Gemi inşaatında kullanılan çelik-alüminyum birleşim parçasının mekanik özelliklerine sıcaklık etkisinin incelenmesi
Investigation of temperature effect on mechanical properties of steel-aluminium transition joint used in ship construction
Yazar: MUSTAFA OLGUN
Danışman: DOÇ. DR. YÜKSEL PALACI
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Alüminyum malzemeler ağırlık azaltmak amacıyla gemi yapımında her geçen gün artan bir şekilde kullanılmaktadır. Maliyet ve mukavemet açısından bakıldığında,  alüminyum genellikle teknenin bütününde kullanılmamaktadır. Genellikle tekne kabuğu çelik malzemeden inşa ediliyorken üst binalar alüminyum malzemeden inşa edilmektedir. Bu sayede geminin ağırlık merkezi aşağıya çekilmekte, çelik teknenin ağırlığı azaltılmakta ve stabilitesi (Denge durumu) artmaktadır.
Alüminyum çelik ile hibrid yapılar oluşturarak kullanılması durumunda daha ekonomik olmaktadır. Alüminyum alaşımı parçaların gemilerde kullanılmaları, güvenli verimli ve ekonomik kaynak teknolojilerinin kullanımını gerektirmektedir. Bu farklı metallerin kaynaklı bağlantılarında fiziksel ve metalurjik özelliklerdeki önemli farklar nedeniyle zorluklarla karşılaşılmaktadır. Bu zorlukları aşmanın en kolay ve efektif yollarından birisi de geçiş eklemi kullanmaktır.
Geçiş eklemleri, farklı metallerin kaynak yöntemiyle birleştirilmesini kolaylaştırmak için kullanılan bimetal şeritler veya pedlerdir. Özellikle farklı metallerin geleneksel kaynak yöntemleriyle birleştirilmesinin mümkün olmadığı yerlerde kullanılmaktadırlar.
Geçiş eklemlerinin kullanımı sırasında bir takım kısıtlamalarda bulunmaktadır. Birleşim mukavemetinin istenilen değerleri sağlaması ve konstrüksiyonun bütünlüğünü servis ömrü boyunca devam ettirebilmesi için geçiş eklemlerinin kaynağının kuralara uygun şekilde yapılması gerekmektedir. Kaynağın kurallara uygun yapılmaması durumunda geçiş ekleminin ara yüzeyleri aşırı ısıya maruz kalacak olup, malzemenin mukavemeti azalmaktadır. 
Geçiş eklemlerinin mukavemet, sertlik ve mikroyapısına, kaynak işleminde oluşabilecek sıcaklıkların ve bu sıcaklıklara maruz kalma süresinin etkileri incelenmiştir. İncelemelerde kaynağı simüle eden deney koşulu olarak, sıcaklıklar 300 °C, 400 °C ve 500 °C ve maruz kalma süresi olarak 5, 15 ve 20 dakika olan termal çevrimler çalışılmıştır. Yapılan deneylerde; ana metali D Grade çelik, kaplama metali EN AW 5083 serisi alüminyum ve ara tabakası EN AW 1050A serisi alüminyum olan geçiş eklemi kullanılmıştır.
Termal çevirimin geçiş ekleminin mukavemetine etkisini incelemek için, MIL-J-24445A standartı ve ABS standartında belirtilen Ram testine uygun olarak hazırlanan numunelerin, standartlarda belirtilen test aparatlarıyla çekme mukavemetleri incelenmiştir.
Çekme mukavemetlerinin 300 °C üzerinde ciddi oranda düştüğü tespit edilmiştir. Sıcaklık aynı tutulup, süre artırıldığında mukavemet değerlerinin de azaldığı tespit edilmiştir.
Çalışmanın ikinci safhasında mukavemet değerlerindeki azalmanın nedeni araştırılmıştır. Alüminyum çelik ara yüzeyinde sertlik ölçümleri ve mikroyapı incelemesi yapılmıştır. Sıcaklık ve sürenin artmasıyla yani ara yüzeye ısı girdisi artıkça çelik-alüminyum ara yüzeyinin sertlik değerlerinin yükseldiği görülmüştür ve ara yüzeyde intermetalik bileşiklerin oluştuğu mikroyapı analizlerinde tespit edilmiştir.
Geçiş eklemlerinin istenilen birleşim ve mukavemet özelliklerini sağlaması için kaynak işlemine aşırı özen gösterilmesi gerekmektedir. Geçiş ekleminin mukavemetinin azalmaması için belli başlı dikkat edilmesi gereken husus ve tavsiyelerimiz şunlardır;
•	Alüminyum ile çelik arasındaki ara yüzey sıcaklığı 300 °C'nin (570 ˚F) altında tutulmalıdır,
•	Aşırı ve kalın kaynak yığılmasından kaçınılmalıdır,
•	Bir tane kalın dikişi yerine birden çok ince kaynak dikişi tercih edilmelidir,
•	Sürekli uzun kaynak dikişleri yerine kısa kısa seri kaynak şekli olan metot kaynağı tercih edilmelidir, 
•	Pratikte geçiş eklemi ilk önce alüminyum parçaya kaynatılmalıdır. Bu sayede Geçiş eklemi çelik parçaya kaynak ediliyorken kaynak bölgesindeki ısı azaltımının daha iyi olması sağlanacaktır,
•	Alüminyum/Çelik ara yüzeyinin her iki tarafından da 3 mm'den daha yakın bir mesafeye kaynak yapılmasına izin verilmemelidir,
•	Kaynakçıların yeteri kadar tecrübeye sahip olana kadar, ısıya duyarlı boya, kalem veya diğer uygun yöntemler kullanılarak ara yüzey sıcaklığını izlemesi tavsiye edilmektedir,
•	Kaynak parametreleri, kaynak dikişinin tam nufüziyetini sağlamak için pasolar arasındaki soğuma süresini sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır.

Abstract:
Aluminum materials are used in ship building for decrease weight, increasing day by day. Aluminum is using generally all areas of ship hull about cost and strength. Generally, when ship hull constructıon is built from steel material, superstructures is built from aluminum material. Because of this, the total weight of ship decreases, weight of steel hull construction decreases and ship stability (balance status) increases.
It is more economical, in case of aluminum and steel are using as Hybrid materials. Using of aluminum alloy parts in ships; requires safe, efficient and economical welding technologies. There are some difficulties because of physical and metallurgical important differences between welding of these different metals. One of the easiest and most effective ways to overcome these challenges is to use transfer joints.
Transition joints are bimetal strip or pads that are using for facilitate joint welding of different metals. Especially they are using on areas where not possible to joint different metals each other with traditional welding. 
There is some restriction using of Transition Joints. Providing the desired values of joint Strength and providing resume service life of constructıon integrity, the Transition Joint welding must be done according to the rules. In the case of non-compliance with the rules interfaces will be exposed to excessive heat, the strength of the material will decrease.
In the experiments; Main Metal D Grade Steel, Coated Metal EN AW 5083 series aluminum and intermediate layer is EN AW 1050 series aluminum were used. 
Ram test materials according to MIL-J-24445A standard and ABS standards are prepared and tensile strength of sample was examined about several times and several heat degrees. Decreasing of tensile strength above 300 ˚C is detected, about serious ratio. At the same degree, when the duration is increased, the strength values is decreased.
In the second part of this work, reasons of decreasing tensile strength are examined. Increasing of aluminum steel interface hardness measurements and micro building examines were completed. When the increasing of heat and time, steel-aluminum interface hardness measurements is increasing and microstructures detected in the interface.
Providing intended joint and strength features Transition Joint, welding process requires extreme care. Providing decreasing of Transition Joint strength there is some considerations and recommendations;
•	The heat between aluminum and steel interface must be under 300 ˚C (570 ˚F). 
•	Excessive and thick welding must be avoided. 
•	Multiple thin weld must be preferred instead of a thick weld.
•	Short and rapidly welding method must be preferred instead of continued long welding.
•	Practically, Transition joint must be welded on aluminum part, firstly. Because of this, while Transition joint is welded on the steel part, heat decrement will be better. 
•	It must be avoided, welding close from 3 mm to each side. 
•	It is advisable to showing the interface temperature using a heat-sensitive paint or other suitable methods, until the welder has enough experience. 
•	The welding parameters must be provided cooling time between passes in order to ensure full penetration of the welding seam.