Effects of gas shielding flow rate on weld quality of tig welding in Ti6Al4V alloy
Ti6Al4V alaşımı tig kaynağında uygulanan koruyucu gaz parametresinin kaynak kalitesi üzerindeki etkisi
- Tez No: 323900
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 103
Özet
Titanyum ve titanyum alaşımları yüksek mukavemet, düşük ağırlık ve yüksek korozyon direnci gibi özellikleri bünyesinde bir arada barındıran önemli mühendislik malzemeleridir. Titanyum uzay, uçak ve deniz sanayi alanlarında yoğun olarak kullanılmaktadır. Metalin kuvvetli ve rijit yapısı, düşük özgül ağırlığı ve göreceli olarak hafif oluşu, yüksek sıcaklıklara dayanıklılığı ve korozyona karşı direnci kullanım alanlarının yaygınlaşmasına neden olmuştur.Titanyum allotropik bir malzeme olup, oda sıcaklığındaki sıkı paket hekzagonal (HSP) kristal yapıdaki ? fazı, yaklaşık 885 ?C'de hacim merkezli kübik (HMK) yapıdaki ß fazına dönüşür. Saf titanyum için bu sıcaklık“ß dönüşüm sıcaklığı”adını alır.Titanyum alaşımları genelde ?, ?+ß ve ß alaşımları olarak sınıflandırılırlar. Sınıflandırma derinleştirildiğinde ise ?'ya yakın (near ?) ve yarı kararlı ß alaşımları karşımıza çıkmaktadır. Bu alaşımlar, bileşimlerinde ? ve ß fazlarının kararlılığını artıran bir ya da daha fazla kararlaştırıcı alaşım elementleri içerirler. ? ve ß fazını kararlaştırıcı elementlerin uygun bir şekilde ayarlanmasıyla oda sıcaklığında ? ve ß fazlarının karışımı olan bir mikroyapı elde edilebilmektedir. Tavlama sonrasında da yüksek süneklik, homojenlik ve yüksek dayanım sağlanmaktadırEn yaygın kullanılan ?+ß alaşımı Ti6A14V'dur. 1950'lerde geliştirilmiştir ve bilinen ilk titanyum alaşımları arasında gösterilmektedir. Ti6A14V'un üstünlüğü sadece dengeli özellikleri değil, kullanılmış ve kullanılmakta olan titanium malzemeler arasında en yaygın olarak kullanılanı olmasıdır. Yaygın kullanımı özellikle havacılık sanayinde önemli bir kriter olan en çok test edilmiş, denenmiş ve geliştirilmiş titanyum alaşımı olmasını sağlamıştır.Ti6A14V alaşımı toplam titanyum üretiminin % 50 'inden fazlasını oluşturmaktadır. Bu alaşımlardan yüksek mukavemet değerleri elde etmek için ısıl işlem uygulanabilmektedir. Bu yüzden ?+ß alaşımları 350-400 oC arasındaki sıcaklıklarda ve özellikle yüksek mukavemet gerektiren uygulamalarda kullanılabilmektedirTitanyumun yüksek oksijen afinitesi, oda sıcaklığında dahi yüzeyinde çok ince(nm) bir oksit tabakası oluşmasına sebep olur. Titanyum esaslı malzemelerin yüksek korozyon dayanımlarının sebebi yüzeyde oluşan bu oksit tabakasıdır.? alaşımlarının korozyon dayanımları, ß alaşımlarından daha yüksektir.Titanyum alaşımları için uygulanan en yaygın kaynak yöntemi TIG kaynağıdır. TIG kaynak yöntemi el ile ve otomatik olarak 6,5 mm'ye kadar kalınlıktaki saçların birleştirilmesinde başarılı olarak uygulanmaktadır. TIG kaynak elektrik arkın kaynak parçası ve tungsten elektrot arasında yanarak füzyon gücü ortaya çıkarttığı bir elektrik ark kaynak işlemidir. Elektrod tükenmediği için ana metalin ergitilmesiyle veya ilave bir kaynak metali kullanarak kaynak yapılır. Eğer dolgu maddesi kullanmak gerekliyse, dolgu teli çıplak tel gibi otomatik ya da manuel olarak eklenir. TIG kaynak ekipmanı temelde TIG torçu, güç kaynağı, kaynak akımı, ark ateşlemesi gibi ayarların control sistemlerini kapsayan bir TIG ünitesi ve basınç azaltıcı valfli ve akışmetreli koruma gazı tüpünden oluşur. TIG torçunun ana görevi kaynak akımını ve koruma gazını kaynak bölgesine taşımaktır. TIG kaynak için kullanılan elektrotlar genelde tungstenden yapılır. Tungsteni metal oksit ile alaşımlamakla elektrotun iletkenliği arttırılabilir ve böylece yüksek akım yüklerine dayanıklı hale gelir.Kaynak işlemi sırasında elektrot, ark ve kaynak havuzu inert koruma gazı ile atmosferik havaya karşı korunurlar. Gaz nozulu ile koruma gazı kaynak alanına iletilir ve buradaki atmosferik havayı ortadan kaldırır. Gazaltı kaynaklarında kaliteli bir birleştirmenin sağlanabilmesi için koruyucu gaz ve ilave metalin seçimi oldukça önemlidir. TIG kaynak yöntemi ile birleştirme işlemlerinde Argon; Helyum ve Argon ? Helyum karışımı koruyucu gaz olarak kullanılmaktadır. TIG kaynak yönteminde daha önce belirtildiği gibi koruyucu gaz ile yapılan kaynağın kalitesi ve mukavemeti açısından çok önemli olup ark ve ilave metal şekli ile birleştirme esnasında harcanan enerji miktarı üzerinde etkili olmaktadır. Seçilen gazın cinsi ve kompozisyonu birleştirilen malzemenin mikroyapısına ve mekanik özelliklerine önemli şekilde etki etmektedir.Kaynak bağlantı özelliklerini iyileştirmek ve kaynak bolgesini oksidasyona karşı korumak için TIG kaynağı uygulamalarında genellikle koruyucu gaz kullanılır.Yapılan çalışmalarda kaliteli bir kaynak elde etmek için doğru miktarda koruyucu gaz uygulamak gerekmektedir.Bu çalışmanın amacı koruyucu gaz akış hızı parametresinin tungsten inert gas (TIG) kaynağı yöntemi ile birleştirilmiş Ti6Al4V alaşımının, mikroyapı ve mekanik özelliklerindeki değişimi gözlemlemek ve uygun koruyucu gaz parametresinin seçilmesini sağlamaktır. Kaynak sırasında koruyucu gaz akış hızı parametresi dışında tüm kaynak parametreleri sabit tutulmuştur. Bu çalışmada %99,999 saflıkta argon gazı kullanılmıştır. Değişik akış hızlarında koruyucu gaz uygulanmıştır. Koruyucu gaz kaynak bolgesi termal koşullarını buyuk ölçude etkiler ve bilindiği üzere termal koşullar; oluşan kaynak metalurjisi kontrolunde buyuk rol oynar. Yüksek sıcaklıklarda titanyum ve alaşımları oksijenle reaksiyona geçmeye eğilim gösterirler, bu nedenle koruyucu gazın kaynak havuzu sıcaklığını 426°C'den daha düşük sıcaklıklarda tuttuğundan emin oluncaya kadar uygulanması gerekmektedir. Kaynak sırasında oluşan sıcaklıklar hakkında bilgi sahibi olmak ve sıcaklığın kaynağın mekanik ve mikroyapıya etkisini görmek amacıyla sıcaklık ölçümü yapılmıştır. Sıcaklık ölçümü için termocouple (K tipi) kullanılmıştır. Ölçüm sırasında temocouple'ın diğer ucu data toplama sistemine bağlanmıştır. Kaynak bağlantısı çekme dayanımı ve hasar modunu anlamak için, kaynak numunelerine çekme testi yapılmıştır. Kaynak yuzey sertiğini ölçmek için mikro-sertlik ölçümü uygulanmıştır. Bunların dışında kaynak parametrelerinin kaynak kalitesindeki etkisini görmek amacıyla mikroyapı incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı incelemelerinde optik mikroskop kullanılmıştır.Çekme testi sonrası kırık yüzey incelemeleri stereo mikroskop ile yapılmıştır.Kaynak prosesi süresince Ti6Al4V parça yüzeyleri oksidasyona maruz kalmıştır ve kaynak yüzeyinde oksidasyona bağlı olarak farklı renkler oluşmuştur. Kaynak rengi koruyucu gazın kaynak kalitesi üzerindeki etkisini görmek için bir göstergedir. Görsel inceleme yapılarak kaynak kalitesinin değerlendirilmesi titanyum kaynağı renk kabul kriterine göre değerlendirilmiştir. Kaynak yüzeyinde oluşan renk, kaynağın kaynak sırasında bulunan oksijene ne kadar maruz kaldığının bir göstergesidir. Oksidasyon tabakasının kalınlığına bağlı olarak kaynak rengi gümüş renginden koyu ve açık kahve rengi mavi sarı ve pütürlenmiş beyaza döner. Koruyucu gaz yoğunlundaki eksiklik, kaynak renginin koyu mavi ve pütürlenmiş beyaz renk olmasına sebebiyet verir ve bu durumda kaynak kalite gerekliliklerinden geçemez.Ti6Al4V kaynak yüzeyinde oluşan oksid tabakasının koruyucu gaz yoğunlundaki eksikliğinden kaynakalandığı yapılan deneyler sonucu görülmüştür. Kaynak koruma gazı akış hızı azaltıldıkça kaynak yüzeyinde sırasıyla metal renginden sarı, kahverengi,lacivert ve kaynak koruma gazının en düşük olduğu durumda köpük görünümde beyaz renklenmelerin oluştuğu gözlemlenmiştir. Kaynak koruyucu gaz azaldıkça kaynak bölgesindeki sıcaklıklar artmıştır. Kaynak koruyucu gaz azaldıkça soğuma hızı azalmıştır, tane boyutlarında büyüme gözlemlenmiştir.Yapılan mikro sertlik ölçümleri sonucuda kaynak koruyucu gazı azaldıkça tane boyutunun büyümesinden kaynaklanan sertlik değerlerinde hafif bir düşüş gözlemlenmesine rağmen kaynak koruyucu gaz en aza indirildiğinde sertlik değerinde büyük bir artış gözlemlenmiştir. Bu artışın kaynak yüzeyindeki yetersiz korumadan kaynaklanan oksidasyon tabakasının mevcudiyetinin sebep olduğu düşünülmektedir.Yapılan çekme testleri sonucunda kaynak gazının en düşük olarak uygulandığı kaynak numunelerinde kopmanın kaynak bölgesinde olduğu görülmüştür. Kaynak koruyucu gaz hızı 30 cfh ve 20 cfh olarak uygulanan numelerin çekme testi sonuçlarından yapılan 3 testin 1 adedinde kopmanın kaynak bölgesine yakın bir yerden gerçekleştiği görülmüştür. Yapılan kırık yüzey incelemelerinde bu bölgelerde kaynak sırasında meydana gelen boşluklar tespit edilmiştir ve kaynak bölgesine yakın kırılmaların bu boşluklardan kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Kaynak akış hızı 10 cfh olarak uygulanan kaynak numlerinin hepsi ana metal bölgesinden kırılmıştır. Çekme testi sonuçlarına göre en uygun akış hızı 10 cfh olarak değerlendirilirken kaynak yüzey kalitesi bakımından 30 cfh gaz akış hızının en uygun olduğu gözlemlenmiştir. Deney sonuçlarına gore Ti6Al4V alaşımı TIG kaynağında koruyucu gaz parametresinin kaynağın mekanik ve malzeme özelliklerini önemli ölçüde etkilediği gözlemlenmiştir.Bu tez kapsamında 1. Bölüm'de giriş ve çalışmanın özeti verilmiştir. 2. Bölüm'de TIG kaynağının tarihsel gelisimini veren kısa bir literatür bilgisi ile birlikte TIG kaynağı çalısma prensipleri, TIG kaynağı ekipmanları, TIG kaynağı uygulamasında koruyucu gazın önemi hakkında açıklamalar yer almaktadır. 3. Bölüm'de titanyum ve titanyum alaşımları hakkında literature bilgisi ile birlikte Ti6Al4V alaşımının fiziksel özellikleri anlatılmıştır. 4. Bölüm'de titanium ve titanium alaşımlarına uygulanan TIG kaynağı hakkında bilgi verilmiştir. 5. Bölüm'de deneysal çalışma ve deneysel çalışmaların incelenmesi ile ilgilgili kullanılan yöntemler hakkında açıklamalar yer almaktadır. 6. Bölüm'de deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar sırasıyla; kaynak yüzeyi görsel inceleme sonuçları, kaynak sırasında alınan sıcaklıkların yorumlanması, kaynak soğuma hızı, mikroyapı incelemeleri, kaynak bölgesi tane boyutları, mikro sertlik sonuçları, çekme deneyleri sonuçları ve kırılma yüzeyi incelemeleri anlatılmıştır. Son olarak; bu çalışmadan çıkarılan sonuçlar aktarılmıştır.
Özet (Çeviri)
The aim of this study was to examine the influence of shielding gas flow rate on the microstructure and mechanical behaviour of tungsten inert gas (TIG) welded Ti6Al4V alloy, keeping all welding parameters constant except shielding gas flow rate. In this study, Ti6Al4V work pieces were welded by TIG welding. Pure argon was used as shielding gases. The main parameters varied were gas shielding flow rate. Shielding gas mainly affects the thermal condition in, and close to, the weld that has significant role in the control of the metallurgical events in the weld. At high temperature titanium and its alloy has a favour to react existence oxygen in the weld atmosphere, shielding gas should be applied to ensure that inert atmosphere protection is maintained until the weld metal temperature cools below 426°C. For temperature measurements, thermocouples (type K) were used. A data acquisition system was used to sample the signals from the thermocouples. In order to determine the weld joints? strength and failure mode, various characterization techniques such as, tensile tests and micro hardness measurements have been carried out. Besides that, influences of welding parameters on the quality of the welds were observed by micro structural examinations. Basic micro structural investigations were performed using optical microscopy with the techniques of light area and dark areas.In order to stabilize the welding process, to improve the welded joints features and to protect the welded material against oxidation, welding area is generally surrounded by shielding gas in TIG welding. The observations demonstrate that final quality of the welded joints only can be obtained under the proper shielding gas parameters.During welding process Ti6Al4V work pieces surfaces, were exposed to oxidation and the oxidation colours were occurred. The colour weld is used as an indicator of shielding effectiveness and indirectly weld quality. Visual inspections were carried out to evaluate weld quality based on the colour acceptance criteria. Surface colours reflect the degree to which weld is exposed to interstitial elements, primarily oxygen, at welding temperature. The surface colour of properly shielded weld is a bright silver colour. The colour of the oxide layer changes as a function of increasing oxide thickness from silver to light and dark straw, purple, dark blue, light blue, yellow, dull grey and powder white. Serious deficiency on shielding gas results dark blue oxide or white powdery oxide on the weld that is not acceptable based on the colour acceptance criteria.A correlation was found the formation of oxide layers on the surface of the welded Ti6Al4V alloy, caused by defective gas shielding. Experimental results have given that from 20 cfh to 30 cfh welding surface avoided from contamination. On the other hand although the 10 cfh welding surface has discoloration tensile test results shows that 10 cfh has the better mechanical properties than 30 cfh and 20 cfh. In order to get useful indications for determining the appropriate shielding gas parameter otherxxwelding parameters; like welding speed, filler rate, welding ampere and voltage should be optimised together with the shielding gas parameter for application in TIG welding of Ti6AL4V alloys.
Benzer Tezler
- Otomotiv sanayide kullanılan frenleme kuvveti aktarım elemanının robotik gazaltı kaynağı ile birleştirilmesinde kaynak parametrelerinin sürece etkisinin incelenmesi ve Box-Behnken metodu ile optimizasyonu
Investigation of the effect of welding parameters on the process of joining the braking force transmission element used in the automotive industry with robotic gas welding and optimisation by Box-Behnken method
ERTUNÇ TEZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiZonguldak Bülent Ecevit ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞEGÜL ÇAKIR ŞENCAN
- MAG kaynak yönteminde dış manyetik alanların kaynak dikiş formuna ve ITAB'a etkisi
The Effect of external magnetic fields an weld bead form and heat affected zone in MAG welding process
İZZET TÜRKOCAĞI
- Effect of GTAW parameters on mechanical and microstructural properties of weld joints of low alloy AISI 4130 steel
Gaz tungsten ark kaynak (GTAW) parametrelerinin kaynaklı düşük alaşımlı AISI 4130 çeliğinin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkileri
ERKAN ATAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPAY ANKARA
- Titanyum kaynağı ve mekanik özellikler üzerine etkisinin incelenmesi
Titanium welding and investigation of effect on mechanical properties
MURAT SÖNMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik Bilimleriİstanbul Gedik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ POLAT TOPUZ
- Galvanizli sacların lazer kaynağı ve gazaltı kaynağı ile birleştirilmesinde kaynak parametrelerinin kaynak kalitesine etkisi
The effect of welding parameters on welding quality in combining galvanized steel sheet with laser welding and gas metal arc welding
BAŞAR YAVUZ
Doktora
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT VURAL