Kaynak ağız tasarımının yüksek mukavemetli balistik zırh çeliklerinin mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi

Bu çalışmada, savunma sanayii uygulamalarında yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli balistik zırh çeliklerinin kaynaklı birleştirmelerinde, farklı kaynak ağzı tasarımlarının (Tek V, Çift V, Tek eğimli ve Çift eğimli) mikroyapı, mekanik performans ve balistik dayanım üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar kapsamında 20 mm kalınlığında M450 kalite zırh çeliği plakalar, sabit ısı girdisi altında MAG kaynağı yöntemi ile GeKaTec ER110-SG dolgu teli kullanılarak birleştirilmiştir. Kaynak sonrası numunelere görsel muayene, sıvı penetrant ve radyografik muayene uygulanmış olup standart limitlerini aşan herhangi bir süreksizlik tespit edilmemiştir. Ardından optik mikroskop ve streo mikroskop kullanılarak kaynak bölgesi ve ısıdan etkilenmiş (IEB) bölgelerin makromikroyapısal incelemeleri yapılmıştır. Kaynaklı bağlantıların mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla, çekme, çentik darbe, sertlik ve eğme testleri yapılmıştır. Çekme testi sonuçları, dört farklı geometri arasında belirgin performans farkları olduğunu göstermiş; dayanım açısından en iyi sonuç çift eğimli geometriden elde edilirken, süneklik bakımından bu tasarımın sınırlayıcı olduğu, dayanım–süneklik dengesi açısından ise çift V geometrisinin daha uygun bir profil sunduğu görülmüştür. Çentik darbe testlerinde ısıdan etkilenen bölgenin tüm geometrilerde kaynak metaline kıyasla daha tok olduğu görülmüş; kaynak bölgesinde en iyi sonuç Tek V geometrisinden, IEB bölgesinde ise Tek eğimli geometriden elde edilmiştir. Sertlik değerlendirmeleri askerî standartlara göre yapılmış olup, çift V ve tek eğimli geometrilerde kritik sertlik eşiğine sırasıyla 9 mm ve 8 mm mesafede ulaşılmış, böylece IEB yumuşama bölgesinin dar kaldığı görülmüştür. Tek V ve çift eğimli geometrilerde bu mesafe sırasıyla yaklaşık 11,5 mm ve 13 mm olup, düşük ısı girdisi ve dar IEB sağlayan geometrilerin sertlik toparlanmasını hızlandırarak balistik performansa katkı sunduğu belirlenmiştir. Balistik test sonrası makro incelemeler, mermi giriş ve nüfuziyet davranışının geometriye bağlı olarak değiştiğini ortaya koymuş; çift V ve tek eğimli geometriler, daha kısa penetrasyon alanı ve sınırlı çatlak ilerlemesi ile üstün balistik direnç sergilemiştir. Bu bulgular, kaynak ağız tasarımının yalnızca mekanik davranışı değil, aynı zamanda balistik bütünlüğü de doğrudan etkileyen kritik bir parametre olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, kaynak ağız tasarımının yalnızca yerel mekanik davranışı değil, mikro yapısal stabiliteyi ve balistik bütünlüğü de belirleyici düzeyde etkilediğini; uygun geometrik seçimin, askerî platformların gövde imalatında balistik güvenliği azaltmadan mekanik olarak optimize edilebilirlik sağladığını ortaya koymaktadır.

In this study, the effects of different weld groove designs (Single-V, DoubleV, Single-bevel and Double-bevel) on the microstructure, mechanical performance and ballistic resistance of welded high-strength ballistic armor steels, widely used in defense applications, were investigated. Within the experimental program, 20 mmthick M450 grade armor steel plates were welded under constant heat input using the MAG process with GeKaTec ER110-SG filler metal. After welding, visual inspection, liquid penetrant and radiographic examinations were performed, and no discontinuities exceeding standard acceptance limits were detected. Subsequently, macro- and microstructural examinations of the weld metal and heat-affected zones were conducted using optical and stereo microscopy. To determine the mechanical response of the welded joints, tensile, Charpy impact, hardness and bend tests were performed.Tensile test results revealed distinct performance differences among the geometries: the Double-bevel configuration exhibited the highest strength but suffered from limited ductility, whereas the Double-V geometry provided a more balanced strength–ductility profile. Charpy impact tests showed that the HAZ exhibited higher toughness than the weld metal in all geometries; the highest toughness in the weld metal was obtained with the Single-V design, while the highest toughness in the HAZ was achieved with the Single-bevel configuration. According to military hardness criteria, the critical hardness threshold was reached at shorter distances in Double-V and Single-bevel geometries (9 mm and 8 mm, respectively), indicating a narrower softened HAZ. In Single-V and Double-bevel geometries, this distance increased to approximately 11.5 mm and 13 mm, respectively, demonstrating that geometries producing narrower HAZ promote faster hardness recovery and thus contribute positively to ballistic performance. Post-ballistic macro examinations showed that penetration depth and crack propagation behavior varied with groove design; Double-V and Single-bevel geometries exhibited shorter penetration paths and restricted crack advancement, indicating superior ballistic resistance. These findings demonstrate that groove geometry is a critical parameter that influences not only the mechanical response but also the ballistic integrity of welded armor structures. Overall, the results indicate that an appropriate groove configuration can maintain ballistic security while enabling mechanical optimization in the manufacturing of armored platforms used in defense applications.