A STUDY ON THE WIRE ARC ADDITIVE MANUFACTURING OF DUPLEX STAINLESS STEEL PLATES: OPTIMIZATION OF PROCESS PARAMETERS AND INVESTIGATION OF MECHANICAL PROPERTIES
Date
2022-03-01
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
In recent years, additive manufacturing (AM) for metals, which is used to create
products using layer-by-layer deposition of materials, has been a subject of interest as
a means of enhancing the efficiency of manufacturing processes in various industries.
In this thesis, super duplex stainless steel parts have been wire arc additively
manufactured (WAAM) using the cold metal transfer welding technique. To obtain the
optimum combination of additive manufacturing parameters (voltage, current and
speed) that yields the desired bead quality, response surface method has been used to
build statistical models based on numerical simulation of additive welding process.
COMSOL Multiphysics 5.5 software has been used to perform the experimental
instead of real process and Expert-Design software was used to obtain the statistical
models. The optimal values of the controlled variables were found as 200 amperes and
15 volts for current and voltage, and 10 mm/s for welding speed. Then, the fracture
toughness tests using the single edge notched tension (SENT) specimens were
implemented at a sub-zero temperature. Fracture toughness data has been used to
establish crack-growth resistance curves for both, as-received rolled plate and
additively manufactured parts and compare the results based on J-integral (energy
release rate). The J-integral value at the initiation of stable crack growth (Ji) of SDSS
Grade 2507 as-received plate specimens is approximately 17% higher than the (Ji)
value of WAAM’d DSS Grade 2209 and 31% higher than the (Ji) value of WAAM’d
SDSS Grade 2509.
Description
TEL ARK EKLEMELİ İMALAT YÖNTEMİYLE DUBLEKS PASLANMAZ
ÇELİK PLAKA ÜRETİMİNDE PROSES PARAMETRELERİNİN
OPTİMİZASYONU VE PLAKA MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN
İNCELENMESİ
ÖZ: Son yıllarda, malzemelerin katman katman biriktirilmesi yoluyla ürünler oluşturmak için kullanılan eklemeli imalat (Eİ), çeşitli endüstrilerde üretim süreçlerinin verimliliğini artırmanın bir yolu olarak ilgi konusu olmuştur. Bu tezde, süper dubleks paslanmaz çelik plaka parçalar soğuk metal transferi kaynak tekniği kullanılarak tel ark eklemeli imalat (WAAM) ile elde edilmiştir. İstenen kaynak kalitesini veren eklemeli üretim parametrelerinin (voltaj, akım ve hız) optimum kombinasyonunu elde etmek için, eklemeli kaynak işleminin nümerik simülasyonuna dayalı istatistiksel modeller oluşturmak üzere yanıt yüzeyi yöntemi kullanılmıştır. Deneysel süreci çalışmak üzere COMSOL Multiphysics 5.5 yazılımı ve istatistiksel modelleri elde etmek için Expert-Design yazılımı kullanılmıştır. Kontrol edilen değişkenlerden akım ve gerilim için optimum değerler sırasıyla 200 amper ve 15 volt, kaynak hızı için ise 10 mm/sn olarak bulunmuştur. Daha sonra, sıfır altı sıcaklıklarda tek kenar çentikli çekme (SENT) numuneleri kullanılarak kırılma tokluğu testleri gerçekleştirilmiştir. Kırılma tokluğu verileri, hem haddelenmiş plaka hem de eklemeli imalat ile üretilmiş plaka parçalar için çatlak ilerleme direnci eğrileri oluşturmak ve J-integraline (enerji salım hızı) dayalı sonuçları karşılaştırmak için kullanılmıştır. SDSS Grade 2507 haddelenmiş plaka numuneleri için kararlı çatlak büyümesi başlangıcındaki J-integral değeri (Ji), WAAM DSS Grade 2209'un (Ji) değerinden yaklaşık %17 ve WAAM SDSS Grade 2509'un (Ji) değerinden ise %31 daha yüksek olarak belirlenmiştir.
ÖZ: Son yıllarda, malzemelerin katman katman biriktirilmesi yoluyla ürünler oluşturmak için kullanılan eklemeli imalat (Eİ), çeşitli endüstrilerde üretim süreçlerinin verimliliğini artırmanın bir yolu olarak ilgi konusu olmuştur. Bu tezde, süper dubleks paslanmaz çelik plaka parçalar soğuk metal transferi kaynak tekniği kullanılarak tel ark eklemeli imalat (WAAM) ile elde edilmiştir. İstenen kaynak kalitesini veren eklemeli üretim parametrelerinin (voltaj, akım ve hız) optimum kombinasyonunu elde etmek için, eklemeli kaynak işleminin nümerik simülasyonuna dayalı istatistiksel modeller oluşturmak üzere yanıt yüzeyi yöntemi kullanılmıştır. Deneysel süreci çalışmak üzere COMSOL Multiphysics 5.5 yazılımı ve istatistiksel modelleri elde etmek için Expert-Design yazılımı kullanılmıştır. Kontrol edilen değişkenlerden akım ve gerilim için optimum değerler sırasıyla 200 amper ve 15 volt, kaynak hızı için ise 10 mm/sn olarak bulunmuştur. Daha sonra, sıfır altı sıcaklıklarda tek kenar çentikli çekme (SENT) numuneleri kullanılarak kırılma tokluğu testleri gerçekleştirilmiştir. Kırılma tokluğu verileri, hem haddelenmiş plaka hem de eklemeli imalat ile üretilmiş plaka parçalar için çatlak ilerleme direnci eğrileri oluşturmak ve J-integraline (enerji salım hızı) dayalı sonuçları karşılaştırmak için kullanılmıştır. SDSS Grade 2507 haddelenmiş plaka numuneleri için kararlı çatlak büyümesi başlangıcındaki J-integral değeri (Ji), WAAM DSS Grade 2209'un (Ji) değerinden yaklaşık %17 ve WAAM SDSS Grade 2509'un (Ji) değerinden ise %31 daha yüksek olarak belirlenmiştir.
Keywords
engineering systems