Investigation on Effects of Weld Current and CO2 Content in Gas Composition in GMAW on Joint Properties of HSS S960QL Steel

Abstract

In this study, HSS S960QL steel plates in thickness of 8 mm using three different welding currents which 185, 215 and 245 ampere were joined under two different shielding gas including of 5% CO2 and 20% CO2. Tensile and notch impact tests, hardness measurement with macro and microstructure inspections were carried out in order to determine the effects of the used weld parameters on weld zone properties. All experimental studies show that a widener and more penetrated weld metal occurred by using a higher weld current and CO2 in the shielding gas, and ratio of tempered martensite to bainite was decreased and grain growth observed in the weld zones. In the hardness measurements detected that the weld metal and heat affected zones softened due to relatively slow cooling rate according to the base metal. Using higher weld current and level of CO2 in the gas mixture played a role in the decreasing of yield and tensile strengths, and the notch impact toughness.

Keywords

• welding current
• shielding gas composition
• GMAW
• HSS S960QL

HSS S960QL Çeliğinin MAG Kaynağında Kaynak Akımı ve Gaz Kompozisyonundaki CO2 Oranının Birleştirme Özelliklerine Etkisinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, 8 mm kalınlığındaki HSS S960QL çelik plakalar %5 CO2 ve %20 CO2 içerikli iki farklı karışım gaz koruması altında 185, 215 ve 245 amper olmak üzere üç farklı kaynak akımında MAG kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. Uygulanan bu kaynak değişkenlerinin birleştirme denemelerinin kaynak bölgesi mekanik ve mikroyapı özelliklerine olan etkilerini tespit etmek amacıyla makro ve mikroyapı incelemelerinin yanı sıra çekme ve çentik darbe testleri ile mikrosertlik ölçümleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışma ve gözlem sonuçları göstermiştir ki kaynak akımı ve CO2 oranının artmasıyla, daha geniş ve derin nüfuziyete sahip bir kaynak metali meydana gelirken, kaynak bölgesinde başlangıç mikroyapısındaki temperlenmiş martenzitin beynite oranı azalmış, ayrıca buna tane irileşmesi de eşlik etmiştir. Dolayısıyla, sertlik ölçümlerinde artan akımla birlikte nispeten daha yavaş soğuma hızına bağlı olarak ısı tesiri altındaki bölgede ve kaynak metalinde sertlik düşüşleri belirlenmiştir. Ayrıca kaynak akımı ve CO2 miktarındaki artış, akma ve çekme dayanımlarının yanı sıra çentik darbe tokluğunu da düşürücü bir rol oynamıştır.

Keywords

• MAG kaynak yöntemi
• S960QL çeliği
• kaynak akımı
• koruyucu gaz kompozisyonu

References

1. Adak DK, Mukherjee M and Pal TK, 2015. Development of a Direct Correlation of Bead Geometry, Grain Size and HAZ Width with the GMAW Process Parameters on Bead-on-plate Welds of Mild Steel. Transactions of the Indian Institute of Metals, 68, 839-849.
2. Alabi AA, Moore PL, Wrobel LC, Campbell JC, He W, 2018. Tensile behaviour of S690QL and S960QL under high strain rate. Journal of Constructional Steel Research, 150: 570-580.
3. Aydın M, 2017. Çelik Malzemeler Aybitak Yayınları, S. 540. İstanbul.
4. Błacha S, Weglowski M, Dymek S, Kopyscianski M, 2017. Microstructural and Mechanical Characterization of Electron Beam Welded Joints of High Strength S960QL and Weldox 1300 Steel Grades. Archives of Metallurgy and Materials, 62(2): 627-634.
5. Cadoni E, Forni D, 2019. Mechanical behaviour of a very-high strength steel (S960QL) under extreme conditions of high strain rates and elevated temperatures. Fire Safety Journal, 109, 102869.
6. Gaspar M, 2019. Effect of Welding Heat Input on Simulated HAZ Areas in S960QL High Strength Steel. Metals, 9(11): 1226-1239.
7. Górka J, Kotarska A, 2019. MAG welding of 960QL quenched and tempered steel. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 591, 012017
8. Gourd LM, 1995. Kaynak Teknolojisinin Esasları (Eryürek, B., Bodur, O., Dikicioğlu, A. Çev.) Birsen Yayınevi. S. 43. İstanbul.

9. Greš M, Viňáš J, Mulidrán P, Sleziak T, Brezina J, 2018. Analysis of Shielding Welding Gas Composition Effects on the Final Microhardness of the Fillet Joints Made With Use of MAG Technology. The International Journal of Engineering and Science, 7(7-I): 63-70.
10. Gunaraj V and Murugan N, 2002. Prediction of Heat-Affected Zone Characteristics in Submerged Arc Welding of Structural Steel Pipes. Welding Journal 81(3): 45/S-53/S.
11. Karabulut H, Türkmen M, Erden MA and Gündüz S, 2016. Effect of Different Current Values on Microstructure and Mechanical Properties of Microalloyed Steels Joined by the Submerged Arc Welding Method. Metals, 6(11): 281-287.
12. Karabulut H, Türkmen M, 2016. Temperleme İşleminin Tozaltı Kaynak Yöntemi ile Birleştirilen Mikroalaşımlı Çeliklerin Mekanik Özelliklerine Etkisi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 7(3): 587-594.
13. Linnert GE, 1994. Welding Metallurgy Carbon and Alloy Steels. AWS. S. 801. Miami, Florida.
14. Meneses VA, Leal VS, Scotti A, 2016. Influence of Metal Transfer Stability and Shielding Gas Composition on CO and CO2 Emissions during Short-circuiting MIG/MAG Welding. Soldagem & Inspeção, 21(3): 253-268.
15. Samardžić I, Dunđer M, Katinić M, Krnić N, 2017. Weldability Investigation on Real Welded Plates of Fine-Grained High-Strength Steel S960QL. Metalurgija, 56(1-2): 207-210.
16. Slezak T, Sniezek L, 2015. A Comparative LCF Study of S960QL High Strength Steel and S355J2 Mild Steel. Procedia Engineering, 114: 78-85.
17. Slezak T, Sniezek L, 2016. Fatigue Life of Welded Joints of High-Strength Structural Steel S960QL. Solid State Phenomena, 250: 169-174.
18. TS EN ISO 4136: Metalik Malzemelerin Kaynakları Üzerinde Tahribatlı Deneyler-Enine Çekme Deneyi, 12.06.2013.
19. TS EN ISO 9016: Metalik Malzemelerde Kaynaklar Üzerinde Tahribatlı Deneyler - Vurma Deneyleri - Deney Numunesi Yeri, Çentik Yönü ve Muayene, 12.06.2013.
20. TS EN ISO 9015-1:2011: Metalik Malzemelerdeki Kaynaklar Üzerinde Tahribatlı Deneyler-Sertlik Deneyi-Bölüm 1: Ark Kaynaklı Birleştirmelerde Sertlik Deneyi, 22.11.2011.
21. TS EN ISO 17639: Metalik malzemelerdeki kaynaklarda tahribatlı muayene - Kaynakların makroskopik ve mikroskopik muayenesi, 13.02.2014.
22. TS EN ISO 5817: Kaynak - Çelik, nikel, titanyum ve bunların alaşımlarında ergitme kaynaklı (demet kaynağı hariç) birleştirmeler - Kusurlar için kalite seviyeleri, 29.04.2014.
23. Türker M, 2017. The Effect of Welding Parameters on Microstructural and Mechanical Properties of HSLA S960QL Type Steel with Submerged Arc Welding. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(3): 673-682.
24. Yılmaz R, Barlas Z, 2005. Paslanmaz Çeliklerin Gazaltı Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmesinde Koruyucu Gaz Kompozisyonunun Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi. Mühendislik Bilimleri Dergisi, 11(3): 391-400.
25. Zielinska S, Pellerin S, Valensi F, Dzierzega K, Musio K, de Izarra C, and F Briand, 2008. Gas influence on the arc shape in MIG–MAG welding. The European Physical Journal - Applied Physics, 43(1): 111-122.