Investigation of R350HT Rail Termite Welding Defect Formation

Öz

Since the bending tests applied to the welds made with Sow5 termite kits on the R350HT head hardened 60E1 profile 120 cm long rails used in our study were successful, other tests were started. Since the welds made with Skv elite method failed the bending test, the welds made with this method were considered unsuccessful and other tests were not applied. A number of tests were performed on the broken welded rails and the gray areas about the parameters that cause the formation of defects leading to fracture were investigated in order to clarify the gray areas by making use of previous studies. A previously developed weld defect formation scheme, a heat transfer model consisting of a series of heat transfer simulations, was used to study the influence of the alüminotermit welding parameters on the weld defect. It was concluded that for rail thermite welding applications, shrinkage cavity formation can be avoided, but the probability of occurrence of under penetration (cold lap) and centerline defects is high. This study showed that increasing the preheating time or liquid temperature tends to suppress the development of cold lap and centerline defects, while at the same time increasing the probability of causing microporosity defects in the rail head as a side effect. With a different approach, it has been found that the same effect can be achieved by increasing the welding spacing of 25 mm specified in the standards (35-38mm), instead of increasing the preheating time or liquid temperature.

Anahtar Kelimeler

• R350HT aluminothermite welding
• Microstructure
• Termite defects
• Microcleanliness.

R350HT Ray Termit Kaynağı Kusur Oluşumunun Araştırılması

Öz

Çalışmamızda kullanılan R350HT mantarı sertleştirilmiş 60E1 profil 120 cm uzunluğundaki raylara Sow5 termit kitleriyle yapılan kaynağa uygulanan eğme testleri başarılı olduğu için diğer testlere geçilmiş, Skv elite yöntemiyle yapılan kaynaklar eğme testinden geçemediği için bu yöntemle yapılan kaynaklar başarısız sayılmış, diğer testler uygulanmamıştır. Kırılan kaynaklı raylar üzerinde birtakım testler uygulanıp, daha önceki yapılan çalışmalardan da faydalanarak kırılmaya yol açan kusurların oluşumuna neden olan parametreler hakkındaki gri alanlar netleştirilmek amacıyla araştırılmıştır. Alüminotermit kaynak parametrelerinin kaynak kusurunun üzerindeki etkisini incelemek için, daha önce geliştirilmiş kaynak kusuru oluşum şeması, bir dizi ısı transferi simülasyonundan oluşan bir ısı transfer modeli kullanılmıştır. Ray termit kaynak uygulamaları için, büzülme boşluğu oluşumunun önüne geçilebileceği ancak nüfuziyet azlığı (soğuk bindirme) ve merkez hattı kusurlarının meydana gelme olasılığının yüksek olduğu kanaatine varılmıştır. Bu çalışmayla ön ısıtma süresinin veya sıvı sıcaklığının arttırılmasının, soğuk bindirme ve merkez hattı kusurlarının gelişimini baskılarken aynı zamanda ray mantarında yan etki olarak mikro gözeneklilik kusuruna yol açma ihtimalini artırma eğiliminde olduğu görülmüştür. Farklı bir yaklaşımla, ön ısıtma süresini veya sıvı sıcaklığını arttırmak yerine, standartlarda belirtilen 25 mm'lik kaynak aralığının artırılmasıyla (35-38mm) aynı etkinin elde edilebileceği bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

• R350HT alüminotermit kaynağı
• Mikro yapı
• Termit kusurları
• Mikrogözeneklilik.

Kaynakça

1. [1] L.C. Schroeder, ve D.R. Poirier, “Mekanik birinci sınıf alaşım raylardaki termit kaynaklarının özellikleri.” Malzeme Bilim. Müh, 1984, 63, 1 –21.
2. [2] B. Demir, K.B. Ali, H. Gürün, M. Acarer, "An investigation of the shearing performance and sheared surface characterization of Ultra-Strength DP Steel-Al Explosive Welded Plate Composite", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2023.
3. [3] I. Nenad, M. T. Jovanovic, M. Todorovic, M. Trtanj, ve P. Saponjic, “Raylarda kaynak sonrası ısıl işlem görmüş termit kaynağının mikroyapısal ve mekanik karakterizasyonu,” Malzeme. Charact., 1999, 43, 243.
4. [4] L.C. Schroeder, ve D. R. Poirier, “Thermite demiryolu kaynakları, süreç, mekanik ve metalurjik özellikler ve olası iyileştirmeler,” Demiryolu Ray Kaynağı Bildirileri, Memphis, 29 –30 Kasım 1983, s. 21
5. [5] A. Arı, B. Demir ve A. Keskin, "Alimünotermit kaynağıyla birleştirilmiş, mantarı Sertleştirilmiş “R350HT” rayın boyuna sertlik taramasının incelenmesi," Demiryolu Mühendisliği, sayı. 18, ss. 50-58, Tem. 2023, doi: 10. 47072 / demiryolu.
6. [6] J.A. Gianetto, E. Es-Sadiqi, K.J. Sawley, M.A. Joos, ve D.W. Blowatt, “EMS'nin demiryolu termit kaynak yapısı ve özellikleri üzerindeki etkisi.” 39. Mekanik İşleme ve Çelik İşleme Konferansı Uluslararası Demiryolu Çelikleri Sempozyumu Bildirileri, Indianapolis, IN, 21 Ekim 1997, s. 1091.
7. [7] J. P. Cyre, “Termit ray kaynaklarının yorulma direncini geliştirmeye yönelik konseptler.” Yüksek Lisans Tezi, Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign, 2002.
8. [8] E. T. Ross, “Geliştirilmiş termit ray kaynağına ilişkin istatistiksel bir çalışma.” Yüksek Lisans Tezi, Illinois Üniversitesi, Urbana Champaign, 2004

9. [9] J.A. Oderio, “Termit kaynaklı demiryolu raylarındaki detay kırılmasının metalurjik bir çalışması.” Yüksek Lisans Tezi, Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign, 1992.
10. [10] G.T. Fry, F.V. Lawrence ve A.R. Robinson, “Termit ray kaynaklarında yorulma kusuru çekirdeklenmesine yönelik model. Yorgunluk Fraksiyonu.” Müh. Malzeme. Yapı., 1996, 19(6) 655
11. [11] A. Arı, “Alüminotermit kaynağıyla birleştirilmiş mantarı sertleştirilmiş ‘R350HT’rayın mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi” PhD Thesis 2021 Ankara
12. [12] Y. Chen, F.V. Lawrence, C.P.L. Barkan, ve J.A. Dantzig, “Ray termit kaynaklarında kaynak hatası oluşumu.” Proc. IMechE, Bölüm F: J. Rail ve Rapid Transit, 2006, 220(F4), 373 –384.
13. [13] Y. Liu et al., "Mechanical Properties and Microstructural Analysis of Rail Thermite Welding Joints," 2018 International Conference on Intelligent Rail Transportation (ICIRT), Singapore, 2018, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICIRT.2018.8641675.
14. [14] B. Lennart Josefson, R. Bisschop, M. Messaadi, J. Hantusch. “Residual stresses in thermite welded rails: significance of additional forging.” Received: 6 December 2019 /Accepted: 27 April 2020
15. [15] K. Kubo, ve R. D. Pehlke, “Katılaşmada gözeneklilik oluşumunun matematiksel modellenmesi.” Metal. Trans. B, 1985, 16B, 359
16. [16] T. Overfelt, “Katılaşma modellemesinin üretimdeki önemi”. J. Metals, 1992, 44(6), 17.
17. [17] W. S. Pellini, “Yükseltici yeterliliğini ve besleme aralığını belirleyen faktörler.” Trans. Am. Foundry Soc., 1953, 61, 61.
18. [18] E. Niyama, T. Uchida, M. Morikawa, ve S. Saito, “Sıcaklık gradyanı hesaplamalarından büyük çelik dökümlerdeki büzülmeyi tahmin etmek”. AFS Uluslararası Döküm Metalleri J., 1981, 6, 16
19. [19] G. K. Sigworth, ve C. Wang, “Katılaşma sırasında gözeneklilik oluşumunun mekanizmaları: teorik bir analiz.” Metal. Trans. B, 1993, 24B, 349.
20. [20] E. Niyama, T. Uchida, M. Morikawa, ve S. Saito, “Büzülme tahmini yöntemi ve bunun çelik döküm uygulamasına uygulanması.” AFS Uluslararası Döküm Metalleri J., 1982, 7(9), 52.
21. [21] KD.Carlson, C. Beckermann “Use of the Niyama criterion to predict shrinkage-related leaks in high-nickel steel and nickel-based alloy castings.” In: Proceedings of the 62nd SFSA Technical and Operating Conference. Steel Founders’ Society of America, 2008
22. [22] D.R. Poirier, K. Yeum, ve A.L. Maples, “Alüminyum açısından zengin Al-Cu alaşımlarında mikro gözeneklilik oluşumu için termodinamik bir tahmin.” Metal. Trans. A, 1987, 18A, 1979..
23. [23] W. Kurz, D. J. Fisher, “Katılaşmanın Temelleri”, 1986 (Trans Tech Yayınları, İsviçre).
24. [24] G.F. Carpenter, R.K. Steele, ve M.J. Markase, “Dahil edilen içeriğin ray çeliklerinin yorulma performansı üzerindeki etkisi.” Raylı Çelikler Sempozyumu Bildirileri, Montreal, Quebec, Kanada, 26 –27 Ekim 1992, s. 49 –56.
25. [25] J.M. Barsom, ve E.J. Imhof, “Karbon çelik rayların yorulma ve kırılma davranışı. Ray çeliklerinin geliştirilmesi, işlenmesi ve kullanımı” (Eds D. H. Stone ve G. G. Knupp), 1978, s. 387 (Amerikan Test ve Malzeme Derneği, Philadelphia) ASTM STP 644.
26. [26] Ö. Akbayır, “Dünyada ve Türkiye’de demiryolu kazaları nedeniyle meydana gelen ölüm oranlarının karşılaştırılması,” Demiryolu Mühendisliği, Sayı 5, 2017