DD11 ve DD13 çeliklerinin farklı akım türleri ile kaynağında ısı transferinin sonlu elemanlar yöntemiyle analizi
Finite element methot analysis of heat transfer in welding with different current of DD11 and DD13 steels
Yazar: MUSTAFA ERKİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SERKAN APAY
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Çeşitli çelik malzemelerin endüstri alanından günlük hayatımıza kadar birçok alanda kullanım yeri bulunmaktadır. Bu malzemeler kullanılırken birleştirme operasyonu ihtiyacı oluşabilmektedir. Kaynak yöntemi en çok tercih edilen birleştirme operasyonlarından biridir. Sanayi alanında metal bazlı malzeme kullanımı artış göstermesinden dolayı ilgili hammadde maliyetlerini de artırmaktadır. Hammadde giderek değer kazandığı için çoğu sanayi kuruluşu hurda ürün sayısını minimum seviyeye indirmeyi hedeflemektedir. İlgili ürünlerin hurda olmasında çeşitli sebepler olabilmektedir. Bu sebepler imalata geçmeden önce tespit edildiği takdirde ürün maliyetlerinde iyileştirme olacaktır. İmalata geçmeden önce yapılacak olan analiz çalışmaları ile sorunlar tespit edilerek, sorunlar çözüldüğünde ürün maliyetlerinde iyileştirme olacaktır. Bu analizler sayesinde kaliteli üretim yapılması hedeflenmektedir.
Metal bazlı malzemelerin kaynaklı birleştirilmelerinde genel problem malzemeye yüksek ısı girdisi olması ve bununla birlikte malzemenin çarpılmaya uğraması olarak söylenebilir. Literatür taramalarında uygulanan kaynak yöntemleri ile elde edilen sonuçlar ışığında kaynak sırasında oluşan ısı transferinin malzemedeki mekanik ve mikro yapı özelliklerini olumsuz etkilediği bilinmektedir. Bu etkiler deneysel çalışmalar sonucunda da incelenebilmektedir fakat endüstride her zaman deneysel çalışma yapılabilecek imkân bulunmamaktadır. Bu nedenle kaynaklı imalat esnasında oluşacak olan distorsiyon ve artık gerilmelerin yön ve miktarlarının önceden tespit edilebilmesi sonlu elemanlar yöntemiyle tahmin edilebilmektedir. Bu çalışmada, 3 mm kalınlığındaki DD11 ve DD13 malzemesinin, birleştirilmeleri MAG kaynak yöntemiyle farklı akımlarda yapıldı ve malzemede oluşan ısı girdisi sonucu kaynak deformasyonu ve çarpılma miktarı sonlu elemanlar metoduyla analiz edilmiştir. Kaynak yapılan malzemenin sıcaklık ölçümleri karşılıklı olarak 6'şar toplamda 12 adet K tipi termokupl ile yapılmıştır. Deney sırasında kaynak başladığında kaynak dikişi sonunda henüz ark ısısının etkili olmadığı görülmüştür. Kaynak arkı son noktaya ulaştığında ise başlangıç noktasının soğuduğu görülmüştür. Bu nedenle sonlu elemanlar analizinde 100 mm boyundaki kaynak dikişi 10 eşit parçaya bölünerek analiz edilmiştir. Kaynak sırasındaki gerilmeleri görebilmek amacıyla deneyde elde edilen sıcaklıklar ışığında sonlu elemanlar yöntemi ile yapısal analiz yapılmıştır. Deney sonuçları ile simülasyon sonuçları karşılaştırıldığında birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
A lot of steel materials are used in many fields from industry to our daily life. When using these materials need for joining operation. The welding method is one of the most preferred joining operations. Increases the raw material costs about use of metal-based materials in the industrial field. As the raw material is gradually gaining value, most industrial enterprises aim to reduce the number of scrap products. There may be various reasons why the products are scrap. If these reasons are detected before production, product costs will be improved. The problems will be determined by analysing the studies before the production when the problems are solved the product costs will be improved. Quality production is aimed. The general problem of welded joints of metal-based materials is the high heat input to the material and distortion of the material about this heat input. It is known that the heat transfer during welding in the light of the results obtained with the welding methods applied in literature screening adversely affects the mechanical and microstructural properties of the material. These effects can also be studied as a result of experimental studies, but there is no possibility to do experimental work in the industry at all times. Therefore, it is possible to estimate the direction and amount of the distortion and residual stresses that will occur during the welded production by the finite element method. In this study, 3 mm thick DD11 and DD13 material, usually in the automotive sector as a wishbone welded joint was made in different flows with the MAG welding method. The heat input resulting from the material was analysed by finite element method. Temperatures measurements of the material were made by total of 12 K type thermocouples. When welding started during the experiment, it was found that the arc temperature was not effective at the end of weld seam. When the welding arc reached the end point, it was seen that the starting point cooled down. Therefore, in the finite element analysis, the weld seam of 100 mm length was divided into 10 equal parts and analysed. İn order to see the stresses during welding, structural analysis was made by using finite element method in the light of the temperatures obtained in the experiment. When the experimental results were compared with the simulation results, it was found to be compatible with each other.