Noksel Çelik Boru San. A.Ş., Hendek-Sakarya

(1)

(2)

1

TOZALTI KAYNAK Y NTEM LE SP RAL D K L BORU RET M NDE KAYNAK METAL N N SO UMA HIZI LE KIRILMA

TOKLU U ARASINDAK L K

Kah a a R N^*, e Y d R N^**, E d KALU ^***

* Noksel Çelik Boru San. A. ., Hendek-Sakarya 54300 E-mail: ksirin@noksel.com.tr

** As m Kocab y k MYO, Kocaeli Universitesi, Hereke-Kocaeli 41800 E-mail: sysirin@yahoo.com

*** M hendislik Fak ltesi, Makina M h. B l m , Kocaeli Universitesi, zmit-Kocaeli 41040 E-mail: ekalu @kou.com.tr

ZET

Bu al mada, tozalt kaynak y ntemi ile spiral diki li boru retiminde kaynak metalinin so uma h z n n ve d kaynak diki i ITAB b lgesinin kaynak diki ininin entik darbe mukavemeti zerindeki etkisi incelenmi tir. Deneysel al malarda, d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile kaynak ncesi metal s cakl ve dolay s yla d kayna n so uma s resi kontrol edilmi tir. D kayna n so uma s resinin azalmas yani h zl so uma ile birlikte kaynak diki inin tokluk zeliklerin de belirli bir oranda iyile me oldu u yap lan deneysel al ma sonu lar ile saptanm t r. Ayn zamanda, d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile, d kaynak sonras i kaynak b lgesinde s l evrim alt nda kalan b lgeninde s n rland r labilece i ve b ylelikle tokluk zelliklerinin iyile tirilebilece i g r lm t r.

Anahtar kelime: Kaynak metali so uma h z , tokluk, spiral boru

THE RELATIONSHIP BETWEEN WELD METAL COOLING RATE AND FRACTURE TOUGHNESS BEHAVIOUR

IN SUBMERGED ARC WELDED SPIRAL PIPE PRODUCTION ABSTRACT

In this study, the effect of weld metal cooling rate and heat affected zone (HAZ) on the toughness behaviour in submerged arc welded spiral pipes, are investigated by making some industrial experiments. Firstly, t is founded that outer weld metal cooling rate can be controlled by changing the location of the outer weld seam point. All the experimental results show that the fast cooling rate results in improvement on toughness behaviour of the weld seam. Additionally, it is possible to limit the heat affected zone by changing the location of the outer weld point.

Keywords: weld metal cooling rate, toughness behaviour, spiral pipe

(3)

2

1. DENEYSEL ALI MA VE SONU LARIN RDELENMES

Bu al mada, HIC e (Hydrogen Induced Cracking) kar dayan m y ksek olan ve %0,04 C,

%1,1 Mn i eren Nb ve V ile mikro ala mlama yap lm ince taneli y ksek mukavemetli bir X-65 eli i kullan lm t r. Malzemenin -20 ^oC de ki tokluk de eri 270 J d r. ve d kayna n so uma s resi Rosenthal ve Rykalin e g re hesaplanm t r.

Bilindi i gibi, so uma h z na etki eden ba l ca fakt rler ana metalin ba lang s cakl , uygulanan enerji girdisi ve malzeme kal nl d r. Bu fakt rlerden ana metalin ba lang s cakl n n etkisini g rebilmek i in 1067x11,91 mm ebatl boruda bir dizi deneme yap lm t r. ncelikle, i ve d kayna n so uma h z ayn olacak ekilde elektriksel parametreler ve kaynak h z de i tirilmi tir. Deneysel al man n birinci b l m nde, kaynak parametreleri ncelikle kaynak h z 2,00 m/dk olacak ekilde ayarlanm t r (Deney 1). Daha sonra, kaynak h z 1.50 m/dk ya (Deney 2) ve son olarak da 1,20 m/dk ya d r lm t r (Deney 3). Her denemeye ait olan kaynak parametreleri ve bu ko ullar alt nda elde edilen kaynak diki g r nt leri s ras yla Tablo 1, 2 ve 3 de, sertlik l m sonu lar ise ekil 1 de verilmi tir. -20 ^oC de ki entik darbe test sonu lar , her deneyi de kapsayacak ekilde Tablo 4 de verilmi tir.

Tablo 1. Deney 1 e ait kaynak parametreleri.

A dde (A)

Ark gerilimi

(V)

Tel a (mm)

Tel I girdisi (J/mm)

t8/5

(sn)

Kaynak h (m/dk)

kaynak

DC 800 28 3,2 S3Mo

1680 22

2,00

AC 725 28 3,2 S3Mo

AC 475 28 3,2 S2Mo

D kaynak

DC 800 29 3,2 S3Mo

1281 214

AC 650 30 3,2 S3Mo

Tablo 2. Deney 2 ye ait kaynak parametreleri.

A dde (A)

(V)

Tel a (mm)

t8/5

(sn)

kaynak

DC 800 28 3,2 S3Mo

1679 22

1,50

AC 675 29 3,2 S3Mo

D kaynak

DC 700 28 3,2 S3Mo

1288 217

AC 450 28 3,2 S3Mo

A dde (A)

(V)

Tel a (mm)

t8/5

(sn)

kaynak

DC 725 28 3,2 S3Mo

1668 21

1,20

AC 450 29 3,2 S3Mo

D

kaynak DC 875 29 3,2 S3Mo 1269 210

(4)

3

.

¹⁸⁷

.

¹⁹⁸

.

¹⁹³

e 1. Deney 1, 2 ve 3 e ait sertlik da l m (Hv).

Tablo 4. Kaynak diki inin -20 ^oC de ki entik darbe mukavemeti (J).

a a no

Deney sonucu (J)

Deney 1 Deney 2 Deney 3

1 49 54 66

2 66 66 38

3 69 70 68

4 67 41 50

5 68 38 68

6 39 67 83

7 88 69 57

8 39 34 61

9 65 53 37

10 56 58 49

11 57 49 59

12 51 42 57

13 38 71 38

14 49 97 42

15 52 57 57

G r ld gibi, elektriksel parametreler farkl olmas na ra men, 1,20 m/dk, 1,50 m/dk ve 2.00 m/dk kaynak h zlar nda elde edilen kaynak diki inin -20 ^oC deki entik darbe dayan mlar s ras yla 55 J, 58 J ve 57 J gibi birbirlerine ok yak n de erlere sahiptir (Tablo 4).

Bunun sebebi ise, uygulanan enerji girdisinin ayn olmas d r. Ancak, enerji girdisi tek ba na belirleyici bir etken olmay p, ayn enerji girdisinde fakat farkl metal ba lang s cakl klar nda daha farkl entik darbe dayan m sonu lar elde edilebilir. Bu ama la yap lan al mada, Deney 1 de ki t m elektriksel kaynak parametreleri sabit tutulurken, yap lan i kaynak sonras kaynak makinas yakla k 30 dakika s reyle durdurularak, d kaynak ncesi malzeme s cakl n n 10 ^oC ye kadar d mesi sa lanm t r (Deney 4). B ylelikle, d kayna n so uma s resi azalt lm t r (Tablo 5). Bu ekilde elde edilen kaynak diki inin sertlik l m sonu lar

ekil 2 de, -20 ^oC de ki entik darbe test sonu lar ise Tablo 6 da verilmi tir.

A dde (A)

(V)

Tel a (mm)

t8/5

(sn)

kaynak

DC 800 28 3,2 S3Mo

1680 22

2,00

AC 725 28 3,2 S3Mo

AC 475 28 3,2 S2Mo

D kaynak

DC 800 29 3,2 S3Mo

1281 14

AC 650 30 3,2 S2Mo

(5)

4

.

¹⁸³

.

²⁰²

.

²³²

e 2. Deney 4 e ait sertlik da l m (Hv).

Tablo 6. Kaynak diki inin -20 ^oC de ki entik darbe sonu lar (Deney 4).

Deney a a no

Deney sonucu (J)

1 86 6 76 11 75 16 63

2 75 7 83 12 99 17 60

3 87 8 57 13 75 18 47

4 66 9 91 14 61

5 49 10 53 15 67

D kayna n so uma s resinin azalmas yla; di er bir deyi le, daha h zl bir so uman n ger ekle mesi ile birlikte, kaynak diki inin -20 ^oC de ki entik darbe dayan m 57 J den 71 J e y kselmi ( ekil 3), buna kar n d kayna n ITAB b lgesinin sertli i 193 Hv den 232 Hv ye km t r ( ekil 1 ve 2). Ayr ca, daha so uk b lgede kaynak yap ld i in, d kayna n kesit alan azalm t r.

38 34 37 47

57 58

55 71

88 97 83

99

deney 1 deney 2 deney 3 deney 4

e 3. Çentik darbe deney sonu lar n n min., maks. ve ortalama de erlerinin g sterimi.

Buradan da g r ld gibi, metalin ba lang s cakl , kaynak diki inin tokluk zeliklerine etki eden nemli bir etken olarak kar m za kmaktad r. Spiral diki li boru retiminde bu fakt r , d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile kontrol etmek olanakl d r. Bilindi i gibi, tozalt kayna ile spiral diki li boru retiminde kaynak i ve d kaynak olmak zere iki a amal olarak yap lmaktad r. D z olarak ilerleyen banda a l olarak verilen form verme i leminden hemen sonra, di er bir deyi le bant kenarlar n n birle iminden sonra, i kaynak yap lmaktad r ( ekil 4). Daha sonra, borunun yakla k 1/2 hatve d nerek ilerlemesi sonucunda i kaynak noktas n n ekil 4 de g sterilen 1 konumuna geldi i anda ise d kaynak i lemi ger ekle tirilmektedir. Bu pozisyonda, temas y zeyli termometre ile yap lan s cakl k l mlerinde, kaynak ncesi malzeme s cakl n n 350-360 ^oC aras nda oldu u saptanm t r.

D kaynak noktas n n yeri 1 poziyonundan 2 pozisyonuna kayd r larak i kaynak ile d kaynak noktas aras ndaki mesafe 11/2 hatveye kart ld nda ise mesafenin uzamas nedeni ile d kaynak ncesi malzeme s cakl n n 150 ^oC ye d t g r lm t r.

(6)

5

D kaynak ncesi metal s cakl n n kaynak diki inin tokluk zelikleri zerindeki etkisini g rmek i in yap lan deneysel al malarda, 1067x11,91 mm ebatl boruda elektriksel kaynak parametreleri sabit tutulurken d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile d kayna n so uma s resi azalt lm t r. D kaynak noktas nce 1 pozisyonunda (Deney 5) ve daha sonra 2 pozisyonunda iken kaynak i lemi yap lm t r (Deney 6) . Her iki duruma ait olan ilgili kaynak parametreleri Tablo 7 de, kaynak diki g r nt leri ise ekil 5 de verilmi tir.

i ka nak noktas

1 2

e 4. Spiral diki li boru kayna nda i ve d kaynak noktalar n n yeri.

Tablo 7. Deney 5 ve 6 ya ait kaynak parametreleri.

A dde (A)

(V)

Te a

(mm) Te I g d

(J/mm)

Ka a h (m/dk)

kaynak

DC 850 28 4,0 S3Mo

1736

2,00

AC 700 29 3,2 S3Mo

AC 475 29 3,2 S3Mo

D kaynak

DC 850 29 4,0 S3Mo

1175

AC 500 29 3,2 S3Mo

Deney 5 Deney 6

e 5. Kaynak diki inin g r nt s (Deney 5 ve 6).

.

¹⁸²

.

²⁰³

.

¹⁹⁰

Deney 5

.

¹⁸⁵

.

²⁰⁹

.

¹⁸⁷

Deney 6

e 6. Deney 5 ve Deney 6 ya ait sertlik da l m (Hv).

(7)

6

D kayna n so uma s resi deney 5 de 209 sn ve deney 6 da 29 sn olarak hesaplanm t r.

kayna n so uma s resi ise her iki durumda da 22 sn dir. D kaynak so uma s resinin 209 sn oldu u deney 5 e ait entik darbe toklu u 62 J iken, so uma s resinin 29 sn ye d t deney 27 de 73 J e y kselmi tir (Tablo 8 ve 9). Buradan da g r ld gibi, so uma s resinin azalmas yani h zl so uma ile birlikte kaynak diki inin tokluk zeliklerin de iyile me olmaktad r. H zl so uma ile birlikte, zellikle kaynak metalinde bir sertlik art oldu u g r lmektedir ( ekil 6). Tozalt kaynak y ntemi ile spiral diki li boru retiminde, d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile kaynak ncesi metal s cakl n yani d kayna n so uma s resini kontrol etme olana vard r.

a a No

Deney sonucu (J)

a a no

1 114 11 84 21 50 31 69

2 49 12 55 22 97 32 38

3 61 13 49 23 57 33 82

4 48 14 84 24 50 34 72

5 58 15 58 25 44 35 33

6 76 16 76 26 49 36 49

7 48 17 43 27 67 37 55

8 63 18 46 28 42 38 85

9 72 19 37 29 52 39 73

10 74 20 103 30 69 40 48

a a no

1 83 11 93 21 94 31 80

2 57 12 83 22 51 32 50

3 61 13 69 23 77 33 67

4 88 14 120 24 71 34 99

5 61 15 89 25 59 35 75

6 65 16 73 26 79 36 62

7 100 17 75 27 63 37 63

8 77 18 46 28 71 38 54

9 59 19 58 29 95 39 89

10 69 20 81 30 61 40 62

Çal man n ikinci b l m nde, 1067x15,88 mm ebatl boruda d kaynak diki i IEB b lgesinin kaynak diki ininin entik darbe mukavemeti zerindeki etkisi incelenmi tir. Bu al mada da HIC e kar dayan m y ksek olan ince taneli y ksek mukavemetli X-65 eli i kullan lm t r.

Kullan lan elektriksel parametreler Tablo 10 da, kullan lan malzemenin ve elde edilen kaynak diki inin kimyasal bile imi Tablo 4.11 de verilmi tir. Deneysel al man n ilk a amas nda;

ncelikle, sadece i kaynak b lgesini (Deney 7) ve daha sonra sadece d kaynak b lgesini (Deney 8) i erecek ekilde entik darbe test nununeleri haz rlanm t r ( ekil 7). Numune y ksekli i 7,5 mm olarak al nm t r. -20 ^oC de ki entik darbe test sonu lar Tablo 12 de verilmi tir. Son a amada ise, hem i hem de d kaynak b lgesini i erecek ekilde, sadece kaynak orta b lgesinden entik darbe deney numuneleri haz rlanm t r (Deney 9).

(8)

7

Tablo 10. 1067x15,88 mm ebatl boruya ait kaynak parametreleri.

A dde (A)

(V)

Tel a (mm)

I girdisi (J/mm)

t8/5

(sn)

kaynak

DC 850 29 4,0

2569 28

1,40

AC 700 29 3,2

AC 500 30 3,2

D kaynak

DC 800 29 3,2

1894 306

AC 700 30 3,2

Tablo 11. Malzeme ve kaynak diki inin kimyasal bile imi (1067x15,88 mm).

C Si Mn P S Cu-Ni

Cr-Al Mo N Nb Ti V

Mal. 0,034 0,22 1,34 0,008 0,001 0,352 0,051 0,004 0,055 0,0020 0,056 0,047 0,27 1,38 0,007 0,002 0,273 0,234 0,006 0,034 0,0237 0,038 D 0,048 0,27 1,40 0,008 0,002 0,270 0,242 0,011 0,033 0,0245 0,038

. Deney 7

Deney 8

Deney 9

e 7. Çentik darbe deney par alar n n haz rlan (1067x15,88 mm).

Tablo 12. , d ve kaynak orta b lgesinin -20 ^oC de ki entik darbe mukavemeti sonu lar .

a a no

Deney sonucu (J)

Deney 7 Deney 8 Deney 9

1 91 101 80

2 90 100 76

3 101 104 62

4 106 92 94

5 114 82 71

6 111 123 95

7 102 111 103

8 101 90 94

9 109 136 78

10 90 94 66

11 124 101 86

12 91 72 79

g d % 50

(9)

8

Tablo 12 den, i ve d kayna n entik darbe deney sonu lar n n birbirine son derece yak n oldu u g r lmektedir. Elde edilen ortalama de erler s ras yla, 103 J ve 101 J dur. Kaynak orta b lgesinin entik darbe deney sonucu ise ortalama 82 J dur. Kaynak orta b lgesinin entik darbe mukavemeti, i ve d kaynak ile kar la t r ld nda yakla k olarak %20 oran nda bir azalma oldu u g r lmektedir (Tablo 12).

2. SONU LAR

Tozalt kaynak y ntemi ile spiral diki li boru retiminde kaynak metalinin so uma h z n n ve d kaynak diki i ITAB b lgesinin kaynak diki ininin entik darbe mukavemeti zerindeki etkisi incelendi i bu al mada elde edilen sonu lar a a da verilmi tir;

1. Tozalt kaynak y ntemi ile spiral diki li boru retiminde, kayna n n ilk a amas boruya spiral form verilen b lgede yap lan i kaynakt r. D kaynak ise i kaynaktan ayr olarak daha ileri bir a amada yap l r. D kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile kaynak ncesi metal s cakl ve dolay s yla d kayna n so uma s resi kontrol edilebilme olana n n var oldu u g r lm t r.

2. D kayna n so uma s resinin azalmas yani h zl so uma ile birlikte kaynak diki inin tokluk zeliklerin de belirli bir oranda iyile me oldu u yap lan deneysel al ma sonu lar ile saptanm t r. Ayn zamanda, d kaynak noktas n n yerinin de i tirilmesi ile, d kaynak sonras i kaynak b lgesinde s l evrim alt nda kalan b lgeninde s n rland r labilece i ve b ylelikle tokluk zelliklerinin iyile tirilebilece i g r lm t r.

Bunun olas nedeni ise, d kaynak sonras , i kaynak diki inin s l evrim alt nda kalan belirli bir b lgesinde olduk a iri taneli bir b lge olu mas d r. Yap zelikleri nedeni ile kaynak diki inin en zay f yeri olan bu b lgenin tokluk a s ndan yarataca olumsuz etkileri en aza indirgemek i in, d kaynak sonras s l evrim alt nda kalan bu b lgenin s n rland r lmas gerekir. Bunun sa lanmas i in iki farkl z m vard r, bunlar; d kaynak ncesi, i kaynak b lgesinin s cakl olabildi ince d k tutulmas d r. Bunun i in de, d kaynak noktas n n yeri de i tirilebilir. kinci z m ise, d kaynak i leminin olabildi ince d k s girdisi ile yap lmas d r.