Robotik tel ark eklemeli imalat yöntemi ve yüksek sıcaklık malzemesi (Inconel 625) ile türbin kanat üretimi

Bu tez çalışmasında, yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik olarak nikel bazlı bir süperalaşım olan Inconel 625 malzemesi kullanılarak robotik Tel Ark Eklemeli İmalat (Wire Arc Additive Manufacturing – WAAM) yöntemiyle özel tasarlanmış bir buhar türbini kanadı prototipi üretilmiştir. WAAM, özellikle metal tabanlı bileşenlerin üretiminde malzeme verimliliği, üretim süresi ve tasarım özgürlüğü açısından geleneksel imalat yöntemlerine kıyasla önemli avantajlar sunmaktadır. Bu bağlamda, enerji sektöründe yüksek sıcaklığa ve korozif ortamlara dayanıklı türbin parçalarının üretimi için bu yöntemin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Tasarım sürecinde, literatürde aerodinamik performansı ile yaygın şekilde kullanılan NACA 2412 profili temel alınarak özel bir türbin kanadı geometrisi oluşturulmuştur. CAD yazılımı ile dijital modelleme tamamlanmış ve üretim dosyaları STL formatında hazırlanmıştır. Üretim aşamasında OTC FD-B6L altı eksenli kaynak robotu ve Daihen Welbee P500L güç kaynağı kullanılmıştır. Synchro Feed sistemi sayesinde kaynak akımı ve tel sürme hızı senkronize edilmiş, düşük sıçramalı (low spatter) kaynak karakteristiği elde edilmiştir. Üretim parametreleri AS (arc start) ve AE (arc end) segmentlerine göre ayrı ayrı tanımlanmış ve kaynak havuzu kontrolü sağlanmıştır. Katmanlar arasında uygulanan bekleme süresiyle sıcaklık dengesi korunmuş, iç gerilmeler minimize edilmiştir. Her ne kadar üretim sonrası yüzey pürüzlülüğü ölçümü, mikroyapı analizi ve mekanik testler yapılamamış olsa da elde edilen nihai parçanın tasarım formuna yüksek oranda uyum sağladığı gözlemlenmiştir. Katmanlar arası tutarlılık ve genel geometrik bütünlük başarılı bulunmuştur. Süreç boyunca malzeme kaybı minimum seviyede tutulmuş, üretim süresi ise geleneksel yöntemlere göre önemli ölçüde kısalmıştır. Bu çalışma, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) tarafından endüstriyel düzeyde gerçekleştirilen WAAM türbin kanadı üretimine benzer bir sürecin laboratuvar ölçeğinde uygulanabilirliğini araştırmaktadır. Elde edilen sonuçlar, WAAM yönteminin yüksek sıcaklık ve zorlu ortam koşullarına maruz kalan bileşenlerin üretimi için umut verici bir teknoloji olduğunu göstermektedir.

This thesis presents the experimental production of a custom-designed steam turbine blade using Robotic Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) technology and Inconel 625, a nickel-based superalloy renowned for its resistance to high temperatures and aggressive environments. WAAM, as an emerging metal additive manufacturing method, offers significant advantages over conventional subtractive techniques, including reduced material waste, shortened lead times, and the ability to manufacture complex geometries. The aim of this study is to evaluate the applicability of WAAM for fabricating turbine components exposed to extreme service conditions, particularly in the energy industry. The blade geometry was based on the widely used NACA 2412 airfoil profile, selected for its aerodynamic efficiency. The design was modeled using CAD tools, and production files were exported in STL format. The manufacturing process was carried out using an OTC FD-B6L six-axis robotic welding system integrated with a Daihen Welbee P500L power source. The system's compatibility with Synchro Feed technology allowed for precise synchronization between wire feed rate and welding current, ensuring a stable and low-spatter arc during deposition. A segmented parameter approach was adopted, with separate settings for the arc start (AS) and arc end (AE) regions, enabling better control over the molten pool and layer transitions. Interlayer waiting times were implemented to promote thermal balance and reduce residual stresses. Although no mechanical testing, surface roughness measurements, or microstructural characterizations were performed after production, visual inspection confirmed that the final part exhibited high conformity to the intended design. Layer consistency and general geometric accuracy were deemed successful. Furthermore, the process demonstrated reduced material consumption and improved time efficiency compared to conventional methods. This study is inspired by the industrial-scale turbine blade production achieved at Oak Ridge National Laboratory (ORNL) and attempts to replicate a similar process in a controlled laboratory setting. The results indicate that robotic WAAM holds strong potential for manufacturing high-performance parts and can be particularly effective in applications such as repair, maintenance, and the production of components with complex, custom geometries operating under extreme conditions.