The Effect of Shielding Gas and Welding Groove on Mechanical Properties in Joining Surface Hardened S355J0 Steel Welded by GMAW

Abstract

In this study, both surface hardened S355J0 structural steel and unhardened structural steel of the same quality were joined in the form of an overlay, using two different shielding gases by gas metal arc welding method (GMAW). The effects of shielding gas and welding groove on mechanical properties on the shaping of weld seam geometry with this joining process were investigated. In this study, S355J0 materials used in 10 mm and 12 mm thickness were joined in the overlap welding position using the gas metal arc welding (GMAW) method. Welding operations were carried out with a torch drive robot. Experiments were carried out by opening the weld groove to the area of the surface hardened material to be overlap welded and without a weld groove. In the study, 1.6 mm SG3 solid welding wire and 2 different shielding gas mixtures (88%Ar+10%CO2 +2%O2 and 100%CO2) were used. After MAG welding was done with these selected parameters, destructive and non-destructive tests were applied to the samples. According to the macrostructure studies, it was observed that the weld penetration increased with the increase in the amount of CO2 in the mixture. In parallel with the increase in penetration detected in the macrostructure examinations, an increase of 59.7% was observed in the tensile strength. It was determined that the tensile strength values decreased in both shielding gas environments in the welding processes without opening the weld groove. According to the results of the hardness test, higher hardness values were obtained in the samples whose weld groove was not opened. While the weld metal hardness value was measured at 250 HV in the samples with the weld groove, it was measured around 330 HV in the samples without the weld groove. In addition, in all test samples, the highest hardness value was measured in the hardened region of the surface-hardened material, followed by ITAB, weld metal and 10 mm S355J0 material, respectively.

Keywords

• GMAW
• Gas Metal Arc Welding
• Cementation

Yüzeyi Sertleştirilmiş S355J0 Çeliğinin MAG Yöntemiyle Birleştirilmesinde Koruyucu Gazın ve Kaynak Ağzının Mekanik Özelliklere Etkisi

Öz

Bu çalışmada yüzeyi her iki yüzeyi sertleştirilmiş S355J0 yapı çeliği ile aynı kalitede sertleştirilmemiş yapı çeliği bindirme formunda, gazaltı kaynak yöntemiyle (MAG) iki farklı koruyucu gaz kullanarak birleştirilmiştir. Bu birleştirme işlemi ile kaynak dikiş geometrisinin şekillenmesi üzerine koruyucu gazın ve kaynak ağzı işleminin mekanik özelliklere etkisi incelenmiştir. Yapılan bu çalışmada, 10 mm ve 12 mm kalınlığında kullanılan S355J0 malzemeleri gazaltı ark kaynağı (MAG) yöntemi kullanılarak bindirme kaynağı pozisyonunda birleştirilmiştir. Kaynak işlemleri torç yürütme robotu ile gerçekleştirilmiştir. 12 mm kalınlığında kullanılan S355J0 çeliğinin iki yüzeyide sementasyon ısıl işlemi ile sertleştirilmiştir. Yüzeyi sertleştirilmiş malzemenin bindirme kaynağı yapılacak olan bölgesine kaynak ağzı açılarak ve kaynak ağzı olmaksızın deney işlemleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmada 1.6 mm SG3 kaynak teli ile 2 farklı koruyucu gaz karışımı (%88Ar+%10CO2 +%2O2 ve %100CO2) kullanılmıştır. Seçilen bu parametrelerle MAG kaynağı yapıldıktan sonra numunelere tahribatlı ve tahribatsız testler uygulanmıştır. Makroyapı incelemelerine göre koruyucu gaz oranlarındaki CO2 miktarının artması ile kaynak nüfuziyetinde de artış olduğu gözlenmiştir. Makroyapı incelemelerinde tespit edilen nüfuziyet artışına paralel olarak çekme dayanımlarında da %59.7 oranında artış gözlenmiştir. Kaynak ağzı açılmadan yapılan kaynak işlemlerinde ise her iki koruyucu gaz ortamında çekme dayanımı değerlerinin düştüğü tespit edilmiştir. Yapılan sertlik testi sonuçlarına göre kaynak ağzı açılmayan numunelerde daha yüksek sertlik değerleri elde edilmiştir. Kaynak ağzı açılan numunelerindeki kaynak metali sertlik değeri 250 HV ölçülürken, kaynak ağzı açılmayan numunelerde yaklaşık olarak 330 HV civarında ölçülmüştür. Ayrıca tüm deney numunelerinde en yüksek sertlik değeri yüzeyi sertleştirilmiş malzemenin sertleştirilmiş bölgesinde ölçülmüş olup bunu sırası ile ITAB, kaynak metali ve 10 mm S355J0 malzemesi takip etmiştir.

Anahtar Kelimeler

• MAG
• Gazaltı Ark Kaynağı
• Sementasyon

Kaynakça

1. Anık, S. (n.d.). Kaynak Tekniği El Kitabı Yöntemler ve Donanımlar. Gedik Eğitim Vakfı Yayınları.
2. Cai, X., Fan, C., Lin, S., Ji, X., Yang, C., & Guo, W. (2017). Effects of shielding gas composition on arc properties and wire melting characteristics in narrow gap MAG welding. Journal of Materials Processing Technology, 1-26. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.01.036
3. Demiral, O. (2017). Farklı çeliklerin ark kaynak yöntemleri ile birleştirilmesi mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Farklı çeliklerin ark kaynak yöntemleri ile birleştirilmesi mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi. Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya.
4. EBRAHİMNİA, M., GOODARZİ, M., NOURİ, M., & SHEİKHİ, M. (2009). Study of the effect of shielding gas composition on the mechanical weld properties of steel ST 37-2 in gas metal arc welding. Materials and Design, 3891-3895.
5. Kahraman, N., & Gülenç, B. (n.d.). Modern Kaynak Teknolojisi (Genişletilmiş 3. Baskı ed.). EPAMAT Basım Yayın Promosyon San. Ltd. Şti.
6. Pilarczyk, J., & Szczok, E. (1994). Properties of gas mixtures used in MAG welding. Welding International, 845-850. doi:10.1080/09507119409548709
7. ŞIK, A. (2005). YAPI ÇELİĞİNİN (St52-3) MIG/MAG KAYNAĞINDA GAZ KARIŞIMLARININ ÇEKME DAYANIMI ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ. Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi.
8. TS EN ISO 377 -Çelik ve çelik mamulleri- Mekanik deneyler için numunelerin ve deney parçalarının alınması ve hazırlanması. (2013).

9. TS EN ISO 4136 - Metalik malzemelerin kaynakları üzerinde tahribatlı deneyler-Enine çekme deneyi. (2013).
10. TS EN ISO 5817 - Kaynak - Çelik, nikel, titanyum ve alaşımlarında ergitme kaynaklı (demet kaynağı hariç) birleştirmeler - Kusurlar için kalite seviyeleri. (2007).
11. TÜRK, M., & DEMİRER, A. (2021). MAG Kaynak Yöntemiyle Birleştirilen Yüzeyi Sertleştirilmiş S355JO Çeliğinin Kaynak Dikiş Geometrisi Üzerine Koruyucu Gazın Etkisi. Uluslararası Bilimsel Araştırmalar ve Yenilikçi Çalışmalar Sempozyumu Tam Metin Bildiriler Kitabı, (pp. 906-922). Balıkesir.
12. Yurdakul, H. (2016). Sementasyon ısıl işlemine tabi tutulmuş farklı derinliklerdeki 16MnCr5(1,7131 DIN) çeliğinin mekanik özelliklerinin incelenmesi. Sementasyon ısıl işlemine tabi tutulmuş farklı derinliklerdeki 16MnCr5(1,7131 DIN) çeliğinin mekanik özelliklerinin incelenmesi (Yüksek lisans tezi). Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,Yüksek Lisans Tezi, Karabük.