S235 ÇELİĞİNİN MAG KÖŞE KAYNAĞINDA FARKLI SABİTLEME … S235... · 2017-10-18 · kaynak kongresİ ix. ulusal kongre ve sergİsİ bİldİrİler kİtabi 191 s235 ÇelİĞİnİn

KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

191

S235 ÇELİĞİNİN MAG KÖŞE KAYNAĞINDA

FARKLI SABİTLEME NOKTALARINA BAĞLI GELİŞEN

ÇARPILMA EĞİLİMLERİNİN

SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE TAHMİN EDİLMESİ

Elif BEDİR1, Caner BATIGÜN

1, C. Hakan GÜR

1, 2

1ODTÜ, Kaynak Teknolojisi ve Tahribatsız Muayene Araştırma/Uygulama Merkezi – ANKARA

2ODTÜ, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, ANKARA

Tel: 312 210 36 93; [email protected]



ÖZET

Bu çalışmada, S235 yapı çeliği plakalarına uygulanan MAG köşe kaynağı işlemi esnasında kullanılan

sabitleme sisteminin yapıda meydana gelen deformasyon eğilimi üzerindeki etkisi incelenmiş ve

deformasyonun önceden tayin edilebilirliği tartışılmıştır. Uygulanan sabitleme düzeninin yapıda

kapladığı hangi faktörlere bağlı olduğu anlaşılmaya çalışılmıştır. Farklı sabitleme sistemleri

kullanılarak MAG kaynağına tabi tutulan S235 tipi çelik plakalarda meydana gelecek olan

deformasyon, “Weld Planner” yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar yöntemiyle bilgisayar ortamında

hesaplanmış, elde edilen sonuçlar gerçek deformasyon değerleriyle karşılaştırılarak doğrulanmaya

çalışılmıştır.

Anahtar Kelimeler: S 235 Yapı Çeliği, MAG Kaynağı, Köşe Kaynağı, Tutma Noktaları, Deformasyon,

Weld Planner, Modelleme.

ABSTRACT

In this study, effect of clamping system on the deformation tendency of MAG fillet welded S235

structural steel plates was isvestigated and the efficiency of the software based calculation method

was discussed. Effects of size of the each clamping area, number and location of clamps were studied.

The computer based calculatios were performed by using finite element based “Weld Planner”

software. Simulated results were compared and validated by real weld experiments.

Keywords: S235 Structural Steel, MAG Welding, Fillet Weld, Clamp Points, Distortion, Weld

Planner, Modeling.



192

1.GİRİŞ

S235 çeliği, geniş bir uygulama alanına sahip, bilinen yapı çeliklerinden birisidir.

Mukavemet sınıfı olarak minimum 235 MPa akma ve 360 ile 510 MPa arasında çekme

dayanımına sahiptir [1]

. Alaşım elementi olarak içeriğinde karbonun yanı sıra mangan

bulunmakta olup bu elementlerin sınır değerleri sırasıyla maksimum % 0,17 ve % 1,40

olarak tanımlanmıştır [1]

. Nispeten düşük bir karbon eşdeğeri seviyesine sahip olduğundan

kaynaklanabilirlik bakımından iyi olarak sınıflandırılan bir malzemedir. Bu sebeple yapısal

yüklemelerin izin verdiği yapısal uygulamalarda çok yaygın bir kullanım alanı bulmaktadır.

Metal Aktif Gaz (MAG) kaynağı yöntemi, proses esnasında dolgu malzemesi olarak

kullanılan metal tel ucundaki erimekte olan bölgenin ve ark karşısında sıvı halde bulunan

kaynak banyosunun hava ile temas etmesini önlemek üzere koruyucu bir aktif gaz örtüsü

kullanması sebebiyle bu ismi almaktadır. Kullanılan aktif gaz argon/oksijen veya

argon/karbondioksit karışımı olabilir; bu çalışmada % 82 Argon ve % 18 Karbondioksit gaz

karışımı kullanılmıştır. MAG kaynağının benzer bir kaynak dikişini üretmekte

kullanılabilecek alternatiflerden olan örtülü elektrotla ark kaynağı yöntemine göre bazı

avantajları vardır. Örneğin, MAG kaynağı yönteminde kullanılan sonsuz boyda sayılabilen

elektrot telinin tükenmesi söz konusu olmadığı için elektrik ark kaynağında olduğu gibi

kaynak esnasında kesintiler ve ara soğumalar yaşanmamaktadır. Ek olarak, yoğun bir cüruf

tabakası oluşmadığı için daha kaliteli kaynak yapılabilmektedir. Ayrıca MAG kaynağında

kullanılan elektrotlar nispeten daha ince çaplı olduğundan akım yoğunluğu ve buna bağlı

metal yığma hızı hayli yüksektir.

Diğer bir yöntem alternatifi olan TIG (Tungsten Inert Gaz) kaynağı yönteminde ise

uygulanabilen kaynak hızları nispeten düşük olduğundan birim uzunluğa düşen ısı enerjisi

daha yüksek seviyede olmakta ve malzemede daha geniş bir alan ısıdan etkilenmektedir.

Buna bağlı olarak ısıya bağlı deformasyonlar daha fazla gözlemlenmektedir. Yarı otomatik

bir sistem kullanması itibariyle tekrarlanabilirliği daha yüksek sonuçlar verebileceğinden bu

projede MAG kaynağının kullanılması uygun görülmüştür. [2]

Kaynak esnasında kaynağın uygulandığı bölgede ısınma sürecinde genleşme, mukavemet

kaybı (maksimum çekme dayanımı, akma sınırı ve elastikiyet modülünde düşme) ve yüksek

sıcaklık yapılarına dönüşüm görülürken, soğuma esnasında büzülme, tekrar mukavemet

kazanımı ve hızlı soğuma sebepli içyapı dönüşümleri gerçekleşmektedir [3]

. MAG kaynağı

sırasında parçada gözlemlenen sıcaklık dağılımı Şekil 1’de gösterilmiştir.

Tüm bunlar iç gerilmelere ve çarpılmaya sebebiyet vererek yapının servis performansını ve

istenilen geometriye uygunluğunu kötü yönde etkileyeceğinden, parçaları önden ısıtma,

yavaş soğutma ve kaynak sırasında sabitleme (clamp), kaynak metalinin hacmini azaltma,

paso dizilimini değiştirme gibi çeşitli yöntemlerle bu negatif etkiler azaltılmaya

çalışılmaktadır.[4]

[5]

Sayılan bu önlemlerin etkilerini öngörmek, gerçekleştirilecek prosesin

başarısını büyük ölçüde etkilemektedir. Günümüzde, bu amaçla yazılımlardan yararlanmak

malzeme ve zaman tasarrufu bakımından önemli katkılar sağlamaktadır.



193

Bu çalışmada sabitleme noktalarının çarpılmaya olan etkisi ele alınmıştır. Kaynak işleminin

gerçekleştirilmesi esnasında kullanılan mengenelerin (işkence) parçaları nereden tuttuğu, ne

kadar alan kapladıkları ve sabit tutma eksenleri son yapıda meydana gelecek çarpılmalarda

büyük etkiye sahiptir. Kaynaklamada kullanılan çeşitli sıkıştırma sistemleri, Şekil 2’de

gösterilmiştir.

Şekil 1. Kaynak sırasında sıcaklık dağılımı[6]

. Şekil 2. Sıkıştırma aparatları.

http://www.northerntool.com/shop/tools/product

_200383234_200383234

Çalışmada, planlanan kaynak modeli üzerinde beklenen çarpılma miktarları sonlu elemanlar

metodu ile çalışan Visual Environment ve Weld Planner yazılımları kullanılarak

hesaplanmıştır. Gerçekleştirilmesi planlanan kaynak modeli geometrisi ve modele ait

değişkenler (malzeme verileri, kaynak yönü, kaynak dikişi genişliği, sabitleme noktalarının

konum ve nitelikleri vb.) yazılımlar üzerinde tanımlanmakta ve verilen kaynaklama planının

model üzerinde ne gibi deformasyon davranışı meydana getireceği henüz tasarım

aşamasındayken öngörülebilmektedir. Visual Environment yazılımı, geometri ve mesh

model çizimi, aynı zamanda elde edilen sonuçların görüntülenmesi işlevlerini

gerçekleştirmektedir. Weld Planner yazılımı ise, sınır koşulların tanımlanması ve verilen

senaryonun hızlı büzülme metodunu kullanılarak çarpılma değerlerine yansıtılması amacıyla

kullanılmıştır. Bu çalışmada, yazılımlarla hesaplanan deformasyon değerleri gerçek koşullar

altında kaynaklanmış modellerden alınan ölçümlerle karşılaştırılmış ve gerçekleştirilen

analizlerin güvenilirliği tartışılmıştır. Şekil 3 ve 4 ‘te modelleme aşamasında alınan

görüntüler verilmektedir.

http://www.northerntool.com/shop/tools/product_200383234_200383234

http://www.northerntool.com/shop/tools/product_200383234_200383234



194

Şekil 3. Parçanın deformasyona uğramış halinin Visual Environment programında görüntülenmesi.

Şekil 4. Sabitleme noktalarının Weld Planner programında detaylandırılması.



195

2. DENEYSEL ÇALIŞMA

Çalışmada, 125mmx300mmx3mm ebadında iki S235 yapı çeliği sacını T geometrisinde

birleştirmek üzere uygulanan tek taraflı MAG köşe kaynağının etkisi analiz edilmiştir. İlk

adımda, öncelikle hazırlanan modele ait eleman ağı (mesh) doğrulanması yapılmıştır: sonlu

elemanlar analizinde kullanılan ağ aralıkları azaldıkça, hesaplanan deformasyon değerlerinin

istikrarlı hale geldiği gözlemlenmiş ve ideal ağ aralığı 1 mm olarak belirlenmiştir. Daha

geniş aralıklar ölçüm hassasiyetine zarar verirken, daha ince aralıklar ise programın çözüm

süresini uzatacağından tercih edilmemişlerdir. Bu işlemin ardından, 3 farklı biçimde

sıkıştırılan köşe kaynağı modeli Visual Environment yazılımının Visual Mesh segmentinde

çizilmiş ve parça geometrisi (Şekil 5), kaynak geometrisi (köşe kaynağı) ve sıkıştırma

noktalarının alan ve konumları (Şekil 5, 6 ve 7) tanımlanmıştır.

Eleman ağı modeli hazırlanan geometri Weld Planner yazılımına aktarılarak sabitleme

noktalarının x, y ve z eksenlerindeki serbestlik dereceleri, ana malzeme ve dolgu metali

malzeme verileri (S 235 çeliği), kaynak yüzey genişliği ve kaynağın yapılışında izlenilen yol

(tek paso MAG, -y yönünde) atanmıştır. Yazılımın çalıştırılması sonucu elde edilen sonuç

dosyası Visual Environment yazılımının Visual Viewer segmentine aktarılarak uygulanan

kaynağın modelde meydana getirdiği çarpılmalar gözlemlenmiş ve ölçülmüştür.

Modellemesi yapılan 3 sabitleme sistemi çeşidi aşağıdaki örnek model üzerinde

gösterilmiştir:

Şekil 5. Tek taraflı sabitleme noktası konumları



196

Şekil 6. Çift taraflı sabitleme noktası konumları

Şekil 7. Üç taraflı sabitleme noktası konumları



197

Verilen sabitleme noktalarında sıkıştırma amaçlı kullanılan yüzey alanları sırasıyla 5,12 cm2,

12,58 cm2 ve 82,88 cm

2 olacak biçimde kısa ve uzun kenarlar üzerinde büyütülerek

sıkıştırma yüzey alanı etkinliği üç model üzerinde çeşitlendirilmiştir.

Yazılım üzerinde elde edilen sonuçları kıyaslamak amacıyla, Şekil 5 üzerindeki modeli

temsil eden örnekler kaynaklanmıştır. Burada, kısa ve uzun kenarı kaplayan sıkıştırma

aparatlarında modelde planlanan sıkıştırma yüzey alanlarını karşılayacak düzenlemeler

gerçekleştirilmiştir. Kaynak sonrası meydana gelen çarpılma, modellerin öncelikle açı

ölçümleri gerçekleştirilmiş ve takiben deformasyon eğilimi üç boyutlu yüzey ölçümü ile

sayısal verilere dönüştürülmüştür. Bu sayede, programla elde edilen verilerin güvenilirliği

hem nitel (çarpılma yönü ve iç bükeylik), hem de nicel (çarpılma miktarları ve açıları) olarak

test edilmiştir. Bu çalışmanın doğrulanması esnasında kullanılan test parçalarının

kaynaklarına ait sıkıştırma sistemleri, Şekil 8’de gösterilmiştir.

Şekil 8. Doğrulamada kullanılan sabitleme sistemleri.

3. DENEY SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME

Visual Environment programının Visual Viewer segmenti kullanılarak model üzerindeki 6

farklı noktadan (Şekil 9) alınan deformasyon değerleri, 7 farklı sistem için tablo haline

getirilmiş, örnek teşkil etmesi için 3 tanesi aşağıda gösterilmiştir. (Tablolar 1, 2 ve 3). Ek

olarak, çarpılma sonrası dikey plakanın kaynak tarafındaki yüzeyinin yatay plakayla yaptığı

açılar da (Şekil 10) verilmiştir. Bu kısımda adı geçen “mesafe” terimi, bir noktanın kendi ilk

konumundan x, y ve z yönlerindeki sapma miktarlarının bileşkesini ifade etmektedir.



198

Şekil 9. Ölçüm noktalarının pozisyonlarının şematik gösterimi.

Şekil 10. Dikey plaka ve kaynak tarafındaki yatay plakanın kaynak sonrası yaptığı açı.



199

Tablo 1. Tek taraflı sabitleme, kısa kenar boyunca

Açı = 86.79897ᵒ Alan=12.58 cm2

Noktalar Dx (mm) Dy (mm) Dz (mm) Mesafe (mm)

1 7,29482 -0,0980634 -0,253967 7,29989

2 7,32599 -0,0856934 -0,00248718 7,32649

3 -0,0311813 0,013961 -0,251449 0,253759

4 0 0 0 0

5 0,0559467 0,0244809 2,21825 2,2191

6 0,0871186 0,0154724 2,46975 2,47133

Tablo 2. Tek taraflı sabitleme, uzun kenar boyunca

Açı = 86.79793ᵒ Alan= 82.88 cm2


1 7,29604 -0,0973047 -0,252472 7,30105

2 7,32742 -0,0849609 -0,00268555 7,32792

3 -0,0314178 0,0139372 -0,249717 0,252071

4 0 0 0 0

5 0,0556568 0,0245131 2,21971 2,22054

6 0,0870682 0,0155945 2,46952 2,4711

Tablo 3. Çift taraflı sabitleme, kısa kenar boyunca

Açı = 86.91829ᵒ Alan= 25.16 cm2


1 7,03207 -0,140105 -0,353516 7,04235

2 7,05488 -0,127655 -0,00572205 7,05604

3 -0,0227966 0,0139414 -0,347977 0,349002

4 0 0 0 0

5 0,0511982 0,0208464 1,81172 1,81256

6 0,0740228 0,0121155 2,15951 2,16081



200

Elde edilen sayısal veriler grafiklere dönüştürülerek aşağıda Grafik 1, 2, 3 ve 4 te

sunulmuştur. Bu grafikler, sabitleme aparatlarının parça ile temas alanı, aparatların kaynak

hattına olan uzaklığı, sabitlemenin yapıldığı plakalar (tek, çift ve üç taraflı), ölçüm

noktalarının maruz kaldıkları mesafe değişimleri ve çarpılma sonrası dikey plakanın yatay

plakayla yaptığı açı gibi pek çok faktörün karşılaştırılması verilerini içermektedir. Kaynak

geometrisi ve sabitleme metoduna ait değişkenler (kaynak genişliği, kaynak türü ve yönü,

sabit tutma eksenleri ) 7 sistem için de aynıdır.

Grafik 1. Sabitleme aparatlarının kapladığı alan ile dikey plakanın çarpılma sonrası

yatay plakayla yaptığı açı ilişkisi.

Sıkıştırma alanının çarpılma davranışı üzerindeki etkilerini gösteren Grafik 1’de, tek ve çift

taraflı sabitleme yüzey alanının değiştirilmesinin dikey plakanın çarpılma eğilimi üzerinde

belirgin bir etkisinin bulunmadığı gözlemlenmektedir. Her ne kadar, çift taraflı sıkıştırma

düzeneğinde tek taraflıya kıyasla daha etkin bir tutma işlemi gerçekleştiği değerlerden

görünse de, bu düzenlemelerde dikey plakaya ait bir sabitleme mekanizması

bulunmadığından bu davranışın beklenen bir eğilim olduğu söylenebilmektedir.

Öte yandan, üç taraflı sabitleme sisteminin çok daha etkin bir sıkıştırma sağlamış olduğu,

dikey plakanın yatayla yaptığı açının belirgin şekilde artmasından anlaşılmaktadır. Açının

artması, deformasyonun artmasını değil azalmasını ifade eder, çünkü daha büyük bir açı

dikey plakanın yatay plaka tarafına daha az eğilmiş olması anlamına gelmektedir. Üç taraflı

86,6

86,8

87

87,2

87,4

87,6

87,8

88

88,2

0 50 100 150 200 250 300

Yat

ayla

Yap

ılan

Açı

(ᵒ)

Sıkıştırma Alanı (cm2)

Sıkıştırma Alanı ve Çarpılma Sonrası Yatayla Yapılan Açı

tek taraflı

çift taraflı

üç taraflı



201

sıkıştırmanın diğer iki sistemden daha etkin olmasına ek olarak, sistem içinde bir

değerlendirme yapıldığında, tutma yüzey alanının artışıyla daha yüksek performans

sağlandığı anlaşılmaktadır.

Aynı tutma yüzey alanına sahip tek, çift ve üç taraflı sabitleme sistemlerinde üç taraflı

sistemde görülen açı en büyük, tek taraflı sistemde görülen ise en küçüktür. Bu sıralama,

aynı zamanda sistemlerin sabitleme etkinliği sıralamasıdır. Buradan, etkin sabitlemede

sadece alanın değil sabitleme konumlarının da önemli olduğu sonucu çıkarılabilmektedir.

Her yönden uygulanan sıkıştırma, daha verimli bir sabitleme sağlamaktadır.

Grafik 2. 1, 3 ve 5 nolu noktaların (Şekil 9) 7 farklı sisteme göre deformasyona bağlı olarak

maruz kaldıkları konum değişimleri.

Grafik 2‘de görüldüğü gibi, her sistemde en çok deformasyon 1 noktasında görülmüştür.

Bunun nedeni her sistemde en çok serbestliğin bu noktada olmasıdır. Çünkü 1 noktası dikey

plakanın uç kısmında yer almaktadır. Yine de, tek taraflı sistemden üç taraflıya geçilmesi

süresince sabitleme etkinliğinin artışı, 1 noktasının deformasyonunda da azalmaya neden

olmuştur.

Diğer sistemlerde ortalama bir deformasyon sergileyen 3 noktası, üç taraflı kısa kenar

boyunca yapılan sabitlemede en yüksek deformasyon değerine ulaşmıştır. Tek ve çift taraflı

sistemlerdeki serbestlikten dolayı modelde hapsedilen enerji az miktarda olsa da üç taraflı

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

8,000

tek taraflı,birim kare

tek taraflı,kısa kenarboyunca

tektaraflı,uzun

kenarboyunca

çifttaraflı,kısa

kenarboyunca

çift taraflı,uzun kenar

boyunca

üçtaraflı,kısa

kenarboyunca

üç taraflı,uzun kenar

boyunca

Def

orm

asyo

n (

mm

)

Sıkıştırma Sistemleri

Sıkıştırma Sistemlerine Göre Deformasyon Dağılımları

1

3

5



202

sistemde çok daha fazladır. Bu enerji, üç taraflı kısa kenar boyunca uygulanan sabitleme

sisteminde etkisini göstererek 3 noktasının ait olduğu plakanın geri kalan kısmının

sabitlenmemesi dolayısıyla bombelenmeye neden olmakta ve 3 noktasındaki deformasyonu

artırmaktadır. Ancak 3 noktasının en az deformasyon gösterdiği sistem ise gene üç taraflı

uzun kenar boyunca yapılan sabitlemedir ki bu durumda plakaların çok büyük bir kısmı

sabitlenmiş durumdadır, deformasyonun az oluşu bundan dolayıdır ve modelde çok miktarda

kalıntı gerilme hapsedilmiştir. 3 noktasının bu iki farklı davranışından parçaların

deformasyonunda sadece sabitleme pozisyonlarının değil sabitleme alanlarının da son derece

önemli olduğu anlaşılabilir.

Bunun yanı sıra, tek taraflı sabitleme sistemlerinde 5 numaralı nokta, 1 noktasından sonra en

yüksek deformasyonun gözlemlendiği noktadır. Bunun nedeni, bu plakanın 3 numaralı

noktanın ait olduğu plakanın aksine sabitlenmeyen yatay plaka olmasıdır. 5 noktasının bu

davranışı çift taraflı sabitlemeye geçildiğinde de gözlemlenmektedir çünkü iki yatay plaka da

sabitleniyor olsa bile kaynağın uygulanmadığı taraftaki plaka, kaynak hattının neden olduğu

büzülme etkisiyle kaynağın uygulandığı tarafa doğru deformasyona uğrayarak havaya

kalkmaktadır. 5 noktasında gözlemlenen +z yönündeki 1,81172 mm miktarındaki

deformasyon, bunu destekler niteliktedir (Tablo 3). Öte yandan iki plakanın da

sabitlenmesiyle 5 noktasının tek taraflı sistemde olduğu kadar bir deformasyona uğramadığı

da aşikârdır (Tablo 1 ve 2), çünkü tek taraflı sistemde hem büzülmenin hem de

sabitlenmeyen yatay plakanın etkisi gözlemlenmektedir. Üç taraflı sisteme geçildiğinde 5

noktasının deformasyonu daha da azalarak en düşük değerlerine ulaşmıştır, bu da bu sistemin

en etkin sabitlemeye sahip olmasındandır.

Grafik 3. Sabitleme aparatlarının kaynağa olan mesafesi ve 1 noktasının deformasyondan dolayı

maruz kaldığı mesafe değişimi arasındaki ilişki.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35

Def

orm

asyo

n (

mm

)

Kaynağa Olan Mesafe (mm)

tektaraflıçifttaraflıüçtaraflı

Kaynağa Olan Mesafe ve 1 Noktasının Deformasyon

Mesafe

1=19,75

mm

Mesafe

2=28,75



203

Grafik 3’te gözlemlendiği üzere, tek ve çift taraflı sıkıştırma sistemlerinde kaynağa olan

mesafenin yaklaşık yüzde elli oranında artırılması halinde bile deformasyonda çok büyük bir

değişim olmamasından bu mesafenin deformasyon değeri üzerinde fazla etkili olmadığı

anlaşılmaktadır. Tek taraflı sistem için bu durum, sabitlemenin önceden de bahsedildiği gibi

diğer iki sistem kadar etkin olmamasından ve dolayısıyla mesafenin azaltılmasının bir fayda

sağlayamamasından dolayıdır.

Diğer yandan, çift taraflı sistemde gözlemlenen deformasyonun neredeyse tek taraflı

sistemdeki kadar yüksek olması ve mesafenin değişmesine rağmen sabit kalması dikkat

çekicidir. Bu durumun, kaynak yapılmayan taraftaki yatay plaka kısmının da sabitlenmesi

nedeniyle, tek taraflı sabitlemede bu bölümde gözlemlenen deformasyon enerjisinin dikey

plakaya kanalize edilmesi ve toplam deformasyonun dikey plakada açığa çıkarak nispeten

daha etkin olan sabitleme performansını düşürmesinden dolayı meydana gelmiş olduğu

düşünülmektedir.

Deformasyon değerinin yüksek olması bu şekilde açıklanırken, neredeyse sabit kalmasının

nedeni ise mesafe ne olursa olsun dikey plakanın serbest tutulması ve mesafeler arasında çok

fazla bir fark olmamasıdır. Bunlara rağmen çift taraflı sistemdeki deformasyon, tek

taraflıdakinden hala biraz daha azdır. Burada, sabitlemenin daha etkin olmasının rol oynadığı

gözlenmektedir. Ek olarak, çift taraflı sistemde kaynağa olan mesafe arttıkça deformasyonda

çok hafif de olsa bir azalma görülmüştür. Bu durumun, artan temas alanının bir sonucu

olduğu düşünülmektedir.

Üç taraflı sabitleme sisteminde kaynağa olan mesafe artış gösterdiğinde çarpılmanın artması

beklense de, tam tersi bir durum gözlemlenmektedir. Bunun sebebi ise, kaynağa olan mesafe

arttığında oldukça geniş bir alanı kaplayan sabitleme sisteminin kaynağa olan mesafe ne

olursa olsun deformasyona izin vermemesi ve dikey plakanın çok etkin bir şekilde sabit

tutulmasıdır (1. Mesafe değeri kısa kenar boyunca uygulanan sabitleme sisteminden, 2.

Mesafe değeri ise uzun kenar boyunca uygulanan sabitleme sisteminden alınmıştır.).

Kaynağa daha yakın olan ama uzun kenar boyunca uygulananınki kadar geniş bir alan

kaplamayan kısa kenar sabitlemesi, deformasyona daha çok izin vermekte ve bu da grafikte

gözlemlenmektedir.

Ek olarak, kaynağa aynı uzaklıkta olan farklı sabitleme sistemleri incelendiğinde, dikey

plakanın en çok deformasyon gösterdiği sistem tek, en az gösterdiği ise üç taraflı sıkıştırma

sistemidir. Böylece, deformasyonun sabitleme etkinliğiyle ters orantıya sahip olduğu bir kez

daha kanıtlanmıştır. Deformasyon üzerinde kaynağa olan mesafenin tutma noktalarının

yüzey alanı kadar önemli bir etki göstermemesi ise bir diğer çıkarımdır. Hiçbir sistemde

beklenildiği gibi kaynağa olan mesafenin artmasıyla deformasyon artışı gözlemlenmemiştir,

çünkü yüzey alanı baskın rol oynamış, ya dengeleyerek deformasyon miktarını sabit turmuş,

ya da ters etkiye sebep olarak deformasyon değerini azaltmıştır.



204

Grafik 4. Sabitleme aparatlarının kaynağa olan mesafesi ve dikey plakanın çarpılma sonrası

yatay plakayla yaptığı açı arasındaki ilişki.

Grafik 3 ile benzer biçimde yorumlanabilen Grafik 4 te gösterilen yatayla yapılan açı,

deformasyon açısı değildir. Bundan dolayı yorumlama yapılırken bu açının fazlalığının

deformasyonun azlığına işaret ettiği göz önünde bulundurulmalıdır. Grafikte gözlemlendiği

üzere, tek ve çift taraflı sistemlerde kaynağa olan mesafe dikey plakanın çarpılmasında etkili

bir rol oynamamıştır. Etkin bir sabitlemeye sahip olmayan tek taraflı sistem için bu, beklenen

bir davranıştır.

Çift taraflı sistemde ise, kaynaktan uzaklaşılarak uygulanan sabitlemede aparatlarla plakanın

temas alanları artmasına ve iki taraflı sabitleme sayesinde daha etkin sabitleme sağlanmasına

rağmen, neredeyse tek taraflı sistemdeki kadar yüksek bir deformasyon gözlemlenmiştir.

Çünkü tek taraflı sistemin aksine, kaynağın uygulanmadığı taraftaki yatay plaka da

sabitlenmiş ve bu plakanın toplam çarpılmada alacağı pay da dikey plakaya aktarılarak etkin

sabitlemenin sağladığı avantaj yok edilerek deformasyon arttırılmıştır. Deformasyonun

yüksek olması bu şekilde açıklanırken, neredeyse sabit kalmasının nedeni ise mesafe ne

olursa olsun dikey plakanın serbest tutulması ve mesafeler arasında çok fazla bir fark

olmamasıdır. Bunlara rağmen çift taraflı sistemde gözlemlenen açılar, tek taraflıdakilerden

hala biraz daha fazladır. Burada yine de sabitlemenin daha etkin oluşu rol oynamaktadır.

Ayrıca, çift taraflı sistemde kaynağa olan mesafe arttıkça yatayla yapılan açıda çok hafif de

olsa bir azalma görülmüştür. Bu ise, artan temas alanının etkisidir.

Üç taraflı sistemde ise kaynağa olan mesafe arttığında, yani sıkıştırma alanı arttığında,

deformasyon en az değere ulaştığından, yatayla yapılan açı en yüksek değeri almıştır.

86,6

86,8

87

87,2

87,4

87,6

87,8

88

88,2

0 5 10 15 20 25 30 35

Yat

ayla

Yap

ılan

Açı

(ᵒ)

Kaynağa Olan Mesafe (mm)

Kaynağa Olan Mesafe ve 1 Noktasının Yatayla Yaptığı Açı

tektaraflıçifttaraflı

Mesafe

1=19,75 mm

Mesafe

2=28,75 mm



205

Kaynağa olan mesafe daraldığında ise, temas alanı azaldığından, dikeyle yapılan açı artarak

ikinci en yüksek değeri almaktadır. Öte yandan, mesafe farkı gözetilmeksizin, uygulanan her

iki üç taraflı sabitleme sisteminde de tek ve çift taraflı sistemlere göre daha az deformasyon

gözlemlenmiştir. Bunların nedeni, üç taraflı sabitlemenin deformasyonu engellemekte en

etkin sistem olarak fonksiyon göstermesidir. Ek olarak Grafik 3 ‘te de gözlemlendiği gibi,

kaynağa olan mesafenin deformasyon üzerinde çok büyük etkiye sahip olmadığı, burada da

ortaya çıkmaktadır.

Visual Environment yazılımının Visual Viewer segmentinden alınan verilerin doğruluğunun

test edilmesi için tek taraflı kısa ve uzun kenar boyunca uygulanan sıkıştırma sistemleri,

atölyede uygulanmış ve kaynaklanan modeller geometrik ölçüme tabi tutularak alınan

değerler programdan elde edilen değerlerle karşılaştırılmıştır. Bunun için en etkili ve kolay

yöntem olarak yatayla yapılan açıların ölçülmesi seçilmiştir. Programa göre tek taraflı kısa

kenar boyunca uygulanan sabitleme sisteminde yatayla yapılan açı 86,79ᵒ, uzun kenar

boyunca uygulananda ise 86,79ᵒ’dir. Şekil 11 ve 12 de gösterildiği gibi, kısa ve uzun kenar

boyunca uygulanan tek taraflı sabitleme sistemlerine ait gerçek modellere yapılan geometrik

ölçümde okunan değerler (sırasıyla 86,21ᵒ ve 85,74ᵒ), programda öngörülen deformasyon

eğilimleri yakınsama göstermektedir.

Şekil 12. Kısa kenar boyunca uygulanan tek taraflı sabitleme sistemine ait

gerçek parça üzerinde ölçülen yatayla yapılan açı değeri 86,21ᵒ.



206

Şekil 12. Uzun kenar boyunca uygulanan tek taraflı sabitleme sistemine ait gerçek parça üzerinde

ölçülen yatayla yapılan açı değeri 85,74ᵒ.

4. SONUÇ

Bu çalışmadan anlaşıldığı üzere, S235 çeliğinin MAG kaynağı ile kaynaklanmasında

kullanılan sabitleme sistemlerinin neden olduğu farklı çarpılma davranışları, sonlu elemanlar

yöntemini kullanan Visual Environment ve Weld Planner yazılımları kullanılarak

öngörülebilmektedir. Bunun için öncelikle uygun eleman ağı aralığı belirlenmiş, ardından

belirlenen bu ağ sistemi kullanılarak kaynaklanacak model analiz edilmiştir. Bu analizler

yapılırken modelde kullanılan kaynak yönü, genişliği, ana malzeme ve kaynak metali

malzeme özellikleri, ana malzeme ve kaynak dikişi geometrileri, kaynak planı ve ayrıca

sabitleme sistemlerinin tutma eksenleri, alanları ve pozisyonları tanımlamıştır. Analizlerden

elde edilen sonuçlar atölyede kaynaklanan parçalardan alınan geometrik ölçüm sonuçlarıyla

karşılaştırılmış, kullanılan programların öngörülerinin doğruluk ve güvenilirliği

yorumlanmıştır. Değerler arasındaki ufak farklar, atölyede kaynaklanan kaynak

geometrilerinin tam ölçüsüyle programda çizildiği gibi olmamasından ve/veya malzeme

içerisinde kaynak öncesinde bir miktar kalıntı gerilme bulunması ile bağlantılı

olabilmektedir.



207

Bu çalışmada üzerinde durulan bir diğer konu ise kullanılan sabitleme sistemlerinin modelin

deforme olması üzerindeki etkileridir. Tutma noktaları, parçalar arasındaki temas alanının

genişliği ve parçaların her yönden tutulması, etkin bir sabitleme sağlayarak deformasyon

değerlerini azaltmış, çarpılma sonucu meydana gelen açısal değer sapmasını düşük

tutmuştur. Bu nedenle, en az deformasyona sebebiyet veren sistem üç taraflı sıkıştırma

sistemiyken, en çok deformasyon ise tek taraflı sistemde meydana gelmiştir. Öte yandan,

tutma noktalarının kaynağa olan uzaklığının deformasyon üzerinde büyük bir etkiye sahip

olmadığı, buna karşılık sıkıştırma alanının hayli etkin olduğu anlaşılmıştır.

Ayrıca dikey plakanın kaynağın olduğu taraftaki yatay plakayla yaptığı açının tüm

sistemlerde 90ᵒ ‘den küçük olması, kaynak hattının soğurken büzülmesi ve dikey plakayı

kaynak tarafına doğru yöneltmesinden dolayıdır.

6. KAYNAKLAR

[1] EN 10025-2 Sıcak haddelenmiş yapı çelikleri - Bölüm 2: Alaşımsız yapı çeliklerinin

teknik teslim şartları

[2] Kaynak Çeşitleri. (n.d.) Kaynak Dünyası. Erişim tarihi: 16 Eylül 2015,

http://kaynakdunyasi.tr.gg/Kaynak-%C7e%26%23351%3Bitleri.htm

[3] Linnert, G. E. (1994). Microstructural transformations in solid iron and steel.

Welding Metallurgy (pp. 802-850). Florida: The American Welding Society.

[4] Radaj, D. (1992). Welding residual stress and distortion. Heat Effects of Welding

(pp. 129-246). Berlin: Springer Verlag.

[5] Kou, S. (2003). Residual Stresses, Distortion and Fatigue. Welding Metallurgy (2nd

ed., pp. 126-130). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

[6] Hu, J. and Tsai, H.L. (2006). Heat and mass transfer in gas metal arc welding. Part I:

The arc. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50, p. 841.

TEŞEKKÜR

Çalışmada yararlanılan yazılımların lisans hakkını sağlayan ESI Group’a ve Türkiye temsilcisi

ONATUS Öngörü Teknolojileri Ltd’e, kaynaklama çalışmalarındaki katkılarından dolayı ODTÜ

Kaynak Teknolojisi Merkezi kaynak uzmanı Bedirhan Özener ve diğer çalışma arkadaşlarına teşekkür

ederiz.



208

Documents

S235 ÇELİĞİNİN MAG KÖŞE KAYNAĞINDA FARKLI SABİTLEME … S235... · 2017-10-18 · kaynak kongresİ ix. ulusal kongre ve sergİsİ bİldİrİler kİtabi 191 s235 ÇelİĞİnİn