ANSI/AWS A5.1-91 E6013 rutil elektrodlarda SiO2 içeren farklı hammaddelerin örtü özelliklerine ve uygulama performansına etkisi
Effects of different SiO2 based raw materials on coating properties and operational behaviour of ANSI/AWS A5.1-91 E6013 rutile electrodes
Yazar: HÜSEYİN SADRİ İÇER
Danışman: DOÇ. DR. BURAK ÖZKAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Seramik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Geçmişten günümüze, gelişen teknoloji ile birlikte parçaları birleştirmek farklı formlar oluşturmak ihtiyacı doğmuş ve çeşitli birleştirme yöntemleri ortaya çıkmıştır. Endüstriyel parçaların birleştirilmesi için en çok kullanılan birleştirme yöntemi olarak karşımıza kaynak çıkmaktadır. Daha ilkel yöntemleri, ilk olarak uygulanan demirci kaynağını da göz önünde bulundurursak kaynağın tarihi çok eski dönemlere dayanmaktadır.Yüz yıl kadar önce örtülü elektrodların kullanılmaya başlanması ile birlikte ise elektrik ark kaynağı yöntemi kaynak teknolojisinde en çok kullanılan yöntem olarak yerini almıştır.
Geçmişi yüz yılı aşkın bir zamana dayanan örtülü elektrodların bu adla anılmalarının nedeni ise tel üzerini kaplayan çoğu oksit bileşenlerin oluşturduğu örtüden kaynaklıdır. Örtülü elektrodun kaynak sırasındaki, yanış karakterinden, sıçramasına kadar birçok özelliğini belirleyen, sahip olduğu örtüdür. Kaynak metalini koruyacak curufu ve yine kaynak metalini atmosferden koruyacak gazları oluşturan da yine elektrodların sahip olduğu örtülerdir.
Rutil elektrodlar, örtüsünün yaklaşık yüzde ellisini oluşturan rutil hammaddesinden dolayı bu ad ile anılmaktadır. Rutil elektrodlar kullanım kolaylığı, fiyat gibi çeşitli özellikleri nedeniyle en çok kullanılan ve üretilen örtülü elektrod türlerinin başında gelmektedir. Bu kadar yaygın olarak üretilmesine ve kullanılmasına rağmen, elektrod örtüsünü oluşturan bileşenlerin elektrod örtü özelliklerine, ürün kalitesine ve uygulama performansına etkisi ile alakalı olarak yeterince araştırma ve yayın bulunmamaktadır.
ANSI/AWS A5.1-91 E6013 olarak tanımlanan rutil elektrodlarda silisyum dioksit içeren hammaddeler örtü reçetesinin yaklaşık olarak %20-25'ini oluşturmakta olup, bünyeye kattıkları etki yadsınamaycak ölçüde önemlidir.Üretimde presleme koşullarından, fırınlama sonrası ürün mukavemetine, kaynak uygulaması sırasındaki yanış, sıçrama, curuf ve gaz oluşumu gibi birçok parametreyi yine bu bileşenler etkilemektedir. Bu çalışmada ANSI/AWS A5.1-91 E6013 rutil elektrodlarda SiO2 içeren hammaddelerin tür ve miktarlarında yapılan değişikliklerin elektrodun ürün kalitesine ve uygulama performansına etkisi incelenmiştir.
Bu maksatla tezin deneysel kısmında ANSI/AWS A5.1-91 E6013 standartlarına uygun olarak üretilen bir rutil elektrod reçetesinde SiO2 içeren hammaddelerin miktarlarında oynanarak katkı oranlarında değişiklik yapılmıştır. Ayrıca bazı hammaddeler reçeteden tamamen ya da kısmen çıkartılarak alternatif SiO2 hammaddeleri ile ikame edilmişlerdir Üretilen elektrodların kimyasal bileşimdeki değişikliklere bağlı olarak uygulama performansları düz, köşe ve aşağıdan yukarıya kaynak pozisyonlarında gözlemlenmiş, alternatif akımda yeniden tutuşma ve ark kesikliği gibi özellikleri test edilmiştir. Üretilen deneme elektrodlarının örtülerinin ve curuflarının karakterizasyon işlemleri gerçekleştirilerek, meydana gelen değişimler irdelenmiştir.

Abstract:
Past to the present with developing technology, joining materials and creating different forms became necesary therefore various joining processes have emerged. For the industrial materials, welding is the most widely used joining process. Welding history based on ancient times when we consider primitive methods like forge welding.
Aproximately a hundred years ago, along with the introduction of covered electrodes, electric arc welding method as the method most commonly used in welding technology has taken place. Covered electrodes name derives from the cover which overlapping the wire. Most of the cover is composed of oxide components . The cover determines lots of properties from fusion characteristic to spattering of electrodes during welding. Fumes and slags are generated by the covering which are protect the welding metal from rapid cooling and atmospheric gases.Rutile electrode name comes from the rutil mineral which constitute about fifty percent of the cover. Rutile electrodes is one of the covered welding electrodes due to various properties .Large manufacturers have replaced covered electrodes with solid and tubular contiuous wires, but smaller ones still use covered electrodes for the following reasons
 Simplicity, durability, and low cost of the equipment required
 Possibility of being used in open and closed locations
 The relative ease of finding welders with the required skill
 Wide range of consumables for most applications, which is a function of the quick setup fabrication
 Availability in small units at relatively low cost. (It is generally accepted welding consumables represent 1–2 % of the final cost in overall fabrication.
Despite this extensive production and use there is not enough research and publications about effects of covering constituents on electrod's covering properties, processing conditions, product quality and operaional behaviour of covered velding electrodes.In rutile type electrodes which are standardized as ANSI/AWS A5.1-91 E6013 by American National Standards Institute and American Welding Society, silicon dioxide bearing raw materials constitute about 20-25 percentages of electrod covering recipes.And due to their quantities that can not be overlooked, their effects on covering are very important.
In the production process of covered welding electrodes, these SiO2 bearing constituents influences various parameters from pressing conditions to operational behaviour, like green strength of electrode coverings, strength of coverings after firing, arc stability, all weld metal properties, spatter's type and amount, slag and fume formation.
For these reasons, a research program with covered electrodes of the E6013 type has been developed in this thesis. This program studied the effects of SiO2 contain raw materials variations, on the production parameters, covering properties operational characteristics, arc stability, and all-weld-metal properties.
In experimental part of this thesis a rutile type coated electrod recipe used which were prepared according to ANSI/AWS A5.1-91 E6013 standards. In this recipe SiO2 bearing raw materials' quantities were changed and substituted with different SiO2 bearing raw materials.
Sample electrodes which were produced from 25 different recipes divided into six groups. Each of these groups were named with A,B,C,D,E and F letters.
For the raw materials used in the concept of this study following codes were used. 70-72 % SiO2 containing feldspar was coded as K1, 55-60 % SiO2 containing mica was coded as K2, 50 % SiO2 containing clay was coded as K3, 99 % SiO2 containing
quartz (1) was coded as K4 and 75-77 % SiO2 containing quartz (2) which has low purity was coded as K5.
According to variations in chemical compositions of produced testing electrodes, their application performances were observed in flat, corner and vertical uphill positions and also in alternative current reignition and arc extinction properties tested.
In performance benchmark, the worst performance was represented with number 1 and the best performance was represented with number 5 in this comparison. In flat and corner welding positions 135 amper was used as current value, and in vertical uphill position (PF) 90 amper was used as current value under direct current.
Characterization operations of coverings and slags of produced sample electrodes carried out and the changes that occured were discussed.
Sample electrodes' coverings and slags which were produced for this thesis were collected. Each of these slags and coverings' density measurements were made with the aid of Archimedes and helium gas picnometer devices. Microstructural observations were made with the aid of scanning electron microscope (SEM) and elemental analyses were also made with EDS unit of this microscope.
All the electrodes were produced with the same quantity of potassium silicate and the same wire and powder raw material batches.