Kaynaklı konstrüksiyonlarda titreşimle gerilme giderme ve uygulamaları
Vibration (vibratory) stress relief and its applications at welded constructions
Yazar: ERTAN TOPARLAK
Danışman: DOÇ. DR. MURAT VURAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Darbe tokluğu = Impact toughness ; Gerilim giderme yöntemi = Stress removal method ; Kalıntı gerilmeleri = Residual stresses ; Kaynak = Welding ; Kaynaklı yapılar = Welded structures ; Mikroyapı = Microstructure ; Sertlik ölçme = Hardness measurement ; Titreşim = Vibration

Özet:
Kaynak, ısıl işlem, döküm, işleme gibi imalat yöntemleri malzeme içerisinde veya yapılarda artık gerilmelere neden olurlar. Birçok uygulamada artık gerilmeler gerilmeli korozyon çatlağına, yorulma ve distorsiyon hasarlarına sebep olmaktadırlar. Ciddi mühendislik uygulamalarında artık gerilmelerin giderilmesi ya da kabul edilebilir seviyelere indirilmesi gereklidir.Kaynaklı imalat prosesi kullanılarak birleştirilen parçalar ise proses esnasında ısınma ve soğuma çevrimlerine maruz kalırlar. Isı etkisinin şiddetine, malzemelerin mekanik özelliklerine ve konstrüksiyonun biçimine bağlı olarak ısınan parçaların genleşmesi çevresindeki soğuk bölge tarafından engellenir. Bu engelleme sonucunda malzemelerde artık gerilmeler ve kalıcı şekil değişimleri, distorsiyonlar oluşur. Kaynaklı imalat esnasında oluşan distorsiyon ve artık 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 çalışma kapsamında ise kaynaklı konstrüksiyonlarda bulunan artık gerilmeleri mekanik titreşimler uygulayarak gideren ve ısıl işlemle gerilme gidermenin bir alternatifi olan titreşimle gerilme giderme prosesi incelenmektedir. Bu proses az enerji sarfiyatı sağlaması, maliyetleri azaltması, verimliliği, mekanik dayanımı artırması ve daha az hava kirliliğine neden olduğundan son yarım yüzyılda artık gerilmeleri gidermede sıklıkla kullanılmaktadır. Bu yöntemin faydaları, kısıtları, literatürde bulunan teorileri, uygulanması, etkinliğinin ölçülmesi ve literatürdeki deneysel çalışmalar incelenmiştir. Bu yöntemin endüstri uygulamalarında kullanım alanları ile bu alanlarda kullanılmalarının getireceği faydalar belirtilmiştir. Ayrıca tez çalışmasında yapılan deneysel çalışma ile farklı kalınlıklardan oluşan kaynaklı konstrüksiyonların titreşimle gerilme gidermeli ve gerilme gidermesiz olarak mekanik özellik farklılıkları belirlenmiştir. İki farklı grubunda kaynaklı parçaların ısı etkisi altında kalan alanı ve kaynak uzak olarak adlandırılan bölgesinin mekanik özellik farklılıkları da gösterilmiştir. Çıkartılan numunelerin tokluklarının belirlenmesi amacıyla Charpy V darbe deneyi yapılmış, darbe deneyine maruz bırakılan numunelerin sertlik ölçümleri Vickers metoduyla yapılmıştır. İki gruptan ve iki grubun da iki ayrı bölgesinden seçilen bazı numunelerin mikroyapılarının belirlenmesi amacıyla 200X büyütmeyle fotoğraflar çekilmiştir. Bütün sonuçlar literatürdeki deneylerden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Manufacturing processes such as welding, heat treatment, casting, machining, etc., often induce residual stresses into components or structures. In many cases, these residual stresses are undesirable since they contribute and/or accelerate failures such as stress-corrosion cracking, fatigue, and distortional failure. Good engineering practice requires that undesirable residual stresses are eliminated or reduced to acceptable levels before the component is put to service use.Structural members which are joined by welding are faced with thermal cycles. The expansion of those members during welding is 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.Under the scope of this study, investigation of an alternative approach to relieving undesirable residual stresses is by means of mechanical vibration, also known as Vibration (or Vibratory) Stress relief which is alternative of thermal stress relief. Vibratory Stress Relief (VSR) is a kind of developing technology for weakening the residual stress in the past half century because of its lower consumed energy, lower cost, efficiency, no damage, less pollution,This work emphasized that vibration stress relief?s benefits, limitations, theories of method, applications and its experimantal results. It emphasized that vibration stress relief?s application areas in industry and its benefits. This study?s experimental studies define mechanical properties differences between vibration stress relief welded parts and non stress relief welded parts which made from different thicknesses. Also they were separated in two zones which called heat affected zone and away from seam zone. Samples were taken from different groups and zones from welded parts All of the samples were tested to define their toughness with Charpy impact test and their hardness measurement made with Vickers hardness test. Some samples which chosen from two groups and two zones were showed their microstructure photographs with 200X magnification. All results are interpreted and compared with other experimental results in literature.