INVESTIGATION OF THE HYDROGEN CONTENT IN WELDING OF ARMOR STEELS BY RAMAN SPECTROSCOPY

ZIRH ÇELİKLERİNİN KAYNAĞINDA HİDROJEN İÇERİĞİNİN RAMAN SPEKTROSKOPİ YÖNTEMİ İLE ANALİZ EDİLMESİ

Göksel DURKAYA, Hakan KAPLAN, Barış ÇETİN, Murat GÜRLEYİK, Ali Rıza PİŞKİN, Kıvılcım ERSOY, Halim MEÇO

Abstract

Cold crack formation is one of the major challenges in welding of armor steels which is a special class of high strength steels family. Although the origin and the pathways leading to cold crack mechanism are not completely understood, it is a well-known fact that the existence of ambient hydrogen in steel alloy or weld pool plays the major role. Generally, it is accepted that steels with hydrogen content more than 5 ppm have high tendency in cold cracking. Having hydrogen content superior to this specific value may cause hairline cracks, hydrogen embrittlement or hydrogen blistering which result in catastrophic deviations in mechanical properties. On the other hand, Raman spectroscopy is a non-destructive testing method that is used to determine chemical composition and molecular strain in materials by utilizing phonon vibrations. In this study, Raman spectroscopy experiments have been performed on welded armor steels in order to analyze the bonding dynamics of carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen.

Özet

Yüksek dayanımlı çeliklerin özel bir sınıfı olan zırh çeliklerinin kaynaklı birleştirmesinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri soğuk çatlaklardır. Soğuk çatlakların oluşum mekanizması günümüzde bile tam olarak belirlenememiş olsa da en büyük risk faktörünün ortamda veya çelik alaşımında bulunan hidrojen içeriği olduğu bilinmektedir. Literatürde farklı görüşler olsa da genel bir kabul olarak, 5 ppm değerinden daha yüksek oranda hidrojen içeren çelik malzemelerde yüksek oranda soğuk çatlak riski bulunmaktadır. Bu değerin üzerindeki çözülmüş hidrojen miktarı, ince çatlaklara, hidrojen gevrekliği ve kabarcıklanmasına yol açarak çeliğin mekanik performansını yıkıcı şekilde etkileyebilmektedir. Raman spektrometresi ise temel olarak fonon titreşimleri ile ışığın etkileşimini analiz ederek malzemenin kimyasal özelliklerini tespit etmeye yarayan tahribatsız bir yöntemdir. Bu çalışmada, hidrojenin, çeliğin moleküler yapısına etkisini incelemek için Raman spektroskopi ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerde kaynak bölgesinde analizler yapılarak karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, bağ yapılarının oluşum dinamikleri analiz edilmiştir.