Experimental & Finite Element Analysis Of The Distortion Behavior Of Welded AISI 321 Type Austenitic Stainless Steels

Year 2014, Volume: 10 Issue: 1, 65 - 80, 01.04.2014

Hüseyin Yavuz Yücesoy Murat Vural

Abstract

Beside the fact that austenitic stainless steels are used in various industrial applications, they are also widely used in naval applications. Especially, in shipbuilding sector, construction of corrugates and corrugate supports of tankers, chemical tankers, non-magnetic ships which are supposed to be working in polar areas and in construction of some naval war ships, as well as in piping systems of those, the need of having welded structures of non-magnetic stainless material has been increased. Within this scope, the prediction of the distortions of welded joints of austenitic stainless steel becomes more important and comes forward among the others

Keywords

FEM: Finite Element Method, SMAW: Shielded Metal Arc Welding, GMAW: Gas Metal Arc Welding, MIG: Metal Inert Gas, Austenitic Stainless Steel, Welding Deformations

Experimental & Finite Element Analysis Of The Distortion Behavior Of Welded AISI 321 Type Austenitic Stainless Steels

Abstract

Ostenitik Paslanmaz Çelikler günümüzde sanayiinin bir çok kesiminde
kullanılmasının yanında gemi inşaatı sektöründe de yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Özellikle tankerler ve kimyasal tankerlerde, kargo tanklarının ve korugeytlerin
imalatlarında, kutup denizlerinde çalışacak olan gemilerde ve anti-manyetik olarak inşaa
edilmesi gerekli olan askeri gemilerde, ve bu gemilerin boru donanımlarında kaynaklı
birleştirmelerin önemi büyüktür. Bu kapsamda, ostenitik çeliklerin kaynaklı
birleştirmelerinde oluşabilecek deformasyonlar ve bu deformasyonların kaynaklı
birleştirme öncesi öngörülebilmesi de ön plana çıkan faktörlerden biri olmakatadır.
Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin birçoğu, Ark Kaynağı (Elektrik Ark Kaynağı, MIG
& MAG Kaynağı, TIG Kaynağı, Tozaltı Kaynağı, v.b.), Direnç Kaynağı, Elektron ve Lazer
Işını Kaynağı gibi çeşitli kaynak yöntemleri ile, düzgün kaynak yüzeyi temizliği yapılması
ve uygun kaynak dolgu malzemesi kullanılarak yapılan kaynaklı birleştirmelerde kaynak
kabiliyetleri yüksek olan malzemelerdir. Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Karbon Çeliklerine
oranla % 50 daha fazla olan Termal Genleşme Katsayısı kaynaklı birleştirmelerde olası
deformasyonun minimize edilmesinde oldukça yardımcıdır. Yine Ostenitik Paslanmaz
Çeliklerin düşük Termal ve Elektrik geçirgenliği ise kaynak işlemi için oldukça faydalıdır.
Bu tip çeliklerde kaynaklı birleştirmeler için gerekli ısı, karbonlu çeliklerde olduğu gibi
kaynak bölgesinden dışa doğru ısının yayılımı daha az olduğundan, daha düşük düzeyde
kalmaktadır. Ayrıca bu tip çeliklerin direnç kaynağında ise özdirenç katsayısı yüksek
olduğundan daha düşük akımlar kullanılabilmektedir (1).
Ostenitik çeliklerin kaynaklı birleştirmelerinde kullanılan dolgu malzemeleri
genellikle ana metal ile uyumlu olmakla birlikte, alaşımların bir kısmı için sıcak
çatlamaların önlenmesi amacıyla ferrit içeren bir mikro yapının oluşturulabileceği kompozisyonda olabilmektedir. Dolgu malzemeleri örtülü elektrod, çıplak tel elektrod veya
özlü tel elektrod şeklinde temin edilebilmektedir (1).
Bu çalışmada Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin kaynaklı birleştirmeleri esnasında
oluşabilecek deformasyonların, örnek tip bir çeliğin (AISI 321 – 1.4541– UNS: S32100)
kaynaklı birleştirmelerinin iki farklı pozisyonda (Alın ve Köşe Kaynağı) deneysel
gerçekleştirilmeleri ve Sonlu Elemanlar metodu ile bilgisayar ortamında yapılacak
modelleme sonuçları ile birlikte karşılaştırmalı analizinin yapılması hedeflenmiştir.

Keywords

Sonlu Elemanlar Metodu, SMAW:Elektrik Ark Kaynağı, GMAW: Eriyen Elektrodla Gazaltı Ark Kaynağı, MIG: Metal inert Gaz, Östenitik Paslanmaz Çelik, Kaynak Çarpılmaları

References

• Martin Birk-Sorensen, (1999), Simulation of Welding Distortions in
• Ship Section, PhD Thesis. Goldak, J., Gu, Moashi and Karlsson, Lennart. (1993) Numerical
• Aspects of Modelling Welds. ASTM Handbook of Welding, Volume-6: 1131 – 1140,
• Hansen, H.E., Kjerulf-Jensen, P. and Stempe, Ole B. Varme – og Klimateknik, Grundbog. DANVAK ApS, Teknisk Forlag A/S, Kobenhavn, 19 Myers, P.C.,Uyehara, O.A. and Borman, G.L. (1967), Fundamentals of
• Heat Flow in Welding, Welding Research Bulletin, 123, Mechanical Engineering, The University of Wisconsin, Madison, Wis. USA. Rosenthal, D. The Theory of Moving Sources of Heat and Its Application to Metal Treatments, Transactions of A.S.M.E., pages 849 – 866, November 1946. Kotecki, Damien, (2003), Stainless Steel Properties,
• How to Weld Them, Where to Use Them, Lincoln Electric Company, USA. Kotecki, Damien, (2003), Stainless Steel Properties, How to Weld
• Them, Where to Use Them, Lincoln Electric Company, USA. ASTM Handbook, Volume-6, (1993), Welding, Brazing and Soldering, USA.
• Oschatz Energy and Environment A.S. Kocaeli Serbest Bölgesi Şubesi Ada No: 9 Sepetlipınar Mahallesi 41275 Yeniköy – KOCAELI - TURKEY
• Systus International, ESI Group. (1998), SYSWELD+© 2.0 FEM
• Analysis Program, Reference Manual. ESI Group, Paris/Lyon, France.