Koruyucu gaz kompozisyonunun özlü tel ark kaynak yönetimi ile birleştirilen paslanmaz çeliklerin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkisi

Abstract

Bu çalışma kapsamında, AH36–AISI 316L farklı malzeme çifti, AISI 316L-AISI 316L östenitik ve AISI 2205–AISI 2205 dubleks paslanmaz çeliklerin, özlü tel kaynak tekniği ile yatay pozisyonda farklı koruyucu gaz kompozisyonları kullanılarak birleştirilmiştir. Birleştirme işleminde kullanılan dört farklı koruyucu gaz kompozisyonun (Ar-%12CO2, Ar-%20 CO2, Ar-%50 CO2 ve %100 CO2) birleştirilen malzemelerin mekanik özelliklerine ve kaynak bölgesindeki mikroyapı değişimine etkisi incelenmiştir. Birleştirilen çeliklerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi amacıyla çekme, çentik darbe ve mikrosertlik deneyleri yapılmış, mikroyapı karakterizasyonunu gerçekleştirmek amacıyla da stero, optik, taramalı elektron (SEM), geçirgen elektron (TEM) mikroskopları kullanılmıştır. Ayrıca kaynak bölgesinin kimyasal analizi, ferrit ölçümü, noktasal ve çizgisel enerji dağılımı (EDS) ve XRD analizleri de gerçekleştirilmiştir. Kırılma yüzey morfolojisinin belirlenmesinde de SEM mikroskobu kullanılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, farklı koruyucu gaz kompozisyonlarının, birleştirilen tüm malzeme çiftlerinde, birleştirmenin hem mekanik hem de mikroyapı özelliklerini etkilediği belirlenmiştir. Koruyucu gaz olarak kullanılan argon gazı içerisindeki CO2 miktarının arttırılması, birleştirmenin çentik darbe tokluğunun düşmesine neden olduğu tespit edilmiştir. Bu durumun, koruyucu gaz içerisindeki CO2 gazının kaynak metalinde inklüzyon oluşturma eğiliminde olması, CO2 miktarının artması ile kaynak metali içerisinde inklüzyon miktarının ve boyutlarının da artmasına ve birleştirilen malzemelerin tokluk değerlerin daha çok düşmesine neden olmaktadır. EDS analizleri inklüzyonların karmaşık oksitlerden oluştuğunu göstermektedir. Koruyucu gaz içerisindeki CO2 gaz miktarının artması, ergime miktarını ve dolayısıyla kaynak metali alanının genişletmesine ve kaynak metali kompozisyonundaki Si ve Mn elementlerinin bir miktar azalmasına neden olurken birleştirilen malzemelerin çekme dayanımı değerlerine ise önemli bir etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Farklı malzemelerin birleştirilmesinde koruyucu gaz içerisindeki CO2 miktarına bağlı olarak oluşan ergime sınırı yanındaki geçiş bölgesi genişlemekte ve bu bölgenin mikroyapısında değişmelere neden olmaktadır. AH36 ile kaynak metali arasında oluşan geçiş bölgesinde AH36 tarafından kaynak metali tarafına karbon göçü olduğundan bu bölgede karbür ve martenzit oluşumu sonucu sertlik değerlerinde artış gözlenmektedir. Diğer taraftan karbon göçü nedeniyle AH36 tarafında karbonca azalma ve ferrit bölgesi genişlemektedir. Ayrıca, koruyucu gaz içerisindeki CO2 miktarının artışı ile kaynak metali içerisindeki δ-ferrit oranı azalmakta ve mikroyapı ostenit alanı genişlemektedir. Ancak oluşan inklüzyonların birleştirilen malzemenin tokluk değerlerinin belirlenmesinde daha etkili olduğu anlaşılmaktadır.

In this study, dissimilar steels couples of AH36–AISI 316L, AISI 316L-AISI 316L austenitic and AISI 2205–AISI 2205 duplex stainless steels were joined by flux cored arc welding (FCAW) in flat position under four shielding gas compositions of Ar - 12% CO2, Ar - 20% CO2, Ar - 50% CO2 and 100% CO2 gases. The effects of shielding gas compositions on the microstructure and mechanical properties of the weldments were investigated. In order to determine mechanical properties of the weldments, tensile test, notch impact test and micro-hardness measurements were carried out. In addition, stereo, optical, scanning electron (SEM) and transmission electron microscope, (TEM) were used for performing microstructural characterizations. Chemical analysis, ferrite content measurements, point and linear elemental energy dispersive spectroscopy (EDS), mapping and XRD analysis on the weld metals were also performed. Fracture surfaces of the samples after impact tests were examined using the scanning electron microscope. After experimental studies performed, it is observed that based on an increase in amount of CO2 in shielding gas, impact toughness values of all the weldments decreased. In this case, CO2 in the shielding gas has a tendency to promote inclusions in the weld metal as a result of increasing the amount of CO2 gas. The amount and dimension of inclusions in the weld metal is increased and caused degradation of the toughness values. EDS analysis shows that those inclusions are composed of multiple complex oxides. Depending on increase in CO2 amount in shielding gas, melting rate increases in the weld metal and therefore, weld metal area expands. The increase amount of CO2 in the shielding gas led to a little decrease in amount of Si and Mn elements in weld metal. On the other hand, shielding gas compositions has no great influence on tensile strength values of those weldments. During welding of AH36–AISI 316L dissimilar steels couple, depending on the amount of CO2 in the shielding gas, transition zone expanded and its microstructures were changed. It is also observed that hardness values increase due to generation of hard phases and carbon migration from AH36 side to transition zone between weld metal and AH36 steel. On the other hand, it is detected that as a results of carbon migration, ferrite zone, which is decarbonised on AH36, occurs and expands depending on CO2 amount in the shielding gas. In addition, the increase in the amount of CO2 in the shielding gas resulted in decreasing δ-ferrite content in the weld metal microstructure are austenite area to expand. It is understood that composed inclusions in the weld metal is more effective than other factors for determining of toughness values the joined materials.