Kaynak Mukavemeti Hesabi-MMO

tmmobmakina mühendisleri odası

KAYNAK TEKNOLOJİSİ

IV. ULUSAL KONGRESİ

bildiriler kitabı

24 - 25 Ekim 2003 / Kocaeli

Yayın No E/2003/339

tmmobmakina mühendisleri odası

Sümer Sok. 36/1-A06440 Demirtepe / ANKARA

Tel: (312) 231 31 59 Faks: (312) 231 31 65e-posta: [email protected]

http://www.mmo.org.tr

Yayın No: E/2003/339

ISBN: 975-395-653-3

Bu yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümüdeğiştirilemez. MMO'nun izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla

kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir.

Ekim 2003 / Ankara

Baskı:Özkan Matbaacılık

(0312)229 59 74

L(JLJtmmobmakina mühendisleri odası

İİKAYNAK TEKNOLOJİSİ IV. ULUSAL

KONGRESİ

24-25 EKİM 2003 - KOCAELİ

I. OTURUM

Oturum Başkanı

Serhat GİRGİN (MMO Kocaeli Şube Başkanı)İRGİ

ONARIM KAYNAĞINDA HASAR ANALİZİNİN ÖNEMİ

Prof. Dr. Bar/as ERYÜREK, Prof. Dr. Adnan DİKİCİOĞLUİTÜMakina Fakültesi Gümüşsuyu-İstanbul

ÖZET

Bu çalışmada, "Onarım Kaynağı"nda hasar analizinin önemi ve yeri vurgulanmış ve Onarım Kaynağınasistematik yaklaşım konusunda bilgi verilmiştir. Bunlara ek olarak endüstride kullanılabilecek formlarönerilmiştir.

I. BAKIM-ONARIM KAYNAĞI

Kaynak amacına göre; imalat kaynağı ve Bakım-Onanm kaynağı olarak 2 önemli sınıfa ayrılır. Bakım-Onanmkaynağında çok daha fazla bilinmeyen ve daha güç şartlar mevcuttur.

1.1. Bakım Kaynağı

İşlevini yapmakta olan parçalara, hasar oluşmadan önce uygulanan kaynaktır. Belirli bir bakım programınagöre yapılır. Amaç, parçanın hasara uğramadan işlevine devam etmesini sağlamaktır.

1.2. Onarım Kaynağı

Bu tür kaynak, işlevini yapamaz hale gelen parçalara uygulanır. Hasar oluştuktan sonra yapılır. Beklenmedikbir anda gerçekleştirilir. Amaç, söz konusu parçayı hasara uğradıktan sonra onararak yeniden işlevinekavuşturmaktır.

Onarım kaynağı üç değişik nedenle gerçekleştirilir:

i - Kaynak hatalarının onarımı.

ii - Hasara uğramış parçaların onarımı

iii - Aşınmış parçaların onarımı.

Onarım kaynağına başlanılmadan önce " onarım analizi" gerekir. Onarım analizi iki aşamada gerçekleştirilir.Birinci aşama, onarım gerektiren parçanın özelliklerini tanımaya ve hasara neden olan hatanın ne olduğunuortaya çıkarmaya yöneliktir. Bu faaliyete "Hasar Analizi" adı verilir. Bu aşamada örneği Ek 1 'de görülen bir"Hasar Analizi Raporu" doldurulur.

1.2.1. Hasar ve Hasar Analizi nedir? Nasıl yapılır?

Hasar (failure) bir ürünün işlevindeki başarısızlığıdır. Bir üründe "hasar" ürünün "aşın zorlanması (overloading)"sonucunda meydana gelir. Aşın zorlanma, ürünün taşıyabileceği zorlanmaya teknolojik hatalar (defects)

1

Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi

nedeniyle ortaya çıkan zorlanmanın da eklenmesiyle oluşur. Ürün, tasanm, imalat, montaj ve işletme evrelerinden

geçilerek kullanıma sokulur (Şekil 1.1.).

I TASARIM 1 -> 1 İMALAT | -» | MONTAJ ~| -> | ÜRÜN |

Şekil 1.1. Ürün Evreleri

Bu nedenle, hasar bu evrelerden birinde yapılan bir veya birkaç teknolojik hata nedeniyle ortaya çıkar ve

hasarın kınlma, yorulma, sürünme, korozyon, aşınma, sıkışma, gevşeme, gürültülü çalışma gibi hasar türlerinden

(failure mode) biriyle veya birkaçıyla meydana gelmesi sonucunu doğurur. Şekil I.2.'de hasar yollarını gösteren

"Hasar Akış Diyagramı" verilmiştir.

| YANLıŞ | (Aşın yükleme-zorlanma)

[StSTEM|

|BAŞARıSıZ||BAŞARıSıZ|

İHASAR I İHASAR |

KULLANICI '.SORUMLU: SİSTEM

SORUMLU:

| DOĞRU |

BAŞARISIZ

|HASAR |

KULLANICI

BAŞARISIZ BAŞARI

İHASAR I

SİSTEM Öngörülenömre kadarçalışına

Şekil 1.2. Hasar Akış Diyagramı

Hasar analizinin (failure analysis) amacı hasara uğramış ürün üzerinde ve bu ürünün geçirdiği safhalar üzerinde

geriye doğru (üretim evrelerinin tersine doğru) araştırma yaparak (Şekil 1.3.) hasarın türünü (failure mode),

hasara neden olan teknolojik hatanın cinsini ve dolayısıyla da teknolojik hatanın hangi evrede oluştuğunu

ortaya çıkarmak ve gelecekteki tasanm ve üretim faaliyetlerinde bu hatanın oluşumunu önleyici tedbirleri

önermektir.


HASAR YOLU

Teknolojikhata

Aşınzorlama Ürün

HASAR

HASAR ANALİZ YOLU

Şekil 1.3. Hasar Yolu ve Hasar Analiz Yolu

Teknolojik hatalar iki genel sınıfa ayrılabilirler:

A) İşletmeye bağlı teknolojik hatalar: Aşın yükleme ve yanlış bakım.

B) Ürüne bağlı teknolojik hatalar: Ürünün geçirdiği evrelerden (Şekil 1.1.) birinde veya birkaçında yapılanhatalardır.

B1 - Tasarım evresinde aşağıda verilen her adımda hata yapılabilir.:

a) Sistemin çalışma koşullarının saptanması:

a 1) Çalışma ortamıyla ilgili bilgiler (korozyon, sıcaklık)

a2) Yüklemeyle ilgili bilgiler (mekanik, ısıl, zamanla değişim, şiddeti, yükleme şekli)

b) Şekil seçimi, malzeme ve imalat yöntemi seçimi

c) Mukavemet hesaplan ve boyut seçimi

B2- İmalatta kullanılan malzeme içinde hata olabileceği gibi imalatın her evresinde (Şekil 1.4.) hata yapılabilir.

B3- Montaj: Ürünlerin alt sistemleri, alt sistemlerin de ana sistemi oluşturması faaliyetleri. Sık rastlananhatalar şunlardır:

a) Eksen kaçıklıkları

b) Somunlann uygun torkta ve üniform biçimde sıkılmaması

c) Kaynak hataları

Malzeme İmalat Yöntemleri

DÖKÜMPŞVTOZ METALÜRJİSİKAYNAKISIL İŞLEMLERYÜZEY İŞLEMLER

pik, hurda

yanmamul(profil.saçjfonıcivata,elektrod)Şekil 1.4. Malzemenin Ürün Haline Dönüştürülmesinde Kullanılan İmalat Yöntemleri.

ÜRÜN(Teknik resimdeki parça)


Sonuç olarak hatalar (defects) ürünün tasanm, imalat, montaj ve kullanım evrelerinin birinde veya birkaçında

oluşur ve bu hatalar ürüne ya zarar verir (damage) yani maksimum yük taşıma kapasitesini giderek azaltır (bu

durumda bakım kaynağı yapılır). Ya da hasar türlerinden (failure modes) biriyle ürünü kullanılmaz hale getirir

(burada onanm kaynağı yapılır). Sonuç olarak, hasar analizi, hasamı nedenini ortaya çıkanp gelecekte tekrannı

önlemeye yönelik tedbirleri alan olumlu bir faaliyettir.

Yukarda açıklanan Teknoloj ik Hata 'lann özellikleri farklıdır ve bu nedenle hasara uğramış kaynaklı bir yapının

onanm planını etkiler. Örneğin,

• Tasanm sırasında yapılan bir hata nedeniyle hasara uğrayan bir parça kaynakla onanlarak orijinal durumuna

benzer hale getirilse bile, tasanm sırasında yapılan hatanın etkisi nedeniyle servis sırasında yemden hasara

uğrayacaktır. Bu nedenle böyle bir parçanın kaynaklı onanmmdan hiç bir yarar sağlanmaz!

• Parçanın imalatında kullanılan malzeme içinde başlangıçta hatalar mevcutsa parça serviste iken bu hatalardan

gejişen hasarlar meydana gelir. Böyle bir durumda kaynakla onanm malzeme içindeki hatalann tümünü

ortadan kaldıramayacağı için bu hatalar parçanın çalışması sırasında potansiyel tehlike noktalan olarak

kalırlar. Böyle bir parçayı onararak kullanmanın riski çok yüksektir. Bu nedenle hata içermeyen malzemeden

yeni parça kullanmak gerekir.

• İmalat, montaj ve işletme hatalanna da benzer örnekler vermek mümkündür.

• Bu nedenle, kaynakla onanm karannın doğru bir şekilde verilebilmesi için parçada oluşan hasann hangi

TEKNOLOJİK HATA'dan kaynaklandığının bilinmesi gerekir.

• Teknolojik hatanın ne olduğunu tesbit için "HASARIN ORİJİNİ"nin yani hasara neden olan veya hasan

başlatan bölgenin bulunması gerekir.

Benzer hasarları önlemek için eleman daha iyi bir şekilde tasarlanabilir mi; şu anda çalışmakta olan benzer

elemanlarda da hasar oluşma olasılığı var mıdır; bunlann hasanm engellenmek için ne yapılabilir gibi sorulann

cevaplannın aranması gerekir.

1.2.2. Kaynaklı Onanma Karar Verme

İlk aşamada, kaynaklı onanma karar verilmişse, ikinci aşamada onanm kaynağında alınması gerekli tedbirler

sıralanır. Bu faaliyete "Onanm Planlaması" adı verilir. Bu amaç için kullanılan "Kaynaklı onanm planlama"

formu Ek 2'de örnek olarak verilmiştir. Onanm kaynağı işlemine esas olacak bu formun doldurulması sırasında

esas metalin kaynak kabiliyetinden başlayıp, kaynağın tavlanmasına kadar giden bir dizi konu üzerinde çalışılır.

Şekil I.5'de her iki aşama onanm analizi akış diyagramında gösterilmiştir. Bundan sonra kaynaklı onanma

geçilir. Kaynaklı onanm akış diyagramı ise Şekil 1.6'da verilmiştir.


Kaynakla OnarımGereğinin Belirlenmesi

^--Teknolojik Hatanın ^ H^ n s i Belirlendi m i ? ^

Hasar AnaliziRaporu Hazırla

Parçayı Değiştir

Esas Metalin KaynakKabiliyetini Tayin Et

Kaynak YönteminiTayin Et

Uygun Dolgu MetaliniTayin Et

CeKrne tfe Oistorsiybn^ "

Kabul Edilebilir DüzProblemin Çözümü

Kaynaklı onarım PlanlamaFormunu hazırlaı

Şekil 1.5. "Onarım Analizi" Akış Diyagramı [2]


Onarım işlemine Başla

nakçı ehlivetîmi?

Hasarlı BölgeninHazırlanması

Onarım Tamir İşlemi

Daha Fazla Bilgi vePratik (Eğitim) Sağla

Muayene

Şekil 1.6. "Kaynaklı Onarım " Akış Diyagramı [2].

KAYNAKÇA

r Problemin Belirlenmesi, Ortaya Çıkarılması

1. Eryürek B., 1993, Hasar Analizi, Birsen Yayınevi, İstanbul

2. Welding Handbook, 1996 Eighth Edition, Volume 3, Materials and Applications - Part 1

3. Eryürek B., 1996, As Kaynak Seminer Notlan, İstanbul

E K İ

HASAR ANALİZİ RAPORU

FİRMA ADI:

PARÇA ADI:

1-PARÇA TANIMI

FORMU DOLDURANIN:

Adı Soyadı:

İmzası:

Parçanın fonksiyonu (İşlevi):

Parçanın imalat yöntemi ve uygulanan ısıl işlemler: D Döküm D Dövme D Kaynaklı İmalat D Isıl İşlemli

Parça malzemesi / Kimyasal analiz değerleri ve Malzeme adı:C Si Mn Cr Ni Mo Fe V W Co Nta/Ti Cu Sn Zn Al P S

2-HASAR ANALİZİParça hasar görene kadar geçen çalışma süresi :

Benzer koşullarda çalışan diğer benzer parçalarda hasar D Var D Yok

Parça hasar öncesi bakım veya onarım gördü mü? D Evet D Hayır

Cevabınız "evet" ise bakım ve onarımın cinsini açıklayınız

Hatanın parçadaki yeri (gerekirse arka sayfada şekille açıklayınız) :

Hatanın parçadaki yerinin belirlenmesi için seçilen muayene yöntemi:D Gözle D Sıvı Penetran D Manyetik Toz D Radyografi D Ultrason

Hasar tipi : D Çatlama D Kırılma D Yorulma D Korozyon D Aşınma

Teknolojik hatanın oluştuğu evre: D Tasarım D Malzeme D İmalat D Montaj D İşletme D Diğer

Teknolojik hatanın cinsi:

3 -ONARIM HAZIRLIK PLANIParça olduğu gibi kullanılmalı mı ? D Evet D HayırCevabınız "Hayır" ise devam ediniz.

Parça onarılmalı mı? D Evet D Hayır

Parça yenisi ile değiştirilmeli mi ? D Evet D Hayır

Parça maliyeti ile onarım maliyetinin karşılaştırılması: a) Parça maliyeti:

b) Onarım maliyeti:

Kaynakçı onarım alanına ulaşabilir mi? D Evet D Hayır

Üretici tarafından belirtilen bakım ve onarımla ilgili özel talimatnameler ve standartlar var mı? D Evet D HayırCevabınız "evet" ise talimatname ve standartlarla ilgili açıklama yapınız.


EK 2KAYNAKLI ONARIM PLANLAMA FORMU

FORMU DOLDURANIN

Adı ve Soyadı:

İmzası:

Parça Adı:

1 - Esas metalin kaynak kabiliyeti D İyi • Kötü(Cevabınız "kötü" ise alınacak tedbirleri açıklayınız)

ONAYLAYANIN

Adı ve Soyadı:

İmzası:

2 - Kullanılacak kaynak yöntemi DTIG DMIG/MAG D EA1 D Metal toz püskürtme D Diğer

3 - Onarım şekli, boyutları ve yeri(Gerekirse arka sayfada şekille açıklayınız)

4 - Dolgu metalinin cinsi ve boyutları

5 - Koruyucu gaz cinsi

6 - Kaynak parametreleri

Akım (Amper) Gerilim (Volt) Doğru Akım Doğru Akım Alternatif(+) kutup (-) kutup Akım• • •

7 - Kaynak öncesi malzeme kaldırma (işleme) yöntemleri

Örtülü elektrodla ark kaynağı


9 - Kaynaklı onarımdan önceki ve onarım sonrası temizlik

10 - Distorsiyonu engelleme teknikleri

11 - Çekmeyi en aza indirme teknikleri

1 2 - ö n tavlama

Yok Var

° C - (dak) 1

13 - Kaynak sonrası ısıl işlemYok Var

°C (dak) 1

14-Onarım sonrası muayene: Gözle SıvıPenetran Manyetik Toz Radyografi Ultrason

ONARIM ŞEKİL, BOYUT VE YERİNİ PARÇA ÜZERİNDE GÖSTERİNİZ

10

Kaynak Teknolojisi W. Ulusal Kongresi

ÖZGEÇMİŞ

Prof. Dr. Barlas ERYÜREK

1969 yılında İ.T.Ü Makina Fakültesinden Makine Yüksek Mühendisi olarak mezun oldu ve 1972 yılında İ.T.Ü

'ye asistan olarak girdi. 1976 yılında "Elektrik Direnç Nokta Kaynağı" konulu teziyle doktor unvanı aldı.

1978-1980 yıllan arasında Londra Imperial College'de "Kınlma" konusunda araştırmalar yaptı. 1982'de Doçent,

1989'da Profesör unvanı aldı.

İ.T.Ü'de ve çeşitli üniversitelerde, Malzeme, İmal Usv Heri, Kaynak, Kınlma ve Hasar Analizi konulannda

dersler ve endüstride ısıl işlemler, kınlma ve kaynak konulannda konferans ve seminerler verdi.

40'a yakın makale ve bildirisi ve çeşitli konularda altı kitabı bulunan Prof. Dr. İ. Barlas ERYÜREK halen

İ.T.Ü. Makina Fakültesi Makina Malzemesi ve İmalat Teknolojisi Anabilim Dalı Başkanı ve İ.T.Ü. Makine

İmalatı Bilim ve Teknolojisi Uygulama Araştırma Merkezi müdürüdür.

Prof. Dr. Adnan DİKİCÎOĞLU

1954 doğumlu, 1977 Lisans İTÜ; 1979 Lisansüstü YTÜ; 1986 Doktora İTÜ; 1990 Doçent ve 1995 yılından

bu yana da Prof. olarak İTÜ Makina Fakültesi, Makina Malzemesi ve İmalat teknolojisi ABD deki görevine

devam etmektedir. İmal Usulleri, Malzeme Bilimi, Kaynak Metalürjisi gibi lisans ve lisans üstü dersler vermekte,

İmal Usulleri ile ilgili meslektaşlanyla ortak yazılmış kitabı, ders notlan ve çalışmakta olduğu alanla ilgili çok

sayıda makaleleri bulunmaktadır.

11

OSTENİTİK PASLANMAZ ÇELİK BİR DİRSEKTEKOROZYON HASARININ İNCELENMESİ

Araş. Gör. Murat BAYDOĞAN, Prof. Dr. M. Kelamı ŞEŞEN ve

Prof. Dr. Hüseyin ÇİMENOĞLUİstanbul Teknik Üniversitesi Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

34469 Mas/ak - İstanbul

ÖZET

Bu çalışmada petrol iletim hatlarında kullanılan ve paslanmaz çelikten üretilen bir dirsekte meydana gelen

korozyon hasan incelenmiştir. İletim borularına kaynakla birleştirilen dirsekteki korozyon hasan, genellikle

kaynak bölgesinde yoğunlaşmıştır. Söz konusu dirsek, kimyasal analiz, mikrosertlik, metalografi gibi

yöntemlerle incelenmiş ve dirsekteki hasarın hatalı malzeme seçiminden kaynaklandığı sonucuna vanlmıştır.

I. GİRİŞ

Paslanmaz çelikler, geniş bir sıcaklık aralığında, atmosfer koşullarının yanı sıra pek çok korozif ortama karşı

da dirençli olmaları nedeniyle, yüksek alaşımlı çelikler içinde önemli bir yere sahiptir. Paslanmaz çelikler,

mikroyapılanna göre, martensitik, ferritik, ostenitik, çökelme sertleşmesi uygulanmış ve dubleks olmak üzere

beş temel gruba aynlabilir (Metals Handbook, 1985).

Ostenitik paslanmaz çelikler, ostenitin oda sıcaklığında kararlı olmasını sağlayan alaşım elementleri içeririler.

Bu çeliklerde krom oranı % 16'dan, krom, nikel ve manganezin toplam oranı ise % 24'den yüksektir. Osteniti

kararlı yapan alaşım elementleri.arasında, en önemlisi nikel olmak üzere, manganez, karbon ve azot sayılabilir.

Krom, nikel, molibden, azot, titanyum ve kolombiyum, ostenitik paslanmaz çeliklere, korozyon direnci,

oksidasyon direnci ve yüksek sıcaklık mukavemeti sağlamaktadır. Kimyasal bileşimlerindeki alaşım elementlerine

göre ostenitik paslanmaz çeliklerin çeşitli türleri bulunmaktadır. Kimyasal bileşiminde azot içeren çelikler N

harfi ile gösterilir ve azot ilavesi çeliğin diğer mekanik ve korozyon özelliklerini düşürmeden, oda sıcaklığı ve

yüksek sıcaklık mukavemetini arttınr (Shankar ve diğerleri, 2003). Ostenitik paslanmaz çeliklerin bazı türlerinde

yüksek sıcaklık mukavemeti için karbon oranı belirli bir aralıkta kontrol edilir. Yüksek oranda karbon içeren

türler H harfi ile düşük karbonlu türler ise L harfi ile gösterilmektedir. Karbonun yüksek sıcaklık mukavemetinin

gelişmesine katkısı vardır, ancak aynı zamanda kromla kimyasal bileşik oluşturarak (örneğin krom karbür)

korozyon direncinin azalmasına da neden olur. Ostenitik paslanmaz çeliğin karbon oranı arttıkça, sıcaklık

etkisi ile oluşan karbür miktan artar. Pek çok durumda, yaklaşık % 0.08'e kadar karbon, korozyon direnci için

zararlı değildir. Daha yüksek karbon seviyelerinde, karbür çökelmesi hızlı bir şekilde artar. Bu nedenle, kaynak

edilmiş halde ve şiddetli korozyon koşullarında çalışacak ürünlerin, düşük karbonlu paslanmaz çelikten üretilmesi

tercih edilir. İşlenebilirlik fosfor ya da kükürt oranının artması ya da 303 Se kalite paslanmaz çelikte olduğu gibi

bileşime selenyum ilavesiyle ile ısıl direnç ise 302B türünde olduğu gibi silisyum ilavesi ile sağlanmaktadır.

13


Ostenitik paslanmaz çelikler yüksek elektriksel dirence sahip olmaları nedeniyle, düşük ısı girişiyle kaynak jedilebilir ve düşük ısıl iletkenliği sayesinde ısı, kaynak bölgesinde tutularak iyi nüfuziyet ve birleşme sağlanır. . •Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında planlanması gereken en önemli metalurjik faktör, yüksek sıcaklıklardatane sınırlarında karbür çökelmesine karşı duyarlılıktır (Metals Handbook, 1985). Ostenitik paslanmaz çeliklerdekaynak metalinde çökeltiler, d—ferrit, o—fazı ve Mj3C6 karbürleridir. Ayrıca daha düşük miktarda M6C karbürleride bulunabilir, a-fazı esas olarak bir dizi krom ve molibdence zengin çökeltileri tanımlamada kullanılır. Bufazlar, kaynak metalinden doğrudan çökelebilse de, çoğunlukla molibden içeren ostenitik paslanmaz çeliklerde(5-ferritten oluşmaktadır. Tane sınırlarında sürekli bir ağ şeklinde oluşan a-fazı, ostenitik paslanmaz çeliklerin,tokluk, süneklik ve korozyon direncini düşürmektedir. Tane sınırlarında söz konusu çökelti fazlan oluştuğunda,tane sınırına yakın bölgeler krom ve/veya molibdence fakirleşir ve alaşım, oksitleyici ve klor içeren ortamlardakorozyona karşı oldukça duyarlı hale gelir (Metals Handbook, 1987). j

t.Ostenitik paslanmaz çeliklerde kaynak işlemi etkisi ile ortaya çıkan korozyon,.sorunlan, çökelti oluşumu vesegregasyondan kaynaklanmaktadır. Oksitleyici ortamlarda, alaşım elementi bakımından fakirleşmiş bölgelerde,ostenit tercihli oyuklanma korozyonuna uğrar. Bu hasar, kaynak bölgesindeki dendritler arasımikrosegregasyonun sonucu olarak meydana gelir ve kaynak metalindeki çökeltilerden bağımsızdır. Çoğunlukladolgu metalinin kullanılmadığı gaz tungsten ark kaynağında, % 4-6 oranında molibden içeren alaşımlarda, anametalle aynı bileşime sahip bir dolgu metali kullanıldığında ve kaynak sırasındaki yüksek ısının yüzeye paraleldendritler içeren kaba bir mikroyapı oluşturduğunda tercihli oyuklanma meydana gelir. Bu sorun uygun alaşımlıbir dolgu metali kullanımıyla çözülebilir. Diğer taraftan uygun dolgu metali kullanıldığında dahi, kaynak metalininkarışmamış bölgelerinde tercihli oyuklanma meydana gelebilir (Metals Handbook, 1987). ,

/Standart ostenitik paslanmaz çelikler arasındaki bileşim farklılığı servis koşullarındaki kaynak kabiliyetinive performansı etkiler. Örneğin, 304 ve 304L kalite paslanmaz çeliklerin karbon içerikleri farklıdır vebu farklılık kaynak sırasındaki ısıtma ve soğutma işlemleri sırasında ısının tesiri altındaki bölgede çökelenkarbür miktarının farklı olmasına yol açar. 316 ve 316L kaliteler molibden içermektedir ve molibdenpaslanmaz çeliğin deniz suyundaki oyuklanma direncini çok büyük ölçüde artırır. Paslanmaz çeliklerde% 2-4 molibden içeren türler oyuklanma korozyonuna karşı en yüksek direnci gösteren ostenitikpaslanmaz çeliklerdir (Metals Handbook, 1985).

Bu çalışmada, bir petrol tesislerinde boruların birleştirilmesinde kullanılan bir bağlantı parçasında (dirsek)meydana gelen korozyon hasarının (Şekil 1) incelenmesi, hasarın nedenlerinin irdelenmesi ve çözüm önerilerinin •geliştirilmesi amaçlanmıştır. t.

2. İNCELEMELER

Dirsekte meydana gelen hasar mekanizmasını belirlemek amacıyla, kimyasal analiz ve sertlik ölçümlerinin yanısıra makroskobik ve mikroskobik incelemeler yapılmıştır. Sertlik ölçümü, parlatılmış ve dağlanmış metalografiknumuneler üzerinde, 1 kg yük ve Vickers uç kullanılarak mikrosertlik cihazında yapılmıştır.

3. SONUÇLAR ve İRDELEME f.

Dirsekte yapılan kimyasal analiz sonuçlan Tablo 1 'de verilmiştir. Bileşim açısından dirseğin 304L kalite paslanmaz

çelikten imal edilmiş olduğu anlaşılmıştır.

14

Kaynak Teknolojisi IV Ulusal Kongresi

Tablo 1. Hasarlı Dirseğin Kimyasal Analizi.

Element

Karbon.ManganezSilisyumFosforKükürtKromNikel

Bileşim, %

0.011.690.670.020.0217.910.2

Yapılan makroskobik incelemelerde dirseğin iç yüzeylerinde ve kaynak bölgesi yakınlarında oyuklanma şeklinde

(Şekil 1) yoğun hasar bölgeleri görülmüştür. Şekil 2'de, metalografik numunelerdeki oyukların kesiti verilmiştir.

Söz konusu oyuklar yüzeye paralel yarıklar şeklinde (Şekil 2a), ya da yüzeyden merkeze doğru belirli bir

derinliğe ilerleyen oyuklanmalar şeklinde (Şekil 2b) gelişmiştir. Şekil 3 ise kaynak metali ile ana metal

arayüzeyde başlamış ve ana metale doğru ilerlemiş çatlak görünümündeki korozyon hasarına aittir. Kaynak

bölgesinde (A) gözlenebilir bir korozyon hasan bulunmazken, korozyon arayüzeyden ana metale (B) doğru

ilerlemiştir.

(a) (b)

Şekil 1. Kaynaklı Dirseğin İç Yüzeyinde Kaynak Bölgesinde Görülen Hasar Bölgeleri.

200 ı

(a) (b)

Şekil 2. İncelenen Örneklerde Bulunan Oyukların Kesitlerinin Optik Mikroskop Görüntüsü.

15


Şekil 3. Kaynak Bölgesi ve Ana Metal Arayüzeyinde Korozyon Hasarının Gelişimi.

Şekil 4, dirseğin kaynak metali ile ana metal bölgesine ait mikroyapısını göstermektedir. Kaynak metali dendritik

mikroyapıya sahiptir. .Şekil 4'deki kaynak bölgesi, ITAB ve ana metal bölgelerinden alınan mikrosertlik ölçümleri

Tablo 3'de verilmiştir. Bu bölgeler arasında sertlik açısından önemli bir farklılık mevcut değildir.

Şekil 4. Dağlanmış Haldeki Dirseğin Kaynak Bölgesi ve Ana Metal Bölgelerinin Optik Mikroskop Görünümü.

Tablo 3.Hasarlı Dirseğin Farklı Bölgelerinin Sertliği.

Konum

Kaynak bölgesiITAB

Ana metal

HV1

185190190

Aynca, gerek ana metal ve gerekse kaynak metalinde EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) analizi yapılmış

olup, sonuçlar Tablo 2'de verilmiştir. Ana metal, % 1.25 molibden içeren kaynak bölgesinin aksine molibden

içermemekte, krom ve nikel oranlan ise, kaynak bölgesi ve ana metal için yaklaşık aynı değerlerdedir.

Aynca EDS analizleriyle belirlenen krom ve nikel oranlan, 304L kalite paslanmaz çeliğin bileşim arahklannı

sağlamaktadır.

16


Tablo 2. Hasarlı Dirseğin EDS Analiz Sonuçlan.

Element

KromNikel

Molibden

Kaynak metali

19.3910.731.25

Ana metal

19.209.55

4. DEĞERLENDİRME

Paslanmaz çeliklerin kaynak bölgesinde ortaya çıkan korozyonun temel mekanizmalarından biri kaynak ısısı

etkisi ile kromca zengin karbürlerin oluşması ve bunun sonucu olarak karbürlere yakın bölgelerin alaşım

elementi bakımından fakirleşmesidir. Sözkonusu bölgelerin tercihli korozyonu, tüm bir tanenin düşmesi şeklinde

ortaya çıkabileceği gibi belirli bölgelerde oyuklarıma şeklinde de olabilir. Korozyon morfolojisi, tane sınırlarına

çökelen bileşiklerin morfoloji ve dağılımına bağlıdır. Paslanmaz çeliklerde molibden içeriğinin artması ile oyuklarıma

ve korozyon direnci artmaktadır. (Metals Handbook, 1987).

Yapılan incelemeler kapsamında elde edilen bulgular sonucu, dirsekte gözlenen yoğun oyuklarıma hasarının

yanlış malzeme seçiminden kaynaklandığı düşünülmektedir. Kimyasal bileşiminde % 2-4 oranında molibden

içeren 316L kalite paslanmaz çelik, aynı çalışma koşullarında, 304L kalite paslanmaz çeliğe göre daha yüksek

oyuklarıma direncine sahiptir. Öte yandan, kaynaklı paslanmaz çelik bağlantılarda, oyuklarıma direnci, önerilen

dolgu malzemesi kullanılsa dahi kaynak sırasında özellikle kaynak bölgesine ısı girişinin artmasıyla artar. Bu

nedenle doğru dolgu malzemesinin (genellikle kaynak edilecek metale göre daha yüksek alaşımlı olması tercih

edilir) kullanılmasının yanı sıra, kaynak parametrelerinin kontrol edilerek, kaynak sırasında ısı girişinin mümkün

olduğunca düşük seviyede tutulması, korozyonla ilgili hasarların azaltılmasını sağlamaktadır.

5. GENEL SONUÇLAR

Paslanmaz çelikten üretilen ve petrol borularının kaynakla birleştirilmesinde kullanılan bir dirsekte meydana

gelen korozyon hasarı yanlış malzeme seçiminden kaynaklanmıştır. İncelenen dirsek bileşiminde molibden

içermeyen 304L kalite ostenitik paslanmaz çelikten üretilmiştir. Standartlara göre bileşiminde % 2-3 molibden

bulunan 316L kalite paslanmaz çelik bu uygulama için daha uygun malzemedir.

6. KAYNAKÇA

1. Metals Handbook, 1985. Desk Edition, ASM International, Ohio.

2. Metals Handbook, 1987. Corrosion, Vol. 13. 9th. Edition, ASM International, Ohio.

3. Shankar, V., Gill, T.P.S., Mannan, S.L., Sundaresan, S., 2003. Effect ofnitrogen addition on microstructure

and fusion zone cracking in type 316L stainless steel weld metals, Materials Science and Engineering A,

A343, 1-2, 170-181.

17


ÖZGEÇMİŞ f.

Araş.Gör. Murat BAYDOĞAN

1972 yılında Niğde'de doğdu. 1992'de Î.T.Ü Sakarya Mühendislik Fakültesi Metalürji Mühendisliği Bölümü'nden

mezun oldu. İ.T.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü'nden 1996 yılında Yüksek Lisans derecesi aldı. Aynı kurumda

sürdürdüğü "T6 ve RRA ısıl işlemi uygulanan 2014 ve 7075 kalite alüminyum alaşımlarının mekanik ve korozyon

özelliklerinin incelenmesi" konulu doktora çalışmasını 2003'de tamamladı. 1994-1997 yıllan arasında İstanbul

Üniversitesi Metalürji Mühendisliği Bölümü'nde, 1997 yılından bu yana da İ.T.Ü Metalürji ve Malzeme j

Mühendisliği Bölümü'nde Araştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır. Mühendislik Malzemelerinin yorulma, aşınma

ve korozyon özellikleriyle ilgili çalışan Murat BAYDOĞAN'ın 5 uluslar arası makale ile 13 ulusal ve uluslar

arası bildiri olmak üzere 18 yayını bulunmaktadır.

Prof. Dr. M. Kelami ŞEŞEN

1953 Artvin Arhavi'de doğdu. 1971 yılında İTÜ Maden Fakültesi, Metalurj i Mühendisliği Bölümü'nde başladığı

lisans eğitimini 1975 yılında tamamladı. Daha sonra TÜBİTAK burslusu olarak İ.T.Ü Maden Fakültesi, Metalürji

Mühendisliği Bölümü, Malzeme Bilim Dalında 1977 yılında Yüksek Lisans ve Üretim Metalürjisi Bilim Dalında j

1986 yılında Doktora öğrenimini tamamladı. 1988/89 yıllarında H a y Almanya'da Aachen Teknik Üniversitesinde

çalışmalar yaptı. 1995 yılında Doçent, 2003 yılında Profesör unvanı alan Kelami ŞEŞEN'in, pirometalurji,

demir-çelik metalürjisi, metalurjik hammaddelerin karakterizasyonu, hazırlanması, önişlemleri, değerlendirilmesi,

metalürji kinetiği ve malzemelerin karakterizasyonu konularında yayınlanmış çalışmalan ile Metalurjik Süreçlerin

kinetiği adlı bir de kitabı bulunmaktadır. Halen İ.T.Ü Kimya-Metalurji Fakültesi'nde Dekan Yardımcısı olarak

görev yapan Prof. Dr. Kelami ŞEŞEN evli ve iki çocukludur.

Prof. Dr. Hüseyin CİMENOĞLU .

I.1959 yılında Karadeniz Ereğli'de doğdu. Orta öğretimini Karadeniz Ereğli TED Özel Lisesi'nde tamamladıktan

sonra 1981 yılında İDMMA'nden Makine Mühendisi olarak mezun oldu. İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Metalürji

Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Malzeme Programından 1984 yılında Yüksek Lisans, 1989 yılında da Doktora

derecelerini aldı. Malzeme Bilimi alanında 1991 yılında Doçent, 1997 yılında da Profesör oldu. Halen İTÜ

Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü'nde Öğretim Üyesi olarak görev yapmakta olan Prof. Dr. Hüseyin

ÇİMENOĞLU'nun ulusal ve uluslar arası alanda 80'in üzerinde bilimsel yayını ile Malzemelerin Mekanik

Davranışlan ve Plastik Şekil Verme İlkeleri konularında 2 kitabı bulunmaktadır. Prof. Dr. Hüseyin CİMENOĞLU

evli ve 1 çocukludur.

18

GEMİ SAÇLARINA UYGULANAN KAYNAKLIBAĞLANTILARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN

İNCELENMESİ

Turgut AY, Uğur ÖZSARAÇ ve Safim ASLANLARSakarya Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi,Sakarya

Ö Z E T

Bir gemi yüzen bir tesis veya fabrika olarak düşünülebilir. Dolayısıyla, gemi inşaatında kullanılan malzemeler

akla gelebilen malzemelerin tümünü kapsayabilir. Genel olarak ticaret gemilerinin ana malzemesi çeliktir.

Konstrüksiyon ağırlığının önem kazandığı gemilerde alüminyum veya elyaf takviyeli plastik kullanılır. Gemi

inşaatında kullanılan malzemelerin teknik özelliklerinden bahsettiğimizde gemi üzerine gelecek çekme, basma

ve kesme gerilmelerini karşılayabilme özelliği, sertliği, sünekliği, kırılganlığı, yorulmaya dayanımı, yoğunluğu

ile yanma mukavemeti gibi özellikler anlaşılmalıdır

Gemi inşaatında genelde kullanılan çelik; fiyat, özellik ve bulunabilirlik yönünden uygun olan "yumuşak çelik"

malzemedir. Soğuk ve sıcak şekil vermeye ve kaynağa uygun olan bu malzemenin işleme sıcaklıklarında

mekanik özelliklerinde önemli bir değişme gözlenmez. Ancak çok düşük sıcaklıklarda darbe sertliğini kaybeder,

kırılganlık kazanır ve yapıda kırılganlık zafiyeti yaratabilir. Bir çeliğin gemi inşaatında kullanılabilmesi için

gemiyi belgeleyecek klas kurumunca denetlenmiş, test edilmiş ve damgalanmış olması gerekir. Klas kurumlan

gemi inşaatında kullanılan çelikleri belirli bir gruplandırmaya tabi tutmuş ve bunlara A'dan E'ye semboller

vermiştir. Genel olarak A ve B yumuşak çelik türleridir.

Metal birleştirmede en çok kullanılan yöntemlerden biri olan kaynak, birleştirilecek parçaların uçları ile dolgu

malzemesinin ergitilerek sıvılaşması ve takiben soğuyarak katılaşması suretiyle oluşturulan bir bileştirme türüdür.

Doğru uygulama yapıldığında kaynak dikişinin mukavemeti en az kaynatılan malzemeler kadardır. Genelde ısı

kaynağı yaratmada elektrik arkı, Oksi-asetilen (veya Oksi-bütan) gaz karışımının yakılması, elektrik direnci,

kimyasal maddeler (termit), elektron demeti veya lazer ışını kullanılır. Gemi inşaatında en çok kullanılan elektrik

ark kaynağıdır.

Bu çalışmada A-seviyesinden gemi saçları alınmış ve bu numunelere laboratuvar koşullarında bazik karakterli

elektrotlarla hem V-ağız hem de X-ağızlar açılarak farklı geometrilerde elektrik ark kaynağı yapılmıştır. Daha

sonra bu kaynaklı bağlantıların tahribatlı deneylerle mekanik özellikleri araştırılmıştır.

I. GİRİŞ

Kaynaklı gemi konstrüksiyonlannda işlemin özelliklerine yeterince dikkat edilmediği için büyük çaptakendini çekmeler, çarpılmalar ve gerilmeler meydana gelmektedir.[l] İstenmeyen bu etkileri ortadan

19

Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi ı

Fkaldırmak için uygulanan düzeltme işlemleri üretim maliyetlerini artırdığı için, distorsiyonları azaltacak

uygun kaynak sıralarının planlanması önemlidir. Bu amaçla kaynak sırası planlarının hazırlanması dikkate

alınması gereken önemli noktalardan bir tanesidir. Bu çalışmalar yapılırken dikkatli ve önem sırasına göre

uygulanması gerekir. [2]

Yüksek mukavemetli çelikler, bağlantılardan istenen özellikler ve kaynak edilebilirlik bakımından özenle

seçilmelidirler. Tekne inşaatında en çok rastlanılanları yüksek mukavemetli karbon çelikleri ile düşük alaşımlı

temperlenrniş çeliklerdir.[3]Yüksek mukavemetli çeliklerin tekne inşaatında kullanılma amaçlan çelik tekne

ağırlığını azaltmak ve yüksek gerilmelerin oluştuğu yerlerde çok kalın levhalann kullanılmasını önlemektir. I

Gemi inşaa tarihine bakıldığında yüksek mukavemetli çelik kullanımının son yıllarda yaygınlaştığı görülmektedir. /

Özellikle, büyük boyutlu gemilerin yapılmaya başlanması ile yüksek mukavemetli çeliklerin kullanılma gerekleri

de iyice artmıştır.

Gemi inşaatında en çok kullanılan birleştirme tekniği bilindiği gibi kaynaklı birleştirmedir. Bu bağlamda kullanılan

malzemenin kaynak kabiliyetinin yüksek olması hayati önem taşır. Birleştirme amacıyla ön tedbir istenmeden

geniş bir kaynaklama imkanı sağlayan malzemelere; kaynak kabiliyeti yüksek malzemeler denmektedir. [4] Bir

malzemenin kaynak kabiliyetinden söz edebilmek için aşağıdaki şartlan sağlamalıdır:

1. Malzeme parçalan belirli bir kaynak usulü ile birleştirilebilmelidir. J

fj2. Kaynaklanan malzemeler, kaynaktan sonra maruz kalacağı zorlamalara veya gereksinimlere cevap verebilmelidir.

Çelikler, yukarıda sayılan şartları sağlayan kaynak kabiliyeti oldukça yüksek malzemelerdir. Hemen her

çeşit kaynak metodu (elektrik ark, tozaltı, gazaltı, plazma, lazer vs...) kolaylıkla uygulanabilir. Ancak

kaynak esnasında ısı tesiri altında kalan bölgede (ITAB) meydana gelebilecek değişikliklere dikkat

edilmelidir [3]. Çeliklerin kaynaklanmasından sonra tavlama ile ısı tesiri altında kalan bölgenin

homojenliğinin sağlanması gereklidir. Aynca çeliklerde kaynaklama işlemi çok yüksek sıcaklıklarda .

(yaklaşık 1500 °C) meydana geldiği için çarpılmalara karşı levhaların desteklenmesine özen /

gösterilmelidir.

Kaynaklı imalatta, işin getirdiği teknik ve bilimsel ayrıntılara dikkat edilmez ise kaynak ile imal edilen

•parçalarda çarpılmalar, kendini çekmeler ve artık gerilmeler meydana gelir. Bu tarz bozukluklann giderilmesi

için büyük mali yüke sebep olan düzeltme ve doğrultma işlemlerinin yapılması gerekir. Bu düzeltmeler

büyük zaman kaybına sebep olduğu gibi çoğu zaman yeni gerilmelerin doğmasına da sebep olur. Örnek

olarak kaynakla imal edilen bir geminin perdesinin hesabını ele alacak olursak, alın bağlantılarının ve

takviyelerin kaynağının 22 saat ve sadece bu perdede olan çarpılmaları ve gerilmeleri yok etmek için

yapılan gerekli düzeltme işlemleri 21,5 saattir [4]. Böylece düzeltmenin kaynak için harcanan zamana eşit i

olduğu görülür ki bu büyük bir mali yük getirir. fi

Kaynaktan sonra kendini çekme ve çarpılmalann oluşumunu önlemek ancak uygun bir kaynak sırasına

uyulmasıyla mümkün olur. İyi bir plan ancak kaynak süresinin % 10 ile % 20' si kadar bir düzeltme zamanı

gerektirmektedir.

20


2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

2.1. Kaynak İşlemi

RMK Marina Tersanelerinden temin edilen gemi saclarına, elektrik ark kaynağı yöntemiyle kaynaklı

birleştirme işlemi yapılmıştır. Kaynak işlemi için Bazik-248 ticari kodlu ASKAYNAK elektrodları

kullanılmıştır. Elektrodlar, kaynak işlemine başlamadan önce 300°C'de 2 saat elektrot kurutma fırınında

bekletilerek kurutulmuştur.

Bazik karakterli elektrodlann örtüsünde kalsiyum ve diğer toprak alkali metallerin karbonatlan ile bir miktar da

kalsiyum florür bulunur. Genellikle kalın örtülü olarak imal edilir. Kaynak sırasında metal orta irilikte damlalar

halinde geçer.

Bazik elektrodlar genel olarak doğru akımda (+ kutup) kaynak yapılır. Bazı tipleri alternatif akımda da kullanılabilir.

Bütün kaynak pozisyonlarına uygun olup iyi bir aralık doldurma kabiliyeti vardır. Bazik karakterli elektrodlann

mekanik özellikleri diğer elektrodlardan daha iyidir.

Genel olarak bazik karakterli elektrodlann örtüsünün altında hidrojen teşkil edecek bir madde bulunmadığından,

dikişin absorbe ettiği hidrojen miktan çok azdır. Bağlayıcı madde olarak kullanılan silikatın içinde kalabilecek

herhangi bir rutubet kalıntısının giderilmesi için de bu elektrodlar aynca 400 - 500 °C lik bir pişirme işlemine

tabi tutulur. Özellikle hidrojenin, kaynak dikişinin geçiş bölgesinde ince çatlaklar meydana getirdiği dikkate

alınırsa, bu durumlarda bazik elektrodun kullanılması büyük önem taşır.

Bu elktrotlarla yapılan kaynak işleminin aşamalan şu şekilde gerçekleştirilmiştir;

• Numuneler çekme deneyinde kullanılan ölçü standartına getirilmiştir.

• Numuneler X-ağız ve V-ağız olmak üzere iki farklı geometride kaynak ağızlan açılmıştır.

• Numuneler kaynak işlemi için kaynak tezgahına sabitlenmiştir.

• Kaynak işlemi DC (+) pozisyonda yapılmıştır.

• Kaynak işlemi bittikten sonra yüzeydeki cüruflar temizlenmiştir.

2.2. Çekme Deneyi

• ve X kaynak ağzı açılmış gemi sacının, elektrik ark kaynağı ile birleştirme işleminde, gemi sacının mekanik

özelliklerini tespit etmek için çekme deneyi uygulanmıştır. Çekme deneyi DARTEC çekme makinasında yapılmıştır.

Yapılan deneylerde malzemenin; oAmı, <7çeknıe, okapm>, elastisite modülü, rezilyansı, tokluğu, sünekliği ve uzama

miktarlan tespit edilmiştir.

Yapılan deneylerde 0 nolu numunenin çekme hızı V=0.3 m/sn olarak uygulanmıştır. Fakat daha sonraki

numunelerde çekme hızının V=0.7m/s olarak uygulanması uygun görüldüğünden bu değerde deneyler

gerçekleştirilmiştir.

21


Malzemelerin ilk ölçüleri aşağıda verilmiştir:

Şekil 1. Çekme Numunesinin Görünüşü ve İlk Ölçüleri

Tablo 1. Kaynaklı Çekme Numunelerinin İlk Ölçüleri.

Parça No

0

1

2

3

4

5

6

L

32,4

31,2

32,3

30

31,5

30,7

31,7

D

16,4

15

15,1

14

14,6

15

10

T

10

10

10

10

10

10

10

t2.3. Sertlik

Kaynak bölgesinden bir kesit, tel erozyonu cihazı kullanılarak çıkanlmıştır. Daha sonra bu kaynak bölgesininsağdan sola ve yukandan aşağıya iki yönde de mikro-sertlikleri ölçülmüştür, ölçümler 0.5 cm. aralıklarlayapılmıştır. TIME THV 501-E marka mikro-sertlik ölçüm cihazı kullanılmıştır.

3. DENEYSEL SONUÇLAR

3.1. V- Kaynak Ağzı Açılmış Numunelerin Çekme Deneyi Diyagramları ve Hesapları:

V- Kaynak ağzı açılmış numunelerin elastisite modülleri (E)

E = •akma

22


Parça numarası

1

0

5

Elastisite değeri (E)

470.58

228.11

271.1

V- Kaynak ağzı açılmış numunelerin rezilyansı (UR)

2.E

Parça numarası

1

0

5

Rezilyans (UR)

192,82

156,6

244,3

V- Kaynak ağzı açılmış numunelerin tokluğu (UT)

U _T ~

akmakopma

Parça numarası

1

0

5

Tokluk (UT)

7127,14

3387,6

2980

V- Kaynak ağzı açılmış numunelerin % sünekliği

%e = AAxlOO

Parça numarası

1

0

5

Süneklik (%e)

32,35

38,63

36,04

23


V- Kaynak ağzı açılmış numunelerin % uzamalan

% uzama = — x 100İn

Parça numarası

1

0

5

% uzama

26,28

15,4

21,4

Bu numunelere ait örnek bir o—e grafiği aşağıda Şekil-2'de verilmiştir.

DAHTBC / SYSTEH HAHA6EK24/84/83 89: İB

60G

12 16 20

Şekil 2. O Nolu Numunenin Çekme Diyagramı

3.2. X- Kaynak Ağzı Açılmış Numunelerin Çekme Deneyi Hesaplamaları:

X- Kaynak ağzı açılmış numunelerin elastisite modülleri (E);

Parça numarası

4

6

2


512

470,5

486

24


X- Kaynak ağzı açılmış numunelerin rezilyansı (UR)

Parça numarası

4

6

2

Rezilyans (UR)

192,51

181,26

188,68

X- Kaynak ağzı açılmış numunelerin tokluğu (UT)

Parça numarası

4

6

2

Tokluk (UT)

3486,87

4491,52

3675,12

X- Kaynak ağzı açılmış numunelerin % sünekliği

Parça numarası

4

6

2

Süneklik (%e)

34,24

42,8

42,4

X- Kaynak ağzı açılmış numunelerin % uzamaları

Parça numarası

4

6

2

% uzama

20

22,7

20,4

3.3. Tersanede Kaynak Yapılmış Olan 3-Nolu Numunenin Çekme Deneyi Hesapları:


470,5

Rezilyans (UR)

193^3

25


Tokluk (U,

3571,2

Süneklik (%

38,57

% uzama

27,3

• )

e)

3.4.Çekme Deneyi Sonuçlarının Toplu Halde Gösterilmesi

Şekil 3. Esas Metal, ITAB ve Kaynaklı Bölgede Yatay Doğrultuda Mikro-Sertlik Değişimi.

26

j


Parça No

0

1

2

3

4

5

6

32,4

31,2

32,3

30

31,5

30,7

31,7

İs

37,4

39,4

38,9

38,2

37,8

37,3

38,9

do

16,4

15

15,1

14

14,6

15

10

d 5

13,6

13,9

14,2

12,2

12

12,3

12,2

t o

10

10

10

10

10

10

10

t ,

7,4

7,3

7,5

7,1

8

7,8

7,5

3.5. Sertlik Değerleri:

Kaynaklı bölgeden alınan parçanın sertlikleri aşağıdaki şekilde bulunmuştur:

260240220

^200

O 160_w 1*0m 120t. 100&) 80W 60

40200

f !1 • .1

i

m *

h- •

I -

**<—.—-w

^ - ^

- - — " -> • • • • —

Referanslar

Şekil 4. Kaynak Bölgesinin Mikro-Sertlik Değişimi.

4. TARTIŞMA ve ÖNERİLER

Yapılan çekme deneyleri sonuçlannda şu sonuçlar elde edilmiştir:

Elastisite modülü ne kadar büyük olursa, elastik uzama oranı da o kadar küçüktür. Yapılan çekme deneylerinde

27


en yüksek değer olarak X kaynak ağzı açılmış 4 nolu numune çıkmıştır. Elastisite modülünün yüksek olmasıiçin, yüksek akma mukavemeti ve düşük uzama miktarının çıkması gerekmektedir.

Rezilyans değeri olarak en büyük değer V kaynak ağzı açılmış numune çıkmıştır. Bunların Elastisite ve akmamukavemetleri karşılaştırıldığı zaman akma mukavemeti en büyük fakat Elastisite modülü en küçük olan enbüyük rezilyansa sahip olduğu görülmektedir.

Tokluk değeri en büyük olan V kaynak ağzı açılmış 1 nolu numunedir. Tokluğun büyük olması için omK, aaknıa

ve e ko ^ nın en büyük değerlere sahip olması gerekmektedir.

Sünekliğin büyük olması için ilk alan ve son alan farklarının en büyük, ilk alanında en küçük olan değerlerçıkması gerekmektedir. X kaynak ağzı açılmış 6 nolu numune en iyi süneklik değerine sahiptir.

Uzama miktarının büyük olması için, ilk boy ile son boy arasındaki farkın büyük olması ve son boya bölünmesiyleuzama miktarı büyük değer çıkmasıdır. Tersanede yapılan 3 nolu numune en yüksek uzama miktarına sahiptir.

4.1. Öneriler

• Günümüzde düşük tonajlı gemi imalatında alüminyum ve fiber yapılı malzemeler kullanılmaya başlanılmıştır.Bu malzemelerin birleştirilmesinde MIG kaynak yöntemi iyi sonuçlar verebilir. MIG kaynak yönteminde ısıgirdisi minimum olduğu için çarpılma ve kendini çekme tehlikesi minimuma inecektir. MIG kaynakyöntemiyle birleştirilen gemi saclarının mekanik özellikleri incelenebilir.

• Birleştirdiğimiz kaynak numunelerin kaynak bölgesinde martenzitik yapı oluşma olasılığı yüksektir. Buyapıda oluşabilecek iç gerilmeleri gidermek için menevişleme (temperleme) ısıl işlemi uygulanabilir.

t/ Kaynak yapılan malzemelerde oluşan gevrekleşmeyi azalmak için ve daha iyi sonuçlar vermesi için molibden(Mo) ilavesi yapılabilir.

• Kaynak bölgesinde oluşan kontrolsüz soğuma farklılıklarından dolayı, değişik sertlik değerlerini elde edilir.Bu sertlikleri kontrol etmek için kontrollü değişik sıcaklıklar da soğutma işlemleri yapılabilir.

• Kaynak bölgesindeki gerilmeleri ve çarpılmaları minimum seviyeye indirmek için, kaynak ağız açısını endar açı seçilmesiyle, ısı girdisi minimum seviyeye indirilebilir.

• Kaynak ağız açısı değiştirilerek meydana gelen mekanik özellikler incelenebilir.

• Değişik kaynak teknikleri ile birleştirmeler yapılabilir ve bunların mekanik özellikleri karşılaştınlabilir.

KAYNAKÇA

1. Dikeç Feridun, "Deniz Yapılarında Kullanılan Yüksek Mukavemetli Çeliklerdeki Gelişmeler", Türk LoyduVakfı Seri Konferansları, Cilt:2,1987

2. Battır Tank, "Gemilerde Kullanılan Kaynaklı Konstrüksiyonlar", Yüksek Lisans Tezi, İTÜ Makina Fakültesi, fHaziran 1997

3. Dikeç Feridun, "Deniz Yapılarında Kullanılan Yüksek Mukavemetli Çeliklerdeki Gelişmeler", Türk LoyduVakfı Seri Konferansları, Cilt:3,1989

4. Anık Selahattin, "Kaynak Teknolojisi El Kitabı, İstanbul, 1983

28

I


ÖZGEÇMİŞ

Turgut AY

1981 yılında Tokat'ta doğdu. îlk ve orta öğrenimini Tokat'ta tamamladı. 1999 yılında Sakarya Üniversitesi

Teknik Eğitim Fakültesi Metal Eğitimi Bölümünü kazandı ve bu bölümden 2003 yılında mezun oldu. Teknik

Öğretmen olarak görevine devam etmektedir.

UgurÖZSARAÇ

1971 yılında Çorum'da doğdu. İlk ve orta öğrenimini Çorum'da tamamladı. 1989 yılında ODTÜ Metalürji

Mühendisliği bölümüne girdi. Bu bölümden 1995 yılında mezun oldu. 1999 yılında Sakarya Üniversitesi Metalürji

Mühendisliği bölümünde Yüksek Lisans öğrenimini tamamladı. 1999 yılından beri aynı üniversitenin Makina

Mühendisliği Kaynak Ana Bilim Dalında doktora öğrenimine devam etmektedir. 1996 yılından beri Sakarya

Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Öğretmenliği bölümünde Araştırma Görevlisi olarak çalışmaktadır.

Evli ve bir çocuk babasıdır.

Salim ASLANLAR

1963 yılında Adapazan'nda doğdu. İlk ve orta öğrenimini Adapazan'nda tamamladı. 1981-1983 yıllarında

Almanya Borken'de Meslek Yüksek Okulu Metal İşleri bölümünü bitirdi. 1983-1987 yıllan arasında Almanya

Krefeld şehrinde Makina Mühendisliği bölümünü bitirerek Yüksek Mühendis unvanını aldı. 1994-1995 yıllan

arasında Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makina Mühendisliği Bölümünde doktorasını tamamladı.

1992-1993 yıllan arasında Araştırma Görevlisi, 1994-1999 yıllan arasında Öğretim Görevlisi, 1999 yılından

beri Yardımcı Doçent olarak, Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Metal Öğretmenliği bölümünde

görev yapmaktadır. Bu bölümde, Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanlığı ve Geyve MYO Müdürlüğü görevlerini

sürdürmektedir. Evli ve iki çocuk babasıdır.

29

GEMİ İNŞAATINDA KALIN ÇELİK SAC KAYNAKBAĞLANTILARININ İŞLETME MUKAVEMETİ

H. ÖZDEN

Makina Müh. Böl., Ege Üniversitesiözden @eng. ege. edu. tr

ABSTRACT

The technical and economic requirements of passenger and merchant ships have grown strongly. Onetries to present competitive ships with new construction and fınishing techniques that fit today's stat ofthe art. The quality, the reliability and the economy of the building of ships are strongly connected to thereliability, the quality, and the economy of the welding seams. A suffıcient strength and durability of thevvelded joints here is to be proven. The test results are represented in numerous diagrams and acording tothe set of rules (IIE Recommendation). Those can be used as a basis for the computational service lifeassessment. The harmonious distribution of the force flow lines and the material vveakening in the structures'cross section and/or in the welding seam are crucial for the operating strength.

Keywords: Fatigue strengt, aperiodic loads, vvelded joints, Thick sheet vvelded, IIE-Recommendation,

ÖZET

Yolcu ve yük taşımacılığında kullanılan çelik sac, metal gemilerin yapımlarının kalitesi, güvenirliliği veekonomikliği gemi kaynak bağlantılarının kalitesine, güvenirliliğine ekonomikliğine bağlıdır. Gemikonstrüksiyonunda kaynak bağlantıları zayıf, kritik yerler olarak değerlendirilmektedir. Gemi bilhassa sertdalgalı fırtınalı denizlerde düzensiz değişken ve çok boyutlu kompleks yüklerle zorlanmaktadır. Deniz suyununkorozif etkisi ve klimasal etkenlerde kaynak bağlantılarının erken yıpranmasına katkı sağlamaktadır. Bunedenle öngörülen bir işletme ömrü ve koşullan içerisinde geminin dolayısıyla kaynak bağlantılannın kabuledilebilir isletme mukavemetine sahip olması istenilmektedir. Bu çalışmada gemi inşaatında kalın çelik sackaynak bağlantılarının işletme mukavemeti konu edilmektedir. Bazı araştırma sonuçlan diyagramlar, tablolarüzerinde verilmektedir. Yapı elamanlannda deneysel ve simultan kaynak bağlantılarında FEM ve BEM hesapyöntemleri ile elde edilen önemli sonuçlardan biri kaynak ağzı formunun belirlenen koşullarda işletmemukavemetine belirleyici bir etkisinin olmadığıdır. Kalın çelik saclar kaynak öncesi herhangi bir işleme tabiitutulmadan da, kaynak ağzı hazırlanmadan da lazer ışın gibi güçlü kaynak yöntemleri ile kaynakedilebilecekleridir. İşletme mukavemetinde kuvvet akısının ani sapmalar göstermeden harmonik bir şekildeyayılmalan esastır. Ve konstruksiyon malzemesinin imalat işlemlerinden sonra tekno-mekanik değerlerinin,özelliklerinin aşın zayıflamaması, ana malzemeden aşın farklı değerlere ulaşmamasına dikkat edilmelidir.

Anahtar kelimeler: İşletme mukavemeti, düzensiz değişken, isletme yükü, kaynak, çelik sac, gemi

31


1. GİRİŞ

Büyük tonajlı yolcu ve yük gemi yapımlarında kaynak bağlantılarının prodüktivitesine, kalitesine büyük önemverilmektedir. Gemi yapım maliyetini önemli ölçüde azaltmak için kaynak bağlantı malzemesi hacmininazaltılmasına ve kaynak öncesi ve sonrası ısıl ve mekanik işlemlerden tamamen vazgeçilmesine uğraşılmaktadır.Son yıllarda ise yüksek mukavemetli alaşımlı çelik sac, ve kompozit malzemeler kullanılarak önemli ölçüdegemi ağırlığını düşürmek ve kaynak hacmini azaltmak üzerine çalışılmaktadır. Örneğin dar ağızlı MIG-MAG-kaynak yöntemi ile kaynak bağlantısının hacminin düşük tutulmasına gidilmektedir. Bazı tersanelerde dünyapazarında rekabet şanslarını koruyabilmek ve veya artırabilmek için sektörel gemi imalat yönteminiuygulamaktadırlar. Bu yöntemde geminin gövde parçalan ayrı yerlerde genellikle kapalı mekan içerisinde,atölyede tam-otomatik ve veya kısmi-otomatik, mekanizasyon ve robot imalat yöntemleri, uzaktan kumandalıbilgisayar destekli kullanılarak hazırlanmaktadırlar. Daha sonra gemi gövde parçalan, (sektörel gemi gövdeleri)kızak üzerinde birbirlerine kaynakla eklenerek denize indirilmektedir. Bir plan dahilinde denize indirilen gemiiçinde ve üstünde ise diğer imalat işlevleri tamamlanmaktadır. Şekil 1, hazırlanmış parça gemi gövdeleri vedenize indirilerek yapımına devam-edilen yaklaşık 120 m uzunluğunda, 21 kN hızla seyreden çok amaçlı biryük gemisi görülmektedir. (Benim bu tersanede çalıştığım sırada ayni tip gemiden 7 adet yapılmaktaydı busuretle de gemi maliyeti, süresi önemli ölçüde azaltılmıştı.)

• Container

Sandviç- /Deckplatten

'HOOHIİBİOIOIO

/ DoppeltvvandSpannt P S t l c h n a ^

Şekil 1. Sektörel Gemi İmalatına Örnek

3 2

1


Gemilerde kaynak bağlantıları aperiyodik yani düzensiz değişken çok boyutlu, kompleks aşın yüklerle

zorlanmaktadırlar. (Fırtınalı sert dalgalı seyirlerde, limanlarda yük alıp vermelerde yanaşma rampalama şokları,

çarpmalar, ana ve yardımcı motor ve makinalardan, pervaneden, çıkan titreşimler sarsıntılar) Bu yükler kaynak

bağlantılarında sabit gerilmelere eklenmektedir. Suyun korosif etkisi sıcak, soğuk gibi iklimsel etkenlerde

kaynak bağlantılarının erken yıpranmasına, zayıflamasına sebep olabilmektedirler. Kayda geçen gemi facialarının

çoğu genelde kaynak bağlantılarından, kaynak bağlantı hatalarından, malzeme yorulma çatlaklarından odaklandığı

saptanmıştır. 20 senelik gemi işletme ömründe kaynak bağlantılı gemi konstrüksiyonu 108 kez düzensiz

değişken zorlamalara maruz kalmaktadır ve ilgili yük koUektivinin doğrusal dağılımlı olduğu Avrupa ile Amerika

hattında yük taşıyan bir konteyner gemisinde DMS-ölçümleri ile tespit edilmiştir. /I-12 /

Gemi konsrüksiyonunda kaynak bağlantılarının işletme mukavemeti hesabi son on yılda çok önem kazanmıştır.

Bu konu ile ilgili bilimsel informatik tekniğin kullanımı altında araştırmalar günümüzde yoğun sürdürülmektedir.

Gemi konstrüksiyonu ile ilgili bilimsel çalışmaları dört kategoride toplamak mümkündür:

1. Gemi konstrüksiyonu ile ilgili çizim, imalat resimleri, hesaplar bilgisayar destekli simultan ve FEM. BEM

ve Neural ag yöntemleri kullanılarak yapılması. (Information&, Kommunikation&Computer)

2. Yeni tip çok amaçlı kullanımlı, süratli gemi konstrüksiyonlan. Örneğin, katmaran, trimaran.

3. Sağlam, hafif malzemeler kullanılarak gemi ağırlığının ve imalat ve işletme maliyetinin düşürülmesi...

4. Geminin öngörülen işletme ömrü ve koşullan içerisinde işleteme mukavemetinin gerçeğe yakın, güvenirli

hesaplanması.

Günümüzde işletme mukavemeti diğer alanlarda da örneğin, uçak, tren, otomobil, otobüs, kamyon, motor,

makina sanayinde, köprü gibi pek çok çelik yapı tesislerinde, teknik mamullerinde, yapı, makina elamanlannda

büyük aktualite kazanmıştır. Pek çok firma ürettiği makinayı, elemanı, teknik mamulü piyasaya sürmeden

evvel belli bir kullanım süresi ve koşullan altında deneysel ve hesap yöntemleri ile işletme mukavemetini

hesaplamaktadır. Bu sonuçlara göre zayıf yerler tespit edilip bazı konstrüktif müdahalelerle, yeni malzemelerle,

alternatif imalat yöntemleri ile kuvvetlendirilmektedir, takviye edilmektedir. Otomobil konstrüksiyon ve imalatında

işletme mukavemeti önemli yer tutmaktadır. Bu araştırma sonuçlanna göre yeni tip modellerin tasarlanmasına

kadar gidilmektedir. Teknik yapılann, mamullerin öngörülen işletme ömrü ve koşullan içerisinde işleteme

mukavemetinin gerçeğe yakın, güvenirli hesaplanması, garanti verilmesi şart koşulmaktadır. Bazı gemi sigorta

şirketleri aynca önemli hasar tespit protokollerinde işletme mukavemeti hesabı, ömür tespiti yargı organlan

Crack, Riss

, Gemi Kalın Çelik Sac Kaynağında Kullanılan Kaynak Bağlantı Tipleri

33


tarafından da aranılmaktadır, şart koşulmaktadır. İşletme mukavemeti aynı zamanda gereğinden fazla malzeme

kullanılmaması, olası teknik büyük maliyetli kaza ve hasarları önceden önlemek için de önem kazanmaktadır.

II. GEMİ KALIN ÇELİK SAC KAYNAK BAĞLANTILARINDA KAYNAK AĞZI

Gemi kaynağında, G, E, MIG-MAG, WIG, (TIG) kullanılan kaynak yöntemleridir. Gemi tersanelerinde MIG,

MAG gazaltı kaynak yöntemi yüksek eritme gücü ve otomasyona, mekanizasyona uygunluğu nedeniyle \

yoğun kullanılmaktadır. Şekil 2 'de gemi kalın çelik sac kaynak bağlantılarında kullanılan kaynak ağızlan şematik f

şekilde gösterilmektedir. I-kaynağı ve III-1, III-2, III-3 kaynakları hariç diğer hepsinde bilinen konvansiyonel

kaynak yöntemleri uygulanabilmektedir. Kaynak ağzı açılmadan kalın çelik saclar lazer ışın, elektron ışın gibi

akonvansiyonel güçlü kaynak yöntemleri ile birleştirmek mümkündür. Lazer kaynağının kullanımını gemi

tersanelerinde yaygınlaştırmak için lazer kaynak teknolojisinin geliştirilmesi üzerinde araştırmalar

sürdürülmektedir. Bilindiği gibi lazer kaynağında parçalar arasındaki boşluk kaynağın kalitesini eksi yönde

etkilemektedir. Kaynak ağzının seçimi genelde kullanılan malzemeye, kalınlığa, ve kaynak yöntemine göre

olmaktadır. Çelik sac kalınlığı arttıkça kaynak ağzının açısı, dolayısı ile ek malzeme kullanımı ve kaynak banyosu

hacmi artmaktadır. Kaynak bağlantı hacminin büyük tutulması beraberinde bazı problemleri meydana ,

getirmektedir. Örneğin, Kaynak bağlantı malzemesinin mekanik-teknolojik değerleri düşmektedir. Mikro gözenek f

gibi kaynak hatalarının meydana gelme olasılığı yükselmektedir. Ve kaynak malzemesinin maliyeti rapit

yükselmektedir. Bu nedenle kaynak bağlantı malzemesinin hacmi mümkün olduğu kadar küçük tutulmalıdır.

Kaynak ağzının geometrik form ve boyutlarının seçimi ile;

- Kaynak işlevinin uygulanması kolaylaşır,

- Ek malzemenin daha iyi nüfuz etmesi sağlanır,

- Kaynak işlevi sırasında gazların kaynak malzemesinden çıkması iyileştirilir. .

- Kaynak işlevi sırasında Kaynak malzemesinin soğuması kontrol edilir.

- Kaynak sonrası artık iç gerilmelerin etkisi azaltılabilir.

- Maliyet düşük tutulabilir.

Kaynak ağızlarının hazırlanması, kaynak öncesi ve sonrası işlemler maliyet artırıcı olarak görülmektedir. Bazı

zaman ise atölye dışında hazırlanmaları çok külfetli hatta bazı hallerde imkansız olmaktadır. Günümüzde yüksek

frekanslı, tansistorlu, bilgisayar destekli güçlü kaynak makinaları kullanılarak ve yeni kaynak yöntemleri t

uygulanarak kalın dar ağızlı çelik saclar yeterli sağlamlıkta birleştirilmektedir. Günümüzde 10 cm kadar çelik j-

saclar en ekonomik lazer ışınları ile kaliteli kaynak edilmektedir. Diğer taraftan bazı tersaneler yüksek

mukavemetli, ince taneli alaşımlı çelik saclar kullanarak örneğin büyük gezi, tatil gemilerin, kruvazörlerin dış

kabuk kalınlığı 10 mm altında tutmaktadır. Yakın gelecekte yüksek eritme güçlü lazer isin kaynak yöntemlerin

gemi imalatında yaygınlaşacağı hesaplanmaktadır. Günümüzde High-Tech-Gemilerin yapımında lazer ışın kaynak

ve kesme yöntemleri uygulanmaktadır.

3 4


III. GEMİ KALIN SAC BAĞLANTILARININ İŞLETME MUKAVEMETİ

"İşletme mukavemeti"; önceden belirlenen bir işletme süresi içinde işletme koşullan altında teknik bir yapının

sağlamlığı, güvenirliliğidir. Ekonomik, kaliteli ve güvenirli yeni teknik ürünlerin konstrüksiyonunda; - malzeme

özellikleri, - geometrik sekli, - işlevi parametreler, (proses-parametreler, büyüklükler) ve - işletme mukavemeti

bilgilerinin bir korelasyonu gereklidir. Genelde teknik yapılar işletme koşullannda düzensiz değişken, çok

boyutlu kompleks zorlamalara maruz kalmaktadırlar. İşletme ömrünün, işletme mukavemetinin tespitinde pek

çok zorluklarla karşı karşıya kalınmaktadır. Çok sayıdaki faktör ve örneğin kaynak işlevi sırasında önceden

belirlenemeyen oluşumlar matematiksel kesin bir çözümü imkansız kılıyor. Hesap daha çok deneylerden kazanılan

varsayımlara, hipotezlere, katsayılara ve tecrübelere dayanıyor. İstatistiksel hesap yöntemlerini de kapsadığından

değerler belli bir olasılıkla, yüzde oranı, % ile verilmektedir. Elde edilen sayısal değerler birbirinden, ortalama

değerden büyük sapmalar göstermektedirler. Farklı hesap yöntemlerin kullanımında da birbirinden farklı değerler

elde edilmektedir! Külfetli deneyler sonucu elde edilen değerler, hesap yöntemi ile elde edilen değerlerden daha

emin değerlerdir. Büyük teknik yapılann labor şartlan altında incelenmesi imkansız denecek kadar zordur.

Çoğu kez teknik yapı sistemi içinde en fazla zorlanan, en zayıf ve kritik yerler, elemanlar tespit edilip labor

deneyleri ile güvenirli, gerçeğe yakın bir sonuca vanlmaktadır. Örneğin gemide olduğu gibi geminin kritik

yerlerinde en zayıf bağlantı elemanı kaynağın incelenmesi gibi. /I-12/

Gemi kalın çelik sac kaynak bağlantılannda işletme ömrü, işletme mukavemeti ile ilgili Dünya Literatürende

çok az sayıda kaynak bulunmaktadır. Mevcut çalışmalann çoğu ise tek basamaklı ve eksenli Wöhler-Malzeme,

yorulma deneyleridir. Bu çalışmalarda verilen değerler genel bir uygulamadan ziyade laboratuar koşullannda

geçerlidirler ve benzeri koşullarda bir kıyaslama mümkündür. Örneğin bazı literatürde X-kaynağının mukavemeti

V-kaynağma göre üç kat daha yüksek, iyi olarak verilmektedir. Nedeni hakkında ise bir yorum yapılmamaktadır.

Deneysel düzen, koşullar ve yükleme fonksiyonu hakkında da bilgi verilmemektedir. Sözü edilen farkın artık iç

gerilmelerle izah edilmesi hayli güçtür. X-kaynağı artık iç gerilmeleri dengelediği için bilhassa makina yapımlarında

aşın zorlanan elemanlann kaynağında tercih edilmektedir.

Bu çalışmada tek basamaklı yorulma deneyleri ile işletme mukavemeti deneyleri yapılmıştır. Aynca simultan

kaynak bağlantılarında (Şekil 3 ve Şekil 4) FEM, BEM-hesap yöntemi ile kaynak bağlantılannın gerilim dağılımı,

N/mmA2.

361E-01 5.81E-01 8.02E-01 1-02E+00 1.24E+00 1.46E+00 1.83E+00

Şekil 3. Fem -Simultan Kalın Çelik Sac I-Kaynak Bağlantısında Gerilim Dağılımı(Sağdaki 1/1 kesiti, % simetriği)

35


kritik, zayıf yerlerin tespitine gidilmiştir. Bu yöntemle de kaynak ağızlan birbirleri ile mukayese edilmiştir. Bu

FEM ve BEM gerilim hesaplamalannda simultan kaynak bağlantılannın hatasız ve bazı hataların örneğin kaynak

sarkması, yığılması ve iç gerilimler gibi hatalann çok düşük, ihmal edilir değerde oldukları varsayımına

gidilmiştir. Daha önceden kaynak edilmiş kalın çelik sacların kaynak formlan bire bir hazır softvvare programı

ile çizilerek hesaplanmıştır.

- * I t '

?•":£&

J-'

N/mmA2.

3.61E-01 5.81E-01 8.02E-01 1-02E+00 1.24E+00 1.46E+00 1.83E+00

Şekil 4. FEM -Simultan Kalın Çelik Sac V-Kaynak Bağlantısında Gerilim Dağılımı, ('A simetrig)

Wöhler deneyleri için normal dağılımlı tek basamaklı kollektifboyutu5.104 değişkengerilim sayılı ve düzensiz

değişken faktörü 1=0.99 olan yükleme fonksiyonu alınmıştır. Deneylerde Alt ve üst gerilim oran sayısı R=-l

ve R=0 olarak seçilmiştir İşletme mukavemeti deneyleri için daha ilgi çekici kaynak bağlantılı kalın boru ve

levha deney yapı elemanı seçilmiştir. Alın kaynak bağlantılarının incelenmesi, birbirleri ile mukayesesi için FEM

yöntemi seçilmiştir. Deney yapı elemanı eğilme ve torsion yüklenmeleri ile birbirinden etkilenmeyecek şekilde

deney düzeninde zorlanmaktadır. Yapı elemanı gemi kaynağında yoğun kullanılan MAG yöntemi ile

kaynaklanmıştır. Kaynaktan sonra ısıl işleme tabii tutularak artık gerilmelerden anndınlmıştır. Daha sonra

kaynak hatalan muayenesine tabi tutularak deney için hatasız yapı elemanlan seçilmiştir. Deney sırasında

çatlak başlangıcı, ileri çatlak süreci ve yırtılmalar izlenmiş ve kaydedilmiştir. Kopma yüzeyleri tetkik edilmişlerdir.

İsletme mukavemeti için kullanılan yük-zaman-diyagramlan, (Yükleme fonksiyonu) Şekil 5 'te görülmektedir.

Şekil 6. ise gerilme-degişkenliksayı eğrileri ve bazı modifikasyonlan ve karakteristik noktalan logaritmik

eksenler üzerinde gösterilmektedir.

36


, 1 GAU995e4 fi j R=-1

|F GRO5E4 A R=0

IAAAAAAAA.AA/IA,

Yükleme Fonksiyonu

o.log

Steel, weldingrst,= 5. ıOB

Const amplltude VariabvamplifiüdeGaBnerlinieariabamplifi

Mmer MpdmkatjpnMiner '-"- HaıbachElementar

Cycles to failure, N log

Şekil 6. Gerilme-Değişkenlik Sayı-Diyagramları

400

40103 10* 10s 106 1(f

Cycles to Failure, N

400

200

U100o.

<

i55

80

60

40

iuuyuiL.v^ I i (î I T I T Ş

R=-tL*âk HilaliOli

• WeW, MAG, HVMaterıat aE4«)

1 Stressreliefanneatedo Bending

• o Torsion• B»nding• Torston

c

i.

\

ıh iıj A

Şekil 7. İşletme Mukavemeti Eğrileri, HY

103 10* 10* 10* 107 10*Cycles to Failure, N

Şekil 8. İşletme Mukavemeti Eğrileri, HV

•»600

İ 60<o 4 0

** 20

10

IIW-Rul#6,97.7%bandîng,torsıon ' •leak initafon

Matertat StE 460 ,ıi

T T M I . İ H i ; . . : i,_ I mca-cunng. ı. A

II. measunns. k=3.0.III. !IW-Rıie9. bemSng

h

• i

10* 10* 106 1(f 107 10* 10* 1O10


^ ı ' 1 9 . İşletme Mukavemeti Eğrileri, HY

v2 5 % t ; ••«J-50.0%

...» I. measurlng. •- A., II i k 3 0

III, 4IW-Ruk».-•- IV. mv-nıles. torslon -

Pü «67 7 1 *!bendi no

stop», k = î . 0 "

llW-Rules,97.7%.bendmg. torsıen '


Şekil 10. İşletme Mukavemeti Eğrileri, HV

37


Araştırma sonuçları ve önemli deney koşullan diyagramlar, Şekil 3. - Şekil 13 ve tablolarda, Tablo 1- Tablo 4

verilmektedir. Deney sonuçlan uluslararası normaler ve tavsiyler, IIW- Recommendation, /13,14/ dikkate

alınarak Şekil 9-Şekil 13, Tablo 1 - Tablo 4 düzenlenmiştir. Araştırma sonuçlanm aşağıdaki gibi özet şeklinde

sıralamak mümkündür;

- Yorulma ve işletme mukavemeti eğrileri birbirinin benzeri, simetriği şeklinde ilerlemektedirler.

- Kaynak ağzı formun bu deney koşullan altında işletme mukavemetine belirleyici bir etkisinin olmadığı

görülmektedir. Örneğin HV-kaynakh deney yapı elemanlannın HY-kaynağına göre daha uzun ömürlü olacağı

bekleniliyordu, Şekil 11 ve Şekil 12.

- Torsion zorlanışında deney parçalan eğilme zorlamasına nazaran daha erken kullanılmaz hale geliyor yani

. daha kısa ömürlüdürler.

- Alt-üst gerilim oran sayılarının, R=-l, R=0 tek basamaklı değişken yorulma mukavemetine dominant,

(belirleyici) bir etkisi olmadığı saptanmıştır. Buna karşın R= O'in düzensiz değişken zorlamalarda işletme

ömrünün daha kısa olduğu görülmektedir.

- Eğilme ve torsion kombinasyonlu zorlamalan altında yapı elamanlannda daha erken çatlaklar ortaya

çıkmaktadır.

- Torsion sabit, eğilme değişken, (R= - 1) kombinasyonlu zorlamada işletme ömrünün daha uzun olduğu

gözlenmektedir. Ömür uzatıcı efekt olarak görülüyor.

- Hemen hemen bütün deney parçalan kaynak-malzeme arası kritik yerlerden dış yüzeyden çatlayarak

kınlmaktadırlar, Şekil 12. Kaynak içerisinden ortaya çıkan çatlaklar, hasarlar çok ender görülmektedir.

Çatlak ve kınlmalann HY-kaynağında kök içinden kaynak edilmemiş ara yerlerden ortaya çıkacağı

bekleniliyordu.

Deney parçalannın kınlma yüzeyleri birbirinin benzeridirler, Çatlaklar kaynak dikişi ve ana malzeme arası

alanda, dış yüzeyden çıkıp yatay eksene paralel olacak şekilde ilerleyerek yırtılmaktadırlar daha sonrada

kopmaktadırlar, Şekil 11, Şekil 12.

HV _ , Nahtûbergang-e,notch

HY

Şekil 11. HV- ve HY-Kaynaklarının Şekil 12. Kırılma Yüzeyleri

3 8


V. SONUÇLAR

"İşletme mukavemeti"; önceden belirlenen bir işletme süresi içinde işletme koşullan altında teknik bir yapının

güvenirliliğidir. Ekonomik, kaliteli ve güvenirli yeni teknik ürünlerin konstrüksiyonunda; - malzeme, - geometri,

- prozes parametreler, ve - işletme mukavemeti bilgilerinin bir korelasyonu gereklidir. Genelde teknik yapılar

işletme koşullarında düzensiz değişken, çok boyutlu komplex zorlamalara maruz kalmaktadırlar. Çok sayıdaki

faktör ve örneğin kaynak işlevi sırasında önceden belirlenemeyen oluşumlar matematiksel kesin bir çözümü

imkansız kılıyor. İşletme mukavemeti, ömür hesapları bu alandaki araştırma ve geliştirme faaliyetlerin

vazgeçilmez bir bilim alanı haline gelmiştir.

Gemi kalın çelik sac kaynak bağlantılannda kaynak bağlantı formunun işletme mukavemetine belirleyici bir

etkisi olmadığı görülmektedir. Hemen hemen bütün deney yapı elamanları kaynak ve anamalzeme arasındaki

kritik ara geçiş bölgesinde dış yüzeyden çatlayarak kınlmışlardır, kınlma yüzeyleri birbirinin benzeridir. Torsion

gerilmesinde ve torsiyon ağırlıklı torsion ve eğilme gerilimli kombinasyonda zikzaklı kınlma yüzeyleri

oluşmaktadır. Vikers sertlik derecesi ölçümleri buradaki kritik arageçiş bölgesinde en yüksek değerleri

vermektedir, ana malzemenin iki üç katına ulaşmaktadırlar. Kmlmalann buradan görülmelerinin nedenlerinden

biri sayılmaktadır. Diğer önemli bir neden ise burada kuvvet çizgilerinin sert sapmalar göstererek gerilme

yoğunluğunun artmasıdır. Kaynak ağzı açılarak kaynak edilen HV-kaynağının kaynak ağzı açılmadan kaynak

edilen HY-kaynağmdan daha sağlam olacağı, ve çatlak ve kmlmalann HY-kaynağından kaynak edilmemiş

kökten görüleceği bekleniliyordu, önemli sayılabilecek bu sonuçla maliyetli kaynak ağzı açılmadan da bazı

kaynaklatın yeterli sağlamlıkta yapılabileceğidir.

Kaynak bağlantılannm maliyetini düşürerek gemilerin yapım maliyeti ve serbest piyasadaki rekabet gücü

artırılması araştırmalan sürdürülmektedir. Kaynak bağlantılannm kaynak ağzı açılmadan ve kaynak öncesi ve

sonrası işi ve mekanik işlemlere tabi tutulmadan kabul edilebilir kalitede bağlantıların elde edilmesi üzerinde

durulmaktadır, örneğin laser ışın gibi güçlü akonvansiyonel kaynak yöntemlerin kullanılması ile kalın saçların

kaynağı daha ekonomik ve çok daha kaliteli olacaktır. Laser ışın kaynağı yakın gelecekte gemi tersanelerin

vazgeçilmez bir multi-imalat yöntemi ve multi-aleti olacağına kesin gözle bakılmaktadır.

Bu çalışmadaki deneylerde işletme mukavemeti için daha ilgi çekici kaynak bağlantılr kalın boru ve levha yapı

elemanı seçilerek torsion, eğilme ve bunlann kombinasyonundan oluşan değişik yüklerle zorlanmışlardır. Alin

kalın çelik sac kaynaklan burada simultan bağlantılı olarak FEM.BEM yöntemleri yardımı ile incelenmişlerdir.

İşletme mukavemeti hesaplarında kritik yapı elemanı keskindeki gerilim dağılımı, maximal gerilimin değerlerinin

bilinmesi veya tahmin edilmesi gereklidir.

İşletme mukavemetinde belirleyici olan ve dikkat edilmesi gereken önemli bazı hususlar:

- kontrüksiyonda kuvvet akışı çizgilerinin ani sapmalara yer vermeden, gerilim yığılmalan oluşturmayacak

şekilde ilerlemesini sağlamak, (geometrik form ve ölçülerle)

- büyük genlikli ve aşın yoğun zorlamalardan kaçınmak ve aşın darbelerden uzak tutmak, muhtemel darbeleri

sönümleyici mekanizmalarla etkisiz hale getirmek. Veya Konstruksiyon aşamasında işletme koşullarını dikkate

almak.

- Zorlamalar karşısında elemanın aşın şekil, yer değiştirmesini önlemek, bariyer mekanizmalan ile kısıtlamak.

39

iKaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi \

- İmalat işlemleri sırasında ve sonrasında yeni malzemenin ana malzemeden aşırı farklı özelliklere ulaşmamasına

dikkat etmek, gereken önlemleri almak. Bunun içinde optimal işlevi parametreleri, malzemeyi ve uygun

imalat yöntemini seçmek.

KAYNAKÇA

1. Krohn, A.; " Spannungsmessung auf dem Containerschiff.." Forsch. des Deutschen Schiffbauer, H26,1972.

2. Schönfeldt, H.; Amvenderprobleme zur Betriebsfestigkeit in Schiffbau und Meerestechnik. in: DVS BerichteBand 88, S. 17/21. Deutscher Verlag fiir SchweiBtechnik GmbH, Düsseldorf (1984).

3. Schönfeldt, H.; Anwenderprobleme zur Betriebsfestigkeit in Schiffbau und Meeres-Technik. in: DVSBerichte Band 88, S. 17/21. Deutscher Verlag für Schwei6technik GmbH, Düsseldorf (1984).

4. Fricke, W.; Petershagen, H.; " Anvvendung örtlicher Konzepte auf die Betriebsfestigkeit schiffbaulicherSchweiBkonstruktionen" DVS-Bericht, Bd. 133, DVS-Verlag Düsseldorf 1991

5. Oliver, R.; Greiuf, M.;... " Untersuchungen zur Korrosionsermüdung von Offshore-Konstruktionen unterseegangstypischer Belastung" Int. Konf. 5-8.10.1981 Paris, EUR-Bericht Nr. 7347, 1982

6. Sonsino, CM.; Umbach, R.: "Corrosion Fatigue of Welded and Cast-Steel Hybrid Nodes under Constantand Variable Amplitude Loading" Proceedings of the 12tb Int. Conf. on Offshore Mechanics and ArcticEngineers OMAE 1993, Glasgovv. American Society of Mechanical Engineers (ASME), New York, Vol.ffl, Part B. (1993), 5.667-674

7. Fricke, W.; "Recommendet hot spot analysis procedure for structural details of FPSO's and ships based

on Round Robin Fe-analyses" 1 lth int. offshore and polar engineering conference, 2001, Stavanger 2001

8. Haibach, E.; "Betriebsfestigkeit..." 2. Auflage, Springer Verlag Berlin, New York, 2002

9. Haibach, E.; Oliver, R.; Einfluss der Naht- und Blechdicke auf die Schvvingfestigkeit vonSchweiBverbindungen mit Kehlnâhten" SchweiBen und Schneiden 30, H. 11. S.442-446 1976

lO.Seeger, T.; "Amstutz, H.; "Betriebsfestigkeitsnachvveise für SchweiBverbindungen auf der Grundlageörtlicher Konzepte" DVS-Kollegium, 1977, SK 97,1997.

11. Sonsino, CM.; Küppers, M.: "Betriebsfestigkeit von SchweiBverbindungen unter mehrachsigen Spannungen

mit variablen Amplituden" DVS-Berichte 187 (1997) 5.109 -113

12.Radaj, D.; "Lokale Konzepte des Betriebsfestigkeitsnachweises für SchweiBkonstruktionen-Grundlagen

und Anvvendungen Konstruktion" Vol. 47,1995, 5.168-176

13.Hobbacher, A.; "Recommendations on Fatigue of Welded Structures" International Institute of Welding

(11 W), XIIl-1539-95/XV-845-95, 1995

H.Hobbacher, A.; "Recommendation for Fatigue Design of Welded joints and Components" InternationalInstitute of Welding (IIW/IIS), February, 2003

40


Ek.: Tablo ve Diyagramlar

Tablo 1. Deney Dataları ve Veriler

wNr.1

2

3

4

5

6

7

8

g

1011

Test Nr.1R = -1 ; T

a=S

a ; 8=0°

Stress,Acr

a; Mpa170210240340144174206206

Cycles,N

3000000146546048551028600

50000002652897212262300395

Test Nr.2R = -1;T

a=S

a;8=90°

Stress,Ao

a; Mpa140140200200100220120220140140160

Cycles,N

38861193373712352424185730000001784434000000432161471352107609970200

Test Nr.3R = -1 ; T a=S a ; 1/5

Stress,Ao

a; Mpa514464412360308258206164124

Cycles,N

9649154083016963506969811406642440339323625000000

Test Nr.4R = -1 ; T

a=S

a; uncor.

Stress,Ao

a; Mpa122164206158308360412462

Cycles,N

39343169674033803951417654662728317145189486

Tablo 2. Deney Dataları ve- Veriler

W

Nr.12345678910

Test Nr.5R=0 ;T

a=S

a; 8=0°

Stress,Ao

a; Mpa

1 2 4 ^144164186206358308360

Cycles,N

5000000634969389224582334109499802924018815432

Test Nr.6R=0 ;T

a=S

a; 8=90°

Stress,Ao

a; Mpa

124144164186206226268308

Cycles,N

30342991373829476285332549125604234794872023333

Test Nr.7R=-1;T

a=S

a;T

m=C.

Stress,Ao

a; Mpa

180300260260400400220400240300

Cycles,N

500000062239020004802238170272580237100500000015765031050001693060

Test Nr. 8R=-1;T

a=S

a;S

m=C.

Stress,Ao

a; Mpa

220220300300300200260240210

Cycles,N

1236240131599021175020625012103050000001653108069703631900

Regression account with given inclination coeffîcient, kTestNr. 1; R = --1;6 = 0°; Ta = Sfl

I

Testing PointsAmplitudes, Aaa (Mpa) Cycles, N

308 2977862392 1224314464 262226340 4460000524 102214480 493345440 1070000400 2100000460 726509

Regressions Points 50%Cycles, N2221873107773864985716517144512095870137621031014359666957

IIW-Values Pu=97.7

Cycles, N42901120809512547831892287122113344147151195858128780

Input: İnclination, k = 3; Number of values, n = 9İResults : Dispersion: 0,34; Dispersions span: 7,28; HW-Factor: 2,12

41


Tablo 4. Deney Datalan ve Veriler, IIW-Recomendation Kurallarına Göre

Regression account with given inclination coefficient, kTest Nr. 2; R = - 1 ; ö =» 90°;Ta = Sa

TestingAmplitudes, Aaa (Mpa)

340480400

PoıntsCycles, N

3594619168224874074

Regressions Points 50% IIW-Values Pü=97.7 %Cycles, N1098130390271674389

Cycles, N17923163698110070

420

L 3 8 °llnDiıt: inclination, !İResults: Dispersion:

c = 3;0,34;

328841761971

Number of values, n =Dispersions span: 7,62

582563786574

5; IIW-Factor: 2,29

95083128380

1.Musuring.k>6.3. ı2. Measuring. k=3.0, -3IIW, k=3.0,97.7%-4.IIVV, k»3.0 2.5 %-5IIW. k=4.0,97.7%-

£ 20

10

1; 5«0°IIW-Rules; 97.7%Bending + TorslonLeak inltationMAG: HV,(HY)Materlal StE 460

\

103 104 10 ! 10810 T 10 8 1 0 9 1 O 1 C


40

20

10

R«-1-6=90°IIW-Rul«s; 97.7%Bending + TorslonLeak initatlonMAG; HV,(HY)

StE 460

i 1.M«asuring,k»8.8 •2.M«asuring,k*3.0, —

(V, k*3.0.97.7% —4.IIVV. k=3.0 2.5 %—5.IIVV. k=4.0.97.7% —

=̂ S\10 3 10 4 10 5 10" 10 7 10* 10* 10 1 0


3.IIVV, k=3.0.97.7%4. IIW. k=3.0 2.5 %5.IIVV, k=4.0,97.7%

(0

on6040

20

10

R - 1 ; ft/fs=5/1IIW-Rules: 97.7%Bending + TorsionLeak inltationMAG; HV,(HY)Material StE 460

10310* 10* 10' 10 8 10 e 10 1 0


1.Mra*uring.k>7.12. Measuring. k=3.0.3. IIW. k=3.0.97.7%4. IIW, k=3.0 2.5 %5. IIW, k=4.0,97.7%

(0

140

20-1

10

R=0;6=0°IIW-Rules; 97.7%Bending + TorsionLeak inltationMAG; HV,(HY)Material StE 460

10 10* 10s 10" 10 r 10' 109 10"Cycles to Failure, N

Şekil 13. Uluslararası IIW-Recomendation Kuralları Çerçevesinde tşletme-Mukavemeti-Diyagramları

42

Kaynak Teknolojisi IV Ulusal Kongresi

ÖZGEÇMİŞ

Hüsevin ÖZDEN

Fen bölümü Lise öğreniminden'den sonra yüksek öğrenimini ve doktorasını Almanyada burssuz, öğrenim,

okul ve yasam masrafları okul dışı çalışma ile tamamladı. Alman Silahlı Kuvvetler Hamburg Üniversitesinde,

(Universitat der Bundeswehr Hamburg, Almanya) 19.11.1992 tarihinde Doktora-sınavını vermiştir. GKSS-

Bilimarastırma Merkezi, (GKSS-Forschungszentrum Geestacht GmbH, Almanya) Deniz Bilimleri Tesislerinde

ve Hamburg üniversitesi gemi inşaat enstitüsünde bir süre çalıştıktan sonra Türkiyeye dönmüştür. AKÜ ve

EÜ Makina Mühendisliği bölümünde çahşmalanna devam etmiştir. 01.04.2002 tarihinden beri de Berlin Teknik

üniversitesi, Clausthal Teknik Üniversitesi ve Rostock Üniversitesinde bilimsel çalışmalarını sürdürmektedir.

Rostock Üniversitesi Mühendislik Fakültesinde, bilgisayar destekli ağır çelik konstrüksiyon ve imalatı üzerinde

bilimsel çalışmalarına devam etmektedir.

43

Documents

Kaynak Mukavemeti Hesabi-MMO