90/10 CuNi alaşımının A-TIG ve FB-TIG kaynak tekniklerine uygun  aktif örtü bileşiklerinin ve kaynak parametrelerinin belirlenmesi
Determination of active flux compounds suitable for A-TIG and FB-TIG welding techniques of 90/10 CuNi alloy
Yazar: RİFKİ BAYRAM
Danışman: DOÇ. DR. MELİK KOYUNCU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ DURMUŞ ALİ BİRCAN
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Cupronickel olarak da bilinen 90/10 CuNi alaşımı, savunma, otomotiv, kimya, petrol ve doğalgaz, çelik üretimi, çevre teknolojileri, denizcilik ve enerji gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu alaşım, olağanüstü mekanik özellikleri, çeşitli üretim yöntemleriyle uyumluluğu ve önemli ölçüde deniz suyundaki korozyona ve biyolojik kirlenmeye karşı yüksek direnci nedeniyle tercih edilmektedir. Tungsten İnert Gaz (TIG) kaynağı, demir dışı ve paslanmaz çelikleri kaynaklamak için kullanılan ve daha düşük yatırımla yüksek kaliteli kaynaklar üreten birincil birleştirme yöntemidir. Bununla birlikte, nispeten sığ nüfuziyet kabiliyeti ve düşük verimlilik TIG kaynağının ana dezavantajlarıdır. Geleneksel TIG kaynağının sağladığı üstün kaynak kalitesine ek olarak yüksek üretkenliği garanti etmek için A-TIG ve FB-TIG gibi aktif örtü kullanan yeni teknolojiler geliştirilmiştir. Ancak; ilgili literatür ve pratik uygulamalar incelendiğinde, 90/10 CuNi alaşımının A-TIG ve FB-TIG kaynağı için önerilen uygun aktif örtü malzemeleri ve ilgili kaynak parametreleri hakkında kapsamlı bilgi eksikliği olduğu açıktır.
Bu çalışmada, 8 mm kalınlığında 90/10 CuNi parçaların kaynak işlemi sırasında farklı aktif örtü kullanımının kaynak dikişi geometrisini ve mekanik özelliklerini nasıl etkilediği incelenmiştir. Başlangıçta, çeşitli kalınlık ve farklı kalitelerdeki alaşımlar için A-TIG ve FB-TIG tekniklerinde çok sayıda aktif örtü bileşiği kullanılmıştır. Elde edilen kaynak dikişlerinin geometrik parametreleri, kaynak penetrasyon derinliği (H) kaynak penetrasyon derinliğinin genişliğine oranı (H/W), geleneksel TIG kaynaktan elde edilen ölçümlerle karşılaştırılarak analiz edildi. Deneysel çalışmalar sonucunda aktif örtü olarak AI₂O₃, Cr₂O₃, MgO ve %50 SiO + %50 Cr₂O₃ bileşikleri öne çıkmıştır. Her bileşik farklı deney setlerinde farklı etkiler yapmıştır. Cr₂O₃ ile FB-TIG kaynağında tam penetrasyon (H=8,36 mm) sağlanırken, SiO₂+ Cr₂O₃ ile A-TIG kaynağında tam penetrasyon (H=8,10 mm) elde edilmiştir. Geleneksel TIG kaynağının H değerleri ile mukayese edildiğinde; AI₂O₃ ile A- TIG kaynağında %160, FB-TIG kaynağında ise %177 oranında; MgO ile A-TIG kaynağında %144, FB-TIG kaynağında %130 oranında; Cr₂O₃ ile A-TIG kaynağında %161, FB-TIG kaynağında %215 oranında ve SiO₂+ Cr₂O₃ ile A-TIG kaynağında %181, FB-TIG kaynağında ise %151 oranında penetrasyon derinliğinin arttığı tespit edilmiştir. Bu sonuçlara paralel olarak aktif örtü kullanımının kaynak derinlik/genişlik oranını dolayısıyla kaynak dikişi geometrisini ve sertlik ile çekme mukavemetini de iyileştirdiği saptanmıştır.

Abstract:
90/10 CuNi alloy, known as Cupronickel, is widely used in various industries such as defence, automotive, chemical, oil and gas, steelmaking, environmental technologies, marine and energy. This alloy is favoured for its outstanding mechanical properties, compatibility with various production methods and, significantly, its high resistance to corrosion and biofouling in seawater. Tungsten Inert Gas (TIG) welding is the primary joining method used to weld non-ferrous and stainless steels, producing high quality welds with lower investment. However, relatively shallow penetration capability and low productivity are the main disadvantages of TIG welding. In order to guarantee high productivity in addition to the superior weld quality provided by conventional TIG welding, new technologies such as A-TIG and FB-TIG using active fluxes have been developed. However, when the related literature and practical applications are analyzed, it is evident that there is a lack of comprehensive information on suitable active flux materials and related welding parameters recommended for A-TIG and FB-TIG welding of 90/10 CuNi alloy.
In this study, the effect of different active fluxes on weld bead geometry and mechanical properties during welding of 8 mm thick 90/10 CuNi parts was investigated. Initially, a large number of active flux compounds were used in A-TIG and FB-TIG techniques for alloys of various thicknesses and different grades. The geometrical parameters of the weld beads obtained, depth of penetration (DOP) and the ratio of depth of penetration to weld width (DWR), were analysed in comparison with measurements obtained from conventional TIG welding. As a result of experimental studies, compounds such as AI₂O₃, Cr₂O₃, MgO, and 50% SiO₂ + 50% Cr₂O₃ emerged as prominent active fluxes. Each compound has different effects in different sets of experiments. While full penetration (DOP=8.36 mm) was achieved in FB-TIG welding with Cr₂O₃, full penetration (DOP=8.10 mm) was achieved in A-TIG welding with SiO₂+ Cr₂O₃ with a single pass. In comparison to the DOP of conventional TIG welding, DOP was observed to rise by 160% with AI₂O₃ in A-TIG welding and by 177% in FB-TIG welding; by 144% with MgO in A-TIG welding and by 130% in FB-TIG welding; by 161% with Cr₂O₃ in A-TIG welding and by 215% in FB-TIG welding; and by 181% with SiO₂ + Cr₂O₃ in A-TIG welding and by 151% in FB-TIG welding. In parallel with these results, it was also determined that the use of active flux improves the DWR of the weld, thus enhancing the weld geometry and mechanical properties.