In this study, the numerical solutions for the steady-state heat conduction problem with uniform heat source, the steady-state heat conduction problem with convective heat transfer and the transient heat conduction problem have been developed using finite difference method. These numerical solutions have been validated with analytical solutions. After observing the good agreements between numerical solutions and analytical solutions, these three different problems combined to simulate the tandem welding process. The first objective of this study is to present a numerical simulator for the transient heat conduction problem that includes non-uniform moving heat sources and convective heat transfer term. This numerical simulator contains explicit and implicit time discretization methods. In this simulator, it is possible to change the grid sizes, time step sizes, total simulation time, distance between electrodes, magnitude of the sources' power, speed of the sources, etc. Secondly, the temperature distribution of single and twin wire welding processes have been compared using proposed numerical simulator to investigate the premature solidification of liquid metal in low-temperature zone of molten pool. Thirdly, experimental study was carried out using Fluke Thermal Imager to validate numerical results. It was obtained that the maximum temperature of numerical result is very close to the maximum temperature of experimental result with 0.248 % error. Finally, the all Matlab codes related to developed numerical simulator have been added to Appendix to facilitate other researchers’ work.

Bu çalışmada, raylı sistem araç gövdelerinde kullanılan EN AW 6005A T6 alaşımlı profillerin gaz altı kaynağı yapılırken meydana gelen ısı akışının iki boyutlu sayısal bir simülatörü geliştirilmiştir. İş parçası üzerinde oluşan sıcaklık dağılımı, düzgün olmayan hareketli ısı kaynakları ve taşınımla ısı transferi terimini içeren geçici ısı iletimi probleminin sonlu farklar yöntemi kullanılarak çözümlenmesiyle elde edilmiştir. Bu çalışmanın amacı, kaynak işlemindeki erimiş havuzun düşük sıcaklık bölgesinde sıvı metalin erken katılaşmasını önleyecek optimum sıcaklık dağılımını, geliştirilen simülasyon sayesinde araştırabilmektir. Önerilen iki boyutlu simülatör sayesinde, optimum sıcaklık dağılımını elde etmek için yapılacak olan deneylerin sayısı azaltılarak işletme maliyetleri düşürülebilecektir. Geliştirilen simülatörün en belirgin avantajları, zaman adımı boyutlarını, ızgara boyutlarını, toplam simülasyon süresini, kaynakların güç büyüklüklerini, elektrotlar arasındaki mesafeyi, kaynakların hızını değiştirebilmektir. Ayrıca bu simülatör, farklı malzemelerde tek telli kaynak ve tandem kaynak işlemleri için de kullanılabilir. İkinci olarak, sayısal sonuçları doğrulamak için Türkiye Raylı Sistem Araçları Sanayi A.Ş' de (TURASAS) Fluke Thermal Imager kullanılarak deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizden elde edilen maksimum sıcaklığın, deneysel sonucun maksimum sıcaklığından sadece %1 farklı olduğu görülmüştür. Bu sonuç, önerilen iki boyutlu simülatörün, deneysel çalışma ile uyumlu olduğunu göstermektedir. Son olarak, geliştirilmiş iki boyutlu sayısal simülatör ile ilgili tüm Matlab kodları, bu çalışmanın üç boyutlu sayısal simülasyonu üzerinde çalışmak isteyen diğer araştırmacıların çalışmalarını kolaylaştırmak için makalenin sonuna eklenmiştir.