ZIRH ÇELİĞİ MALZEMELERİNE ARK SAPLAMA KAYNAĞI

(1)

KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ BİLDİRİLER KİTABI

81

ZIRH ÇELİĞİ MALZEMELERİNE ARK SAPLAMA KAYNAĞI

Filiz PAŞAOĞLU

Makina Mühendisi, Nural Makine Sanayi A.Ş.

filiz.pasaoglu@nurolmakina.com.tr

ÖZET

Bu çalışma ile Zırh Çeliği Malzemelerine; konvansiyonel kaynak yöntemlerine kıyasla ekonomik ve teknolojik getirileri yüksek ölçekte olan Ark Saplama Kaynak Yöntemi ile Civata (Saplama), somun (Nut) gibi özel ve/ veya standart Bağlantı Elemanlarının kaynak edilebilirliği incelenmiştir. Kaynak sonrası parçalara EN ISO 14555: 2014 Metalik Malzemeler için. Ark Saplama Kaynak Yöntemi Standardı’na göre Tahribatlı ve Tahribatsız Testler uygulanarak, test sonuçları standartlar baz alınarak değerlendirilmiştir.

Anahtar kelimeler: Ark Saplama Kaynağı, İnce Taneli Yapı Çelikleri,

ABSTRACT

In this study, weldability of special and / or standard fittings such as screws and nuts using arc stud welding method, which is more economic and has technological advantages according to conventional welding methods, is investigated. Welded parts are tested using destructive and nondestructive methods with respect to EN ISO 14555 standards. Test results are evaluated considering standards.

Key Words: Arc Stud Welding, Fine Grain Structural Steel

.

(2)

82 1. GİRİŞ

Ark saplama kaynağı ile ila ve metal olmadan, civata ve somun gibi standart ve/veya özel bağlantı elemanlarının kaynakları yapılabilmektedir. Uygulamanın kolay ve pratik olmasının yanında, klasik kaynak yöntemlerinin aksine, kalifiye bir eleman gereksinimi olmadan, daha seri ve yüksek verimde yapılan bir kaynak yöntemi olması tercih sebeplerindendir. Gelişen teknoloji ile üretimin kaliteli, güvenli, düşük maliyetli ve aynı zamanda seri üretim yapma gereksinimiyle birlikte bu kaynak yöntemi daha da ön plana çıkmaktadır. Ark saplama kaynak yöntemi, bağlantı eleman kaynaklarında sunmuş olduğu avantajlardan dolayı birçok endüstri dalında konvansiyonel kaynak yöntemlerinin yerini almıştır.

1.1 Ark Saplama Kaynak Teknolojisinin üreticilere sunmuş olduğu avantajlar:

Ekonomik ve Kolay Uygulama:

o Üretim hızının yüksek olması (ark zamanı «ms» ile ölçülür),

o Otomasyona uygun olması (otomatik saplama besleme ünitesi eklenebilir), o Üniversal olarak (malzeme, pozisyon, vb) uygulanabilir olması

o Taşınabilir cihaz,

o Vasıflı eleman gereksinimi olmaması (eğitimi 5-10 dk sürüyor), o Kaynak dolgu teli kullanımı gerektirmemesi,

o Standart kaynak elemanı(cıvata ve somun) kullanımı, o Kaynak öncesi ve sonrası temizlik gereksinimi olmaması.

Yüksek Teknolojik Getiri:

o Düşük ısı girdisi,

o Malzemede mukavemet kaybı görülmemesi,

o Deformasyon (çekme-çarpılma) meydana gelmemesi, o Somun dişlerinde bozulma olmaması,

o Yüksek kalitede kaynak bağlantıları, o Kaynak kusuru riskinin çok düşük olması, o Konumlandırmada (diklik, pozisyon) kolaylık, o Cihaz ayarı ve kullanımının kolay olması,

o Farklı özelliklere sahip standart kaynak elemanları için uygun (tek düzenek ile) olması.

(3)

83

1.2. Ark Saplama Kaynağında Malzeme Kombinasyonları ve Kaynak Edilebilirlik:

Ark saplama kaynak yöntemi ile farklı kalitelerdeki malzemelere özel veya standart kaynak elemanları kaynak edilmektedir. Ancak ince taneli yapı çeliklerinden yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerine ark saplama kaynak yönteminin uygulanabilirliğine dair henüz bir çalışma yapılmadığından (tablo-1) deneysel çalışmalar ile ark saplama kaynağının zırh çeliği malzemelerine uygulanabilirliği incelenmiştir.

Tablo 1. Ark saplama kaynağı ile Malzeme Kombinasyonları ve Kaynak Edilebilirlik;

Ana Malzeme

Kaynak eleman malzemeler Alaşımsız

yapı çeliği, S235 JR vb.

çelikler

Diğer alaşımsız çelikler

DIN 17440 a göre paslanmaz çelikler

Alüninyum ve

Alüminyum alaşımları

Alaşımsız yapı çeliği, S235 JR v.b çelikler 1 2 3 0

Diğer alaşımsız çelikler 2 2 3 0

DIN 17440 a göre paslanmaz çelikler 3 3 1 0

Isısya dayanıklı çelikler 2 2 2 0

Alüninyum ve Alüminyum alaşımları 0 0 0 2

İnce taneli yapı çelikleri ? ? ? 0

Kaynağa uygunluk için rakamların açıklanması;

0 Mümkün değil 1 İyi(kuvvet taşıyabilir)

2 Uygun( kuvvet taşıması sınırlı)

3 Sınırlı uygunlukta(kuvvet taşımaya uygun değil)

? Henüz bir çalışma yapılmamıştır.

2. TEST İÇİN YAPILAN HAZIRLIKLAR

Ark saplama kaynak yönteminin ince taneli yapı çeliklerinden, zırh çeliği malzemelerine uygulanabilirlik testi için yapılan ön hazırlıklar:

2.1. Test Plakalarının Hazırlanması

Ark saplama kaynağı testi sırasında kullanılmak üzere; farklı pozisyonlarında (PA ve PC) kaynak yapılabilmesi ve kaynak sonrasında testlerin uygulanabilir olması için 150x300 mm ebatlarında,4 ile 14,5mm kalınlıklarında 4’er adet yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerinden test parçaları hazırlanmıştır. Bahsi geçen zırh çeliği malzemesine ait mekanik özellikler aşağıda Tablo-2de verilmiştir.

(4)

84

Tablo 2. Zırh çeliği malzemesine ait mekanik özellikler Karbon

Eşdeğeri (CEV)

Sertlik (HB) Darbe Dayanımı (Joule)

Akma Dayanımı(N/mm²

Çekme Dayanımı(N/mm²)

Uzama (%)

0,67-0,75 480-540 25(-40°C) 1250 1450-1750 8

Kaynak öncesi yüzey hazırlık gerekliliğinin tespiti için test parçalarının bir kısmına yüzey hazırlığı (taşlama, kumlama vb.) yapılırken bir kısmına yüzey hazırlığı yapılmamıştır. Yüzey hazırlığı yapılmayan test parçalarının yüzeyinde mevcut olan astar boyalı (korozyon direncini arttırıcı özellikli özel boya)test parçalarının kaynak edilebilirliği test edilmiştir.

Konvansiyonel kaynak yöntemlerinde de olduğu gibi, malzeme yüzeylerinin temiz ve yağsız olmasına ayrıca dikkat edilmiştir.

2.2. Uygun Cihaz ve Kaynak Elemanlarının Belirlenmesi

Zırh çeliği malzemelerine kaynak edilebilir kaynak elemanlarından DIN EN ISO 13918:2008 (Ark Saplama Kaynağı için Saplamalar ve Metalik Halkalar) standartına uygun1010 çelik ve 304 paslanmaz kalitelerde Ø=12 somun ile M8, M10 ve M12 civata tedarik edilmiştir. Bunun paralelinde; zırh çeliği malzemelerine saplama ark kaynağı yapabilecek özelliklerde cihaz araştırması yapılmıştır. Belirlenen cihazlarla kaynak edilen deneme parçalarına gözle muayene, penetrant ve eğme ile kırma testleri uygulanmıştır. Test sonuçları değerlendirildiğinde:800A, 3x400V, 50-60Hz-32At özelliklerine eşdeğer cihazların uygun olduğu tespit edilmiştir.

3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

3.1. Uygulama Öncesi Cihaz Ayar-Alıştırma İşlemleri ve Parametrelerin Belirlenmesi Ark saplama kaynağı öncesinde uygun parametrelerin(ön akım zamanı, gaz zamanı vb.) belirlenmesi için deneme kaynak çalışmaları yapılmıştır. Deneme test parçalarına ilgili testler uygulanarak çıkan test sonuçlarına göre uygun olan parametreler (ilgili parametreler tablo-3’de) belirlenmiştir. Uygun parametrelerin belirlenmesi için yapılan cihaz ayar- alıştırma esnasında kullanılan test parçaları ile kaynak yapılacak olan ana malzemenin eşdeğer özelliklerde(yüzey temizliği vb.) olmasına dikkat edilmiştir.

Tablo 3. Ark Saplama Kaynağı için uygun parametre aralıkları Ön Akım Zamanı

(MC Time)(ms)

Ana Akım Zamanı (PC Time)(ms)

Gaz Zamanı (GP Time)(ms)

Kaldırma (lifting)(mm)

90 40 400 4,5

(5)

85

3.2. Kaynaklı Parçalara Uygulanacak Test ve Muayenelerin Belirlenmesi

Ark saplama kaynak yöntemi ile kaynatılan test parçalarına EN ISO 14555: 2014standartına göre uygulanacak olan tahribatlı ve tahribatsız testler (bahsi geçen testler tablo-4’te verilmiştir) belirlenmiştir.

4. UYGULANAN TESTLER 4.1. Sıvı Penetrant Testi

Saplama kaynağı tahribatlı testler için numune çıkarılmadan önce tüm yüzeylere, daha sonra da kesitleri alınan numunelerin yüzeylerine penetrant testi uygulanmıştır.

4.2. Eğme İle Kırma Testi

Test parçalarına çekiç yardımı ile 60°ye kadar eğme testi uygulanmıştır. Eğme testi sonucunda kırılan test parçaları, kırılmanın gerçekleştiği eğme derecesine ve kırılma bölgelerine göre değerlendirilmiştir.

4.3. Makro testi

Numunelerden alınan kesitlerin yüzeyi asitle dağlanarak kaynaklar incelenmiştir.

4.4. Sertlik testi

304 paslanmaz somun ve 1010 kalite çelik somun ve çelik civata numunelerine HV10 yöntemi ile sertlik testi uygulanmıştır.

Resim 1. Makro kesit inceleme resimleri

(6)

86

Tablo4. Test Parçalarına uygulanan testler ve sonuçları:

Numuneler

Tahribatsız Testler Tahribatlı Testler Gözle Muayene Sıvı Penetrant

Testi

Eğme ile Kırma Testi

Makro ve Sertlik İnceleme

M8 1010 Civata 1 1 3 5

M8 304 Civata 1 1 2 4

M10 1010 Civata 1 1 3 5

Ø12 mm 304 Somun 1 1 2 4

Ø12 mm 1010 Somun 1 1 3 5

Rakam kodlarının açıklanması;

1 Kaynak başarılı

2 Eğme testinde kırılma oluyor 3 Eğme testinde kırılma olmuyor.

4 Sertlik değerleri standartların üzerinde 5 Sertlik değerleri standartların altında

5. TEST SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ

Ark saplama kaynak yöntemi ile kaynak edilen test parçalarına uygulanan tahribatlı ve tahribatsız test raporları değerlendirildiğinde: Gözle muayene sonuçlarına göre; yüzey temizliği yapılmış malzemelere de astar boyalı malzemelere de kaynak yapılabilmektedir.

Ancak, tahribatlı test sonuçlarına göre, farklı malzemelerdeki test parçalarının farklı davranışlar gösterdiği saptanmıştır. 1010kalitecivata kaynak edilen test parçaları tahribatlı testlerden geçmesine rağmen 304 paslanmaz kalite civata kaynak edilen test parçaları, eğme ile kırma testinde kaynak bölgesinden kopmuştur. Paslanmaz civataların davranış farklılığını araştırmak üzere 304 paslanmaz civata kaynaklı test parçasından makro ve sertlik değerlerinin incelenmesi için numuneler çıkartılmıştır. Makro ve sertlik incelemelere göre;

paslanmaz cıvataların “ısıdan etkilenmiş bölgesine (HAZ)” ait sertlik değerlerinin standart değerlerin üzerinde olduğu tespit edilmiştir.

6. ARK SAPLAMA KAYNAK YÖNTEMİNİN ONAYLANMASI

EN ISO 14555 Metal Malzemeler için Ark Saplama Kaynak Yöntemi Standartı’na göre kaynak edilen test parçasına, uygulanan testlerin sonuçları değerlendirilerek kaynak yöntemi onaylanmıştır. Yöntemin onaylanması için yapılan çalışmalar tablo-5’te belirtilmiştir.

(7)

87

Tablo 5. Yöntem onayı için yapılan çalışmaların adımları Test plaka ebatlarının tespit

çalışması

Tahribatlı testlerin yapılabilirliği için 150x300

ebatlarındaki 14,5mm kalınlığındaki zırh çeliğinden test plakası uygun görülmüştür.

Kaynak eleman(cıvata, somun) tespit çalışması

Yapılan çalışmalar ile kaynaklanabilirliği uygun olan ve kullanımının da yaygın olması sebebiyle kaynak elemanı olarak 1010 çelik civataların kullanılmasına karar verilmiştir.

Test kaynak çalışması ile cihaz ayar -alıştırma işlemleri ve kaynak parametrelerinin belirlenmesi

Farklı parametrelerle yapılan deneme kaynak parçaları;

gözle muayene ve kırma testi sonuçlarına göre 1010 kalite ark saplama kaynağı için uygun olan

parametreler tespit edilmiştir. Uygun parametre ayar çalışmalarındaki koşulların, yöntem onayı için yapılacak olan kaynak koşulları ile eşdeğerde olmasına ayrıca dikkat edilmiştir.

Kaynak işleminin uygulaması

Deneme kaynak çalışmaları sonucunda belirlenen parametreler ile test plakasına; 2adet kırma testi, 2adet makro ve sertlik, 2adet çekme testi için olmak üzere toplamda 6adet 1010 kalite civata kaynatılmıştır.

Tahribatsız testlerin uygulanması

Gözle muayene konrolünden geçen test parçası üzerindeki civatalara penetrant testi uygulanmışır.

Tahribatlı testlerin uygulanması

Civata kaynaklı test parçasından, makro ve sertlik incelemesi ve çekme testi uygulanması için numuneler alınarak testler yapılmıştır.

Yöntem testinin onaylanması

Test sonuçları değerlendirildiğinde; çekme testinde kopmanın kaynak bölgesinden olmaması ve numunelere ait makro ve sertlik incelemede değerlerin standart değerlerin altında olması sonucu kaynak yöntemi onaylanmıştır.

7. MALİYET ANALİZ ÇALIŞMALARI

Yüksek mukavemetli zırh çeliği malzemelerine, 100 adet civatanın konvansiyonel kaynak yöntemi ile kaynak edilen parçaların kaynak maliyeti, ark saplama kaynak yöntemi ile kaynak edilen parçaların kaynak maliyeti ile kıyaslandığında; ark saplama kaynak yönteminin konvansiyonel kaynak yöntemine göre çok daha ucuz olduğu tespit edilmiştir.

Her iki yönteme ait maliyet kalemleri Tablo-6 da verilmiştir.

(8)

88

Tablo 6. Konvansiyonel kaynak yöntemi ile ark saplama kaynak yöntemi maliyet analiz çalışması Maliyet Kalemleri Ark Saplama Kaynak

Maliyeti (€)

Konvansiyonel Kaynak Yönt. Maliyeti (€) Kaynak ilave teli ve gaz

kullanımı - 10

Kaynak elemanlarının

üretimi 8 40

Kaynak maliyeti 20 60

Kaynak sonrası temizlik - 20

Kaynaktan etkilenen parça

bakım - 10

Kalite kontrol - 10

Toplam Maliyet: 28 150

8. SONUÇ

Ark saplama kaynak yöntemi zırh çeliği malzemelerine de kaynak edilebilirliği deney ve test çalışmalarıyla onaylanmıştır. Bu çalışma zırhlı araç üreticilerine, ark saplama kaynak yöntemi ile bağlantı elemanlarının kaynak edilmesi, üretimin daha kaliteli ve seri olmasının yanında düşük maliyetlerle yapılmasına imkan tanıyacaktır.

9. KAYNAKÇA

1. EN ISO 14555:2014 Metalik Malzemelerin Ark Saplama Kaynağı,

2. DIN EN ISO 13918:2008 Ark Saplama Kaynağı için Saplamalar ve Metalik Halkalar, 3. Nurol Makina ve Sanayi A.Ş bünyesinde yapılan çalışmalar.

4. SSAB, http://www.ssab.com