Gemi inşaatında kullanılan çelik-alüminyum birleşim parçasının mekanik özelliklerine sıcaklık etkisinin incelenmesi

Alüminyum malzemeler ağırlık azaltmak amacıyla gemi yapımında her geçen gün artan bir şekilde kullanılmaktadır. Maliyet ve mukavemet açısından bakıldığında, alüminyum genellikle teknenin bütününde kullanılmamaktadır. Genellikle tekne kabuğu çelik malzemeden inşa ediliyorken üst binalar alüminyum malzemeden inşa edilmektedir. Bu sayede geminin ağırlık merkezi aşağıya çekilmekte, çelik teknenin ağırlığı azaltılmakta ve stabilitesi (Denge durumu) artmaktadır. Alüminyum çelik ile hibrid yapılar oluşturarak kullanılması durumunda daha ekonomik olmaktadır. Alüminyum alaşımı parçaların gemilerde kullanılmaları, güvenli verimli ve ekonomik kaynak teknolojilerinin kullanımını gerektirmektedir. Bu farklı metallerin kaynaklı bağlantılarında fiziksel ve metalurjik özelliklerdeki önemli farklar nedeniyle zorluklarla karşılaşılmaktadır. Bu zorlukları aşmanın en kolay ve efektif yollarından birisi de geçiş eklemi kullanmaktır. Geçiş eklemleri, farklı metallerin kaynak yöntemiyle birleştirilmesini kolaylaştırmak için kullanılan bimetal şeritler veya pedlerdir. Özellikle farklı metallerin geleneksel kaynak yöntemleriyle birleştirilmesinin mümkün olmadığı yerlerde kullanılmaktadırlar. Geçiş eklemlerinin kullanımı sırasında bir takım kısıtlamalarda bulunmaktadır. Birleşim mukavemetinin istenilen değerleri sağlaması ve konstrüksiyonun bütünlüğünü servis ömrü boyunca devam ettirebilmesi için geçiş eklemlerinin kaynağının kuralara uygun şekilde yapılması gerekmektedir. Kaynağın kurallara uygun yapılmaması durumunda geçiş ekleminin ara yüzeyleri aşırı ısıya maruz kalacak olup, malzemenin mukavemeti azalmaktadır. Geçiş eklemlerinin mukavemet, sertlik ve mikroyapısına, kaynak işleminde oluşabilecek sıcaklıkların ve bu sıcaklıklara maruz kalma süresinin etkileri incelenmiştir. İncelemelerde kaynağı simüle eden deney koşulu olarak, sıcaklıklar 300 °C, 400 °C ve 500 °C ve maruz kalma süresi olarak 5, 15 ve 20 dakika olan termal çevrimler çalışılmıştır. Yapılan deneylerde; ana metali D Grade çelik, kaplama metali EN AW 5083 serisi alüminyum ve ara tabakası EN AW 1050A serisi alüminyum olan geçiş eklemi kullanılmıştır. Termal çevirimin geçiş ekleminin mukavemetine etkisini incelemek için, MIL-J-24445A standartı ve ABS standartında belirtilen Ram testine uygun olarak hazırlanan numunelerin, standartlarda belirtilen test aparatlarıyla çekme mukavemetleri incelenmiştir. Çekme mukavemetlerinin 300 °C üzerinde ciddi oranda düştüğü tespit edilmiştir. Sıcaklık aynı tutulup, süre artırıldığında mukavemet değerlerinin de azaldığı tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci safhasında mukavemet değerlerindeki azalmanın nedeni araştırılmıştır. Alüminyum çelik ara yüzeyinde sertlik ölçümleri ve mikroyapı incelemesi yapılmıştır. Sıcaklık ve sürenin artmasıyla yani ara yüzeye ısı girdisi artıkça çelik-alüminyum ara yüzeyinin sertlik değerlerinin yükseldiği görülmüştür ve ara yüzeyde intermetalik bileşiklerin oluştuğu mikroyapı analizlerinde tespit edilmiştir. Geçiş eklemlerinin istenilen birleşim ve mukavemet özelliklerini sağlaması için kaynak işlemine aşırı özen gösterilmesi gerekmektedir. Geçiş ekleminin mukavemetinin azalmaması için belli başlı dikkat edilmesi gereken husus ve tavsiyelerimiz şunlardır; • Alüminyum ile çelik arasındaki ara yüzey sıcaklığı 300 °C'nin (570 ˚F) altında tutulmalıdır, • Aşırı ve kalın kaynak yığılmasından kaçınılmalıdır, • Bir tane kalın dikişi yerine birden çok ince kaynak dikişi tercih edilmelidir, • Sürekli uzun kaynak dikişleri yerine kısa kısa seri kaynak şekli olan metot kaynağı tercih edilmelidir, • Pratikte geçiş eklemi ilk önce alüminyum parçaya kaynatılmalıdır. Bu sayede Geçiş eklemi çelik parçaya kaynak ediliyorken kaynak bölgesindeki ısı azaltımının daha iyi olması sağlanacaktır, • Alüminyum/Çelik ara yüzeyinin her iki tarafından da 3 mm'den daha yakın bir mesafeye kaynak yapılmasına izin verilmemelidir, • Kaynakçıların yeteri kadar tecrübeye sahip olana kadar, ısıya duyarlı boya, kalem veya diğer uygun yöntemler kullanılarak ara yüzey sıcaklığını izlemesi tavsiye edilmektedir, • Kaynak parametreleri, kaynak dikişinin tam nufüziyetini sağlamak için pasolar arasındaki soğuma süresini sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır.