Sandviç kaynak yöntemi ile birleştirilen zırh çeliklerinin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Invastigation of microstructure and mechanical properties of armor steels joined by sandwich welding method
Yazar: CEREN ÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ UĞUR GÜROL
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada sandviç kaynak tasarımının zırh çeliklerinin kaynaklı bağlantılarının mikroyapı, mekanik ve balistik özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Ana metal olarak ülkemizde ilk defa Miilux Oy firması tarafından yerli olarak üretilen 15 mm kalınlığa sahip Protection 500 kalite zırh çeliği, kaynak dolgu metali olarak ise Gedik Kaynak tarafından üretilen östenitik paslanmaz yapıya sahip GEKA ELOX SG 307 ve sert dolgu metali olan GEKATEC HARDCOR 600 G kullanılmıştır. Kaynak işlemleri sırasında ısı girdisini sabit tutabilmek ve kişiye bağlı hataları ortadan kaldırmak amacıyla robotik gazaltı kaynak yöntemi kullanılmıştır. Kaynak işlemleri toplamda 4 sıra 7 paso olacak şekilde iki farklı şekilde gerçekleştirilmiştir. Birinci çalışmada kaynak dolgu metali olarak sadece östenitik paslanmaz kaynak dolgu metali kullanılmıştır. İkinci çalışmada ise kaynaklı bağlantının orta bölgesine sert dolgu kaynak teli diğer bölgelerine ise yine östenitik kaynak dolgu metali kullanılarak sandviç kaynak yöntemi uygulanmıştır. Kaynak işlemi sonrası yüzeysel kusurların tayini için görsel muayene ile sıvı penetrant muayene; hacimsel kusurların tayini için ise radyografik muayene gerçekleştirilmiştir. Akabinde, metalografik inceleme işlemleri için optik mikroskop, stereo mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu kullanılarak kaynak bölgesi, ısıdan etkilenmiş bölge (IEB) ve kırık yüzeyleri detaylı olarak incelenmiştir. Kaynaklı bağlantıların mekanik özelliklerini tayin etmek amacıyla vickers sertlik, çekme, mikro çekme, çentik darbe ve balistik testler gerçekleştirilmiştir. Mekanik testler sonucunda en yüksek akma mukavemeti, çekme mukavemeti, % uzama değeri ve çentik darbe enerjisi %100 östenitik dolgu metali kullanılarak birleştirilen kaynaklı bağlantıda elde edilmiştir. Fakat her iki kaynak tasarımında da kaynak metali ve IEB bölgesi çentik darbe enerjisi değerleri ana malzeme için uluslararası standartlarda belirtilen minumum değerleri sağlayarak bu anlamda başarılı bir kaynak ortaya koymuştur.  Yine her iki tasarımda da kaynak ergime sınırından ana malzemeye doğru sertlik değerinin 12-13 mm uzaklıkta ana malzemenin sertlik değerine ulaştığı ve buna bağlı olarak da IEB genişliğinin standart değerleri sağladığı görülmüştür. Balistik testler sonucunda ise her iki kaynak tasarımının IEB'lerine yapılan atışlarda test mühimmatının bölgede kısmı deformasyon meydana getirdiği ve tam delinmenin olmadığı görülmüştür. Fakat %100 östenitik kaynak dolgu metali ile birleştirilen kaynaklı bağlantıda test mühimmatı kaynak bölgesini delip geçerken, sandviç tasarım ile gerçekleştirilen kaynaklı bağlantıda ise kısmı deformasyon meydana getirmiş ve kaynak bölgesinin içerisinde kalmıştır. Sonuç olarak düşük ısı girdisi kullanılarak robotik gaz altı yöntemi ile gerçekleştirilen sandviç kaynak tasarımının zırh çeliklerinin kaynaklı bölgelerinde çentik darbe enerjilerinde ciddi bir düşüşe sebebiyet vermeden balistik özelliklerini geliştirdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effects of sandwich welding design on the microstructure, mechanical and ballistic properties of welded joints of armor steels were investigated. For the first time in our country, Protection 500 quality armor steel with a thickness of 15 mm, produced locally by Miilux Oy, was used as the base metal. Filler wires namely GEKA ELOX SG 307 (austenitic stainless structure) and GEKATEC HARDCOR 600 G (Hard filler metal) produced by Gedik Welding were used. Robotic gas metal arc welding method is used to keep the heat input constant and to eliminate personal errors during welding processes. Welding processes were carried out in two different ways with a total of 4 rows and 7 passes. In the first study, only austenitic stainless weld filler metal was used as the weld filler metal. In the second study, the sandwich welding method was applied to the middle part of the welded joint by using hard filler metal, and to the other parts of the welded joint by using austenitic weld filler metal. Liquid penetrant inspection by visual inspection to identify surface defects after welding; Radiographic examination was performed to detect volumetric defects. Then, weld zone, heat affected zone (HAZ) and fracture surfaces were examined in detail by using optical microscope, stereo microscope and scanning electron microscope for metallographic examination processes. Vickers hardness, tensile, micro-tensile, notch impact and ballistic tests were performed to determine the mechanical properties of the welded joints. As a result of the mechanical tests, the highest yield strength, tensile strength, % elongation value and notch impact energy were obtained in the welded joint using 100% austenitic filler metal. In both weld designs, the notch impact energy values of the weld metal and HAZ region provided the minimum values specified in international standards for the base material, ensuring a successful weld in this sense. Again, in both designs, it was observed that the hardness value from the welding melting point to the base material reached the hardness value of the base material at a distance of 12-13 mm, and accordingly the HAZ width provided the standard values. As a result of the ballistic tests, it was observed that the test ammunition caused partial deformation in the region and there was no full penetration in the shots fired at the HAZs of both welded designs. However, in the welded joint joined with 100% austenitic weld filler metal, the test ammunition pierced the weld zone, and in the welded joint made with the sandwich design, partial deformation occurred and remained in the weld zone. As a result, it has been observed that the sandwich weld design realized with the robotic gas metal arc method using low heat input improves the ballistic properties of armor steels without causing a serious reduction in notch impact energies in the welded areas.