Investigation on the mechanical properties of X42N, grade A and grade B steel pipes joined by electric arc and TIG welding

Year 2023, Volume: 38 Issue: 2, 963 - 974, 07.10.2022

Cevat Özarpa Ahmet Akkuş Bahadır Furkan Kınacı

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1068748

Abstract

In this study, three different pipe grades, namely X42N, quality A, and quality B, per TS EN ISO 3183 standard were joined by TIG and electric arc welding methods. In order to determine the mechanical properties of the materials after the welding processes and to determine the quality of welding application, radiographic examination, root bend test, nick break test, macrostructure examination, and hardness measurements were carried out. As a result of these analysis, it was determined that the TIG welding method creates less shrinkage in the pipe inner diameter of the weld seam region and provides higher mechanical properties compared to the electric arc welding method. It was also revealed that X42N quality pipe provides better mechanical properties compared to grade B and grade A pipes. When the increases in the hardness values were examined, it was found the mechanical properties were improved with increasing hardness values.

Keywords

TIG welding, electric arc welding, natural gas steel pipe, mechanical properties

Örtülü metal ark ve TIG kaynağı ile birleştirilen X42N, kalite A ve kalite B sınıfı çelik boruların mekanik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, ilk olarak TS EN ISO 3183 standartlarındaki X42N, kalite A ve kalite B borular, TIG ve elektrik ark kaynak yöntemleri ile birleştirilmiştir. Birleştirme işlemleri sonrası malzemelerin mekanik özelliklerini tespit etmek ve kaynak uygulamasının performansını belirlemek için radyografik muayene, kök eğme, çentikli kırma, makro yapı incelemesi ve sertlik testi uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen testler sonucunda, TIG kaynağı yönteminin, elektrik ark kaynağı yöntemine göre boru iç çapında daha az daralma oluşturduğu ve daha iyi mekanik özellikler sağladığı tespit edilmiştir. Testleri gerçekleştirilen boru tipleri arasında ise X42N kalite borunun, diğer iki boru sınıfına göre daha iyi mekanik özellikler sağladığı tespit edilmiştir. Öte yandan, sertlik değerlerinin artışıyla mekanik özelliklerin iyileşmesi arasında paralellik olduğu gözlemlenmiştir.

Keywords

TIG kaynağı, elektrik ark kaynağı, doğalgaz çelik borusu, mekanik özellikler, TIG kaynağı, elektrik ark kaynağı, doğalgaz çelik borusu, mekanik özellikler

References

• Canoğlu, M. C., Boru Hatlarında Meydana Gelen Heyelan Olaylarında Jeoteknik Etütler ve Mühendislik Jeolojisi Yaklaşımları, 10 (1) , 12-21 . DOI: 10.29137/umagd.332170, 2017.
• Umutlu, H., Bayraç, H. N., Türkiye’de Doğalgaz Tüketimi ve Ekonomik Büyüme Arasındaki İlişki: Granger Nedensellik Analizi . Sosyal Ekonomik Araştırmalar Dergisi , 20 (40) , 217-226 . DOI: 10.30976/susead.738737, 2020.
• Türk Standartları Enstitüsü, TS EN ISO 3183 Petrol ve Doğal Gaz Sanayileri – Boru Hattı ile Taşıma Sistemleri İçin Çelik Borular.
• American Petroleum Institute, API Specıfıcatıon 5L 46th Edition, Line Pipe, 2018.
• Zandinava B., Bakhtiari R., Vukelic G., Failure analysis of a gas transport pipe made of API 5L X60 steel, Engineering Failure Analysis, 131, 105881, doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105881, 2022.
• Giarola J.M., vd., Hydrogen-induced cracking and corrosion behavior of friction stir welded plates of API 5L X70 pipeline steel, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 46, doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.06.084, 2021
• Azam M. A., Sukarti S., Zaimi M., Corrosion behavior of API-5L-X42 petroleum/natural gas pipeline steel in South China Sea and Strait of Melaka seawaters, Engineering Failure Analysis, Volume 115, 104654, 2020.
• Villavicencio J., Ulloaa N., Lozadac L., Moreno M, The role of non-metallic Al2O3 inclusions, heat treatments and microstructure on the corrosion resistance of an API 5L X42 steel, Journal of Materials Research and Technology, Volume 9, Issue.
• Bentrah H., Rahali Y., Chalab A., Gum Arabic as an eco-friendly inhibitor for API 5L X42 pipeline steel in HCl medium, Corrosion Science, Volume 82, 2014.
• Oh D. H., Race J., Oterkus S., Chang E., A new methodology for the prediction of burst pressure for API 5L X grade flawless pipelines, Ocean Engineering, Volume 212, 2020.
• Kahraman N., Gülenç B., Modern Kaynak Teknolojisi EPAMAT Basım Yayın, 331s, 2016.
• Durgutlu A., Alüminyumun Tıg Kaynağında Akım Türünün Kaynak Metali Mikroyapısı Ve Darbe Dayanımına Etkisi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 24, sayı. 1, 2013.
• Kumar K., Kumar C. S., Masanta M., Pradhan S. , «A review on TIG welding technology variants and its effect on weld geometry, Materials Today: Proceedings, doi.org/10.1016/j.matpr.2021.07.308, 2021».
• İrsel G., Study of the microstructure and mechanical property relationships of shielded metal arc and TIG welded S235JR steel joints, Materials Science and Engineering, Volume 830, 2022.
• Ertürk İ., Selamoğlu A. , Çelik Boruların Çevresel Kaynağı, X. Kaynak Teknolojisi Ulusal Kongre Ve Sergisi Bildiriler Kitabı, Sayfa 1-15, 2017.
• Durgutlu A., Kahraman N., Gülenç B., Bakır ve Çelik Levhaların Örtülü Elektrod ve Tıg Kaynak Yöntemleri İle Birleştirilmesi Ve Arayüzey Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 20, sayı. 2, 2013.
• Kaya Y., AISI 304 ve AISI 430 Paslanmaz Çeliklerin Tıg, Mıg ve Örtülü Elektrod Ark Kaynağıyla Birleştirilebilirliğinin Araştırılması, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 25, sayı. 3, 2013.
• American Petroleum Institute, API Standard 1104,Welding of Pipelines and Related Facilities, 2013.
• Kara R., Çolak F., Yıldırım G., Hiçyılmaz V. , Farklı Kaynak Yöntemleri ile Birleştirilen Doğalgaz Borularının İncelenmesi, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt:4, No:1, Sayfa 108-115, 2017.
• Candan İ., Durgutlu A., Kahraman N., Gülenç B. , Farklı Pozisyonlarda MAG Kaynağı ile Birleştirilen Boruların Kaynak Dikişlerinin Ultrasonik ve Mekanik Muayenesi, Politeknik Dergisi, Cilt:9, Sayı:3, Sayfa 203-209, 2006.
• Aksöz S., Ada H., Fındık T., Çetinkaya C., Bostan , API 5L X65 Çeliklerinin Elektrik Ark Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmesinde, Kaynak İşleminin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt: 4, No: 1, s.72-81, 2017.
• Kınacı, B.F., Endüstriyel Tesislerde Doğal Gaz Çelik Boru Kaynak Uygulamaları ve Kaynaklı Bağlantıların Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (Yüksek Lisans Tezi), 99s, Sivas, 2019.