Düşük karbonlu saçların gaz altı kaynağında termal çarpılma etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada düşük karbonlu çelik plakaların kaynak ısı girdisi altında termomekanik analizi deneysel ve numerik olarak incelenmiştir. Plakalarda kaynak ısı girdisi akım ve kaynak hızı kontrolü sağlanan bir Tungsten İnert Gaz (TIG) kaynak düzeneğiyle sağlanmıştır. Termal çökme sonuçları üç boyutlu koordinat ölçüm cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Numerik analiz sonlu elemanlar analizi programı Ansys kullanılarak termal ve mekanik analiz kısımlarını içeren üç boyutlu bir modelle gerçekleştirilmiştir. Numerik analizde gauss ısı akısı yaklaşımı kullanılarak deneysel olarak hesaplanan ısı girdisi etkileri incelenmiştir. Isı girdisi altında saç metalin mekanik özelliklerinin değişimi çekme testi, mikrosertlik ölçümleri ve mikroyapı ölçümleriyle değerlendirilmiştir. Çekme numunelerinde ana metalden kopma gerçekleşmiştir. Kaynak amper değerine ve kaynak hızına bağlı olarak numune mukavemetleri ve yüzde uzamalarında düşüş gerçekleşmiştir. Kaynak ısısı tesirindeki kısımların mikrosertlik değerleri ana metalden yüksek çıkmıştır. Düşük kaynak hızlarında numunede ısı tesiri altındaki bölgede Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ölçümlerinde tane büyümesi gözlenmiştir. Numerik analiz çökme sonuçlarıyla deneysel çökme testi sonuçları arasında iyi bir uyum gözlenmiştir. Numerik analizde kaynak bölgesinde akma sınırında çekme artık gerilmeleri belirlenmiştir.

In this study, thermomechanical analysis of low carbon sheet steels under weld heat input were investigated by experiments and numerical simulations. The weld heat input variation at plates were provided by Gas Tungsten Ark (GTA) welding process controlling welding speed and current. Thermal deflection results were determined by three dimensional coordinate measuring device. The numerical analysis was carried out using the finite element program Ansys with three dimensional model containing thermal and mechanical analysis parts. The weld heat input effects in experiments were investigated using the gauss heat flux approach in numerical analysis. The change of mechanical properties of sheet metal under heat input was investigated by tensile tests, microhardness and microstructure measurements. In the tensile specimens the fracture was occurred from the base metal. The tensile strength and ductility was decreased depending on the weld amperage and weld speed. The microhardness values of welded and heat affected zones were higher than the base metal. The grain growth was observed at the SEM (Scanning Electron Microscope) measurements of Heat affected zone for lower welding speeds. The good agreement was observed between the numerical analysis and experimental deflection results. In the numerical analysis, the tensile residual stresses are determined at the yield limit at the welding zone.