MIG kaynağı ile birleştirilen paslanmaz çeliklerin mikroyapı ve mekanik özelliklerine koruyucu gaz kombinasyonun etkisi
Effect of shielding gas combination on microstructure and mechanical properties of stainless steels by MIG welding
Yazar: İSMAİL AÇAR
Danışman: PROF. DR. BEHÇET GÜLENÇ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Paslanmaz çeliklerin kaynaklı birleştirilmesinde en uygun yöntemlerden biri gazaltı kaynak yöntemleridir. Gazaltı kaynak yöntemi ile birleştirmelerin kalitesi doğru kaynak parametreler ile ve en uygun koruyucu gaz türünün seçimi ile doğru orantılıdır.  Ayrıca koruyucu gaz seçimi ise ergimiş kaynak metalinin kimyasal-metalürjik olarak etkileşimi, gazın ısı iletim kabiliyeti ve maliyeti gibi özellikler dikkate alınarak yapılmaktadır. Bu çalışmada, gazaltı kaynak yöntemlerinden biri olan Metal Inert Gas (MIG) yöntemi ile AISI 316 östenitik paslanmaz çelikler için farklı koruyucu gaz kombinasyonları kullanılmış ve mekanik ve mikroyapısal özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Birleştirme işlemlerinde gaz kombinasyonu olarak saf argon (%100 Ar), %98,5 Ar + %1,5 H2 ve %95 Ar + %5 H2 kullanılmıştır. İlave metal olarak da AISI 316L, 1 mm kalınlıkta östenitik paslanmaz çelik tel kullanılmıştır. Birleştirme işlemleri gerçekleştirilen numunelerin kaynak bölgelerinin makro ve mikro yapısal özelliklerinin belirlenmesi için metalografik incelemeler yapılmıştır. Ayrıca, mekanik özelliklerini belirlemek için çekme, sertlik ve üç nokta eğme testleri yapılmıştır. Son olarak birleştirme işlemi gerçekleştirilmiş numunelere korozyona karşı davranışlarını incelemek için 24, 48 ve 72 saat tuz sisi korozyon testi uygulanmış ve sonuçlar EDS analizi ile incelenmiştir.  Yapılan tüm testler sonunda ve metalografik incelemelerde ısıdan etkilenen bölgede (ITAB) ve kaynak metalinde makro ve mikroyapı farklılıkları oluştuğu görülmüştür. Gerçekleştirilen mekanik testlerden sonra, çekme testi sonuçları üç farklı gaz çeşidi (%100 Ar ve %98,5 Ar + %1.5 H₂ ve %95 Ar + %5 H₂) ile gerçekleştirilen birleştirmelerden bir birine yakın çekme dayanımı sonuçları çıkmıştır.  Ayrıca çekme testi sonucunda kopmaların, ana metalden olduğu görülmüştür. Numuneler üzerinde gerçekleştirilen diğer mekanik testlerden üç nokta eğme testi sonucunda kaynak bölgesinde çatlak ve yırtılma hatasına rastlanılmamıştır. Yapılan farklı parametrelerdeki bütün kaynaklı birleştirmelerde, kaynak metali sertliğinin ITAB`dan ve ana metalden düşük olduğu görülmüştür. Kaynak dikişlerinde korozyon oluşumunun, test süresine paralel şekilde arttığı ve pasif krom oksit tabakasının bozulduğu görülmüştür.

Abstract:
One of the most suitable methods for stainless steel welding is gas metal arc welding. The quality of weld joined using gas metal arc welding is directly related to the right welding parameters and choice of the best shielding gas. Additionally, the shield gas is chosen by considering characteristics such as molten weld metal's chemical-metallurgical interaction, heat transfer capacity and cost of gas. In this study, different shielding gas combinations were used for welding of 316 austenitic stainless steel via metal inert gas (MIG) method and their effects on mechanical and microstructural properties were investigated. Pure argon (100% Ar), 98.5% Ar + 1.5% H2 and 95% Ar + 5% H2 were used as the gas combinations. Metallographic examinations were performed to determine joined samples' macro and microstructural properties. Furthermore, tensile, hardness and three point bending tests were conducted to specify mechanical properties. Lastly, 24, 48, 72 hours salt mist corrosion tests were carried out and results are examined using EDS analysis to reveal corrosion behaviours of welded samples. After all tests and metallographic examinations, macro and microstructural differences were observed in heat affected zone (HAZ) and weld metal. After mechanical tests, no significant difference is observed between joints welded using three different gas combinations (100% Ar, 98,5% Ar + 1,5% H2 and 95% Ar + 5% H2). However, a slight decrease of tensile strength was observed with increasing hydrogen content. Fractures were formed on the base metal after each tensile test. No crack or tear failure were detected on the welding zone as a result of three point bending tests. The hardness of the weld metal was measured as lower than HAZ and base metal for all welds prepared using different parameters. An increase of the corrosion damage with longer test duration and the breakage of the passive chromium oxide layer were noticed.