projeksİyon kaynak somunlu ara soĞutucu … projeksiyon kaynak... · kaynak kongresİ ix. ulusal...

KAYNAK KONGRESİ IX. ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

165

PROJEKSİYON KAYNAK SOMUNLU ARA SOĞUTUCU

BRAKETİNDE HASAR ANALİZ SONUÇLARINA GÖRE

İMALAT PARAMETRELERİ DEĞİŞTİRİLEREK

YAPISAL PERFORMANSIN İYİLEŞTİRİLMESİ

Kemal DAVUT

1,2, Cemil Günhan ERHUY

3, Asım Serkan ECER

3, Merve METE

3

1 Atılım Üniversitesi Metal Şekillendirme Mükemmeliyet Merkezi, İncek / ANKARA

2 Atılım Üniversitesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, İncek / ANKARA

3 Ermetal Otomotiv ve Eşya San. Tic. A.Ş. Ar-Ge Merkezi, Osmangazi / BURSA

ÖZET

Bir ağır vasıta için imal edilen iki ara soğutucu braketi, montajda uygulanan hafif statik yüklemelerle

kırılmıştır. Somun-sac projeksiyon kaynağı içeren bu braketlerin her ikisinde de kırılma sacda, kaynak

bölgelerinin birinden geçerek oluşmuştur. Monte edilmemiş parçaların da metalografik incelemesini

içeren hasar analizi, kırılmanın nedeni olarak somun-sac ara yüzeyindeki birleşme yetersizliğini ve

doğan çentik etkisini işaret etmiştir. Kırılan taraftaki somun deliklerinin kenara mesafesinin

toleransın hayli dışında bulunması da kırılmayı teşvik edici bir faktör olarak görülmüştür.

Şartnamede belirtilen S235 JR çeliğinin muadili olarak DD 11 kalite sac kullanımının hasarda fazla

bir etkisinin bulunmadığı değerlendirilmiştir. Delik-kenar mesafesi toleranslar içerisine çekildikten

sonra, kaynak parametrelerinden akım, süre ve elektrot kuvvetine müdahaleyle kaynak kalitesi

iyileştirilmiştir. Metalografik inceleme, somun koparma testleri ve kırılmanın tekrar etmemesiyle bu

iyileşme doğrulanmıştır.

Anahtar Sözcükler: Projeksiyon kaynağı, çelik sac, S235 JR, DD 11, kaynak somunu, kırılma, hasar

analizi, mikroyapı, kaynak parametreleri, delik-kenar mesafesi, yapısal performans.

ABSTRACT

Two inter-cooler brackets manufactured for a heavy-duty vehicle were fractured during assembly,

while light static loads were applied. The fractures of these brackets, both of which include sheet-nut

projection weld, occurred in the sheet and passing through one of the weld zones. The failure analysis

including metallographic examination of the unassembled parts, pointed out fusion inadequacy on the

nut-sheet interface, which in turn gives rise to notch effect. The fact that the distance of nut holes to

the sheet edge at the fractured side being considerably out of tolerance was also considered as a

promoting factor for fracture. The usage of DD 11 quality sheet as an equivalent of the specified S235

JR quality sheet did not affect the failure much. To prevent the repeating of the failure, the hole-edge

distance was moved into tolerances and the weld quality was enhanced by interfering the weld

parameters of current, time, and electrode force. The improvement was validated by metallographic

examination, nut rupture tests, and the no repeat of the fracture.

Keywords: Projection weld, steel sheet, S235 JR, DD 11, weld nut, fracture, failure analysis,

microstructure, weld parameters, hole-edge distance, structural performance.



166

1. GİRİŞ

Çekici sınıfında geliştirilen bir ağır vasıtanın motor bölmesinde yer alan ara soğutucu

(intercooler) ünitesinin bağlantı braketinde kırılma problemi yaşanmıştır. Bu braketin üretim

sürecine bakıldığında, kalınlığı 4 mm olan S235 JR kalitesindeki çelik sacın kalıpta

kesilmesi, bükülmesi, kabartma formların (federlerin) şekillendirilmesi, SAE 1010

çeliğinden kaplamasız kaynak somunlarının projeksiyon (kabartılı direnç) kaynağı ile

birleştirilmesi gibi işlemlerin yer aldığı görülmektedir. Araç üreticisi olan ana sanayi firması,

sevk edilen iki adet braketin, araç üzerine montaj sürecinde uygulanan hafif yüklemelerde,

sacın kaynakta ısı tesiri altında kalmış olan bölgesinden ve neredeyse birbirinin kopyası

şeklide kırıldığını bildirmiştir. Söz konusu braketin araçta montaj konumu ve kırılması Şekil

1’de gösterilmiştir.

Şekil 1. Ara soğutucu braketinin araçta montaj konumu ve meydana gelen kırılma

Çalışmanın birinci amacı, söz konusu brakette yaşanan kırılma nedenlerinin hasar analizi ve

içyapı analizi ile tespit edilerek kırılma kök nedenlerinin bulunmasıdır. İkinci amaç ise

belirlenen kök nedeni ortadan kaldırmaya yönelik geliştirme faaliyetleri neticesinde kırılma

probleminin çözüme kavuşturulmasıdır.

2. ÖN BULGULAR

Çalışmaya konu olan braketlerin olası kırılma nedenleri ile ilgili olarak yapılan ön

değerlendirmelerin sonucu aşağıdaki maddelerde özetlenmiştir:



167

• İki braket neredeyse birbirinin kopyası şeklinde kırılmıştır. Bu durum, sorunun

rastlantısal yerine sistematik ve ortak bir hatadan kaynaklandığına işaret etmektedir.

• Kırılma hattı, projeksiyon kaynağı ile saca birleştirilen somunun kabartısından

geçmektedir (Şekil 1). Bu durum kaynak prosesinden kaynaklı bir sorunun (geometrik,

içyapısal veya kalıntı gerilme) var olabileceğini göstermektedir.

• Somun geçen iki deliğin kenarlara olan mesafesi eşit değildir. Kırılma hattı, kenara

mesafesi kısa olan delikten geçmektedir

• Kopan yüzeylerin tam örtüşmemesi kayma ve burulma etkilerinin var olabileceğini

göstermektedir.

• Braket motora bağlanan bir parça olduğundan dolayı titreşim ve ısıl etkiler söz konusu

olabilir.

• Sac kenarları oldukça pürüzlüdür Sacı kesen kalıbı kesme kenarındaki olası bir problem,

sac kenarlarında çentik oluşturarak kırılmayı başlatmış olabilir.

• Kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyon, içyapı, yapısındaki metal dışı kalıntı

(inklüzyon) miktarı veya mekanik özellikler açısından şartnameye uygun olmayışı kırılma

nedeni olabilir

• Braket parçalarında yüzey ve/veya yüzey altı çatlakların varlığı kırılmayı başlatmış

olabilir.

Yukarıdaki maddeler ışığında, önce parçanın boyutsal toleranslara uygunluğu araştırılmıştır.

Braket üzerinde yer alan iki somun deliğinin sacın yan kenarlarına olan mesafesi eşit olması

gerekirken, kırılan braketlerin birinde minimum mesafe iki somun deliği için 4.5 mm ve 6.5

mm; diğerinde ise 4.6 mm ve 6.4 mm olarak ölçülmüştür. Bu mesafelerde toleransların

dışına çıkan farklılıklar; delik delme operasyonunun hatalı olduğunu göstermekte; delme

kalıplarındaki dayamalarda kaymaların ortaya çıktığına işaret etmektedir. Braketlerin araç

üzerindeki ara soğutucu ünitesine montajında, somun deliklerinin merkezden kaçıklığı,

sıkma esnasında parçaya etki etmemesi gereken yanal yükler doğurmuştur. Bu zorlamalar ve

montaj esnasında oluşan kasıntının parçaların kırılmasında etkin rol oynadığı

düşünülmektedir. Kırılma iki parçada da birbirinin kopyası şeklinde gerçekleşmiş olup; her

ikisinde de delik-kenar mesafesi az olan taraftan kırılmanın başlamış olması dikkat

çekmiştir. Zira bu mesafenin kısa olması, söz konusu bölgedeki kesiti zayıflatmış ve kesitin

yük taşıma kapasitesini azaltmıştır.

Aynı zamanda malzeme seçiminin uygunluğu konusu da araştırılmıştır. Spektral analizlerin

de doğruladığı üzere, braketin şartnamesinde geçen S235 JR kalite çelik sac yerine, tedarikte

yaşanan sıkıntı nedeniyle, onun muadili olarak DD 11 kalite çelik sacın kullanıldığı tespit

edilmiştir. Her iki sacın spektral analiz ile saptanan kimyasal bileşimi ve hesaplanan karbon

eşdeğerleri Çizelge 1’de; mekanik özellikleri ise Çizelge 2’de karşılaştırılmıştır.

Konu malzeme seçimi yönünden ele alındığında, ısı tesiri altında kalan bölgelerde (ITAB)

martenzit oluşumuna bağlı gevrek davranışı teşvik eden karbon eşdeğeri açısından muadil



168

sac olarak kullanılan DD 11’in aslında daha avantajlı olduğu Çizelge 1’de görülmektedir.

Öte yandan kaynakta ısı girdisine bağlı olarak tane irileşmesi, ara fazların oluşumu veya iki

malzemenin dayanım değerlerinin farklılığı da göz önüne alınmalıdır. Bakıldığında, DD 11

kalite çelik sac daha iyi süneklik özelliğine ve statik tokluğa sahip olmasına karşılık, bu sacın

daha düşük dayanım değerleri sunduğu da bir gerçektir. Ancak, kaynak bölgesinde gelişen

olası bir çentik etkisinde, üç eksenli gerilme halinin oluşturduğu gevrekleşmeye karşı,

malzemenin tokluk özelliğinin avantaj sağlamada dayanıma kıyasla daha etkin olacağı

değerlendirilmiş ve malzeme mekanik özellikleri yönünden de DD 11 çelik sac daha

avantajlı bulunmuştur.

Çizelge 1. Şartnamede geçen S235 JR kalite ve muadili olarak kullanılan

DD 11 kalite çelik sacların optik emisyon spektrometresiyle saptanan kimyasal bileşimi (%ağırlıkça)

ve hesaplanan karbon eşdeğerleri

DD 11 Kalite Çelik Sacın Kimyasal Analiz Raporu

Karbon (C)

Silisyum (Si)

Mangan (Mn)

Fosfor (P)

Kükürt (S)

Krom (Cr)

Molibden (Mo)

Nikel (Ni)

0.046 0.008 0.212 0.008 0.003 0.015 0.007 0.04

Alüminyum (Al)

Kobalt (Co)

Bakır (Cu)

Niyobyum (Nb)

Titanyum (Ti)

Vanadyum (V)

Tungsten (W)

Kalay (Sn)

0.047 0.003 0.034 0.001 0.011 0.003 0.02 0.001

Karbon eşdeğeri, CE = %C + %(Mn+Si)/6 = 0.082

S235 JR Kalite Çelik Sacın Kimyasal Analiz Raporu

Karbon (C)

Silisyum (Si)

Mangan (Mn)

Fosfor (P)

Kükürt (S)

Krom (Cr)

Molibden (Mo)

Nikel (Ni)

0.083 0.028 0.42 0.003 0.004 0.01 0.015 0.025

Alüminyum (Al)

Kobalt (Co)

Bakır (Cu)

Niyobyum (Nb)

Titanyum (Ti)

Vanadyum (V)

Tungsten (W)

Kalay (Sn)

0.032 0.001 0.034 0.001 0.001 0.001 0.003 0.001

Karbon eşdeğeri, CE (IIW) = %C + %Mn/6 + %(Cr+Mo+V)/5 + %(Ni+Cu)/15 = 0.162

Çizelge 2. Şartnamede geçen S235 JR kalite ve muadili olarak kullanılan DD 11 kalite çelik sacların

çekme testi ile saptanan mekanik özelliklerinin standartlarında istenen değerlerle karşılaştırılması

Akma Dayanımı

(N / mm2)

Çekme Dayanımı

(N / mm2)

Kopma(mühendislik)

Uzaması

DD 11 İstenen 170 – 340 Maks. 440 Min %28

Ölçülen 266 339 %42.1

S235 JR İstenen Min. 235 360 – 510 Min. %24

Ölçülen 287 386 %33

Ön değerlendirme sonucunda saptanan geometrik uygunsuzluğun, farklı sac malzeme kullanımının ve

yukarıda maddeler halinde sıralanan diğer olguların kırılma üzerindeki etkilerini saptamak amacıyla

kırılma yüzeyi, sac ve kaynak bölgelerinin yapısı detaylı olarak incelenmiştir



169

3. DENEYSEL

Kırılmanın kök nedenlerini malzeme özellikleri ve kaynak metalürjisi yönünden ortaya

koyabilmek amacıyla, metalografik incelemeleri kapsayan bir hasar analizi çalışması

yürütülmüştür.

İlk etapta kırılma yüzeyi stereo mikroskop ve makro objektifler yardımıyla makro

incelemeye (5x büyütmeye kadar) alınmıştır. Sonrasında, kritik yüzeyler taramalı elektron

mikroskobu (SEM; Zeiss EVO LS-15) ile incelenmiş ve çatlağın başlangıç noktası, gelişme

ve ilerleme yön ve safhaları tayin edilmiştir. Aynı lotta imal edilmiş fakat henüz sevk

edilmemiş (kırılmamış) bir başka parça üzerinde, somunların ön tarafında haddeleme yönüne

göre paralel doğrultu (RD) - normal doğrultu (TD) ve enine doğrultu (TD) - normal doğrultu

(ND) ile tayin edilen düzlemlerinden alınan numunelerde optik mikroskop ve SEM ile

içyapılar gözlenerek kırılma ile olası bağıntısı araştırılmıştır. İçyapı incelemesinin ardından,

ana metalde ve kaynağın farklı bölgelerinde Zwick ZHV-10 cihazı ile mikro-Vickers sertlik

taraması yapılmış; sertlik değerlerinin içyapıyla değişimi irdelenmiştir. Son aşamadaki enerji

saçılım spektrometresi (EDS) analizleri ile bileşimde kırılmada etken olabilecek bileşim

farklılıkları araştırılmıştır.

Metalografik incelemeye tabi tutulacak olan numuneler, parçalardan, incelenecek bölgeye

göre tanımlanmış pozisyonda kesilerek çıkarılmış ve sıcak baskı ile bakalit tozuna

gömülmüştür. İncelenecek yüzeyler, ilk önce sırasıyla 240, 400, 600 ve 1000 grit-no.lu SiC

zımpara kâğıtlarıyla; sonrasında ise sırasıyla 3 µm’lik, 1 µm’lik ve 1 µm’nin altında silika

partiküller içeren solüsyon ile parlatılmıştır. Parlatılan bu yüzeyler %5-Nital çözeltisi ile

dağlanmıştır. Numune hazırlamada ASTM E3-01 standardında [3] tavsiye edilen genel

prosedüre uyulmuştur.

4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

Sac malzeme olarak DD 11 kalite çelikten imal edilen braketin kırılma yüzeyinde gözlenen

bulgular Şekil 2’de verilmiştir. Kırılma yüzeyi analizleri kırılmanın iki aşamada

gerçekleştiğini göstermiştir. İlk aşamada somun-sac birleşim noktasında başlayan çatlaklar

birleşip sac içerisine doğru büyümüştür. İkinci aşamada ise çatlağın sacda, enine doğrultuda

adım adım yürüdüğü görülmüştür. Çatlak, kenara daha yakın olan somun tarafında başladığı

için buradaki ilerleme adımlarının küçük; diğer somun tarafına ulaştığında ise büyümüş

olduğundan o taraftaki ilerleme adımlarının daha büyük olduğu kırılma yüzeyinde açıkça

görülmüştür. Braketi oluşturan sac parçanın sünerek kırıldığı belirlenmiştir. Kırılma

yüzeyinde yorulma izine rastlanmamıştır.

Somunla sacın birleştiği yüzeylerde, DD 11 sacdan imal edilen fakat kullanılmamış olan

brakette dahi 100 µm ve üzeri büyüklükte mikroçatlaklar gözlemlenmiştir (Şekil 3). Kırılan

parçada ise birleşme (füzyon) bölgesi boyunca uzamış; boyutları 550 µm’ye ulaşan çatlaklar

(Şekil 4) saptanmıştır. Gerek kırılan, gerekse kırılmayan DD 11 sacdan parçalar üzerinde

yapılan incelemeler, somun ile sac arasında tam anlamıyla birleşmenin (füzyon) sağlandığı



170

konusunda kuşku doğurmuştur. Somun-sac birleşme noktalarındaki mikro-çatlaklarla birlikte

somun kabartı geometrisinin yol açtığı çentik etkisinin, kırılma sürecindeki çatlak

başlangıcına yol açtığı sonucuna varılmıştır. Kırılma yüzeyinden elde edilen çatlak başlangıç

noktaları da (Şekil 2) bu sonucu doğrulamaktadır.

Şekil 2. İmalatı DD 11 kalite çelik sacdan yapılan ve kırılmış olan brakette

çatlak başlangıcı ve ilerleyişi

Şekil 3. İmalatı DD 11 kalite çelik sacdan yapılan ve kırılmamış olan braketteki

somun-sac ara yüzeyinde gözlenen çatlaklar



171

Şekil 4. İmalatı DD 11 kalite çelik sacdan yapılan ve kırılmış olan braketteki somun-sac ara

yüzeyinde gözlenen birleşme yetersizliği ve buna bağlı çatlaklar

Kırılan ve kırılmayan parçalarda içyapıların aynı olduğu gözlenmiştir. Sacın ferritik;

somunun ise ferritik-perlitik bir yapıda olduğu görülmüştür. Somunda perlit gözlenmesi,

malzemesinin daha yüksek karbon oranına sahip olduğuna işaret etmektedir. Somunun

şekillendirilmesi esnasında oluşan akma çizgileri de bu incelemelerde görülmüştür.

Kaynakta ise, birleşme bölgesinde ağırlıklı olarak beynit; bir miktarda da martenzit yapıları

gözlenmiştir. Isı tesiri altındaki bölgelerde de (üst) beynit ve martenzit yapıları mevcuttur.

Birleşme bölgesinden uzaklaştıkça beynit ve martenzit miktarı azalmaktadır. Kırılmayan ve

kırılan parçalardan çıkartılan numunelerde kaynak bölgelerinin farklı noktalarında gözlenen

mikroyapılar Şekil 5’de verilmiştir.

Kırılan parçada kaynağın farklı bölgelerinde SEM’e bağlı EDS sistemi ile uygulanan

noktasal kimyasal analizler sonucunda somun, sac veya birleşme (kaynak) bölgelerinde

kırılmaya yol açabilecek bileşim farklılaşmasına veya çatlak başlamasına neden olabilecek

metal dışı kalıntılara (inklüzyon) rastlanmamıştır.



172

Şekil 5. İmalatı DD 11 kalite çelik sacdan yapılan ve kırılmamış olan braketteki somun-sac

projeksiyon kaynağında ana malzemeler, ITAB ve birleşme bölgelerinin optik mikroskop ve SEM

ile gözlenen içyapıları



173

5. HASAR ANALİZ SONUÇLARINA GÖRE ALINAN ÖNLEMLER

Bir önceki bölümde sonuçları detaylı olarak irdelenen hasar analizi, kırılmada iki temel

faktörün rol aldığını ortaya koymuştur. Bunlardan ilki, somun deliklerinden birinin sac

kenarına mesafesinin, tolerans dışında ve normalden yakın olması nedeniyle bölgeyi

zayıflatmasıdır. Deliğin kenarına mesafesinin normalden 1.0-1.2 mm farklı olmasının, sacın

bir tarafındaki yük taşıyan kesiti zayıflatmasının yanında; braketin araca montajı sırasında

kasıntılara ve buna bağlı yanal yüklere neden olarak kırılmayı teşvik ettiği

değerlendirilmiştir. Kırılmanın delik ile kenar arası mesafesinin kısa olduğu taraftan

başlaması da bu değerlendirmeyi destekleyen bir bulgudur. Delik ölçülerdeki söz konusu

uygunsuzluğun delik delme operasyonlarında kalıp dayamalarıyla ilgili bir problemden

kaynaklandığı düşünülmüştür. Önleyici faaliyet olarak delme operasyonu kontrol altında

tutularak, somun delik konumlarının Şekil 6’da gösterilen teknik resme uygun ve ±0.5

mm’lik toleransla imal edilmesi sağlanmıştır.

Şekil 6. Braketin teknik resmine göre somun deliklerinin konumu

Hasar analiz sonucuna göre kırılmada rol alan ikinci temel faktör ise, kaynak bölgesinde

çentik etkisi yaratan geometrik unsurların ve mikroçatlarkların varlığıdır. Bu çatlakların,

uygulanan zorlama sonucu kaynak birleşme (füzyon) bölgesindeki gevrek yapıda büyüyerek

birleşmesi ve sünek sac yapısına geçerek daha yavaş adımlarla ilerlemesinin kırılmaya neden

olduğu belirlenmiştir. Sac ile somun arasında tam bir birleşmenin oluşmaması ve somun

kabartılarının oluşturduğu çentik etkisi, projeksiyon kaynak parametrelerinin uygun

seçilmediğini işaret etmektedir. Düzeltici faaliyet olarak, yeni kaynak parametrelerinin

belirlenmesi için bir çalışma başlatılmıştır. Yeni parçaların kaynak işlemlerinde parametre

kontrolü daha hassas bir şekilde gerçekleştirilmiştir (Çizelge 3). Bu süreçte, kırılan brakette

kullanılan DD 11 kalitesindeki çelik sac yerine, parçanın şartnamesinde tanımlanan;

kimyasal bileşimi ve mekanik özelikleri Çizelge 1-2’de verilen S235 JR çelik sac

kullanılmıştır. Sac değişikliğin, malzeme dayanımı yönünden bir miktar avantaj sağlayacağı;

süneklik ve karbon eşdeğeri (kaynak kabiliyeti) yönünden ise bazı dezavantajları beraberinde

getirebileceği Çizelge 1-2’den görülebilmektedir. Hasar analiz sonuçları, kullanılan sac

malzemenin şartnamede geçenden farklı olmasının doğrudan bir etkisinin bulunduğunu

göstermemekle birlikte; malzeme değişikliğine de gidilmiş olması, kaynak parametreleri için

yeni ve uygun değerlerin seçimindeki gerekliliği pekiştirmiştir.



174

Nokta direnç kaynağının modifikasyonu olan projeksiyon kaynağı, kabartılı direnç kaynağı

veya kısaca kabartı kaynağı olarak da anılmaktadır. Elektrik akımı ve kuvvetin birleştirilecek

parçalara düz ve büyük elektrotlarla taşındığı bir direnç basınç kaynağı yöntemi olan

projeksiyon kaynağında kabartının (projeksiyon) şekli kaynak bölgesinde bir akım

yoğunlaşması meydana getirmektedir. Kabartılar kaynak sırasında elektrot kuvveti ve akımın

etkisiyle ısınmakta, deforme olmakta ve kaynak bölgesinde (ideal durumda) çözülmez bir

bağlantı oluşturmaktadır. Isı girdisi, Q=I2Rt eşitliği ile de belirtildiği gibi, akım I’nın karesi,

kısmi dirençlerin (elektrot malzemesi, parça malzemesi, elektrot-parça temas ve parça-parça

temas dirençleri) toplamı R ve kaynak süresi t ile orantılıdır. Bir diğer önemli kaynak

parametresi olan elektrot (sıkma) kuvveti kısmi dirençler arasında ısı üretimine en fazla katkı

sağlayan parçalar arası temas direncini doğrudan etkilemektedir. [1], [2], [7]

Kaynak akımı (efektif akım şiddeti) ve süresinin gerekenden düşük seçilmesi yetersiz

birleşmeye (füzyon); gerekenden yüksek seçilmesi ise fışkırma ve çapaklanma problemine

yol açacaktır. Kuvvetin gerekenden yüksek seçilmesi kaynak akımının etkisinden önce

kabartının düzleşmesine ve buna bağlı olarak yetersiz füzyon ve zayıf bir kaynak bağlantısı

oluşmasına neden olabilmektedir. Gereğinden düşük seçilen baskı kuvveti ise sıçrama ve

fışkırma problemini beraberinde getirecektir. [1], [2]

Akım, süre ve kuvvet dışında, kaynak makinası konstrüksiyonu ve kaynak akım tipi (tek faz

AC, çok fazlı DC, kondansatör deşarjlı, orta frekans inverter DC / MFDC), kaynak

çevriminde pulslar ve impuls sayısı, akım programı (akım yükselmesi, aralıkları ve düşüşleri,

ön ve son tavlamalar), kuvvet programı ve elektrot iniş hızı, malzemelerin termo-fiziksel

özellikleri ve plastik deformasyon davranışı, ısıl denge ve elektrotların soğutulması, elektrot

yüzey durumu ve hizalanması, kaynak ekipmanı ve kabartıların boyutsal toleransları, parça-

elektrot teması istenmeyen bölgelerde yalıtım durumu gibi faktörler de projeksiyon kaynak

süreci ve kalitesine önemli etkilerde bulunmaktadır [1], [2], [5]-[11].

Çalışmanın bu kısmında somun-sac kaynakları, anma gücü 180 kVA (%50 DT) olan, su

soğutmalı ve pres tipi bir projeksiyon kaynak makinası ile yürütülmüştür. Kaynak

düzeneğinin tasarımı ise Şekil 7’de verilmiş olup; uygulanan elektrot kuvveti, bir yük hücresi

ve indikatör ile kaynak işlemlerinde kontrol altında tutulmuştur. Kaynak akımı da bir

akımölçer ile işlem esnasında ölçülmüştür. Kaynak işlemleri Çizelge 3’te verilen iki farklı

parametre seti ile yürütülmüştür. Kaynak işleminin ardından braketlere somun koparma testi

uygulanmış olup; ölçülen kopma kuvveti değerleri de aynı çizelgede sunulmuştur. Bu

braketlerde somunların kopma yüzeyleri ise Şekil 8’de görülmektedir.

Çizelge 3. İmalatı S235 JR kalite çelik sacdan yapılan braketlere uygulanan somun koparma testinden

ölçülen kopma kuvvetlerinin farklı kaynak parametrelerine göre değişimi

1. Düzeltme 2. Düzeltme

Akım 18 ±0.2 kA 18 ±0.2 kA

Süre 3 Çevrim 4 Çevrim

Elektrot Kuvveti 675 ±5 kgf 790 ±5 kgf

Frekans 50 Hz 50 Hz

Impuls sayısı 1 1

Somun Kopma Kuvveti 1750 ± 10 kgf 2049 ± 11 kgf



175

Şekil 7. Projeksiyon kaynak işlemlerinde kullanılmak üzere kaynak makinasına adapte edilecek

şekilde tasarlanan elektrot kuvveti kontrollü düzenek ve elemanları

Şekil 8. İmalatı S235 JR kalite çelik sacdan yapılan braketlerde kaynak somunlarının

koparma testi ile gözlenen kopma yüzeyleri

(Çizelge 3’e göre birinci düzeltme sonrası sol ve ikinci düzeltme sonrası sağ taraftaki resimler)

Braketlerde kırılmanın temel nedenlerinden biri olan ve birleşme yetersizliğine dayanan

mikroçatlakların etkisi S235 JR kalite çelik sacdan imal edilen parçaya uygulanan somunun

koparma testi ile irdelenmiş; metalografik incelemeyle de doğrulanmaya çalışılmıştır.

Kaynak parametrelerine yapılan birinci düzeltmenin soncunda kopma kuvveti ortalama 1750

kgf olarak ölçülmüş; Şekil 8’de (sol) görülen kopma yüzeyleri incelendiğinde her üç

projeksiyonda da birleşmenin sağlandığı, kaynak çekirdeğinde sacdan kopmuş olan

malzemeyle doğrulanmıştır. Koparma test sonuçları şartnameye göre tatmin edici olsa da

Şekil 9’da verilen görüntüde, boyutları 140-250 µm olan mikroçatlaklar gözlemlenmiştir.

Çatlak uzunluğunda, kırılma problemi yaşanan duruma göre bir azalma olsa da somun

kopma kuvvetini bir miktar daha da iyileştirmek amacıyla kaynak parametrelerine ikinci bir

düzeltme uygulanmıştır. İkinci düzeltme sonucunda somun kopma kuvveti yaklaşık 300 kgf



176

artarak, ortalama 2049 kgf değerine ulaşmıştır. Kaynak dayanımında sağlanan artış, kopma

yüzeylerinde daha etkin ve homojen bir birleşme ile birlikte gözlemlenmiştir (Şekil 8, sağ).

Birinci düzeltme sonrası kaynak bölgesindeki içyapı incelemelerinde, önceki bölümde DD 11 kalite

çelik sac ile imal edilen parçalardakine benzer yapılar görülmüştür (Şekil 10). Beklendiği üzere S235

JR kalitesindeki çelik sac ferittik yapıda; SAE 1010 çeliğinden kaynak somunu ferritik-perlitik yapıda

gözlenmiştir. Birleşme (füzyon) bölgesinde martenzitik yapının hakim olduğu belirlenmiş; az

miktarda da beynite rastlanmıştır. Kaynakların ısı tesiri altında kalan bölgelerinde (ITAB) ise genel

yapı beynitik olup; bu bölgelerde az miktarda martenzit de gözlenmiştir. Birleşme bölgesinden

uzaklaştıkça martenzit ve beynit miktarları azalmaktadır.

Şekil 9. İmalatı S235 JR kalite çelik sacdan yapılan brakette kaynak parametrelerindeki birinci

düzeltme sonrası somun-sac ara yüzeyindeki birleşme noktasında gözlenen mikroçatlak (dağlanmamış

kesit görüntüsü)

Şekil 10. İmalatı S235 JR kalite çelik sacdan yapılan brakette kaynak parametrelerindeki birinci

düzeltme sonrası farklı bölgelerin SEM ile görüntülenen içyapısı



177

İçyapı incelemelerinin tamamlanmasının ardından sertlik taramasına geçilmiştir.

Kaynakların farklı bölgelerinde ölçülen Vickers sertlik değerleri Çizelge 4’de verilmiştir.

Ölçülen değerler, bu bölgelerde gözlenen içyapılar ile uyumlu bulunmuştur.

Çizelge 4. İmalatı DD 11 ve S235 JR saclardan yapılan parçalardan çıkarılan

numunelerde kaynağın farklı noktalarında ölçülen Vickers sertlik değerleri

DD 11 Kalite Çelik Sac,

kırılan parça DD 11 Kalite Çelik Sac, Kullanılmayan Parça

S235 JR Kalite Çelik Sac, Birinci Düzeltme Sonrası

Somun 188 ± 4 202 ± 4 196 ± 19

ITAB-Somun 132 ± 3 161 ± 2 194 ± 5

Birleşme 245 ± 9 352 ± 1 361 ± 15

ITAB-Sac 191 ± 3 175 ± 19 271 ± 23

Sac 143 ± 8 96 ± 4 141 ± 18

Sac malzeme olarak DD 11 kalitesindeki çeliğin kaynağına ilişkin elde edilen sonuçlara

benzer şekilde, S235 JR kalite çelik sacın kaynağında da birleşme bölgesi en sert yer olarak

saptanmıştır. Bununla birlikte, DD 11 sac ile S235 JR sacdan imal edilen parçalar arasında

en büyük ve anlamlı fark ITAB’da gözlenmiştir. Malzemesi DD 11 olan çelik sacın

kaynağında, sacın ITAB bölgesindeki sertlik 175±19 HV ve 191 ±3 HV olarak elde

edilmişken; S235 JR çelik sacın kaynağında aynı bölgede sertlik 271 ±23 HV olarak

ölçülmüştür. Söz konusu fark, S235 JR çeliğindeki karbon eşdeğerinin DD 11 çeliğine

kıyasla daha yüksek olması nedeniyle martenzit oranındaki artış ve martenzitin karbon

oranına bağlı olarak sertliğinin artması [4] ile bağdaştırılmıştır.

6. SONUÇ

Ara soğutucu braketlerinde yaşanan kırılma problemi incelenmiş ve braketin projeksiyon

kaynağı bölgesindeki sert ve kırılgan yapıdan başlayarak kırıldığı ve sac ana yapısında

kırılma tipinin sünek olduğu gösterilmiştir. Kök neden olarak iki ana faktör öne çıkmıştır:

• Kaynak bölgesinde, somun-sac ara yüzeyindeki birleşme yetersizliği ve beraberinde

oluşan mikroçatlakların zorlama altında büyüyerek birleşmesi,

• Somun deliklerinden birinin sac kenarına olan mesafesinin normalden yaklaşık 1 mm az

olarak tolerans dışında bulunması nedeniyle kırılmanın gerçekleştiği bölgeyi zayıflatması;

ayrıca montaj esnasında yanal kuvvetlerin oluşması riskini beraberinde getirmesi.

Tedarik problemleri nedeniyle, parça şartnamesinde geçen S235 JR kalitesindeki çelik sac

yerine DD 11 kalite çelik sacın kullanılmasının kırılmada etkin bir rol oynamadığı, yürütülen

hasar analiziyle gösterilmiştir. Kırılma kök nedeninin belirlenmesinin ardından, şartnamede

belirtilen S235 JR kalite çelik sac kullanılarak problemin çözümüne yönelik çalışmalar

yapılmıştır. Bu çalışmalar:



178

• Sacdaki somun deliklerinin delinmesi operasyonu delme kalıplarındaki zımba ve

dayamalar ile birlikte gözden geçirilmiş ve delik konumlarının toleranslar içerisine

çekilmesi sağlanmıştır.

• Somunların saca birleşmesi için kullanılan projeksiyon kaynak parametrelerine müdahalede

bulunulmuştur. Kaynak bölgesinin metalografik incelemesi ve uygulanan somun koparma

testleri ile yeterli birleşmenin sağlandığı gösterilmiştir.

• Kaynak parametrelerine yapılan birinci müdahalenin sonucunda, somun koparma

testlerinde şartnameye göre tatmin edici sonuçlar alınmakla birlikte, çentik etkisi

doğurabilecek mikroçatlakların boyutunun küçülmesine rağmen, yapıda yer almaya devam

ettiği görülmüştür.

• Kaynak parametrelerine yapılan ikinci müdahalenin ardından, somun kopma kuvvetinde bir

önceki duruma göre yaklaşık 300 kgf’lik bir iyileşme sağlanmıştır.

Sonuç olarak, S235 JR kalite çelik sac malzeme kullanılarak uygun ölçü toleransları ve

güncellenen kaynak parametreleri ile imal edilmiş braket parçalarında, bu çalışmanın kaleme

alındığı tarihe kadar kırılma problemi yaşandığına dair herhangi bir geri bildirim

alınmamıştır. Problemin çözümünde yeniden tasarım ya da malzeme değişikliği gibi, seri

üretim sonrası ciddi ek maliyetler doğurabilecek önleyici faaliyetlere de gerek kalmamıştır.

Çalışma, bu yönüyle bakıldığında, yaşanabilecek problemlerin tanımlanması ve çözümünde,

kırılma yüzeyi ve içyapı incelemeleri ile boyutsal toleranslara uygunluk gibi kontrol, test ve

analizlerin rolünü ve önemini ortaya koymaktadır.

7. KAYNAKÇA

[1] Anık, S. ve Vural, M., (2007). "Alaşımsız Çeliklerin Kabartı (Projeksiyon) Kaynağı",

Mühendis ve Makina, 48 (573): 46-51.

[2] Anık, S., Anık, E.S. ve Vural, M., (1993). 1000 Soruda Kaynak Teknolojisi El Kitabı –

Cilt 1: Kaynak Yöntemleri ve Donanımları, Birsen Yayınevi, İstanbul.

[3] ASTM E3-11, (2011). Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens,

ASTM International, West Conshohocken, PA.

[4] Bhadeshia, H.K.D.H. ve Honeycombe, R.W.K., (2006). Steels, Microstructure and

Properties, Butterworth-Heinemann, UK.

[5] Bryda, R. ve Foreman, R., (2009). “Welding Fasteners: Spot or Projection?”,

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/welding-fasteners-spot-or-

projectionr,

30 Eylül 2013.

[6] Dent, P., Bohr, J.C., Gasser, R.G., Gerken, J.M., Hallum, D.L., Lee, J.W., McCauley,

R.B., Orts, D.H., Oyler, G.W., Shieh, W.T., Wu, K.C. ve Manz, A.F., (1997). “Spot,

Seam, and Projection Welding”, Derleyen: O’Brien, R.L., (1997). Welding Handbook

8th Edition Vol. 2: Welding Processes, American Welding Society Inc., Miami.

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/welding-fasteners-spot-or-projectionr

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/welding-fasteners-spot-or-projectionr



179

[7] Gültekin, N., (1991). Kaynak Tekniği, Engin Ofset, İstanbul.

[8] Hwang, I.S., Kang, M.J. ve Kim, D.C., (2011). “Expulsion Reduction in Resistance

Spot Welding by Controlling of Welding Current Waveform”, Procedia Engineering,

10: 2775-2781.

[9] Larsson, J., (2008). “Projection Welding for Nut and Bold Attachment”,

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/projection-welding-for-nut-and-

bolt-attachment,

30 Eylül 2013.

[10] Senkara, J., Zhang, H. ve Hu, J., (2004). “Expulsion Prediction in Resistance Spot

Welding”, Welding Journal, 83 (4): 123-132.

[11] SWANTEC, Parameters in Resistance Welding,

http://www.swantec.com/parameters-in-resistance-welding.php, 11 Ekim 2013.

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/projection-welding-for-nut-and-bolt-attachment

http://www.thefabricator.com/article/shopmanagement/projection-welding-for-nut-and-bolt-attachment

http://www.swantec.com/parameters-in-resistance-welding.php



180

projeksİyon kaynak somunlu ara soĞutucu … projeksiyon kaynak... · kaynak kongresİ ix. ulusal...

Documents