S355J0 çeliğinin MAG yöntemiyle birleştirilmesinde koruyucu gaz ve kaynak telinin mukavemete, dikiş geometrisine etkisi ve mikroyapı karakterizasyonu
Effect of shielding GAS and welding wire on weld beam geometry and  strength of S355J0 steel welded by gmaw and microstructure characterization
Yazar: MÜCAHİT TÜRK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. AHMET DEMİRER
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Endüstride bir çok malzemeye çok sayıda birleştirme tekniği uygulanmaktadır ve günümüzdeki esas sorun birleştirmenin nasıl yapılacağı değil, en iyi birleştirme yönteminin nasıl seçileceğidir. Kaynak yöntemi, günümüzde en önemli bağlantı yöntemlerinden biri olarak endüstrinin birçok alanında sıkça karşımıza çıkmaktadır. Kaynak tekniği raylı araç sektörünün de en önemli birleştirme türlerinden birisidir.
Bu çalışma, yolcu vagonlarına ait Schileren tipi bojilerde kullanılan bir yüzeyi sertleştirilmiş S355J0 çeliklerde bindirme tipi kaynak işlemi sonrasında ortaya çıkan çatlama ve kırılma problemlerinin çözümüne yönelik deneysel bir çalışmadır. Çalışmada MAG gazaltı kaynak yöntemiyle üç farklı gaz karışımı (%88Ar + %10CO2 + %2O2, %78Ar + %20CO2 + %2O2, %100CO2) ve üç farklı tel (1.6 mm masif SG3, 1.6 mm özlü, 1.2 mm masif SG3) kullanılmıştır. 
Kaynak işlemi, torç yürütme robotu ile gerçekleştirilmiştir. İki plakanın üsteki malzemesi 12 mm kalınlığında S355J0 her iki yüzeyi sementasyon ısıl işlemi ile sertleştirilmiş ve kaynak ağzı açılmıştır. Alttaki çelik plaka sertleştirilmemiş aynı malzemedendir.
Çalışmada farklı koruyucu gazların ve farklı kaynak tellerinin kaynak nüfuziyetine ve kaynak mukavemetine olan etkisi incelenmiştir. Deneyler sonrasında kaynak numunelerine tahribatlı ve tahribtsız testler uygulanmıştır. Çekme testi bindirme tipi numune üzerinden gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sertlik testi, mikro ve makroyapılar incelenmiştir.
Yapılan testler sonucunda, makroyapı incelemelerine göre karışımdaki CO2 miktarının artması ile kaynak nüfuziyetinde artış olduğu gözlenmiştir. Ayrıca karışımdaki CO2 miktarının artması ile kaynak yapışma bölgesinde daha derin ve sivri bir geometrik yapı gözlenmiştir. Çekme testi sonuçlarına göre, en yüksek çekme-makaslama gerilmesi değerleri %100 CO2 gazının bulunduğu, sırası ile 1.6 masif tel, 1.6 özlü tel ve 1.2 masif tel ile yapılan deneylerde görülmüştür. Makroyapı incelemelerinde tespit edilen nüfuziyet artışı ile çekme-makaslama dayanımı değerleri paralel şekilde seyretmiştir. %100 CO2 koruyucu gazında en yüksek çekme-makaslama gerilmesi sırasıyla 1.6mm masif, 1.6mm özlü ve 1.2mm masif kaynak telinde görülmüştür. 1.6mm masif kaynak teli, %100CO2 koruyucu gazı ortamında, 1.2 masif kaynak telinden %59.4, 1.6 özlü kaynak telinden ise %8.3 daha yüksek çekme-makaslama gerilmesi değerine ulaşmıştır.
 Yapılan sertlik testi sonuçlarına göre tüm deney numunelerinde en yüksek sertlik değeri yüzeyi sertleştirilmiş malzemenin sertleştirilmiş bölgesinde ölçülürken bunu sırası ile ITAB, kaynak metali ve 10 mm S355J0 malzemesi takip etmiştir. Mikroyapı incelemelerine göre, farklı gaz türlerinin mikroyapılarda çok fazla bir fark oluşturmadığı gözlenmiştir. Kaynaklı bağlantıların, kaynak metalinde oluşan mikroyapıların ağırlıklı olarak widmanstatten ferrit ve asiküler ferrit olduğu tespit edilmiştir. Tüm bağlantılarda ITAB bölgesinde tane irileşmesine rastlanmış ayrıca ısıl işleme tabi tutulan yapı çeliğinde, hadde düzlemindeki ferrit tanelerinin dağıldığı gözlenmiştir.
Anahtar Kelimeler: MAG, Gazaltı Ark Kaynağı, S355J0, Sementasyon, Nüfuziyet

Abstract:
There are many joining techniques available today and the problem today is not how to do it, but how to choose the best joining method. Welding is frequently encountered in many areas of the industry as one of the most important connection methods today, as it has become one of the most important joining types of the rail vehicle industry.
This study is an experimental study aimed at solving the cracking and fracture problems that occur after lap-type welding on surface hardened S355J0 steels used in Schileren type bogies belonging to passenger wagons. In the study, three different gas mixtures (88%Ar+10% CO2+2%O2, 78%Ar+20%CO2+2% O2, 100%CO2) and three different electrodes (1.6 mm massive SG3, 1.6 mm rutile cored, 1.2 mm massive SG3) were used with MAG welding method.
Welding process was carried out with a torch propulsion robot. The top material of the two plates is 12 mm thick S355J0, both surfaces are hardened by cementation heat treatment and the welding groove is opened. Welding process of two different plates on each other was carried out.The lower steel plate is of the same material that is not hardened. 
Thus, the effect of different shielding gases and electrodes on weld penetration and strength was investigated. After the tests, destructive and non-destructive tests were applied to the weld samples. The tensile test was carried out on the lap type sample. In addition, hardness test, micro and macro structures were examined.
As a result of the tests, it was observed that the amount of CO2 in the mixture increased and the source penetration increased according to the macrostructure studies. In addition, with the increase in the amount of CO2 in the mixture, a deeper and sharper geometric structure was observed in the weld adhesion zone.
 According to the tensile test results, the highest shear stress values were seen in the experiments with 1.6 massive electrode, 1.6 rutile electrode and 1.2 massive electrodes, respectively, with 100% CO2 gas. The penetration increase detected in the macrostructure studies and the tensile strength values were in parallel. In 100% CO2 shielding gas, the highest shear stress was observed in 1.6mm massive, 1.6mm cored and 1.2mm massive welding wire, respectively. 1.6mm massive welding wire reached 59.4% higher shear stress value than 1.2 solid welding wire and 8.3% higher than 1.6 cored wire in 100% CO2 shielding gas environment.
According to the results of the hardness test, the highest hardness value was measured in the hardened area of the surface hardened material in all test samples, followed by HAZ, weld metal and 10 mm S355J0 material respectively. 
According to microstructure studies, it has been observed that different gas types do not make much difference in microstructures. It has been determined that the welded joints, microstructures formed in the weld metal are predominantly widmanstat ferrite and acicular ferrite. Grain coarsening in the HAZ region was observed in all connections, and it was observed that ferrite grains in the rolling  plane were dispersed in the structural steel that was subjected to heat treatment.


Keywords: MAG, Gas Metal Arc Welding, S355J0, Carburisation, Penetration