma odası bölümündeki alev tüpü parçasının alt parçaları olan kubbe ve gömlek parçaları yüksek sıcaklık ve hava akışı yüklerine maruz kalmaktadır.
Yüksek sıcaklık dayanımı ve hava akışı yüklerinin taşınmasına uygun olan süperalaşım malzemeler İnconel 625 ve Hastelloy-X süperalaşımlarıdır. Bu iki malzemenin birbiri ile kaynatılarak alev tüpü parçası üretiminin farklı kaynak yöntemleri ile yapıldığındaki farklılıkların bilinmesi gerekliliği oluşmuştur.
Bu çalışma kapsamında, farklı üç kaynak yöntemi Elektron Işın Kaynağı (EBW), Tungsten Ark Kaynağı (TIG) ve Plazma Ark Kaynağı (PAW) ile Hastelloy-X ve İnconel 625 alaşımlarının birleştirilmesi ile oluşturulan kaynak bağlantılarının özellikleri belirlenmiştir. Farklı kaynak yöntemleri ile hazırlanan numunelere mikroyapı, sertlik ve çekme testleri uygulanmıştır.
2. SÜPERALAŞIMLAR
Tasarımcılar yüksek sıcaklık uygulamaları için daha uzun ömürlü, korozyona ve aşınmaya dayanıklı malzemelere ihtiyaç duymaktaydılar. 20. yüzyılın ikinci ve üçüncü yarısında geliştirilen ve kullanılan paslanmaz çelikler, yüksek sıcaklıkta mühendislik gereksinimlerinin karşılanması için bir başlangıç olmuştur. Paslanmaz çeliklerin artan çalışma sıcaklıklarında yetersiz kaldığı görülmüştür. Sonrasında geliştirilmiş olan demir bazlı malzemeler süperalaşım olarak tanımlanmaya başlandı. II. Dünya Savaşı, gaz türbini çalışmaları alaşım icadı ve geliştirilmesi için yüksek bir tetikleyici oldu. Nichrome tipi (Nichrome, 20. yüzyılın ilk on yılında geliştirilen nikel-krom alaşımı) alaşımlara alüminyum ve titanyum ilaveleri için patentler 1920'lerde yayınlanmış olsa da, süperalaşım sanayi uçak motorlarının yüksek sıcaklık dayanımı gereksinimlerini karşılamak için dişçilikte kullanılan (aynı zamanda Haynes Stellite 31 olarak bilinen Vitallium) bir kobalt alaşımlı adaptasyonu ile ortaya çıktı.
Süperalaşımlar genellikle 540 oC üzerindeki sıcaklıklarda kullanılan nikel, demir- nikel ve kobalt bazlı alaşımlardır. Yaygın bir Inconel 718 süperalaşım gibi demir-nikel bazlı süperalaşımlar, paslanmaz çelik teknolojisinin bir uzantısıdır. Kobalt bazlı ve nikel bazlı süperalaşımlar, ilgili uygulamaya veya bileşime bağlı olarak dövülebilmekte veya dökülebilmektedir. Şekil 2.1’de süperalaşımların gerilme-kopma mukavemeti diyagramı görülmektedir.
Şekil 2.1. Süperalaşımların Gerilme – Kopma Mukavemeti Diyagramı (Donachie ve Donachie, 2002)
Süperalaşımların uygun bileşimleri, çeşitli şekillerde dövülebilmekte, levha olarak haddelenebilmekte veya çeşitli şekillerde üretilebilmektedir. Yüksek oranda alaşım içeren bileşimler normal olarak döküm prosesi ile işlenmektedir. Birleştirmeli yapılar kaynak veya sert lehim ile oluşturulabilmektedir. Ancak fazla miktarda sertleştirme fazı içeren çok yüksek alaşımlı bileşimlerin kaynak edilebilirliği düşüktür. Süperalaşım özellikleri bileşimdeki ve proseslerdeki (Isıl işlem dahil) ayarlamalar ile kontrol edilebilmektedir ve prosesleri tamamlanmış ürünlerde yüksek sıcaklık dayanımlarına erişilebilmektedir (Donachie ve Donachie, 2002).
2.1. Süperalaşımların Genel Özellikleri
Demir, nikel ve kobalt genellikle süperalaşımları temel olarak yüzey merkezli kübik (YMK-Östenitik) kristal yapıdadır. Fakat demir ve kobalt elementleri oda sıcaklığında YMK yapıda değildir. Hem demir hem de kobalt yüksek sıcaklıklara çıkıldığında veya demir ve kobalt ile alaşımlanmış diğer elementlerin varlığıyla dönüşümlere uğrar ve yapısı YMK olur. Diğer yandan nikel tüm sıcaklıklarda YMK
yapıdadır. Süperalaşım kullanım özelliklerinin yükselişi sadece allotropik faz transformasyon reaksiyonlarının meydana gelmesiyle olmamaktadır. Alaşımların ergime başlangıç sıcaklıklarının ve güçlendirme fazlarının çözünmesinin bir fonksiyonudur.
Ergime başlangıcı, alaşımın bir kısmında daha düşük sıcaklıklarda erimenin oluşmaya başlamasıdır. Bütün alaşımlar erime aralığına sahiptir, bu nedenle alaşım elemanlarının dengesiz ayrımı olmasa bile erime, belirli bir sıcaklıkta değildir. Süperalaşımlar sadece YMK matrisinin temel yapısı ve bileşimi ile değil, aynı zamanda özel çökelti fazlarının varlığıyla oluşturulmaktadır. Bir süperalaşımın çalışması (mekanik deformasyon, soğuk ortam) mukavemeti arttırabilir fakat bu mukavemet yüksek sıcaklıklarda sürdürülmeyebilmektedir (Donachie ve Donachie, 2002).
YMK fazının kararlı düşük sıcaklık fazlarına dönüşmesi bazen kobalt bazlı süperalaşımlarda meydana gelmektedir. Süperalaşımların östenitik YMK matrisleri bazı alaşım katkıları, mükemmel süneklik ve (demir-nikel ve nikel bazlı süperalaşımlar) etkili güçlendirme fazlarının çöktürülmesi ile genişletilmiştir.
Saf demir 7.87 g/cm3 yoğunluğa sahiptir ve saf nikel ve kobalt yaklaşık 8.9 g/cm3 yoğunluklarına sahiptir. Demir-nikel bazlı süper alaşımlar yaklaşık 7.9 ila 8.3 g/cm3 yoğunluklarına sahiptir; kobalt bazlı süperalaşımlar, yaklaşık 8.3 ila 9.4 g/cm3; ve nikel az süper alaşımlar, yaklaşık 7.8 ila 8.9 g/cm3 yoğunluklarına sahiptir. Süper alaşım yoğunluğu alaşım katkılarından etkilenmektedir: Alüminyum, titanyum ve krom yoğunluğu azaltırken, tungsten, renyum ve tantal yoğunluğu arttırır. Süper alaşımların korozyon direnci, özellikle eklenen krom ve alüminyum elementlerine ve deneyime bağlıdır (Donachie ve Donachie, 2002).
Saf elementlerin erime sıcaklıkları: nikel, 1453 oC; kobalt, 1495 °C; ve demir, 1537
oC dir. Süper alaşımların başlangıç (en düşük) erime sıcaklıkları ve erime aralıkları, bileşimin fonksiyonlarına ve önceki işlemlerine bağlıdır. Genellikle, başlangıç erime sıcaklıkları kobalt bazlı süperalaşımlarda nikel veya demir-nikel bazlı süperalaşımlara göre daha yüksektir. Nikel bazlı süperalaşımlar, erime başlangıç sıcaklığı olarak 1204 °C ye kadar düşük sıcaklıklarda erime gösterebilir. Sınırlı miktarda erime noktası düşürücü maddeye sahip olan gelişmiş nikel bazlı tek kristal süperalaşımlar, başlangıç erime
sıcaklığı olarak kobalt bazlı süperalaşımlara eşit veya onlardan daha yüksek olma eğilimindedir (Donachie ve Donachie, 2002).
2.2. Hastelloy-X Süperalaşımı
Nikel esaslı ve güçlendirilmiş sağlam bir alaşım olan Hastelloy-X, yüksek sıcaklıkta çalışan yapısal parçalar için en önemli bir malzemedir (King, 1981). Gaz türbin motorlarının kanal geçiş parçalarında, alev tüpünün gömlek parçalarında, enjektör parçalarında ve son yakıcılarda alev tutucu parçalarında, egzoz borularında ve kabin ısıtıcılarında kullanılmaktadır. Ayrıca endüstriyel fırınlarda kullanılması tavsiye edilmektedir. Çünkü oksitleyici, indirgenmiş ve nötr atmosferlere karşı olağanüstü dirençlidir. Hastelloy-X alaşımı, susturucu, katalizör destek ızgaraları, fırın yönlendirme plakaları, piroliz işlemleri için tüpler ve hızlı kurutucu bileşenleri için kimyasal proses endüstrisinde de kullanılmaktadır.
Hastelloy-X alaşımı, 16.000 saat süreyle 650, 760 ve 870 °C sıcaklıklara uzun süre maruz kaldıktan sonra dahi iyi süneklik göstermektedir. Hastelloy-X alaşımı mükemmel şekil alma ve kaynak edilebilme özelliklerine sahiptir. Tüm parçayı sıcaklığa getirmek için yeterli bir süre boyunca 1177 °C'de tutulması şartıyla, dövme veya başka şekilde sıcak işlenebilir. İyi sünekliğinin bir sonucu olarak, Hastelloy-X alaşımına soğuk şekillendirme ile şekil verilebilir. Bütün sıcak veya soğuk şekil verilmiş malzemeler, en iyi özelliklerin sağlanması için tavlanmalı ve hızla soğutulmalıdır.
Hastelloy-X alaşımı plaka, sac, şerit, çubuk, dövme, boru ve bağlantı parçası olarak sınıflandırılmaktadır ve bileşimindeki elementler % ağırlık olarak Çizelge 2.1’deki gibidir.
Çizelge 2.1. Hastelloy-X alaşımı bileşimindeki elementlerin % ağırlıkları Nikel: 47 (Geriye Kalan)
Krom: 22
Demir: 18
Molibden: 9 Kobalt: 1.5 Tungsten: 0.6 Karbon: 0.1 Manganez: 1 maks.
Silikon: 1 maks.
Bor: 0.008 maks.
Niyobyum: 0.5 maks.
Alüminyum: 0.5 maks.
Titanyum: 0.15 maks.
Hastelloy-X alaşımı Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW), Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW), Örtülü Metal Ark Kaynağı (SMAW) ve direnç kaynağı teknikleri ile kaynak edilebilmektedir. Toz altı Ark Kaynağı (SAW) Hastelloy-X alaşımı için tavsiye edilmez.
Çünkü bu işlemde ana malzemelere yüksek ısı girişi ve kaynağın yavaş soğuması görülmektedir. Bu faktörler çatlak oluşumunda tetikleyici rol oynamaktadır. Hastelloy-X alaşımı Gaz Tungsten Ark veya Gaz Metal Ark kaynağı ile birleştirmek için Hastelloy-X dolgu teli (AWS A5.14, ERNiCrMo-2) tavsiye edilmektedir. Hastelloy-X alaşımının nikel, kobalt veya demir bazlı malzemelere benzer olmayan bir şekilde birleştirilmesi için, dolgu teli olarak Hayness-556 alaşımı (AWS A5.9 ER3556, AMS 5831), Hastelloy-S alaşımı (AMS 5838) veya Hastelloy-W alaşımı (AMS 5786, 5787) kaynak telleri, özel duruma bağlı olarak kullanılabilmektedir.
Kaynak için Hastelloy-X alaşımı ön ısıtma gerektirmemektedir. Ön ısıtma genellikle oda sıcaklığı olarak belirtilmektedir. Pasolar arası geçiş sıcaklığı 93 °C'nin altında tutulmalıdır. Gerektiğinde pasolar arasında kaynakta kirliliğe sebep olmaması şartı ile yardımcı soğutma yöntemleri kullanılabilmektedir. Kaynak sonrası ısıl işlem genellikle Hastelloy-X alaşımı için gerekli değildir (Anonim, 2017a).
2.3. Inconel 625 Süperalaşımı
Inconel 625, oda sıcaklığında yaklaşık 800 °C'ye kadar mükemmel mukavemete sahip bir nikel-krom-molibden alaşımıdır (Davis ve Committee, 2000). Daha yüksek sıcaklıklarda, mukavemeti genellikle diğer katı çözeltilerle güçlendirilmiş alaşımlarınkinden daha düşüktür. Inconel 625 alaşımı, çeşitli yüksek sıcaklık havacılık, kimyasal proses endüstrisi ve güç endüstrisi uygulamalarında, kimyasal proses endüstrisinde düşük sıcaklıkta korozyona dayanıklı malzeme olarak yaygınca kullanılmaktadır. Kısa süreli çalışma koşullarında yaklaşık 815 °C sıcaklığa kadar uygun şekilde kullanılabilmektedir. Fakat uzun süreli çalışma koşullarında kullanım için en fazla 595 °C ile sınırlıdır. Alaşımın (inconel 625) 595 °C 'nin üzerinde uzun süreli termal yüke maruz kalması önemli ölçüde kırılganlığa neden olmaktadır (Anonim, 2017b).
Inconel 625 alaşımı mükemmel şekillendirme ve kaynak özelliklerine sahiptir.
Dövme olarak üretilebilir veya sıcaklık yaklaşık olarak 980 ila 1175 °C aralığında tutularak başka bir şekilde sıcak işleme yapılabilir. İyi sünekliğinden dolayı, inconel 625 alaşımına soğuk şekillendirme ile istenilen form verilebilir. Fakat alaşım sertleştirme işlemi hızlı bir şekilde yapılmaz bu nedenle karmaşık geometrili parçaların şekillendirilmesi için ara tavlama işlemleri gerekebilir.
Inconel 625 alaşımı plaka, sac, şerit, kütük, çubuk, dövme, bağlantı parçası, kaplamalı elektrot, kaplamasız kaynak teli ve çubuğu, dikişsiz boru ve tüp, kaynaklı boru ve tüp, dövme parça olarak sınıflandırılmaktadır ve bileşimindeki elemenler % ağırlık olarak Çizelge 2.2’deki gibidir.
Çizelge 2.2. Inconel 625 alaşımı bileşimindeki elementlerin % ağırlıkları
Nikel: 62 (Geriye Kalan)
Kobalt: 1 maks.
Demir: 5 maks.
Krom: 21
Molibden: 9
Kolombiyum + Tantal: 3.7
Manganez: 0.5 maks.
Silikon: 0.5 maks.
Alüminyum: 0.4 maks.
Titanyum: 0.4 maks.
Karbon: 0.1 maks.
Inconel 625 alaşımı, Gaz Tungsten Ark (GTAW), Gaz Metal Ark (GMAW), elektron ışın kaynağı ve direnç kaynağı teknikleri ile kaynaklanabilmektedir. Kaynak özellikleri Hastelloy-X alaşımı ile benzerdir.
Inconel 625 alaşımının kaynak ile birleştirilmesi sırasında dolgu malzemesi kullanımı tavsiye edilmektedir. Inconel 625 alaşımının nikel, kobalt veya demir bazlı malzemelerle birleştirilmesi için 230-W dolgu teli (556 alaşımı), Hastelloy S alaşımı dolgu teli (AMS5838) veya Hastelloy W alaşımı dolgu teli (AMS 5786, 5787) kullanımı özel durumlara bağlı olarak önerilebilmektedir (Anonim, 2017b).
3. FÜZYON KAYNAK YÖNTEMLERİ
Süperalaşımlar yaygın olarak gaz türbin motorlarında kullanılmaktadır. Bu motorlarda hafif ancak mukavim parçalar gereklidir. Havacılık gaz türbinli motorlarda ağırlık öncelikli olan kısıtlardan bir tanesidir. Gaz türbin motoru parçalarında genellikle kaynakla birleştirilen bölgeler mevcuttur dolayısıyla tasarımın gerektirdiği mukavemet değerleri bu bölgelerde de sağlanmalıdır (S. Zhang ve Zhao, 2016).
Süperalaşım malzemeler genellikle füzyon kaynak yöntemi ile birleştirilmektedir (Anonim, 2017b). Füzyon kaynağı yöntemi ile kaynatılacak malzemeler farklı olsa bile malzemelerin birleşim noktasına erime için yeterli enerjinin getirilmesiyle kaynak yapılmaktadır (Andersson, 2011). Süperalaşımlar aşağıdaki füzyon kaynak yöntemleri ile kaynatılabilmektedir.
Örtülü Metal Ark Kaynağı (SMAW)
Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW)
Plazma Ark Kaynağı (PAW)
Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW)
Toz Altı Ark Kaynağı (SAW)
Direnç Nokta Kaynağı (RSW) ve Direnç Dikiş Kaynağı (RSEW)
Elektron Işın Kaynağı (EBW)
Lazer Işın Kaynağı (LBW) (Donachie ve Donachie, 2002)
3.1. Örtülü Metal Ark Kaynağı (SMAW)
Örtülü Metal ark kaynağı, metal ile örtülü elektrot arasında ark oluşturulması ile metalin ve elektrot içindeki dolgu malzemesinin eritilerek birleştirilmesi yöntemidir (Şekil 3.1). Arkın oluşması ile kaplamalı elektrot içindeki dolgu malzemesi erirken dışındaki kaplama ise kaynak banyosunu korumak amacıyla bir kalkan oluşmasını sağlamaktadır.
Arkın oluşması için gerekli elektrik geçişi için kaplamalı elektrotun uc kısmında kaplama
yapılmamaktadır. Bu kaplama olmayan bölgeden, güç kaynağı bağlantısı yapılarak elektrot ve metal arasında ark oluşması sağlanır. Elektrik geçişi için aynı zamanda metalin de güç kaynağının diğer ucuna bağlı olması gerekmektedir.
Şekil 3.1. SMAW Kaynağı (Kou, 2003)
SMAW diğer kaynak yöntemlerine göre daha basit, kolay taşınabilir ve daha ucuz bir kaynak yöntemidir. Ancak SMAW kaynağındaki gaz koruması titanyum ve alüminyum gibi reaktif metallerin kaynatılması için uygun değildir. Ayrıca limitli elektrot boyu sık olarak elektrot değişimi gerektirmektedir (Kou, 2003; Society vd., 1976).
3.2. Gaz Tungsten Ark Kaynağı (GTAW)
Gaz Tungsten Ark Kaynağı, metal ile ergimeyen tungsten elektrot arasında ark oluşturulması ile metalin eritilerek birleştirilmesi yöntemidir (Şekil 3.2). Kaynak banyosunun hava ile temasından korunması için tungsten elektrotun etrafından asal gaz gönderilmektedir. Bu gaz direkt olarak kaynak banyosuna gönderildiği için koruyucu gaz olarak kullanılmaktadır. Bu yüzden GTAW kaynağı Tungsten-Inert Gaz (TIG) kaynağı olarak da adlandırılmaktadır. Tungsten elektrotun kaynak sırasında aşırı ısınmasını önlemek için etrafında soğutucu bulunmaktadır. Tungsten elektrot, elektrotun soğutulduğu kısım ve gazın kaynak banyosuna gönderildiği kısımdan oluşan yapıya kaynak torçu adı verilmektedir.
Şekil 3.2. GTAW Kaynağı (Kou, 2003)
GTAW sistemi kaynak torçu, güç kaynağı ve asal gaz tüpünden oluşmaktadır. Asal gazın kontrolünün sağlanması için basınç regülatörü ve akış ölçer gereklidir.
Kaynak için gerekli akım, güç kaynağının bir ucuna bağlı olan kaynak torçu üzerindeki tungsten elektrot üzerinden, güç kaynağının diğer ucuna bağlanmış olan metal üzerine aktarılarak ark oluşturulmaktadır. Aynı anda koruyucu gaz gerekli miktarda kaynak banyosuna gönderilerek kaynak banyosunun hava ile temasını önlenmektedir.
GTAW kaynağı sırasında dolgu malzemesi dışardan kaynak banyosuna ilave edilebilir veya dolgu malzemesi kullanılmadan da kaynak yapılabilmektedir. Ayrıca güç kaynağı izin verdiği takdirde darbeli kaynak yapılabilir. Darbeli kaynak ile daha iyi penetrasyon kontrolü ve kaynak banyosunun katılaşması elde edilebilmektedir.
GTAW yöntemi uygun korumayı sağlayan bir yöntem olduğu için titanyum, zirkonyum, magnezyum ve alüminyum gibi reaktif metallerin kaynatılması için uygundur.
Fakat aşırı kaynak akımları tungsten elektrotun uç kısmında erimeye neden olabilir ve erimiş tungsten elektrot karışımı kaynak bölgelerinde kırılgan eğilim gösteren hatalar oluşturur (Kou, 2003; Society vd., 1976).
3.3. Plazma Ark Kaynağı (PAW)
Plazma Ark kaynağı, GTAW kaynağı ile aynı şekilde metal ile ergimeyen tungsten elektrot arasında ark oluşturulması ile metalin eritilerek birleştirilmesi yöntemidir. GTAW dan farklı olarak PAW torçu koruyucu gazın geçtiği aralığın yanı sıra tungsten elektrotun etrafından geçen bir gaz aralığına sahiptir. Şekil 3.3’de PAW ile GTAW torçu kesitleri gösterilmektedir. Kaynak için oluşturulan ark bu tungsten elektrot etrafından beslenilen gazı iyonize hale geldiği ve elektriği ilettiği bir sıcaklığa kadar ısıtır ve bu iyonize hale gelen gaz plazma olarak adlandırılır. Tungsten elektrotun etrafından gönderilen gaz tek başına kaynak banyosunun hava ile temasını kesmek için yeterli değildir. Bu yüzden ek olarak torçun içinden ayrıca yardımcı koruyucu gaz kaynak bölgesine gönderilmektedir.
Şekil 3.3. GTAW ve PAW Torcu Kesitleri (Society ve Weisman, 1997)
PAW kaynağı GTAW ile karşılaştırıldığında arkın yön kontrolü daha kolay yapılabilmekte ve daha küçük ısının tesiri altında kalan bölge (ITAB) oluşmaktadır. Ek olarak PAW kaynak torçunda tungsten elektrot içerde kaldığı için kaynak sırasında parçaya değme ve ergime olasılığı yoktur ve bu durum tungsten elektrot kaynaklı hata riskini ortadan kaldırır. Ancak PAW kaynağının GTAW kaynağına göre en büyük dezavantajı donanımının pahalı olmasıdır. Ayrıca kaynak için gerekli daha fazla ve karmaşık kaynak kontrol değişkeni vardır (Society ve Weisman, 1997).
3.4. Gaz Metal Ark Kaynağı (GMAW)
Gaz Metal Ark Kaynağı, metal ile sürekli ergiyen dolgu malzemesi elektrotu arasında ark oluşturulması ile metalin ve dolgu malzemesinin eritilerek birleştirilmesi yöntemidir (Society ve Weisman, 1997) (Şekil 3.4). Koruyucu gaz olarak genellikle asal gazlar kullanıldığı için bu kaynak yöntemi aynı zamanda MIG olarak da adlandırılmaktadır (Society vd., 1976). GMAW kaynağı için gerekli donanımlar aşağıdaki gibidir.
1) Değişken Hızlı Motor ve Motor Kontrolcüsü: Bu donanım sürekli ergiyen dolgu malzemesi elektrotunu ayarlanan sabit bir hızda kaynak banyosuna gönderilmesini sağlamaktadır.
2) Kaynak Tabancası: Bu donanım üzerinde bir tetik bulunmaktadır. Tetik, elektrot beslemesini ve gaz akışını, arkın oluşumu için elektrik akımını başlatmak ve durdurmak için kullanılmaktadır.
3) Ergiyen Dolgu Malzemesi Elektrotu, 4) Kontrol Sistemi,
5) Koruyucu Gaz ve Debi Ölçer, 6) Güç Kaynağı
7) Soğutma ünitesi (Society vd., 1976)
GMAW prosesinde kaynak için gerekli parametreler kontrol sistemine girildikten sonra kaynak donanımı arkın oluşması için gerekli elektriksel karakteristikleri otomatik olarak ayarlar. Dolayısıyla sadece kaynak tabancasının hareket ettirilmesi ile oluşan kaynak hızı ve kaynak yönü manuel olarak kontrol edilir (Society ve Weisman, 1997).
Şekil 3.4. GMAW Kaynağı (Kou, 2003)
GTAW genellikle inert gazın maliyetinden dolayı SMAW’ dan daha pahalıdır ve kaynak hızı GMAW kaynağının sadece yüzde 10-20 si kadardır. Fakat GTAW kaynağı ise
SMAW ve GMAW’ dan daha iyi kaynak kalitesi ve üstün bir kaynak penetrasyonu sağlamaktadır (Society vd., 1976).
3.5. Toz Altı Ark Kaynağı (SAW)
Toz Altı Ark Kaynağı, metal ile sürekli ergiyen dolgu malzemesi elektrotu arasında ark oluşturulması ile metalin ve dolgu malzemesinin eritilerek birleştirilmesi yöntemidir (Society ve Weisman, 1997). Kaynak banyosu koruyucu bir toz bulutu ile korunmaktadır.
Dolayısıyla kaynak sırasında ark görünmemektedir. Koruyucu toz bulutu tanecikler içermektedir. Elektrik arktan dolayı oluşan ısı bu tanecikleri eritir ve bu sırada üzerinde cüruf tabakasının oluştuğu bir kaynak banyosu oluşmuş olur. Bu cüruf tabakası kaynatılan kısımlar soğuyup katılaştıkça ortaya çıkar ve kaynak üzerine başka bir paso atılması gereken durumlarda bu cüruf tabakasının kaldırılması gerekmektedir. Şekil 3.5’de Toz Altı Ark Kaynağının şematik gösterimi yer almaktadır.
Şekil 3.5. Toz Altı Ark Kaynağı (Kou, 2003)
SAW kaynağı 1,5 mm den daha kalın malzemelerin kaynatılması için kullanılan yöntemdir. Kaynakta daha iyi birleştirme özelliklerinin elde edilebilmesi için GMAW gibi ana metale daha düşük ısı girdisi yapılacak şekilde kaynak uygulanmalıdır (Society ve Weisman, 1997).
Kaynakta cürufun oluşması ve sonrasında üst yüzeyde kalması SAW’da temiz kaynakların üretilmesine yardımcı olur. Ark koruyucu toz bulutu ile korunduğundan, yüksek akımlarda bile havaya giden sıçrama ve ısı kayıpları yoktur. Hem alaşım elementleri hem de metal tozları, kaynak metali birleşimini kontrol etmek ve biriktirme oranını arttırmak için koruyucu toz bulutunun içerisine eklenebilir. Yüksek birikme oranı nedeniyle, GTAW ve GMAW’ dan daha kalın iş parçaları SAW tarafından kaynaklanabilir. Fakat nispeten büyük erimiş cüruf ve metal havuzu hacimleri genellikle SAW’ ı düz ve çevresel kaynak ile sınırlandırır. Ayrıca yüksek ısı girişi kaynak kalitesini azaltabilir ve bozulmaları arttırabilir.
3.6. Direnç Nokta Kaynağı (RSW) ve Direnç Dikiş Kaynağı (RSEW)
Direnç kaynağı, kaynak için gerekli ısının, kaynatılacak parçalar arasından elektrik akımının akışına direnç göstermesiyle oluşturulan kaynak yöntemidir. Nokta direnç kaynağında kaynak akımı, küresel uçlara sahip silindirik elektrotlar kullanılarak birleşme noktasında yoğunlaştırılmaktadır. Direnç dikiş kaynağında, dikiş kaynakları bir dizi çakışan nokta kaynağı ile yapılmaktadır. Bu çakışan nokta kaynakları dönen tekerlek elektrotlardan akım darbeleri geçirilerek oluşturulmaktadır. Bu kaynak yöntemi genellikle üst üste konumlandırılmış birbirinden farklı kalınlıklarda da olabilen levha veya sac parçaların kaynağı için kullanılmaktadır. Direnç kaynağında ana proses değişkenleri;
kaynak akımı, akım zamanı, elektrot kuvveti ve elektrot karakteristikleridir. Direnç kaynağında kullanılan elektrik akımı ark kaynaklarına göre on ile yüz kat arasında değişmesine rağmen kaynak süresi tekli kaynak için genellikle bir saniyeden azdır (Society vd., 1976). Şekil 3.6‘da direnç nokta kaynağı ekipmanı görülmektedir.
Şekil 3.6. Direnç Nokta Kaynağı Ekipmanları (Society ve Weisman, 1997)
3.7. Elektron Işın Kaynağı (EBW)
Elektron ışın kaynağı, üç boyutlu bir ısıtma kaynağı sağlayan dar bir ışın halinde oluşturulmuş elektron akışı ile gerçekleştirilmektedir. Bu ışın milyarlarca elektronun birlikte hareket etmesiyle yoğun bir bölgesel ısıtma meydana getirmektedir. Her elektron kendine yakın mesafeye nüfuz ederek malzeme içinden geçen bir delik veya tünel oluşturulabilmesi için kinetik enerjisini ısıya dönüştürür.
Delik veya tünel kaynak tabancası ya da malzeme hareket ettirilerek kaynak edilecek bağlantı çizgisi boyunca hareket ettirilir ve bu delik veya tünel ana malzeme kenarlarındaki kaynak çizgisi üzerinde ileriye doğru hareket ettiği için ışın tarafından korunur. Erimiş malzeme bu delik veya tünelin etrafından akar ve arka kısımda katılaşır.
Böylece kaynak oluşmuş olur (Society vd., 1976) (Şekil 3.7).
Şekil 3.7. Elektron Işın Kaynağı (Kou, 2003)
EBW kaynağı ile derin, dar, düşük ısı girdisi ile birbirine paralel ve bunların sonucunda daha dar ITAB bölgesi oluşur. Kaynak derinliğinin kaynak genişliğine oranı 10:1 den büyüktür ve 30:1 e kadar kaynak yapılabilmesi mümkündür. EBW kaynağı; voltaj kontrolü, ışının odaklanması, kaynak hızı ve ışın akımı parametreleri ile kontrol edilebilmektedir.
EBW kaynağında ortaya çıkan düşük enerji girişi, kaynaktan kaynaklanan deformasyonu ve kaynak çekmelerini en aza indirir ve önceden final ölçülerine işlenmiş parçaların kaynağına izin verir. Ayrıca ısıya duyarlı bileşenlere yakın kaynak yapılmasına ve metalürjik olarak uyumlu olmayan benzer metallerin kaynağına olanak sağlamaktadır.
Ek olarak, ışının yansıtılarak erişilemeyen yerlere kaynak yapılması mümkündür.
EBW genellikle yüksek vakum altında (0.13-133 mPA (10-6 – 10-3 torr)) yapılmaktadır. Fakat prosesin orta vakum altında veya atmosferik koşullara da olacak şekilde adaptasyon yapılması mümkündür.
EBW yöntemi neredeyse her metalin kaynatılması için kullanılabilir fakat tasarım uc uca kaynak veya üst üste kaynak ile sınırlıdır.
3.8. Lazer Işını Kaynağı (LBW)
Lazer ışını kaynağı, kaynatılacak bölgeye üzerine çarpacak şekilde tutarlı, tek renkli bir ışık demetinden elde edilen ısı ile malzemelerin birleştirildiği bir füzyon kaynak işlemidir. LBW işleminde, lazer ışını ayna gibi düz optik elemanlar tarafından yönlendirilerek yansıtıcı odaklama elemanları veya lensler ile iş parçası üzerinde yüksek güç yoğunluğu için küçük bir noktaya odaklanmaktadır. Lazer küçük bir noktaya odaklandığı için proses kaynatılacak parçaların birbirine tam olarak eşleştiği durumlar için uygundur (Şekil 3.8).
LBW prosesinde kaynak banyosunun oksidasyondan korunması için genellikle koruyucu gaz kullanılmaktadır ve kaynak sırasında dolgu malzemesi de kullanılabilir.
Şekil 3.8. Lazer Işını Kaynağı (Kou, 2003)
LBW prosesinin avantajları;
Isı girdisi malzemenin kaynak edilebilmesi için gereken minimum değere yakındır,
32 mm kalınlıktaki malzemelerin kaynağı tek paso ile yapılabilmektedir,
Elektrot kullanılmamaktadır,
Lazer ışını optik elemanlar ile kolayca odaklanabilir,
Hizalanabilir ve yönlendirilebilir,
Kaynatılacak parçalar kontrollü atmosferik ortamın sağlanabileceği sızdırmaz ve kapalı ortamda yerleştirilerek kaynak yapılabilir,
Lazer ışını, birbirine yakın olan elemanlar arasındaki küçük bölgelere odaklanarak parçaların uygun şekilde kaynatılmasına izin vermektedir,
Farklı tipteki malzemelerin çeşitli kombinasyonları dâhil olmak üzere çok çeşitli malzemeler bu yöntem ile kaynak yapılabilmektedir,
Lazer yüksek hızda kaynak yapabilecek şekilde otomatik olarak ayarlanabilir,
İnce malzemeler için ve küçük çaplı teller üzerindeki kaynaklar, ark kaynağı olan duruma göre yanmaya daha az duyarlıdır,
Lazer kaynağı ark ve EBW kaynağı gibi manyetik alanların varlığından etkilenmemektedir,
Farklı fiziksel özelliklere sahip malzemeler de kaynak yapılabilmektedir,
Vakum ortamı veya X-Ray koruma ortamı gerekmemektedir,
Boy-en oranı metalin şekli oyuk şeklinde olsa bile 10:1 olarak elde edilebilmektedir,
Lazer ışını, ışın yönlendirme optikleri kullanılarak birden fazla iş istasyonuna iletilebilmektedir.
LBW nin dezavantajları ise;
Kaynak bağlantısı olacak yer yanal olarak lazer ışınının altına odak noktası yönünde doğru şekilde yerleştirilmelidir,
Kaynak yapılacak parçalar mekanik olarak sabitlendiğinde sıkma mekanizmaları bağlantının final durumunu ışının çarpma noktasına göre doğru şekilde ayarlamalıdır,
19 mm’den daha büyük kaynak penetrasyonları LBW uygulaması için uygun değildir,
Alüminyum ve bakır alaşımları gibi bazı malzemelerin yüksek termal iletkenliği, lazerle kaynaklanabilirliklerini etkileyebilmektedir,
Lazerler genellikle %10’dan daha az olan oldukça düşük bir enerji dönüşüm verimliliğine sahiptir,
LBW’ nin hızlı katılaşma özelliğinin bir sonucu olarak bazı kaynak gözenekliliği ve kırılganlık oluşabilmektedir (Society ve Weisman, 1997).
4. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI
Mithilesh vd. (2014), Inconel 625 Nikel bazlı süperalaşımı ile AISI 304 paslanmaz çelik malzemelerinin ERNiCrMo-3 dolgu metali kullanılarak gaz tungsten ark kaynağı ile birleştirilmesi sonucundaki yapıyı incelemiştir. Çalışma sonucuna göre;
GTAW yöntemi ile ERNiCrMo-3 dolgu malzemesi kullanılarak Inconel 625 ve AISI 304 malzemelerinin kaynağı başarılı şekilde elde edilebilmektedir.
Kaynak mikroyapısı tamamen östenitiktir, AISI 304 arayüzünde ayrışma etkileri gözlemlenmiştir.
Mo dolgu teli ve düşük ısı girişi ile kaynak yapıldığında sıcak çatlama eğilimi tamamen önlenmiştir.
Çekme testlerinin tüm denemelerinde, GTA kaynaklarında kayda değer miktarda plastik deformasyonla sünek kırılma meydana gelmiştir.
Devendranath Ramkumar vd. (2015), Ni bazlı süperalaşım inconel 625 ve UNS S32205 dubleks paslanmaz çelik levhaların metalürjik ve mekanik özelliklerini incelemiştir. Çalışma sonucuna göre;
Inconel 625 ve UNS S32205 dubleks paslanmaz çeliğin Elektron Işın Kaynağı hatasız olarak yapılabilmektedir.
ITAB bölgelerinde önemli bir tane büyümesi veya farklı bir metalürjik hata gözlemlenmemiştir. EB füzyon bölgesinde ince, hücresel dendritik yapının oluşumu kontrollü düşük ısı girişi ve proses sırasında geliştirilen yüksek soğutma oranından kaynaklanmaktadır.
Çekme testleri ağırlıklı olarak zengin Mo fazlarının ayrışmasından dolayı kaynak bölgesinde meydana gelmiştir. Bununla birlikte kaynak gerilme mukavemeti UNS S32205 malzemesinden daha büyük veya ona eşit olmuştur.
EB kaynağının darbelere karşı dayanıklılığı füzyon bölgesindeki ikincil fazlardan dolayı azalmıştır.
Allakhverdiev vd. (2013), Hastelloy X ve René 80'in bindirme kaynağını, elektron ışın kaynağına bir alternatif olarak endüstriyel yarışmada lazer ışını kaynak uygulaması için zemin sağlamak amacıyla incelenmiştir. Çalışma sonucunda, güç, kaynak hızı ve odak konumunu birleştiren bir pencere kaynak dikişi genişliğinin yanı sıra Rene deki penetrasyon derinliği üzerindeki olası endüstriyel gereksinimlere en iyi uyumu sağlamak amacıyla önerilmektedir ve aynı zamanda kaynak kirliğinin azaltılmasında da etkili olmaktadır.
Henderson vd. (2013), Yüksek alaşımlı ve zor kaynaklanabilir olan malzemelerin GTAW, EBW, Lazer tozu biriktirme kaynağı ve sürtünme kaynağı ile birleştirilmesi sonucundaki karakteristik kusurlar ve nikel alaşımlı komponentlerin imalatında ve onarımında kullanılan kaynak işlemleri incelemiştir. Çalışma sonucuna göre;
Modern ve yüksek performanslı Gaz Türbinli Motorların uygun maliyetli üretimi, GTAW, EBW, Lazer kaynağı ve diğer sürtünme kaynağı ile atalet kaynağı gibi yöntemler kullanarak süperalaşımları birbirine kaynatabilme yeteneğine bağlıdır.
Düşük nikel içerikli alaşımların çoğu, geleneksel GTA işlemleri kullanılarak rutin olarak kaynaklanmaktadır ve bu teknoloji, üreticiler ve operatörler tarafından belirlenen maliyet ve güvenilirlik hedeflerine ulaşmak için kullanılmaktadır.
Yüksek mukavemetli, çökelme sertleştirilmiş malzemelerin kaynağı, ısıya maruz kalan bölgede imalat ve onarım kaynak kabiliyetini sınırlayan gerinim yaşlanması çatlamasına eğilimli olduklarından çok daha fazla sorun yaratmaktadır. Sonuçta,
lazer tozu biriktirme ve sürtünme kaynağı gibi daha yeni birleştirme yöntemleri değerlendirilmektedir.
Kusur oluşumunu etkileyebilecek bir dizi faktör bulunmaktadır. Bunlar:
Bileşimdeki alüminyum ve titanyum içeriği, tane büyüklüğü, kaynak öncesi ve sonrası ısıl işlem ve kaynak işleminin kendisidir (ısı girişinin ve hareket hızının kontrolü).
Elektron ışını kaynağı ve lazer tozu biriktirme yöntemleri, nikel bazlı malzemeden üretilmiş olan rotor diskleri ve türbin kanatları gibi gaz türbini bileşenlerinde yüksek bütünlük ve yüksek performanslı kaynak üretmek için çoğalan bir şekilde kullanılmaktadır.
Proses parametresi tanımlaması büyük ölçüde deneyseldir ve birleştirme işlemlerinin eksiksiz anlaşılması, karmaşık sayısal modelleme tekniklerinin geliştirilmesine ve uygulanmasına bağlıdır.
Guédou vd. (2014), Nd YAG lazer alın kaynağı işlemi ile Hastelloy X ve Haynes 188 alaşımlarının kaynaklanabilirliği incelenmiştir. Kaynaklanabilirlik lazer gücü, hız, odak çapı ve gaz akışı gibi kaynak parametrelerine göre belirlenmiştir. En etkili parametreler lazer gücü ve odak çapı olmuştur.
Sihotang vd. (2014), Hastelloy-X malzemesi üzerine TIG kaynağı ile düşük ve yüksek ısı girişi olmak üzere iki kaynak koşulu için kaynak bölgesi ve HAZ üzerindeki mikro yapılar incelenmiştir. Çalışma sonucuna göre;
Hem düşük hem de yüksek ısı girişli kaynak durumları aynı kaynak bölgesi özelliklerini göstermektedir. Her iki örnek için de kaynak bölgelerinde çatlak gözlemlenmemiştir.
Düşük ısı girişi kaynak durumu için, karbürler, özellikle kaynak bölgesine yakın olan HAZ bölgesinde, tekrar matrise çözülmüştür. Öte yandan, yüksek ısı girişli
koşul için, tanecikler arası sıvılaştırma filmi ve lokalize sıvı film ve lokalize sıvı karbürlerinin oluşumu vardır. Bu sıvı film, kullanılan Hastelloy-X çekme özelliklerini azalmaktadır.
Arka kaynak dikişinin kenarındaki gerilme konsantrasyonunun büyüklüğü, her iki kaynak koşulunun farklı ön kaynak dikişi kalınlığından dolayı değişmektedir.
Yüksek ısı girişli kaynak durumu çekme testi sırasında daha yüksek gerilim konsantrasyonu oluşturmaya meyil göstermektedir.
Enjyo vd. (1977), Saf molibden ile Hastelloy-X difüzyon kaynağı ile vakum altında 750-1200 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucuna göre;
Yüksek sıcaklıkta kısa süreli ısıtma da dahil olmak üzere iki aşamalı kaynak tekniği (1200 °C de bir dakika) molibden ve Hastelloy-X alaşımı arasındaki gerçek metal temasını arttırmakta ve kaynak dayanımında iyileştirmeye sebep olmaktadır. Ayrıca bu teknik deformasyonu azalmaktadır.
Ni dolgu metalinin uygulanması, kırılgan intermetalik bileşiklerin oluşumunu azaltmakta ve kaynak dayanımını arttırmaktadır.
Çekme testlerinde gerçekleşmiş olan kaynak bağlantılarındaki kopmalar, her zaman intermetalik bileşikler vasıtasıyla ve ayrıca molibden bazlı metalin tane sınırları boyunca meydana gelmiştir.
Kaynak işlemi sonrasında kaynak yapısındaki boşluklar ve molibden oksit, SEM ve TEM teknikleri kullanılarak molibden içerisindeki tane sınırlarında tespit edilmiştir.
L. Zhang vd. (1996), Nikel bazlı döküm alaşımı Mar-M 247 ile oksidasyon, korozyon dayanımı nikel dövme alaşımı Hastelloy-X alaşımı malzemelerin lazer ışını kaynağı ile bindirme kaynağı ve uc uca kaynak birleşimi incelenmiştir. Çalışma sonucuna göre;
Hastelloy-X ve Mar-M 247 uygun bindirme ve uc uca kaynak birleşimleri CO2 lazer kaynak tekniği kullanılarak yapılabilmektedir. Füzyon bölgesi çatlakları lazer ışınının Hastelloy-X malzeme tarafına 0.2-0.3 mm kaydırılarak kaynak yapılması ile önlenmiştir.
Füzyon bölgesindeki çatlaklar, gerilme altındaki plastisite eksikliğinden kaynaklanmıştır. Füzyon bölgesi ne kadar sert olursa çatlak sayısı o kadar fazla olmaktadır. Lazer ışını Hastelloy-X tarafına doğru 0.2-0.3 mm kaydırılarak füzyon bölgesinin sertliği HV425’den HV250’ye düşürülmekte ve çatlaklar sadece ITAB’daki kılcal çatlakların varlığı ile yok olabilmektedir.
Birbirinden farklı malzemelerin uc uca birleştirilmesindeki füzyon bölgesi kompozisyonu kaynak dikişi geometrisine dayanan önerilen bir denklem kullanılarak tahmin edilebilmektedir. Bu denklem kullanılarak element içerikleri ve hizalama arasındaki korelasyonlar hesaplanabilmektedir. Mar-M 247’ den kaynaklanan elementlerin içeriği hizalamadaki artış ile azalırken, Hastelloy-X’ den kaynaklanan elementlerin içeriğinde hizalamadaki artışla birlikte artış görülmüştür.
Ayrılma mekanizması ile oluşturulan Mar-M 247’ nin ITAB bölgesindeki kılcal çatlakların uzunluğu lazer ışınının Hastelloy-X tarafına 0.2-0.3 mm hizalanmasıyla 0.1 mm den daha az olmuştur.
3.0 µm boyutunda MC karbürleri ve 1.0 µm çaplı γı yapıları otojen kaynaklı Mar-M 247'nin füzyon bölgesinde bulunmaktadır. Mar-M 247 / Hastelloy-X uc uca kaynağının füzyon bölgesi mikroyapıları Al, Ti, Ta ve Hf elementleri inceltilmiş olduğundan, sadece γı olmadan 0.2 µm boyutundaki karbürlerden oluşmaktadır.
Füzyon bölgesinde element içeriği gradyanı vardır, böylece karbürlerin yapısını ve dağılımını belirlemek için derinlemesine bir araştırma gereklidir.
Sharma vd. (2017), Kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile birleştirilen Superalaşım C-276 ve Grade 321 östenitik paslanmaz çelik sacların arasındaki farklı kaynakların mikroyapısal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Çalışma sonucuna göre;
Superalaşım C-276 ve Grade 321'in kaynağı, ERNiCrMo-4 dolgu teli kullanılarak kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile elde edilebilmektedir.
Kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile oluşturulan kaynaklar, kaynak metalinde daha ince eksantrikli dendritik yapı oluşturmuştur. Grade 321 tarafındaki kaynak arayüzünde ferrit yapılar ile birlikte karışmamış bir bölgenin varlığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, Superalaşım C-276’ nın kaynak ara yüzünde kısmen erimiş bölge de gözlenmiştir.
Taramalı elektron mikroskobu görüntülerinde, Superalaşım C-276 ve Grade 321 taraflarının kaynak arayüzünde birbiri içine geçmiş tane sınırlarının varlığı gözlemlenmiştir. Enerji dağılım spektroskopisi analiz sonuçları, kaynak metalinde ve Superalaşım C-276’ nın kaynak arayüzünde sekonder faz oluşumunun meydana geldiğini göstermiştir. Bununla birlikte, kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile kontrollü ısı girişi nedeniyle zararlı tetragonal kapalı paketlenmiş faz oluşumu gözlenmemiştir.
Çekme testinde kırılma, Grade 321 ana malzemesinden olmuştur. Bu durum kaynak metalindeki ikincil fazların varlığına bakılmaksızın, yeterli bir güce sahip olduğunu açıkça göstermektedir. Ayrıca, hem gerilme hem de darbe testinin sonuçları sünek başarısızlık modunu doğrulamıştır.
Ana metal ve kaynak metali korozyon davranışını değerlendirmek amacıyla yapılmış olan potansiyodinamik polarizasyon testi sonuçları, kaynak metalinin daha ince dendritik yapının varlığına ve alaşım elementlerinin kontrollü dağılımına bağlı olabilen ana malzemelere kıyasla daha fazla korozyon direnci göstermektedir.
Mevcut çalışmaya dayanarak, gelişmiş mekanik özelliklere sahip yüksek kaliteli
farklı Superalaşım C-276 / Grade 321 kaynağını yapmak için kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı yapılırken ERNiCrMo-4 dolgu teli kullanılması tavsiye edilmektedir. Ek olarak, Grade321'in ekonomik olması, büyük malzeme maliyetlerinden tasarruf edilmesine yardımcı olacaktır.
Dokme vd. (2018), Sürekli akım gaz tungsten ark kaynağı ve kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile ERNiCr-3, TIG 316L ve bükümlü (ERNiCr-3 ve TIG 316L) dolgu maddeleri kullanılarak Inconel 625 ve AISI 316L'nin farklı metal kaynağının mikro yapısını araştırılmıştır. Çalışma sonucuna göre;
Sürekli akım gaz tungsten ark kaynağı ve kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı ile Inconel 625 ve AISI 316L malzemelerinin kaynağı başarılı şekilde yapılabilmektedir.
TIG 316L dolgu malzemesi ile yapılan kaynaklar sonrasında tane irileşmesi görülmekte ve bükümlü dolgu malzeme ile yapılan sürekli akım gaz tungsten ark kaynağı işleminde daha yumuşak kimyasal bileşim üretilebileceği görülmektedir.
Bununla birlikte, ERNiCr-3 dolgu malzemesi ile yapılan sürekli akım gaz tungsten ark kaynağı işlemi her iki tarafta da düzenli sınırlar göstermektedir. Bükümlü dolgu malzeme ile yapılan kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağının AISI 316L tarafında kısmen erimiş bölge gözlemlenmiş ve Inconel 625 tarafında karışmamış bölgenin kaybolduğu gözlemlenmiştir. Kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağında kısmen erimiş bölge ve karışmamış bölge, bükümlü dolgu malzemesi kullanarak azaltılmaktadır.
Kaynak bölgesi mikroyapı analizinde AISI 316L tarafındaki tüm örneklerde çok yönlü tane büyümesi olduğu görülmüştür. Tane büyümesi, Inconel 625 tarafında AISI316L tarafına göre daha az olmaktadır ve kesintili akımlı gaz tungsten ark kaynağı işlemi uygulana durumda Inconel 625 tarafında neredeyse yok denecek kadar azalmaktadır.
Tüm örneklerde Ni-, Ti-, Nb-, Mo-, Mn- ve Cr-zengin ikincil çökelti oluşumlarının ortaya çıktığı gözlenmiştir. Bununla birlikte, bükümlü dolgulu sürekli akım gaz tungsten ark kaynağında, bir miktar çökelti meydana gelmiştir.
Sertlik ve çekme testi sonuçları kesintili akım gaz tungsten ark kaynağının mekanik özellikleri iyileştirdiğini göstermektedir. Bükülmüş dolgu maddeleri Inconel 625 ve AISI 316L malzemeleri için iki metalden oluşan kaynak için en iyi mekanik özellikleri göstermektedir.
Inconel 625 ve AISI 316L'nin birbirinden farklı metal kaynağı için en iyi işlem bükümlü dolgu malzemesi kullanılan (ERNiCr-3 ve TIG 316L) kesintili akım gaz tungsten ark kaynağı yöntemidir.
Çizelge 4.1’de kaynak uygulaması yapılan malzemeler, kaynak yöntemleri ve önemli sonuçlar vurgulanmıştır.
Çizelge 4.1. Kaynak Uygulaması Yapılan Malzemeler ve Kaynak Yöntemleri
Kaynatılacak Malzeme 1
Kaynatılacak Malzeme 2
Kaynak
Yöntemi Sonuçlar Yazar
Inconel 625 AISI 304 GTAW
Mo dolgu teli ve düşük ısı girişi ile kaynak yapıldığında sıcak çatlama eğilimi
tamamen önlenmiştir.
Mithilesh vd.
(2014)
Inconel 625 UNS S3205 EBW
Füzyon bölgesinde ince, hücresel dendritik yapının oluşumu kontrollü düşük ısı girişi ve proses sırasında geliştirilen yüksek soğutma oranından kaynaklanmaktadır.
Devendranath Ramkumar
vd. (2015)
Hastelloy-X Rene 80 LBW
Elektron ışın kaynağına alternatif olması açısından lazer kaynağı çalışması yapılmıştır.
Allakhverdiev vd. (2013)
Nikel Alaşımlı komponentler
Nikel Alaşımlı komponentler
GTAW EBW Lazer tozu
Biriktirme Sürtünme
Yüksek performanslı Gaz Türbinli Motorların uygun maliyetli üretimi, kaynak yöntemleri kullanılarak
süperalaşımları birbirine kaynatabilme yeteneğine bağlıdır.
Henderson vd. (2013)
Hastelloy-X Hayness 188 Nd YAG Lazer
Nd YAG kaynağında en etkili parametereler lazer gücü ve odak çapıdır.
Guédou vd.
(2014)
Hastelloy-X Hastelloy-X TIG
Düşük ve yüksek ısı girişi farklığını incelenmiştir. Yüksek ısı girişli kaynak uygulaması yüksek gerilim
konsantrasyonu oluşturmaya meyil göstermektedir.
Sihotang vd.
(2014)
Saf Molibden Hastelloy-X Difüzyon
Yüksek sıcaklıkta kısa süreli ısıtma da dahil olmak üzere iki aşamalı kaynak tekniği alaşımlar arasındaki gerçek metal temasını arttırmakta ve kaynak
dayanımında iyileştirmeye sebep olmaktadır.
Enjyo vd.
(1977)
Mar-M 247 Hastelloy-X LBW
Füzyon bölgesi çatlakları lazer ışınının Hastelloy-X malzeme tarafına 0.2-0.3 mm kaydırılarak kaynak yapılması ile elimine edilmiştir.
L. Zhang vd.
(1996)
C-276 Grade 321 GTAW
Polarizasyon sonuçlarına göre, kaynak metalinin ana malzemelere kıyasla daha fazla korozyon direnci göstermektedir.
Sharma vd.
(2017)
Inconel 625 AISI 316L GTAW
Kaynak için en iyi işlem bükümlü dolgu malzemesi kullanılan (ERNiCr-3 ve TIG 316L) kesintili akım gaz tungsten ark kaynağı yöntemidir.
Dokme vd.
(2018)
5. MATERYAL VE YÖNTEM
5.1. Malzeme
Bu çalışmada AMS standartlarına uygun 0,762 mm kalınlıktaki Inconel 625 ve Hastelloy-X alaşımı malzemeler kullanılmıştır. Inconel 625 alaşımı AMS5599 standardına ve Hastelloy-X alaşımı ise AMS 5536 standardına uygun olarak temin edilmiştir.
Şekil 5.1'de Inconel 625 ve Hastelloy X alaşımlarının deney öncesi mikroyapıları gösterilmektedir.
Şekil 5.1. Inconel 625 ve Hastelloy-X alaşımlarının Deney Öncesi Mikroyapıları
Uzun ve geniş olan inconel 625 ve Hastelloy-X tabakaları Şekil 5.2’de görüldüğü gibi kaynaklanacak numuneleri hazırlamak amacıyla haddeleme yönü boyunca kesilmiştir.
Şekil 5.2. Kaynaklanacak Numuneler
5.2. Kaynak Yöntemleri
Çalışmada farklı üç çeşit kaynak yöntemi kullanılarak numuneler hazırlanmıştır. Bu üç çeşit kaynak yöntemi EBW, TIG ve PAW yöntemleridir. EBW yöntemiyle kaynak yapmak için Şekil 5.3'de gösterilen SST EBOCAM otomatik kaynak tezgahı,
Şekil 5.3. SST EBOCAM Elektron Işın Kaynak Tezgahı
TIG (GTAW) yöntemiyle kaynak yapmak için Şekil 5.4'de gösterilen Jetline LWX otomatik kaynak tezgahı ve PAW yöntemiyle kaynak yapmak için Şekil 5.5'de gösterilen Fronius Plasma Module 10 Wels manuel kaynak makinesi kullanılmıştır.
Şekil 5.4. Jetline LWX Otomatik Kaynak Tezgahı
Şekil 5.5. Fronius Plasma Module 10 Wels Manuel Kaynak Makinesi
Kaynaklı numuneler TS EN ISO 15614-1 nolu standarda uygun olacak şekilde hazırlanmıştır (Şekil 5.6).
Şekil 5.6. Kaynaklı Numuneler
Her bir kaynaklı numuneden çekme testi için 3 adet çekme testi numunesi ve mikroyapı incelemesi için 1 adet mikroyapı numunesi çıkartılacak şekilde düzenlenmiştir.
Her numune kaynak öncesinde kaynak kirliliğini önlemek amacıyla aseton ile temizlenmiştir. PAW kaynağı numunesi manuel kaynak olarak yapıldığından uygun eşleşmenin sağlanması için kaynak öncesinde punta kaynağı yapılmıştır. EBW kaynak yönteminde sac eşleştirme aparatı (Şekil 5.7) kullanılarak, TIG kaynak yönteminde ise kaynak makinesine entegre olan eşleşme cihazı kullanılarak uygun eşleşme sağlanmıştır.
Kaynaklar numunelerin hadde yönlerine paralel olacak şekilde yapılmıştır.
Şekil 5.7. Sac Eşleştirme Aparatı
EBW, TIG ve PAW kaynak yöntemlerinin her biri için birer adet kaynaklı kupon hazırlanmıştır. Kaynaklı kuponlar hazırlanırken Şekil 5.3, Şekil 5.4 ve Şekil 5.5’deki tezgahlar ve kaynak makinesi kullanılmıştır ve kaynak yöntemine göre belirlenmiş sabit parametreler ile kaynaklar yapılmıştır.
Üç çesit kaynak için sabit sac kalınlıkları 0,76 mm olan Inconel 625 ile Hastelloy-X alaşımları kullanılmıştır. Dolgu malzemesi kullanılmamıştır. Sabit tutulan parametrelere ek olarak; EBW kaynağı yapılırken 0,04 amper ve 30000 volt DC akım, kaynak hızı otomatik olarak 40 mm/s uygulanmış ve kaynak vakum ortamı altında yapılmış, TIG kaynağı yapılırken 30 amper ve 8 volt DC akım, koruyucu gaz olarak Argon gazı ve kaynak hızı otomatik olarak 3,81 mm/s uygulanmış, PAW kaynağı yapılırken 40 amper ve 12 volt DC akım, koruyucu gaz olarak Argon gazı ve kaynak hızı manuel olarak 4,00 mm/s uygulanmıştır. EBW, TIG ve PAW kaynakları için uygulanılan proses parametreleri Çizelge 5.1'de özet olarak gösterilmektedir.
Çizelge 5.1. Numunelerde kullanılan Kaynak İşlem Parametreleri
Parametre EBW TIG (GTAW) PAW
Sac Kalınlığı (mm) 0,76 0,76 0,76
Malzeme Inco625 ile Hast-X Inco625 ile Hast-X Inco625 ile Hast-X
Kaynak Teli yok yok yok
Koruyucu Gaz
Vakum Ortamında kaynak yapıldığından
uygulanabilir Değil
Argon Argon
Gaz Akış Hızı (lt/dk) Uygulanabilir Değil 16,52 10
Plazma Gazı (lt/dk) Uygulanabilir değil Uygulanabilir değil 0,5 Alt Gaz (lt/dk)
Vakum Ortamında kaynak yapıldığından
uygulanabilir Değil
14,16 14,16
Akım DC DC DC
Amper (A) 0,04 30 40
Voltaj (V) 30000 8 12
Kaynak Hızı (mm/s) 40,00 3,81 4,00
Uygulama Otomatik Otomatik Manuel
Kaynak sonrası numunelerin her biri görsel olarak incelenmiş ve tam penetrasyon ve erime sağlandığı kontrol edilmiştir. Ayrıca kaynak bölgelerine nüfuz eden boya incelemesi yapılarak yüzeydeki kusurların olup olmadığı incelenmiştir. Bütün numuneler hatasız olarak incelemeleri geçmiştir. Numuneler üzerinden alınmış olan kaynak genişliği değerleri Çizelge 5.2’de gösterildiği gibidir.
Çizelge 5.2. Kaynak Genişliği Ölçümleri
Kaynak Metodu Kaynak
Genişliği (mm)
EBW 1
TIG 3,5
PAW 3
