The Effect of Different Shielding Gas Types on Mechanical Properties in TIG Welding of AISI 304 Austenitic Stainless Steel Plates

Abstract

AISI 304 quality austenitic stainless steels are one of the most used grades among stainless steels. It is a preferred stainless-steel quality in many areas, including the food, chemical, pharmaceutical and petrochemical industry, due to its chemical composition and mechanical properties, it can be easily processed and shaped, has high weldability and corrosion resistance at cost. In this study, 3 mm thick AISI 304 stainless steel plates were welded to each other by TIG welding method using 2 mm 308L additional metal and 60/90 Amper, 65/100 Amper, 70/110 Amper heat inputs with 100% Ar and Mix 212 shielding gases. At this stage, the effects of using 100% Argon and Mix 212 shielding gas on the mechanical properties of the joints were investigated. Tensile test was performed for welded samples, macrostructure and microstructure properties were examined by optical microscope, and microhardness measurements were taken from 10 different points, including the weld area and the main material. After the measurements, it has been determined that the shielding gas exchange is effective on the mechanical properties of welded stainless-steel materials such as tensile strength and hardness properties. In the use of 100% Argon gas, the highest tensile strength value was reached with 58.7 kg/mm2 and the highest weld metal hardness was reached with 222.5 HV value. Similar microstructural properties were observed for both shielding gases.

Keywords

• AISI 304
• TIG Welding
• Shielding Gas
• Macrostructure
• Microstructure
• Microhardness

AISI 304 Östenitik Paslanmaz Çelik Levhaların TIG Kaynağı ile Birleştirilmesinde Farklı Koruyucu Gaz Tiplerinin Mekanik Özelliklerine Etkisi

Öz

AISI 304 kalite Östenitik paslanmaz çelikler, paslanmaz çelikler arasında en çok kullanılan kalitelerden biridir. Kimyasal bileşimin ve mekanik özellikleri sayesinde kolay işlenebilir ve şekil alabilir olması, kaynaklanabilme kabiliyetinin yüksek olması ve düşük maliyetle korozyon direnci sağlaması nedenleriyle başta gıda, kimya, ilaç ve petrokimya endüstrisi olmak üzere birçok alanda tercih edilen bir paslanmaz çelik kalitesidir. Bu çalışmada, 3 mm kalınlığındaki AISI 304 paslanmaz çelik levhalar birbirlerine Tungsten Inert Gaz (TIG) kaynak yöntemi ile 2 mm 308L ilave metali ve 60/90 Amper, 65/100 Amper, 70/110 Amper ısı girdileri ile %100 Argon ve Karışım 212 koruyucu gazları kullanılarak kaynaklanmıştır. Bu aşamada malzemelerin kaynaklanmasında %100 Argon ve Karışım 212 koruyucu gaz kullanımlarının birleştirmelerin mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Kaynaklı numuneler için çekme testi yapılmış, makroyapı, mikroyapı özellikleri optik mikroskop ile incelenmiş ve kaynak bölgesi ve ana malzemeyi içerecek şekilde 10 farklı noktadan mikrosertlik ölçümleri alınmıştır. Yapılan ölçümler sonrasında koruyucu gaz değişiminin kaynaklı paslanmaz çelik malzemelerin çekme dayanımı ve sertlik özellikleri gibi mekanik özelliklerinde etkili olduğu tespit edilmiştir. %100 Argon gazı kullanımında 58.7 kg/mm2 değeri ile en yüksek çekme mukavemeti değerine, 222.5 HV değeri ile de en yüksek kaynak metali sertliğine ulaşılmıştır. İki koruyucu gaz için de benzer mikroyapı özelikleri görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• AISI 304
• TIG Kaynağı
• Koruyucu Gaz
• Makroyapı
• Mikroyapı
• Mikrosertlik

References

1. Aronsson B., On the origins and early growth of stainless steel: A survey with emphasis on the development in Sweden. Outokumpu Stainless research foundation, 2010.
2. Bos E., Ark Esaslı Kaynak Yöntemleri ile Kaynak İşleminde Isı Tüketimi ile Malzeme/Kalınlık İlişkisinin İncelenmesi, İstanbul: Yıldız Teknik Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış), 2007.
3. Davis J.R., ASM Specialty Handbook: Stainless Steels. ASM International. 3-66, 1994.
4. Dillon C.P., Rahoi D.W., Tuthil A.H., Stainless Steels for Bioprocessing. Nickel Development İnstitute / Biopharm 5, 1992.
5. Eryürek B., “Gazaltı Kaynağı”. Askaynak Yayınları. Mart 2003.
6. Gürcan M., “TIG Kaynağı”. SAGEM. Ankara. 1987.
7. Hicken G.K., Gas-tungsten arc welding. ASM Handbook. Vol. G. 190-193. 1993.
8. Kaçar R., Gündüz S., AISI 304-AISI 430 Paslanmaz Çeliklerin Direnç Kaynak Kalitesine Soğuk Deformasyonun Etkisi. IV. Demir–Çelik Kongresi Bildiriler Kitabı, 273-279, 2007.

9. Kahraman N., Durgutlu A., Gülenç B., 316L Paslanmaz Çeliğin TİG Kaynağında Koruyucu Argon Gazına Hidrojen İlavesinin Kaynak Bölgesi Tane Morfolojisine Etkilerinin Araştırılması, Politeknik Dergisi 7: 223-228, 2004.
10. Kaluç E., Tülbentçi K., “Paslanmaz Çelikler ve Kaynaklanabilirliği” Seminer Notları. Kocaeli Üniversitesi Kaynak Teknolojisi Araştırma. Eğitim ve Uygulama Merkezi. Kocaeli. s. 170-178. 1995.
11. Kant R., Mittal R., Kumar C., Rana B.S., Kumar M., Kumar R., Fabrication and Characterization of Weldments AISI 304 and AISI 316 Used in Industrial Applications. Materials Today: Proceedings, 5(9), 18475-18481, 2018.
12. Kumar A., Dixit P.K., Investigating the effects of filler material and heat treatment on hardness and impact strength of TIG weld. Materials Today: Proceedings, 2766-2782, 2020.
13. Kumar R., Comparative study of TIG and MIG welding for Bi-metallic weld of AISI 304 and monel 400. Materials Today: Proceedings, In press, 2020.
14. Kurt H.İ., TIG kaynak yöntemiyle birleştirilen östenitik paslanmaz çeliklerin mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi, Marmara Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış), 2006.
15. Kükürtçü G.E., Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Kabiliyeti ve Mekanik Özelliklere Etkilerinin İncelenmesi, Sakarya Üniversitesi, Yüksek Lisans Tezi (Basılmış), 2014.
16. Odabaş C., Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı. Askaynak Teknik Yayınları, İstanbul, 47, 2007.
17. Somani C.A., Lalwani D.I., Experimental study of some mechanical and metallurgical properties of TIG-MIG hybrid welded austenitic stainless-steel plates. Materials Today: Proceedings, 644-648, 2020.
18. Su Y., Song R., Wang T., Cai H., Wen J., Guo K., Grain size refinement and effect on the tensile properties of a novel low-cost stainless steel. Materials Letters, 260, 126919, 2020.
19. Şık A, MIG/MAG Kaynağı ile Kaynatılan Çelik Yapılarda Koruyucu Gaz Karışımlarının Mekanik Özelliklere Etkilerinin Araştırılması, Trakya Univ. J. Sci.8(1), 55-60, 2007.
20. Tülbentçi K., MIG/MAG Gazaltı Kaynak Yöntemi, Arctech Yayını, İstanbul, 1998.
21. Ural M., Kaluç E., Paslanmaz Çeliklerin TIG Yöntemi ile Kaynağı, Metal Makine, 12-20 Mart, 1996.
22. Wang L., Xue J., Wang Q., Correlation between arc mode, microstructure, and mechanical properties during wire arc additive manufacturing of 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: A, 751, 183-190, 2019.
23. Yılmaz R., Tehçi T., Östenitik Paslanmaz Çeliklerin TIG Kaynağında Kaynak Akımı ve Kompozisyonun Nufuziyete Etkisi, Sakarya University Journal of Science, 16(1), 53-61, 2012.
24. Yılmaz R., Barlas Z., Paslanmaz Çeliklerin Gazaltı Kaynak Yöntemi ile Birleştirilmesinde Koruyucu Gaz Kompozisyonunun Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 11(3). 391-400, 2011.