Kaynaklı imalat sonrası oluşan distorsiyonların sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Kaynakli imalat sonrasi oluşan distorsiyonlarin sonlu elemanlar yöntemi ile analizi
Yazar: UMUT VURAL
Danışman: DOÇ. DR. MURAT VURAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Distorsiyon = Distortion ; Kaynak kalitesi = Welding quality ; Kaynak parametreleri = Welding parameters ; Kaynak teknolojisi = Welding technology ; Sonlu elemanlar = Finite elements ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Kaynaklı imalat prosesi kullanılarak birleştirilen parçalar, proses esnasında ısınma ve soğuma çevrimlerine maruz kalırlar. Isı etkisinin şiddetine, malzemelerin mekanik özelliklerine ve konstrüksiyon'un biçimine bağlı olarak ısınan parçaların genleşmesi çevresindeki soğuk bölge tarafından engellenir. Bu engelleme neticesinde malzemelerde artık gerilmeler ve kalıcı şekil değişimleri, distorsiyonlar oluşur. Kaynaklı imalat esnasında oluşan distorsiyon ve kalıntı gerilmeler, son ürünün boyutsal toleransların dışına çıkmasına neden olacağı gibi, yapısal elemanlarda ikinci mertebe etkilerinin artmasına, dinamik yükler altında çalışan elemanlarda da yorulma dayanımında düşmelere neden olur. Bu negatif etkilerin giderilebilmesi için ön koşul, kaynaklı imalat esnasında oluşacak olan distorsiyon ve artık gerilmelerin yön ve miktarlarının önceden tespit edilebilmesidir. Öte yandan özellikle petrol ve kimya endüstrilerinde, tasarımlarda ekonomi gözetildiğinden, mekanik özellikleri birbirlerinden farklı olan malzemeler birbirleri ile çeşitli kaynak yöntemleri kullanılarak birleştirilmektedirler. Bu nedenle bu malzemelerde kaynak sonrası oluşacak olan artık gerilme veya distorsiyonların miktar ve yönlerinin belirlenmesi güçleşmektedir. Bu çalışma kapsamında SUS304 ve SS400 ( JIS ) çeliklerinin birbirler ile birleştirildikleri köşe ve alın kaynakları farklı kalınlıklar için 3 boyutlu olarak modellenmişlerdir. Modellemede ilgili malzemelerin sıcaklığa bağlı olarak değişen, lineer olmayan, özellikleri kullanılmıştır. Yapısal analizden elde edilen sonuçlar daha önce yapılan araştırmalardan elde edilen sonuçlar ve ampirik ifadeler ile karşılaştırılmıştır. Bulunan sonuçların, uygulanan sınır koşulları ve malzeme özellikleri ile beraber düşünüldüğünde, bu güne kadar yapılmış olan çalışmalar ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
Structural members which are joined by welding are faced with thermal cycles. The expansion of those members during welding are being restricted by the surrounding materials. The amount of this restriction depends on the characteristics of the heat source, mechanical properties of those materials and the geometry of the system. Those restrictions cause residual stresses and distortions. Welding induced distortion and residual stresses can cause excess of geometrical tolerances, increase of non-lineer effects in structural members and decrease in service life of members working under dynamic loads. On the other hand especially in petrol and chemical industries, due to economy materials which have different mechanical properties are joined with eachother by welding. In such a situation, because of the different mechanical properties, it is getting harder to predict the type and amount of residual stresses and distortions. Under the scope of this work, in order to predict the amount of distortion caused by welding of different materials, 3-d finite element models including both butt welds and fillet welds with varying thicknesses have been created. While doing this, temperature dependant material properties were used. The distortions found from the analysis have been compared with the results and empirical equations from other researches. It has been seen that the results of the models are well-matched with the empirical equations and referance values under the effect of mechanical properties and boundary conditions.