BAKIR VE PASLANMAZ ÇELĠĞĠN TIG KAYNAĞI ĠLE KAYNAKLANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ. Hasan ACAR YÜKSEK LĠSANS TEZĠ MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI

BAKIR VE PASLANMAZ ÇELĠĞĠN TIG KAYNAĞI ĠLE KAYNAKLANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ

Hasan ACAR

YÜKSEK LĠSANS TEZĠ

MAKĠNE MÜHENDĠSLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI

GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

HAZĠRAN 2014

Hasan ACAR tarafından hazırlanan “Bakır Ve Paslanmaz Çeliğin TIG Kaynağı Ġle Kaynaklanabilirliğinin Ġncelenmesi” adlı tez çalıĢması aĢağıdaki jüri tarafından OY BĠRLĠĞĠ ile Gazi Üniversitesi Makine Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LĠSANS TEZĠ olarak kabul edilmiĢtir.

DanıĢman: Doç. Dr. Yusuf USTA Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ..………

Ġkinci DanıĢman: Doç. Dr. Hakan ATEġ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ...………

BaĢkan :Prof. Dr. Adem KURT

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ...………

Üye :Prof. Dr. Ömer KELEġ

Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ...………

Üye :Yrd. Doç. Dr. Nihat GEMALMAYAN Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, G.Ü.

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum ...………

TezSavunmaTarihi: 27/06/2014

Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli Ģartları yerine getirdiğini onaylıyorum.

……….…….

Prof. Dr. ġeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

ETĠK BEYAN

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalıĢmasında;

 Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,

 Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,

 Tez çalıĢmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,

 Kullanılan verilerde herhangi bir değiĢiklik yapmadığımı,

 Bu tezde sunduğum çalıĢmanın özgün olduğunu,

bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.

Hasan ACAR 27/06/2014

BAKIR VE PASLANMAZ ÇELĠĞĠN TIG KAYNAĞI ĠLE KAYNAKLANABĠLĠRLĠĞĠNĠN ĠNCELENMESĠ

(Yüksek Lisans Tezi) Hasan ACAR GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Haziran 2014

ÖZET

Bu çalıĢmada, AISI304L ile AISI316L paslanmaz çelik ve saf bakırın TIG kaynağı yöntemi ile kaynaklanabilirliği incelenmiĢtir. BirleĢtirme sırasında kaynak hızı, akım Ģiddeti ve gaz debisi Ģeklinde üç parametre belirlenmiĢ ve bunların sertliğe, içyapıya, çekme mukavemetine çentik darbe dayanımına ve eğmeye etkileri incelenmiĢtir. Ġçyapısı incelemesinde, birleĢim yerinde bakırın paslanmaz çeliklere göre ergime oranının daha yüksek olduğu görülmüĢtür. Sertlik testleri sonucunda ısı tesiri altında kalan bölgenin paslanmaz çelik ana malzemeden daha sert olduğu gözlenmiĢtir. AISI304L ile yapılan kaynaklara uygulanan çekme testinde kopmanın kaynaklı bölgeden olduğu, AISI316L malzemesi ile yapılan kaynaklarda ise kopmanın kaynaklı bölge dıĢında oluĢtuğu gözlenmiĢtir. Eğme testleri de çekme testine benzer sonuçlar vermiĢ; AISI304L ile yapılan kaynaklarda ≈150°’lik açıdaki eğmeye ulaĢıldığında kaynaktan kopmalar görülmüĢtür.

AISI316L malzemesi yapılan kaynakta ise eğmeler baĢarılı gerçekleĢmiĢtir. Çentik darbe testlerinde, bakır ile AISI304L malzemesinin çentik darbe kırılma enerjileri düĢük, AISI316L ile yapılan kaynakta ise yüksek ölçülmüĢtür.

Bilim Kodu : 914.1.094

Anahtar Kelimeler : TIG kaynak yöntemi, Bakır, Östenitik paslanmaz çelik, mekanik özellikler.

Sayfa Adedi : 65

DanıĢman : Doç. Dr. Yusuf USTA Ġkinci DanıĢman : Doç. Dr. Hakan ATEġ

INVESTIGATIONS OF WELDABILITY OF COPPER AND STAINLESSSTEELUSING TIG WELDING

(M. Sc. Thesis) Hasan ACAR GAZĠ UNIVERSITY

GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES June 2014

ABSTRACT

In this study, weldability stainless steel with pure copper has been investigated. A copper plate and two different stainless steels (AISI304L and AISI316L) have been selected and welded by TIG process. Parameters of TIG welding such as welding speed, gas flow rate and welding current have been used. Destructive tests such as macro and micro structure, hardness, impact, tensile and bending tests have been conducted on welded samples. In general, welding of AISI304L and copper couple showed poor mechanical properties.

Macro structures analyze show that copper plate melted rather than those stainless steels.

Larger grains have been observed on heat affected zone (HAZ) thus higher hardness values have been recorded on that area. Both tensile and bending tests showed that AISI304L and copper plates have poor properties on which the failures have been observed on welded area. According to the impact tests, the couple of AISI316L and copper plates have higher impact resistance than the welding with AISI304L and the copper.

Science Code : 914.1.094

Key Words : TIG welding, Copper, Austenitic stainless steels, mechanical properties.

Page Number : 65

Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Yusuf USTA Co-Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Hakan ATEġ

TEġEKKÜR

ÇalıĢmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam ve tez danıĢmanlarım Doç. Dr. Yusuf USTA’ya ve Doç. Dr. Hakan ATEġ’e yine kıymetli tecrübelerinden faydalandığım hocam Prof. Dr. Adem KURT’a, Prof. Dr. Ömer KELEġ’e ve Yrd. Doç. Dr. Nihat GEMALMAYAN’a, ayrıca Norm Mühendislik A.ġ. Sahiplerine, Atölye ġefi Mak. Müh. Kenan ÇELĠK’e, Teknisyen Mehmet ÇAY’a ve diğer çalıĢanlarına, Kiremithane End. Mes. Lisesi Makine Teknoloji Alanı Teknisyeni Erdal YILMAZ’a, laboratuarda görevli tüm çalıĢma arkadaĢlarıma, manevi destekleriyle beni hiçbir zaman yalnız bırakmayan aileme, eĢime, çalıĢma arkadaĢlarıma ve zamanlarından çaldığım çocuklarıma saygı ve teĢekkürlerimi sunarım.

ĠÇĠNDEKĠLER

Sayfa

ÖZET ... iv

ABSTRACT ... v

TEġEKKÜR ... vi

ÇĠZELGELERĠNLĠSTESĠ ... ix

ġEKĠLLERĠNLĠSTESĠ ... x

RESĠMLERĠNLĠSTESĠ ... xii

SĠMGELER VE KISALTMALAR... xiii

1. GĠRĠġ

2. LĠTERATÜR ARAġTIRMASI

3.TIG KAYNAĞI

3.1. TIG Kaynağının Genel Anlatımı ... 9

3.2. Koruyucu Gaz ... 12

3.3. Kaynak Akımı ... 13

3.4. Ek Kaynak Ark Teli ... 16

3.5. TIG Kaynak Yönteminin Avantajları ve Dezavantajları ve Kullanım Alanları . 16

4. BAKIR

4.1. Bakırın Genel Anlatımı ... 19

4.2. Bakırın Kaynak Kabiliyeti ... 20

5. PASLANMAZ ÇELĠK

5.1. Paslanmaz Çeliğin Genel Anlatımı ... 21

5.2. Östenit OluĢturan Elementler……….. 22

5.3. Paslanmaz Çeliğin Kaynak Kabiliyeti ... 23

6. DENEYSEL ÇALIġMA

6.1. Malzeme ... 25

6.2. Metod ... 25

6.2.1. Kaynak parametreleri ... 26

6.2.2. Makroyapı ve mikroyapı hazırlıkları ... 30

6.2.3. Sertlik testi ... 30

6.2.4. Çekme deneyi ... 31

6.2.5. Eğme deneyi ... 33

6.2.6. Çentik darbe deneyi ... 34

7. DENEY SONUÇLARI VE TARTIġMA

7.1. Makro Yapı Görüntüleri ... 37

7.1.1. Gaz debisinin makro yapıya etkisi……….... 37

7.1.2. Isı girdisinin makro yapıya etkisi……….. 38

7.2. Mikro Yapı Ġncelemeleri ... 40

7.1.1. Gaz debisinin mikro yapıya etkisi……….... 40

7.1.1. Isı girdisinin mikro yapıya etkisi………... 42

7.3. Sertlik Sonuçları ... 47

7.4. Çekme Testi Sonuçları ... 52

7.5. Eğme Deneyi Sonuçları ... 54

7.6. Çentik Darbe Deneyi Sonuçları ... 56

8.

SONUÇ

KAYNAKLAR

ÖZGEÇMĠġ

ÇĠZELGELERĠN LĠSTESĠ

Çizelge Sayfa

Çizelge 4.1. Bakırın fiziksel özellikleri ... 19

Çizelge 5.1. Östenitik paslanmaz çeliklere ait fiziksel özellikleri ... 21

Çizelge 5.2. Östenitik paslanmaz çeliklerden 304L ile 316L’nin kimyasal analiz değerleri ... 22

Çizelge 6.1. AISI 304L ile AISI 316L’nin kimyasal mekanik özellikleri ... 25

Çizelge 6.2. CuNi30 kaynak dolgu malzemesinin kimyasal analiz değerleri... 25

Çizelge 6.3. AISI 304L – bakır çifti kaynak parametreleri ... 26

Çizelge 6.4. AISI 316L – bakır çifti kaynak parametreleri ... 27

Çizelge 6.5. Paslanmaz çelik yüzeyler için kimyasal çözelti... 30

Çizelge 6.6. Bakır yüzeyler için kimyasal çözelti ... 30

Çizelge 7.1. AISI 304L paslamaz çelik ile bakırın kaynağı, ısı girdisinin sertliğe etkisi 48 Çizelge 7.2. AISI 316L paslamaz çelik ile bakırın kaynağı, ısı girdisinin sertliğe etkisi 49 Çizelge 7.3. AISI AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında elde edilen çekme testi sonuçları ... 53

Çizelge 7.4. AISI 316L paslanmaz çelik ve bakırın kaynağında elde edilen birim ısı girdileri ... 58

Çizelge 7.5. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında elde edilen çekme testi sonuçları ... 61

Çizelge 7.6. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağında elde edilen eğme testi sonuçları ... 63

ġEKĠLLERĠNLĠSTESĠ

ġekil Sayfa

ġekil 3.1. TIG kaynak donanımı prensip Ģeması ... 9

ġekil 3.2. TIG kaynağı uygulama örnekleri ... 10

ġekil 3.3. TIG kaynağının fiziki görüntüsü ... 11

ġekil 3.4. Elektrotların uç çeĢitlerinin nüfuziyetleri ... 11

ġekil 3.5. TIG kaynağında kullanılan elektrot ... 12

ġekil 3.6. ÇeĢitli koruyucu gazların dikiĢin Ģekline ve nüfuziyete etkisi ... 13

ġekil 3.7. Tungsten elektrotların akım Ģiddetine göre uç Ģekilleri ... 14

ġekil 3.8. Arkta yük taĢıyıcıların hareketi ... 15

ġekil 3.9. Alüminyumun alternatif akımla TIG kaynağında doğrultma etkisi ... 16

ġekil 3.10. Akım türlerine göre kaynak nüfuziyetleri ... 16

ġekil 5.1. Schaeffler diyagramı ... 24

ġekil 6.1. Sertlik ölçümü yapılan bölgeler ... 31

ġekil 6.2. Kaynaklı malzemeden çıkarılan çekme numunesi ... 32

ġekil 7.1.a. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (7 lt/dak) ... 37

ġekil 7.1.b. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (10 lt/dak) ... 37

ġekil 7.1.c. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı ... 38

ġekil 7.2. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (13 lt/dak) ... 38

ġekil 7.3. AISI 316L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağı (10 lt/dak) ... 39

ġekil 7.4. Mikroyapı görüntülerinin alındığı bölgelerin Ģematik gösteriliĢi ... 40

ġekil 7.5.a. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 7lt/dak) .... 40

ġekil 7.5.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 7 lt/dak) . 41 ġekil 7.6. 316L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (160A, 13cm/dak, 10lt/dak) ... 42

ġekil 7.7.a. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (220A, 16cm/dak, 13lt/dak) .. 43

ġekil 7.7.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (200A, 12cm/dak, 13lt/dak) 43 ġekil 7.7.c. 304L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (200A, 12cm/dak, 13lt/dak) .. 44 ġekil 7.8.a. 316L ITAB (II. bölge) mikroyapısı, X100 (180A, 16cm/dak, 13lt/dak) .. 46 ġekil 7.8.b. Bakır ITAB (III. bölge) mikroyapısı, X100 (180A, 20cm/dak, 10 lt/dak) 46 ġekil 7.9. Kaynaklı numunelerdeki sertlik ölçüm noktalarının Ģematik gösterimi ... 47 ġekil 7.10. AISI 304L paslanmaz çelik ile bakırın kaynağının sertlik Isı girdisi

değiĢimi ... 50 ġekil 7.12. Paslanmaz çelik-bakır ısı girdisinin akma mukavemetine etkisi ... 53 ġekil 7.13 . Isı girdisinin darbe dayanımına etkisi ... 56

RESĠMLERĠN LĠSTESĠ

Resim Sayfa

Resim 6.1. Kaynağa hazır hale getirilen malzemeler ... 28

Resim 6.2. Numunelerin kaynağı sırasında alınan bir görüntü ... 28

Resim 6.3. Malzemenin kaynak yapılmıĢ hali ... 29

Resim 6.4. Kaynaklı malzemenin deneye hazır hali ... 29

Resim 6.5. Sertlik deneyinde kullanılan test cihazı ... 31

Resim 6.6. Çekme deneylerinde kullanılan test cihazı ... 33

Resim 6.7. Eğme deneyinde kullanılan cihaz ... 34

Resim 6.8. Eğme deneyinin uygulanıĢı ... 34

Resim 6.9. Çentik darbe numunelerinin teste hazır hali ... 35

Resim 6.10. Çentik darbe deneyinde kullanılan cihaz ... 36

Resim 7.1. Çekme deneyi sonrası oluĢan kopmalar ... 52

Resim 7.2. Eğme deneyi sonrası oluĢan görüntü ... 55

Resim 7.3. Çentik darbe deneyi sonrası kırık yüzeyler ... 57

SĠMGELER VE KISALTMALAR

Bu çalıĢmada kullanılmıĢ simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aĢağıda sunulmuĢtur.

Simgeler Açıklamalar

A Amper

Ar Argon

C Karbon

cm Santimetre

CO2 Karbondioksit

Cr Krom

Cr(eĢ) Krom eĢdeğeri

Cu Bakır

Ç Çekme gerilmesi

dak. Dakika

E Elastikiyet modülü

Fe Demir

GPa Gigapaskal

gr Gram

He Helyum

HRC Rockwell sertlik ölçme yöntemi

I Kaynak akımı (amper)

Ni Nikel

Ni(eĢ) Nikel eĢdeğeri

mm Milimetre

MPa Megapaskal

s Saniye

V Ark gerilimi (Volt)

Kısaltmalar Açıklamalar

AC Alternatif Akım

AISI Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü

DC Doğru Akım

DCEN Doğru Akım Elektrot Negatif

ITAB Isının Tesiri Altındaki Bölge

DCEP Doğru Akım Elektrot Pozitif

TIG Tungsten Inert Gas

TS Türk Standartları

TSE Türk Standartları Enstitüsü

YMK Yüzey Merkezli Kübik

1. GĠRĠġ

Günümüzde teknolojinin her alanda geliĢtiği ve bununla beraber farklı özellikleri taĢıyan malzemelerin kaynaklı birleĢtirilmelere ihtiyaç olduğu kaçınılmaz bir gerçektir. Bundan dolayı farklı özelliklere sahip malzemelerin kaynaklı birleĢtirilmesi ile alternatif yeni ürünlerin ortaya çıkması zorunlu hale gelmiĢtir.

Koruyucu bir asal gaz atmosferi altında kaynak yöntemi uygulaması ilk defa Ġkinci Dünya savaĢında uçaklarda kullanılmaya ve magnezyum alaĢımlı parçaların birleĢtirilmesiyle baĢlamıĢtır. Diğer yöntemlerle kaynatılması zor olan metal ve alaĢımların kaynağı için ve bugün en çok aranılan yöntemlerden birisi haline gelmiĢtir [1].

Son elli yıl içerisinde her alanda olduğu gibi kaynak tekniğinde meydana gelen değiĢmeler, kaynakla birleĢtirmenin imalat sektöründe giderek artan oranda yaygınlaĢmasına ve kaynağa uygun yeni malzeme türlerinin imalat sektörünün kullanımına sunulmasına neden olmuĢtur. Böylece imalat sektöründe çalıĢan teknik elemanlar giderek artan oranda kaynağın tasarım, imalat ve kontrol problemleriyle yüz yüze kalmıĢlardır [2].

Farklı özelliklerinden faydalanmak istediğimiz, farklı malzemelerin birbirleriyle kaynak yapılarak yeni malzemeler geliĢtirilmesi için bu tür çalıĢma yapılmıĢtır. Bu çalıĢmada kaynaklanabilirlikleri incelenen paslanmaz çeliğin korozyona dayanıklı olması, bakırın ise iyi bir ısı ve elektrik iletkeni olmasından faydalanılarak bu özelliklerin taĢındığı malzeme çifti oluĢturmaya çalıĢılmıĢtır.

TIG kaynağı, ABD’de 1940-1944 yılları arasında magnezyum ve diğer hafif metal alaĢımlarının kaynağı için geliĢtirilmiĢ ve koruyucu gaz olarak da helyum kullanılmıĢtır [3].

Dünyada yılda 20 milyon ton civarında paslanmaz çelik tüketilmektedir. Bunların büyük çoğunluğu yassı mamul biçimindedir [4]. Az miktarlarda ise; çubuk, tel, boru, dövme parça ve döküm parça olarak kullanılmaktadır. Paslanmaz çelikler diğer çeliklere oranla fiyat bakımından daha pahalıdır, ancak bakımlarının ucuz ve kolay olması, uzun ömürlü olmaları, tümüyle geri kazanabilmeleri ve çevre dostu bir malzeme olması avantajlar sağlar. Dolayısıyla parçanın tüm ömrü dikkate alınarak yapılacak fiyat analizlerinde, tasarımlarda paslanmaz çelik kullanımının daha ekonomik olduğu görülür. Paslanmaz çelikler bileĢimlerinde en az %11 krom içeren bir çelik ailesidir [4].

TIG kaynak yöntemi çok geniĢ kullanım alanına sahiptir. Demir esaslı alaĢımlar, demir dıĢı metal ve alaĢımlarının büyük bir kısmı, bütün kaynak pozisyonlarında baĢarı ile kaynak yapıldığı görülmüĢtür. Ġnce malzemelerin baĢarı ile kaynatıldığı gibi kalın malzemelerde de kolayca uygulanmaktadır [5].

Paslanmaz çelik; endüstriyel tesislerde, korozyon dayanımı gereken yerlerde sıkça kullanılır. Korozyona sebep olan sıvılar ve H2S gibi gazların bulunduğu ortamlarda paslanmaz çelikler, kimyasal dayanımları ve fiziksel mukavemetleri ile öne çıkmaktadırlar.

Paslanmaz çelikten mamul ısı değiĢtiricileri yakıt hücreleri alanındaki malzeme gereksinimini, özellikle korozyona olan direnci nedeniyle karĢılamaktadır [6].

Özellikle petro-kimya, kimya, gıda endüstrisinde kullanılan depolama tankları, basınçlı kaplar ısı değiĢtiricileri ve paslanmaz boruların üretiminde çok çeĢitli türlerde paslanmaz çelik kullanılmaktadır [7].

Paslanmaz çelik olarak, özellikle mutfak eĢyaları, tıp ve petro- makine alanında gıda endüstrisinde boru ve ısı değiĢtirgeçlerinde, kağıt sanayinde, asit ünitelerinde, sabun ve deri sanayisinde, suni ipek sanayi, süt enstitüsünde, nükleer mühendislik alanında kullanılan östenitik paslanmaz çeliklerden 304L ve 316L seçilmiĢtir [7].

Bakır, ısıyı ve elektriği en iyi ileten metallerden biridir, aynı zamanda kimyasal olarak oksijenle çabuk reaksiyona girer. Saf olarak üretilen ve satılan metaldir. Elektrolitik bakır

%99 saflıktadır ve %0.05 bakır-oksit bakır içinde homojen olarak dağılır. Kaynak yapılırken, aslında çok yumuĢak olan malzeme, bakır-oksitlerin tane sınırlarına akınından dolayı esnekliğini kaybeder. 705ºC’nin üstünde karbonmonoksit, hidrojen emilimi ve bakır-oksit ile reaksiyonu sonucunda karbondioksit ve su buharı oluĢur. Bu iç çataklara ve kırılganlığa neden olarak kaynağı karmaĢıklaĢtırır [8].

Bakırın çok sayıda alaĢımı vardır. Bu alaĢımlar farklı özelliklere sahip olduğundan geniĢ alanlara yayılmıĢtır. Büyük ölçüde elektroteknik ve makine yapımında kullanılan bakırın yaklaĢık %50’si elektrik iĢlerinde kullanılmaktadır. Bakır, aynı zamanda pirinç, bronz, yeni gümüĢ, kızıl döküm ve sert lehim imalinde ana maddedir. Bakır, ısı değiĢtiriciler, salmastralar, çatı kaplaması için saclar ve inĢaatlarda yağmur suyu oluklarının yapımında kullanılmaktadır. Ticari olarak saclar, borular, çubuklar, teller ve sürekli pres profilleri Ģeklinde piyasaya sürülür [9].

Günümüzde paslanmaz çelikler kimya, petrokimya ve gıda endüstrisinin tüm alanlarında kullanılabilen pek çok cihaz ve ekipmanın imalinde uygulama alanı bulabilen önemli bir malzeme grubu konumuna gelmiĢtir [10].

Bu çalıĢma kapsamında, %99.99 saf bakır ile östenitik paslanmaz çeliklerden 304L ve 316L malzemeler TIG kaynak yöntemiyle birleĢtirilmiĢtir. Yapılan deney çalıĢmalarında,

%99.99 saf bakır ile östenitik paslanmaz çeliklerden AISI304L ve AISI316L paslanmaz çeliklerin kaynak hızı, koruyucu gaz debisi ve akım Ģiddeti ayarları değiĢtirilerek TIG kaynak yöntemiyle birleĢtirilmeler yapılmıĢtır. Bu birleĢtirmelerden sonra numuneler üzerinde makro ve mikro yapı analizleri, çekme, eğme, sertlik, çentik darbe testleri yapılmıĢtır. Kaynaklı birleĢtirmelerin mekanik testleri, makro yapı ve mikro yapı fotoğraflarının incelenmesi sonucunda elde edilen burgularla birleĢtirilen malzemelerin karĢılaĢtırılması yapılmıĢtır. Böylece bakır ile paslanmaz çeliğin hangi Ģartlarda hatasız olarak kaynak edilebileceği belirlenmiĢtir.

2. LĠTERATÜR ARAġTIRMASI

Literatürde bu yöntemle ilgili çok sayıda çalıĢma mevcuttur.

TIG kaynaklı numunelere uygulanan çekme testleri sonucunda bütün numunelerde kopmanın, paslanmaz çelik malzemenin dayanımının daha yüksek olmasından dolayı bakır malzemede olduğu görülmektedir. TIG kaynak yöntemi ile birleĢtirilen numunelerde, kaynak hızının düĢük olması nedeni ile ısı girdisi artmıĢ, fazla % uzama ve kesit daralması belirlenmiĢtir [11].

Malzemelerin ısıl duyarlılıkları düĢük olduğu için ITAB bölgeleri belirgin olmadığı ve parça kalınlıklarının farklı olmasına bağlı olarak kaynak dikiĢlerinden biri yeterince elektrotla doldurulamadığı tespit edilmiĢtir. Ana malzemelere doğru olan dikiĢ bölgelerinde çekme olduğu, birleĢtirme bölgesinde çok iyi yapıĢma sağlandığı görülmüĢtür [12].

Kaynak toz ve toz bileĢenlerinin TIG kaynağına etkisi, kaynak tozunun kullanımı kaynak kabiliyetini %300 artırdığı görülüp kaynağın içyapısında ve diğer kaynağın Ģartlarında herhangi önemli bir bozulma olmaksızın, darbeli TIG kaynağına nüfuziyetin ve performansın artığı görülmüĢtür [13].

30CrMnSi çelik tabaka üstüne CuSi3Cu alaĢımının tozu kaynağı baĢarılı kılmıĢtır. CuSi3Cu alaĢımının tozunun oranı yükseltildiğinde zararlı demir birikintilerini tuttuğu gözlenmiĢtir.

Tortu ile ana metalin arasındaki yüzeysel bölgede, bölgenin kalınlığı, kalından inceye ve mikro yapının karmaĢıktan basite doğru değiĢtiği görülmüĢtür. Arayüz ile ilgili bölgeye bitiĢik Cu tortulanmıĢ metal içinde çukurluklar oluĢtuğu gözlemlenmiĢtir [14].

Darbeli TIG kaynak metodu ile demir esaslı toz metal alaĢımlarının kaynak edilebilirliği incelediğinde, ITAB’da aĢırı sert olmayan kaynak metali toz Fe-Ni-P ve aynı toz Fe-Ni görülmüĢtür. Kaynak bölgesindeki ana metalin kırık yeri ile kaynak bölgesinin dıĢındaki ana metal karĢılaĢtırıldığında kaynak bölgesinde gerilimi artmıĢtır. Genelde aĢırı sertlik, dayanımın azalması ve gerilim kuvvetinin önemli ölçüde yükseldiği görülmüĢtür [15].

TIG kaynak arkı ve kaynak banyosu arasındaki etkilerin sayısal simülasyonu araĢtırılmıĢtır. Sonucunda kaynak yüzeyinin deformasyonuna yer çekimi ve yüzeydeki kaynak basıncının gerilimi neden olmuĢtur. Ön ısıtma metodu ile uyumlu olduğu ortaya çıkmıĢtır. Bu deneysel çalıĢma ANSYS yazılımı kullanılarak yapılmıĢtır [16].

TIG kaynağı ile paslanmaz çelik levhaların kaynağına, farklı oranlarda kükürt ilave edilerek yapılan araĢtırmada, kükürdün kaynak ağız geometrisini etkilediği, düĢük düzeyde kükürt bileĢenleri için iyi sonuç verdiği, kaynak için iyi sonuç vermediği tespit edilmiĢtir.

Kükürdün az bulunduğu tarafa doğru ark alevlenmesi görülmüĢtür. Ġki paslanmaz çelik levhanın kükürt oranları eĢit olduğunda ark kayması olmadığı görülür [17].

18-8CrNi paslanmaz çelik ile Mo-Cu kompozit malzemesinin TIG kaynağı yöntemi ile kaynak yapılıp mikro yapısı incelenmiĢtir. Cu, Mo-Cu kompozit malzemesinin ITAB’ında toplandığı görülmüĢtür. Mo-Cu kaynak metalinden ergime bölgesine doğru mikro sertlik artıĢı olmuĢtur [18].

Bir baĢka çalıĢmada AISI 316L paslanmaz çelik borunun çok pasolu kaynağının bilgisayarda 3 boyutlu tasarımı incelenmiĢtir. Kaynaktan önce üretimden gelen artık gerilimlerin borunun uzunluğuyla alakalı olmadığı görülmüĢtür [19].

17Mn4(P295GH) kazan çeliği ve AISI 304 paslanmaz çelik, 309L östenitik kaynak elektrotu kullanılarak, TIG kaynak yöntemi ile kaynak yapılmıĢtır. ITAB’da sertlik değiĢiminin önemsiz denecek kadar az olduğu gözlemlenmiĢtir. Plastik deformasyon ilk önce 17Mn4 ve kaynak metalinde olmuĢtur. Çatlak ilerlemesine karĢı, kaynak metali düĢük direnç, geçiĢ bölgesi daha düĢük direnç göstermiĢtir. DüĢük yüklerde kolaylıkla çatlağın ilerleyeceği tespit edilmiĢtir [20].

Argon korumalı gazdaki %3 oranındaki Azot ile yukarıdan aĢağıya pozisyonlarının 304L paslanmaz çeliğin TIG kaynağının parametreleri ayarlanmıĢtır. Buna göre ideal kaynak hızı 3,4mm/s hız ile en yüksek verimi %55 olarak görülmüĢtür. Akımın artırılması ile eĢ zamanlı kaynak hızı artırılmıĢ fakat daha iyi kaynak elde edilmemiĢtir. Argon korumalı gazın içindeki %3-5 Azot içeren gaz, genel kabul gören %3-12 değeri içindeki δ ferrit içeriğini kontrol etmek için yeterli olduğu anlaĢılmaktadır [21].

Paslanmaz çeliğin TIG kaynak yöntemindeki optimal kaynak ağız geometrisi elde etmek için kaynak banyosunun üst ark yığılma yüksekliği, üst ark geniĢliği, alt ark yığılma yüksekliği ve alt ark geniĢliği yöntem parametrelerini hesaba katmaktadır. Taguchi metodu ile kaynak ağız geometrileri üzerine her bir kaynak yöntem parametrelerinin etkisi analiz edilmiĢtir. Optimum kaynak ağız geometrisi tespit edilmiĢtir [22].

GTA kaynağındaki koruyucu gazları, He- Ar karıĢımına O₂ ilave edilerek, 304 paslanmaz çeliğin üzerindeki etkileri araĢtırılmıĢtır. Ark tutuĢması için elektrotun çalıĢma uzaklığı; saf

He gazı korumasında 1 mm, He-Ar gazları korumasında 5 mm’ ye yükseldiği görülmüĢtür.

He-Ar karıĢımı koruyucu gazına az miktarda Oksijen (O2) ilave edildiğinde kaynak geniĢ yüzey ve sığdan, dar yüzey ve derin bir Ģekli aldığı belirgin bir Ģekilde gözlenmiĢtir [23].

GTAW (Gaz Tungsten Ark Kaynağı) östenit paslanmaz çeliğin kaynağında koruyucu gazın alternatif miktarlarının etkisi araĢtırılmıĢtır. Aynı Ģartlar altında, Ar ve

%33Ar+%67He kıyaslandığında Ar ve He ile kaynakta bozulmanın en düĢük seviyede olduğu görülmüĢtür. Koruyucu gaz olarak yalnız He kullanılması, gaz maliyetinin yüksek aynı zamanda Ar ve He karıĢımı kadar koruyamadığı gözlenmiĢtir [24].

AISI304L paslanmaz çeliğin TIG kaynağında atık gerilimlerin sayısal analizlerinin dağılımı, genleĢme bölgesinde enine ve boyuna minimum atık gerilmeler saptanmıĢtır. U ve V kaynak ağzı birleĢtirme modellerinin üzerindeki mekanik zorlamanın etkisinin enine artan gerginliğin yaklaĢık 3 kat artırdığı görülmüĢtür. Ek olarak sıkıĢtırılmıĢ kaynak yapılarının sıkıĢtırılmamıĢ kaynak yapılarından daha çok bozulduğu görülmüĢtür [25].

Ancak literatür incelendiğinde Zn-22Al-2Cu [26]. Fe2O₃, SiO₂ ve MgCO₃ üçlüsü ile [27].

gibi farklı malzemelerin TIG kaynağı ile kaynaklanabilirliğinin araĢtırıldığı görülmektedir.

TIG kaynak yönteminde, argon koruyucu gazına hidrojen ilave edildiğinde, kaynak arkının statik özelliği değiĢmiĢtir, ark direnci yükselmiĢtir. Ana metal olan östenit paslanmaz çeliğin ergimesini dört kat artırmıĢtır [28].

AISI 304 östenitik paslanmaz çelik ve düĢük karbonlu çelik malzemeler 316L ilave metali kullanılarak ve uygun kaynak parametreleri seçilerek TIG kaynak yöntemi ile birleĢtirilmiĢtir. Metal çiftlerinin farklı ısı iletim katsayısından dolayı ITAB bölgesinde farklı içyapı oluĢmuĢtur. Eğme deneyi sonucu herhangi bir hataya rastlanmadığı görülmüĢtür [29].

3. TIG KAYNAĞI

TIG kaynak donanımı ġekil 3.1’ de görüldüğü gibi, kaynak makinesi, torç ve kablosu, gaz ve basınç düĢürücüler, Ģase kablosu, pensesi ve soğutma ünitesinden oluĢmaktadır [30].

ġekil 3.1. TIG kaynak donanımı prensip Ģeması [32]

3.1. TIG Kaynağının Genel Anlatımı

Tungsten Inert Gas kelimelerinin ilk harflerinden oluĢmuĢ TIG kelimesi ile adlandırılır [5].

Kaynak banyosunu havanın atmosferinden koruyan örtü gerecinin yerine çeĢitli gazların kullanıldığı kaynak yöntemine koruyucu gaz kaynağı denir [1]. Bu yöntemde kaynak için gerekli ısı enerjisi bir tungsten elektrot ve iĢ parçası arasında oluĢturulan ark tarafından sağlanmaktadır. Kaynak bölgesini ve elektrotu çevreleyen bir lüleden gönderilen, asal gaz (Helyum veya Argon) tarafından korunmaktadır [5].

Genellikle kaynak, basınç ve ergime ile dolgu metalin eklenmesi veya ekleme yapmaksızın, ergimeyen elektrotla koruyucu gaz altında yapılan kaynağa TIG kaynak yöntemi denir [31].

TIG kaynağının en önemli özelliği, tungsten elektrotun erimeyen elektrot olmasıdır.

Tungsten elektrotlar TS EN ISO 6848:2006’ya göre çapları 0.5- 1-1,6- 2- 2,4-3-3,2-4-5-6- 6,4-7-8 mm boyları ise 50, 75, 100 ve 175 mm olarak standartlaĢtırılmıĢtır [33].

TIG kaynağının elektrotları saf tungsten veya tungsten, toryum ve zirkonyum ile alaĢımlandırılmasından elde edilen elektrotlardır [33]. Bu elektrot, esas malzemeyi eritmek

için kullanılır. Kaynak dikiĢi yüzeyini artırmak, bir kaynak ağzını doldurmak veya bir T bağlantısında iç köĢe kaynağını oluĢturmak için ilave metal gerekiyorsa kaynak banyosuna ayrı bir dolgu teli kullanılır. Kaynak her pozisyonda yapılabilir; ancak gerekli beceri seviyesi yüksektir [34]. TIG kaynak yönteminin, ġekil 3.2’de ince parçalara alın kaynağı, kalın parçalara V ağzı açılmıĢ uygulamaları görülmektedir [32].

ġekil 3.2. TIG kaynağı uygulama örnekleri [32]

TIG kaynağının fiziki Ģemasında (ġekil 3.3) kaynak torcunun iç yapısını göstermektedir.

TIG kaynak makinesinin bir kutbu turca, Ģase ise parçaya bağlıdır. Ark, ark taĢıyıcısı olan tungsten elektrot (sürekli elektrot) ile parça arasında meydana gelir. Ġlave malzemeye akım yüklemesi yapılamaz. Ġlave malzeme, kaynak bölgesine yandan veya önden, elle sevk edilen çubuk veya ayrı bir sevk aparatından sevk edilen tel Ģeklindedir. Tungsten elektrot ile erimiĢ banyo ve ilave metalin erimiĢ haldeki ucu, atmosferden, elektrotun bulunduğu bir koruyucu gaz memesinden elektrotla eĢ eksenli olarak beslenen bir inert koruyucu gaz ile korunmaktadır [35].

ġekil 3.3. TIG kaynağının fiziki görüntüsü [1]

TIG kaynak yönteminde kaynak parametrelerine ve malzemenin cinsine uygun elektrot uç (ġekil 3.4) seçilmesi gereklidir. Kaynak yaparken akımın doğru ayarlanıp, ayarlanmadığı elektrot ucunun aldığı Ģekilden kolayca anlaĢılabilir. ġekil 3.4’ te elektrot çaplarına göre elektrot uç formları iĢ parçası üzerindeki nüfuziyeti ve ITAB geniĢliği görülmektedir.

ġekil 3.4. Elektrotların uç çeĢitlerinin nufuziyetleri

TIG kaynak yönteminde, paslanmaz çelik ve bakırın kaynağında, ġekil 3.5’ te verildiği gibi standart elektrot ucu, doğru akımda ve pozitif kutupta kullanılmıĢtır.

ġekil 3.5. Deneylerde kullanılan elektrot (DC akımda) 3.2. Koruyucu Gaz

TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve erimeyen tungsten elektrotu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır [36].

TIG kaynağında Helyum ve argon gazı kullanılmaktadır. Her iki gazda, tek atomlu ve soygazdır. Bundan dolayı diğer elementlerle birleĢmezler, renksiz ve kokusuzdurlar, yanmazlar [37]. Helyum gazının Özgül ağırlığı 0,179 kg/m³’tür, havadan yaklaĢık 7 kat daha hafiftir. Doğal gazdan elde edilir [1]. Helyum gazınınhavadan hafif olmasından dolayı, uçar ve koruma kabiliyeti zayıftır [37]. Argon gazının özgül ağırlığı 1,784 kg/

m³’tür. Asal gazdır. Kimyasal bakımdan nötr gazdır. Havadan ayrıĢtırma ile elde edilir [1].

Argonun havadan ağır olması sebebiyle erimiĢ metali daha iyi korur. Yüksek akım Ģiddetinde helyum gazı kullanılır. Çünkü helyum gazı daha yüksek ark gerilimi verir. Saf Argon gazı (%99,99) hafif metal ve alaĢımların kaynağında kullanılır. Paslanmaz çelik, bakır ve alaĢımlarının kaynağında oksijen ve azotun oranları sırası ile %0,1 ve 1,5’ un altında olması gerekir [37].

MIG ve TIG kaynak yöntemlerinde, ġekil 3.6’ da kullanılan Ar, He ve belirli oranlardaki Ar-He karıĢım gazlarının ITAB geniĢliğine, nüfuziyete ve kaynak metali tane yapısına etkili olduğu, helyum içerisindeki argon oranı arttıkça ITAB geniĢliğini ve kaynak metali tane boyutunu arttırdığı görülmüĢtür [30].

ġekil 3.6. ÇeĢitli koruyucu gazların dikiĢin Ģekline ve nüfuziyete etkisi [2]

TIG kaynak yönteminde el ile yapılan kaynakta koruyucu gaz olarak argon gazı tercih edilmektedir. Otomatik TIG kaynak yönteminde yüksek kaynak hızlı olması Helyum gazının yüksek enerjili olmasından dolayı, helyum veya helyum-argon karıĢımı gazlar kullanılır [38].

TIG kaynağı He ile korunduğunda ve iĢlem bir Marangoni ısı yayılımı içerisinde meydana geldiğinde, kaynak dar ve derin olur. Eğer oksijen içeriği %0,2 den az olursa Marangoni ısı yayılımı değiĢir, yüzeysel ve geniĢ olur. Koruma gazı Ar ve Oksijen olduğunda nüfuziyeti daha derin olur. Normalde TIG kaynağında çift korumalı gaz kullanılır. Tungsten elektrotun kullanım derecesi normal TIG kaynağı ile aynı olsa bile koruma gazı, gaz yayılımı, gaz yükseltgenmesi gibi olur [39].

3.3. Kaynak Akımı

TIG kaynak yönteminde, doğru akım ve alternatif akımın ikisi de kullanılır. Ama pratikte her iki akımda yapılan kaynak farklı sonuçlar vermektedir. Paslanmaz çelik ve bakırın kaynakları için doğru akım elektrot negatif (-) kutba bağlı tavsiye edilmektedir [3]. Bakır ve alaĢımlarının TIG kaynağında doğru akım, düz kutup (elektrot) kullanılır [1].

TIG ark kaynağında elektrod farklı kutuplarda, paslanmaz çelik malzemede DAEN kutup ve EAC akımda kaynak dikiĢleri baĢarılı bir Ģekilde yapılırken, DAEP kutuplamada numune boyunca kaynak dikiĢi elde edilememiĢtir [40].

Tungsten elektrotun, akım Ģiddetinin uygun ayarda olup olmadığı kaynak yapılırken ucunun Ģeklinden anlaĢılır (ġekil 3.7) [3].

ġekil 3.7. Tungsten elektrotların akım Ģiddetine göre uç Ģekilleri [3]

TIG kaynağında, alüminyum ve magnezyum alaĢımlarının kaynağında alternatif akım kullanılması gerekir. Doğru akımda elektrotun negatif kutba bağlanması durumunda (direkt kutuplama); derin bir nüfuziyet sağlar, bakır ve paslanmaz çelik gibi malzemelerin kaynağı yapılır. Ters kutuplamada (elektrotun pozitif kutba bağlanması) elektrot fazla ısınır, oksit tabakasını yarar; hafif metallerde ince sacların kaynağında kullanılır [37].

ġekil 3.8’ de arktaki yük taĢıyıcıların durumu Ģematik olarak görülmektedir. Elektronlar katottan anota doğru yer değiĢtirir ve burada çarpma sonucu ısı üretir, iyonlar ters yönde hareket eder. Ancak iyonların kinetik enerjisi, sadece elektrot anot ve parça da katot olduğunda kaynak banyosunun yüzeyi üzerine uygulanabilir. Fakat bu Ģekilde temizleme etkisi önemli oranda düĢük olur çünkü pozitif kutuplanmıĢ elektrotun kuvvetli Ģekilde ısınması, akım Ģiddetini zayıflatır [35].

ġekil 3.8. Arkta yük taĢıyıcıların hareketi

Doğru akım elektrot negatif kutba bağlanarak yapılan kaynakta direk kutuplama söz konusudur. Elektronların transfer edildiği katodik leke, elektrotun ucunda bulunur ve pozitif kutbun bağlandığı parçaya yapılan elektron bombardımanı ile derin bir nüfuziyet sağlanır. Bu kutuplama bakır ve paslanmaz çelik gibi malzemelerin kaynağına uygundur.

Elektrot pozitif (+) kutba bağlandığı zaman ters kutuplama söz konusudur. Elektrot aĢırı ısınır. Bu kutuplama hafif metaller ve ince saclar için kullanılır. Bu durumda ark, ergimiĢ banyoda yüksek bir elektriksel temizlemeye sahiptir ve oluĢan katodik leke oksit tabakasını parçalar [3].

ġekil 3.9.’ da alüminyumun alternatif akımla TIG kaynağında doğrultma etkisi görülmektedir. Alternatif akımda yapılan TIG kaynağında, doğru akımda yapılan kaynağa göre bir kararlılık vardır. Alternatif akım kaynağında, negatif yarım dalga esnasında anot olan kaynak banyosu ısınır ve bu yarım dalgayı takip eden pozitif yarım dalga ile temizleme tesiri göstermesinden dolayı kaynak parçasının oksit tabakası parçalanır.

Elektron emisyonu sıcaklığın fonksiyonu olarak artar [3].

ġekil 3.9Alüminyumun alternatif akımla TIG kaynağında doğrultma etkisi [41]

ġekil 3.10.’da doğru akımda elektrot negatif kutba bağlı dikiĢ geniĢliği dar ve nüfuziyet derin, doğru akımda elektrot pozitif kutba bağlı dikiĢ geniĢliği fazla ve nüfuziyet az, alternatif akımda ise dikiĢ geniĢliği dar ve nüfuziyet normaldir [37].

ġekil 3.10. Akım türlerine göre kaynak nüfuziyetleri [3]

3.4. Ek Kaynak Ark Teli

Malzeme cinsi, malzeme kalınlığı, birleĢme dizaynı ve kaynaktan istenen özellikler ilave metal seçiminde göz önüne alınması gereken özelliklerdir [30].

Yapılan araĢtırmalarım ve denemelerim sonucunda, bakır ile paslanmaz çeliğin kaynağına en ideal ek kaynak teli Lincoln Electric Euroge firmasının ürettiği ∅2 mm’lik CuNi30 diye adlandırılan Çizelge 6.2’ de kimyasal analiz değerleri verilmiĢ olan malzeme kullanılmıĢtır.

3.5. TIG Kaynak Yönteminin Avantajları ve Dezavantajları ve Kullanım Alanları TIG kaynağının üstünlükleri aĢağıdaki gibi sıralanmıĢtır:

a. Yüksek kaynak hızına sahiptir,

b. Kaynak ısısı bir bölgeye teksif edilebilir, c. Isıl distorsiyonlar azdır,

d. Kaynak dikiĢleri temizdir.

e. Kaynaktan sonra dikiĢin temizlenmesine gerek yoktur, f. Kolay mekanize edilir [37].

TIG kaynağının dezavantajları aĢağıdaki gibi sıralanmıĢtır:

a. Tungsten elektrotun kaynak dikiĢine karıĢması, b. Oksit kalıntıları,

c. Gözenek oluĢumu, d. Yetersiz ergime,

e. Uç krater çatlaklarının oluĢması [1].

TIG kaynağının kullanım alanları:

Genel olarak hafif metal ve alaĢımlarla, bakır ve paslanmaz çeliklerin kaynağında kullanılır. 15 mm kalınlığa kadar malzemelerin kaynağı yapılabilir. Kaynak kabiliyeti kötü olan bronzlar, titanyum alaĢımları, zirkonyum gibi malzemelerin kaynağı gözeneksiz olarak yapılabilir [37].

4. BAKIR

4.1. Bakırın Genel Anlatımı

Bakır gümüĢten sonra, ısı ve elektriği en iyi iletendir. Bakır 8,9 gr/cm³ özgül ağırlığında, 1083°C’ de ergir ve kırmızı olan bakır levhalar sıcaklıkları artıkça gitgide açılan renkler görülür [43]. Çizelge 4.1’ de bakırın mekanik özellikleri verilmektedir.

Çizelge 4.1. Bakırın fiziksel özellikleri [42]

Yoğunluğu 8,92 - 8,93 gr/cm³

Ergime noktası 1083 - 1084 °C

Kaynama noktası 2300 °C

Spesifik direnci (20°C’de) 0.0178 Ω/mm² , m

Isı iletkenliği (0°C’de) 0.938 cal/m.s

Bakır, insanların kullandığı ilk metaldir ve MÖ 4000 yılında bulunmuĢtur, hatta daha eski tarihte kullanıldığı düĢünülmektedir. Dünyanın en çok bakır üreten ülkesi, ġili'dir.

Türkiye'nin dünya üretimindeki payı yaklaĢık, %0.40' tır. Bakır içeren 160’tan çok mineral bilinmektedir. Dünya bakır yataklarının yarısı kalkopirit filizi biçimindedir [44].

Bakır, üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı endüstride demir ve çelikten sonra en yaygın kullanılan metaldir. Ġletkenliğinin çok iyi olması elektronik ve elektrik alanlarında kullanılmasının baĢlıca nedenidir. Bakır, ulaĢım, kimya ölçü aletleri, kuyumculuk, boya sanayi, turistik eĢya ve inĢaat gibi çeĢitli sektör ve üretim alanlarında çok yaygın olarak kullanılır [45].

Bakırın, saflığını bozan baĢlıca elementler O,Fe, Ni, As, Sb, Pb, Ag, Au’ dur. Ancak bunların arasında bakırın saflığını en çok bozan oksijendir. Bakır ve oksijen, bakır-oksit Ģeklinde bulunur. BaĢta oksijene karĢı olmak üzere kimyasal olarak çok reaktif bir metal olması bakırın, herhangi bir ticarî metale göre en saf Ģekilde üretilip satılmasına neden olmuĢtur. [46].

Kaynak sırasında bakır oksidinin tane sınırlarına yürümesi, sünek malzemenin süneklik kaybına yol açmıĢtır. 700°C’ nin üstünde karbonmonoksit ve hidrojen emmesi, bakır oksit ile reaksiyon sonucu karbondioksit ve su buharı ortaya çıkmıĢtır. Bundan dolayı iç çatlamalar ve gevrekleĢme meydana getirerek bakırın kaynağını güçleĢtirir [46].

4.2. Bakırın Kaynak Kabiliyeti

Bakırın ısı iletme kabiliyetinin yüksek olması nedeniyle (çelikten yaklaĢık beĢ kat daha fazladır) kaynak esnasında verilen ısı çok çabuk yayılır. Bunun sonucu olarak da kaynatılacak bakır levhanın kalınlığı arttıkça ısı yayınımı da artacağından bir ön tavlamaya ihtiyaç vardır. Ayrıca bakırın ısıyla genleĢme miktarının da fazlalığı, bilhassa alın birleĢtirmelerinde iki parça arasında bırakılan aralığın kama Ģeklinde olması zorunluluğunu ortaya çıkarmıĢtır. Bu iki hususa dikkat edilmesi Ģartı ile verilen kaynak karakteristiklerini kullanarak bakır kolaylıkla TIG kaynak metodu ile kaynak yapılır [1].

Bakır ve alaĢımları kolaylıkla kaynak yapılır; fakat tüm alaĢımları aynı kalitede kaynak yapılamaz. Bakır ve alaĢımlarını TIG kaynak yöntemiyle, doğru akım, elektrot negatif kutupta, argon gazı, helyum gazı veya ikisinin karıĢımı ile kaynak yapılır. Kalın parçalarda iyi performans elde edebilmek tam nüfuziyet sağlamak için 60^o’den 90^o’ ye kadar geniĢliği olan tek V veya çift V kaynak ağzına ihtiyaç vardır [43].

5. PASLANMAZ ÇELĠK

5.1. Paslanmaz Çeliğin Genel Anlatımı

Paslanmaz çelik, paslanmayan çeliklerin genel adıdır. Özellikle nikel ve molibden çeliğin paslanmazlık özelliğini iyileĢtirmek için alaĢım yapımında kullanılsa da paslanmazlığı sağlayan ana element kromdur [48]. Ġçerisinde en az %10,5 ağırlıkça krom içeren esaslı alaĢımlar olarak tanımlanır [48,49]. Krom oksijenle karĢılaĢtığında çeliğin yüzeyinde moleküler düzeyde bir krom oksit filmi oluĢur. Krom oksit katmanı edilgen, kuvvetli ve kendi kendini yenileme özelliğine sahiptir. Kromun bu özelliği paslanmazlığını muhafaza eder [48]. Paslanmaz çeliğin genel özellikleri Çizelge 5.1’ de verilmiĢtir.

Çizelge 5.1. Östenitik paslanmaz çeliklere ait fiziksel özellikler [47]

Elastisite Modülü (GPa) 195

Yoğunluk (g/cm³) 8.0

Isıl GenleĢme Katsayısı (mm/m°C) 16.6

Isıl Ġletkenlik (W/mk) 15.7

Özgül Isı (J/k °K) 500

Elektriksel Direnç (mWcm) 74

Manyetik Geçirgenlik 1.02

Ergime Aralığı (°C) 1375 – 1450

Günümüzde 170’ten fazla paslanmaz çelik çeĢidi bulunmaktadır. Bunların çeĢitli amaçlar için kullanılmak üzere endüstride yaygın uygulama alanları bulunmaktadır [5].

Östenitik paslanmaz çelikler, paslanmaz çelikler grubunda %70’lik oranla en çok kullanılan çeliklerdir. Östenitik paslanmaz çelikler içinde; korozyon direnci, yüksek mukavemet, iyi biçimlendirilme ve kaynaklanabilme kabiliyeti olan AISI 304 tipi östenitik paslanmaz çelikler yaygın olarak kullanılmaktadır [50].

Bu çalıĢmada, östenitik paslanmaz çelik türlerinden olan AISI 304L ile AISI 316L kullanılmıĢtır.

Östenitik paslanmaz çelik krom, nikel ve manganez alaĢımıdır [48]. %16-26 Cr, %10-24 Ni+Mn, %0.4 kadar C ve düĢük miktarda Mo, Ti, Nb ve Ta gibi alaĢım elementleri (Çizelge 5.2) içerir. Bu alaĢımlar, geniĢ sıcaklık aralığına sahip oldukları yüksek tokluk ve yüksek dayanımla öne çıkar ve 540^oC’ ye kadarki sıcaklıklarda oksidasyona karĢı dayanım gösterirler [49]. Bu grup paslanmaz çelikler 200 ve 300 nolu serilerde yer alırlar. Bu

gruptaki AISI 304 paslanmaz çelik çok kullanılmaktadır [28]. Bu çelikler için kullanılan dolgu malzemeleri genellikle ana metal ile benzer yapıdadır. Ancak birçok alaĢımda, sıcak çatlak oluĢumunu engellemek için, düĢük miktarda ferrit içeren bir yapının oluĢmasını sağlayan dolgu malzemeleri kullanılır [48].

Çizelge 5.2. Östenitik paslanmaz çeliklerden 304L ile 316L’nin kimyasal analiz değerleri

Türü UNS Numarası

Kimyasal Analiz Değerleri (%)

C Mn Si Cr Ni P S Mo

304L S30403 0.03 2 1 18-20 8-12 0.045 0.03 - 316L S31603 0.03 2 1 16-18 10-14 0.045 0.03 2-3

5.2. Östenit OluĢturan Elementler

Karbon - Östenit oluĢumuna kuvvetli etkide bulunur. Krom ile birlikte taneler arası korozyonda baĢrol oynayan karbürlerin oluĢumuna neden olur. Yüksek mukavemetli alaĢımlara sertleĢtirmeyi ve mukavemet arttırıcı etki için katılmaktadır.

Mangan – Östenit yapıcıdır. Oda sıcaklığında ve oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda östenitin stabil (kararlı) olmasını sağlar. Ancak yüksek sıcaklıklarda ferrit oluĢturur.

Manganez sülfat oluĢturur. Östenitik alaĢımlarda kaynak metalinin çatlama direncini yükseltir.

Silisyum - Tufallenmeye karĢı dayanımı yükseltir. Yapıda %1'den daha fazla olması durumunda ferrit ve sigma oluĢumuna etki eder. Paslanmaz çeliğe korozyon direncini artırmak amacıyla düĢük oranda eklenir. AkıĢkanlığı arttırır ve kaynak metalinin ana metali daha iyi ıslatmasını sağlar. Çeliklerin yüksek sıcaklıkta karbürizasyon direncini arttırmak için katılır [51].

Krom- Bir karbür ve ferrit yapıcıdır. Korozyon ve tufalleĢme direncini sağlayan alaĢım elementidir. Paslanmaz çeliklerde yüksek sıcaklıkta mukavemet ve sürünme mukavemetine belirgin bir etkisi yoktur.

Nikel - Östenit oluĢumuna etkide bulunur. Yüksek sıcaklıktaki direnci artırır, tane büyümesini önler, korozyona karĢı dayanımı ve sünekliği arttırır. Mukavemeti arttırır.

Kaynak tokluğunu sıfırın altında olumsuz yönde etkiler.

Fosfor, Kükürt, Selenyum - ĠĢlenebilme kabiliyetini yükseltir. Ancak kaynak sırasında sıcak çatlak oluĢmasına neden olur. Korozyon direncini bir miktar azaltır. TIG kaynağı yönteminde nüfuziyeti arttırır. Kaynak metalinde çatlamayı teĢvik eder.

Molibden - Ferrit oluĢumunda etkilidir. Yüksek sıcaklıklarda dayanımı artırır ve redükleyici ortamlarda malzemelerin korozyona karĢı dirençlerinin artmasını sağlamaktadır.

Azot - Östenit oluĢumuna çok kuvvetli etkide bulunur. Bu konuda çoğu zaman nikel kadar etkilidir. Özellikle kriyojenik sıcaklıklardaki mukavemet değerlerini yükseltir.

Bakır - Paslanmaz çeliklere, bazı ortamlardaki korozyon dayanımlarını arttırmak amacıyla katılır. Gerilmeli korozyon çatlamasına karĢı hassasiyeti azaltır ve yaĢlanma yoluyla sertleĢmeyi teĢvik eder [51].

5.3. Paslanmaz Çeliğin Kaynak Kabiliyeti

Paslanmaz çelikler alaĢımsız ve düĢük alaĢımlı çeliklerde yapılan ergitme ve basınç kaynak yöntemleri ile kaynak yapılabilir. Paslanmaz ve ısıya dayanıklı çeliklerin kaynak iĢlemi kaynak yapılacak ana metalden beklenen özelliklere, örneğin; korozyon ve ısı dayanımına göre değiĢiklik gösterebilir. Kullanılacak kaynak malzemesi ana metalle aynı kompozisyonda veya bazı uygulamalar için daha yüksek alaĢımlı olmalıdır [52].

Schaeffler diyagramı, çeliğe ait iç yapının kimyasal analize göre belirlenmesinde kullanılır.

Bu diyagramla kaynak edilen malzemelerin ve kaynak metalinin (elektrotun) cinsine göre kaynak iĢleminden sonra oluĢan ergimiĢ bölgenin yapısını belirlemek mümkündür.

Schaeffler diyagramında ferrit oluĢturucu elementleri, krom eĢdeğeri (CreĢ) ile östenit oluĢturucu elementler ise Nikel eĢdeğeri (NieĢ) ile ifade etmektedir (ġekil 5.1).

(Ni)eĢ = %Ni + 30(%C) + 0,5(%Mn)

(Cr)eĢ = %Cr + %Mo + 1,5(%Si) + 0,5(%Nb) [49].

ġekil 5.1. Schaeffler diyagramı [49]

304L paslanmaz çelikler ısıl iĢlem yapmadan kaynak yapılabilir, bükülebilir ve geniĢletilebilir. Kaynak sırasında oluĢan karbür çökelmesi riskini en aza indirmek amacıyla, 304 paslanmaz çelik ekstra düĢük C içerecek Ģekilde üretilmiĢtir [49].

316L paslanmaz çelikler kaynak edilebilir, bükülebilir ve geniĢletilebilir. 316 paslanmaz çelik kaynaklı konstrüksiyonlarda kullanılmak üzere tasarlanmıĢ ekstra düĢük C’lu türüdür [49].

6. DENEYSEL ÇALIġMA

Bu çalıĢmada AISI304L ve AISI316L paslanmaz çelik ile bakırın TIG kaynak yöntemi ile kaynaklanabilirlikleri aĢağıdaki kaynak parametrelerinden elde edilen kaynaklı numunelerin makroyapıları, içyapıları ve mekanik özellikleri araĢtırılarak sonuçları değerlendirilmiĢtir.

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 ġartı

Çekme Dayanımı

Akma

Dayanımı %0.2

Uzama

%

Kesit Daralması

Sertlik HRB

304L Tavlı 552 N/mm² 207 N/mm² 55 65 76

316L Tavlı 538 N/mm² 207 N/mm² 55 65 76

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

AISI

Kimyasal Analiz Değerleri (%)

Cu Ni Mn Fe Ti Si

CuNi30 EN14640

SCu7158 68.35 30 0.75 0.5 0.35 0.05

6.2. Metot

AISI304L paslanmaz çelik - bakır ve AISI316L paslanmaz çelik - bakır malzemeler, 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

No

Akım ġiddeti (A)

Gerilim (V)

Kaynak Hızı (cm/dak)

Gaz Debisi (lt/dak)

1 220 15.2 12 7

2 200 15.2 12 7

3 180 15.2 12 7

4 180 15.2 12 10

5 200 15.2 12 10

6 220 15.2 12 10

7 220 15.2 12 13

8 200 15.2 12 13

9 180 15.2 12 13

10 180 15.2 16 7

11 200 15.2 16 7

12 220 15.2 16 7

13 220 15.2 16 10

Çizelge 6.3. (devam) AISI 304L paslanmaz çelik – bakır çifti kaynak parametreleri

14 200 15.2 16 10

15 180 15.2 16 10

16 180 15.2 16 13

17 200 15.2 16 13

18 220 15.2 16 13

19 220 15.2 10 7

20 200 15.2 10 7

21 180 15.2 10 7

22 180 15.2 10 10

23 200 15.2 10 10

24 220 15.2 10 10

25 220 15.2 10 13

26 200 15.2 10 13

27 180 15.2 10 13

Çizelge 6.4. AISI 316L paslanmaz çelik – bakır çifti kaynak parametreleri Sıra

No

Akım ġiddeti (A)

Gerilim (V)

Kaynak Hızı (cm/dak)

Gaz Debisi (lt/dak)

1 200 15.2 13 10

2 180 15.2 13 10

3 160 15.2 13 10

4 160 15.2 13 13

5 180 15.2 13 13

6 200 15.2 13 13

7 200 15.2 13 15

8 180 15.2 13 15

9 160 15.2 13 15

10 160 15.2 20 15

11 180 15.2 20 15

12 200 15.2 20 15

13 200 15.2 20 13

14 180 15.2 20 13

15 160 15.2 20 13

16 160 15.2 20 10

17 180 15.2 20 10

18 200 15.2 20 10

19 200 15.2 16 10

20 180 15.2 16 10

21 160 15.2 16 10

22 160 15.2 16 13

23 180 15.2 16 13

24 200 15.2 16 13

25 200 15.2 16 15

26 180 15.2 16 15

27 160 15.2 16 15

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

Ġçyapı resmini görüntülemek için hazır hale getirilen numuneler üzerinde I. paslanmaz çelik ana malzemesinin, II. paslanmaz çelik ITAB ile kaynak bölgesinin, III. kaynak bölgesi ile bakır ITAB, IV. bakır ana malzemesinin tane yapılarına ait mikroyapı fotoğrafları sırası ile alınmıĢtır.

6.2.3. Sertlik testi

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 (180^o 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.