304 tipi paslanmaz çeliklerin MIG kaynağındaki ısı transferinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi

Kaynak havuzunda ısı transferinin, ergime bölgesinin etkili olduğu sıcaklık alanının ve termal dalgalanmaların kaynak metalinde ve ana malzemedeki makro ve mikro yapıyı etkilediği bilinmektedir. Bu etki malzemelerin mekanik özelliklerini de etkilemektedir. Bu etkiler ancak deneysel çalışmalar sonucunda incelenebilmekte fakat endüstri uygulamaları buna her zaman imkân vermemektedir. Bu çalışmada, 304 tipİ östenitik paslanmaz çeliklerde Metal İnert Gaz (MIG) kaynağı sırasında oluşan ısıl etkileri incelemek için, dört farklı kaynak hızında parçalar kaynatıldıktan sonra makro ve mikroyapı incelemelerinin yanı sıra sertlik incelemeleri de yapılmıştır. Sonlu elemanlar metodunu kullanan ANSYS programında deneysel şartlara uygun 3 boyutlu modellemeler yapılmış ve deneysel sonuçlarla mukayese edilmiştir.Kaynak metalinin sıcaklık ölçümleri 10 farklı noktadan lazer ışını ile sıcaklık ölçen infrared ölçüm yöntemi ile ana malzeme sıcaklık ölçümleri ise K tipi ısıl çift kullanılarak yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda kaynak arkı başladığında kaynak dikişi yapılacak olan 100 mm'lik kaynak dikişi mesafesinin son noktasında henüz daha ark ısısının etkili olmadığı görülmüştür. Benzer şekilde kaynak arkı son noktaya ulaştığında başlangıç noktasının hızla soğuyarak düşük sıcaklıklara ulaştığı görülmüştür. Bu nedenle sonlu elemanlar tabanlı ANSYS programında 100 mm'lik kaynak metali dikiş mesafesi 10 eşit parçaya bölünerek analiz yapılmıştır. Arkın kaynak dikişi üzerinde geldiği alana, lazer yöntemi ile ölçülen ark sıcaklığı olan 22000C tanımlanmış ve bu sıcaklıktan soğumaya başlatılmıştır. Bir sonraki adımda bir önceki adımın sonuç değerleri başlangıç şartları olarak tanımlanmıştır.Bilindiği gibi malzemelerin ısıl özellikleri sıcaklığa göre değişim göstermektedir. Bu sebeple ANSYS programına 304 tipi paslanmaz çelik malzemenin özellikleri tanımlanırken sıcaklığa bağlı olarak tanımlanmıştır. Bu özelliklerde malzemenin ergime ve katılaşma aralığındaki enerji değişimi gösterilmiştir.Kaynak esnasındaki ısıl gerilimleri görmek için deneysel olarak elde edilen sıcaklık değerleri kullanılarak ANSYS programında yapısal analizler yapılmıştır.Deneysel ve ANSYS sonuçları karşılaştırıldığında sonuçların birbiri ile oldukça benzer olduğu görülmüştür. ANSYS sonuçlarının deneysel sonuçlarla uyumlu olması malzeme özelliklerinin, başlangıç ve sınır şartlarının ANSYS programına çok iyi tanımlanmasına bağlıdır.