Soda Kireç Silikat Cam - 304 L Paslanmaz Çelik Birleştirmesinde Ti/Ag Ara Katman Kullanımı

Year 2016, Volume: 6 Issue: 2, 393 - 398, 01.06.2016

Mustafa Burak Telli

Abstract

Cam – metal birleştirmeler parabolik güneş enerji sistemlerinin ısı toplama ünitelerinin veriminin artırılması için önemlidir. Soda kireç silikat cam – 304L paslanmaz çelik birleştirilmeleri gerçekleştirilebilmeleri durumunda ısı toplama ünite uygulamaları için şuan kullanılan birleştirmelere ekonomik bir alternatif olabilir. Soda kireç silikat camın termal genleşme katsayısındaki büyük fark nedeniyle doğrudan 304L paslanmaz çeliğe birleştirilmesi zordur. Bu çalışmada soda kireç silikat cam Ti/Ag ara katman kullanımıyla 304L paslanmaz çeliğe hava ortamında 800 °C de birleştirilmiştir. Soda kireç silikat cam/Ti/Ag/304L kesit numunesi ışık ve taramalı elektron mikroskobuyla incelenmiş ve cam - Ti/Ag/304L yüzeyinde gerçekleşen reaksiyonların birleştirmeye olan etkilerini incelemiştir. Camın - Ti/Ag/304L birleştirilmesi sonrası oda sıcaklığına dönüşünde birleştirilen malzemelerde oluşan kalıntı gerilmeler ve gerinimler ANSYS 14 çoklu fizik yazılımı kullanılarak sonlu elamanlar metoduyla modellenmiştir. Modelleme sonuçları deneysel gözlemlemelerle karşılaştırmıştır ve Ag/Ti ara katman kullanılarak yapılan birleştirmelerin başarılı olması için camın birleştirme bölgesinde düşük kalıntı gerilim ve gerinmelere maruz kalması gerektiği neticesine ulaşılmıştır. Model analizlerine göre Ag/Ti ara katman kullanılarak birleştirilen soda kireç silikat cam üzerinde en yüksek 95 MPa seviyelerinde maksimum ve en düşük -50 MPa seviyelerinde minimum asal gerilmeler oluşmuştur. Ag katmanda en yüksek 80 MPa seviyelerinde maksimum asal gerilmeler oluşurken, Ti katmanda en düşük -130 MPa seviyelerinde minimum asal gerilmeler oluşmuştur. Kalıntı gerilmelerin etkisiyle soda kireç silikat camda 0.00126 mm/mm seviyelerinde eşdeğer elastik gerinim oluşurken, Ag ara katman 0.025 mm/mm seviyelerinde plastik gerinmeye uğramıştır

Keywords

ANSYS 14 çoklu fizik modelleme, Kalıntı gerilme, Soda kireç silikat cam, Sonlu elamanlar yöntemi, 304L paslanmaz çelik, Titanyum gümüş ara katman

Joining of Soda Lime Silicate Glass to 304L Stainless Steel by Using Ti/Ag Interlayers

Abstract

Glass – metal joining is important for improving efficiency of heat collecting units employed in parabolic through solar energy collecting systems. If soda lime silicate glass joined to 304L stainless steel successfully, they could be an economical alternative. Due to big thermal expansion coefficient difference, it is difficult to join soda lime silicate glass – 304L stainless steel directly. In this study, glass – 304L joining was achieved by using Ti/Ag layer with a heat treatment at 800 °C in air ambient. Soda lime silicate glass to Ti/ Ag/304L joining was investigated with optical and scanning electron microscopes to reveal interfacial reactions between glass and Ti/ Ag/304L. Residual stress and strains developed in joined parts due to high temperature joining and cool down to room temperature were modeled employing ANSYS 14 Multiphysics finite element method software. Experimental findings and modeling results were compared and it was concluded that residual stress and strain levels needed to be stayed low in glass region at joining interface for the successful glass – 304L joining. According to modeling results, joined glass layer experienced the highest 95 MPa maximum and lowest -50 MPa minimum principal stress levels. While Ag layer had up most 80 MPa maximum principal stress levels, Ti layer had lowest -130 MPa s minimum principal stress levels. Due to residual stress, soda lime silicate glass experienced equivalent elastic strain with the highest levels at the order of 0.00126 mm/mm and Ag layer experienced equivalent plastic strain with the highest levels at the order of 0.025 mm/mm.

Keywords

ANSYS 14 multi physics modeling, Residual stress, Soda lime silicate glass, Finite element method, 304L stainless steel, Titanium silver layer

References

• bai, T., Guan, KS. 2013. Evaluation of stress corrosion cracking susceptibility of nanocrystallized stainless steel 304L welded joint by small punch test. Mater Design., 52:849-860.
• Chanmuang, C., Naksata, M., Chairuangsri, T., Jain, H., Lyman, CE. 2008. Microscopy and strength of borosilicate glass-to-Kovar alloy joints. Mat Sci Eng A-Struct., 474:218- 224.
• Lei, DQ., Wang, ZF., Li, J., 2010. The analysis of residual stress in glass-to-metal seals for solar receiver tube. Mater Design., 31:1813-1820.
• Lei, DQ., Wang, ZF., Li, J., Li, Jb., Wang, ZJ. 2012. Experimental study of glass to metal seals for parabolic trough receivers. Renew Energ., 48:85-91.
• Laurent, O., Mantisi, b., Micoulaut, M. 2014. Structure and Topology of Soda-Lime Silicate Glasses: Implications for Window Glass. J Phys Chem B., 118:12750-12762.
• Wallinder, IO., bertling, S., Kleja, Db., Leygraf, C. 2005. Corrosion-induced release and environmental interaction of chromium, nickel and iron from stainless steel. Water Air Soil Pol., 170:17-35.