KAYNAKLI İMALAT ve TASARIM

(Prof. Dr. Adnan DİKİCİOĞLU ile ilgili bölümleri içerir - Mart 2006)

I - Kaynağın Tanımı

Teknik literatürün yaptığı birçok ve farklı kaynak tanımları arasından en belirgin olanı, süreklilik kavramından bahseden tanımdır. Bu tanıma göre kaynak, daha sonra görülecek yöntemler kullanılarak, birleştirilecek parçalar arasında bir süreklilik oluşturma işlemidir. Welding Institute (Ingiliz Kaynak Enstitüsü) 'ün armasının üzerinde şu sözler yazılıdır: "e duobus num" , yani "birlikten kuvvet doğar.".

Bütün metaller dahil olmak üzere plastikler için de geçerli olan bu tanım, söz konusu metaller arasında metalik devamlılığı sağlamak olduğunda bütün metaller ve alaşımlara uygulanabilmektedir. Makroskopik düzeyde, metalik devamlılık birleştirilen parçaların arasındaki bütün metal olmayan maddelerin ortadan kalkması demektir. Bu yönden kaynak, perçin, civata ve yapıştırma ile sağlanan bağlantılardan farklıdır. Böyle bir devamlılık birleşme alanı boyunca kimyasal yapıda homojenliği sağlamayabilir. Bir kaynak dikişi hem homojen (Örnek: aynı cins kapak pasosuyla yapılan yumuşak çelik dikişi.), hem de heterojen (Örnek: bakır-metal kapak pasosuyla yapılan dökme çelik dikişi.) olabilir. Kaynak işleminin İstenmeyen bir sonucu olarak, birleşme bölgesinde bir heterojenlik gözlenebilir (örnek: çeliklerin kaynağında dekarbürizasyonun bir sonucu olarak).

Kristal yapı bazında daha derinlemesine yapılacak bir inceleme kaynak işleminin sağladığı metalik devamlılığın doğası üzerinde daha da aydınlanılmasına yardım edecektir. İşlemden önce birleştirilecek parçaların atomları iki ayrı gurupta toplanmışlardır. Kaynak işleminden sonra devamlılık bu iki grubun araya hiçbir yabancı atomun giremeyeceği şekilde bir tek gurup altında toplanmasıyla meydana gelir. Şekil 1.1 'de ayrı iki A ve B grubundan gelen atomların birleşme bölgesi diye adlandırılan ve kesikli çizgi ile gösterilen bölgede kaynak işlemi sonunda nasıl AB grubunu oluşturdukları görülmektedir. Kaynak işleminin asıl özelliği. sözü geçen birleşme bölgesinde metallerin atomsal yapısı göz önüne alındığında, hiçbir süreksizliğe yer vermemesidir. O halde kaynak işleminin tümü, bu birleşmedeki sürekliliği bozacak metal olmayan yabancı maddelerin uzaklaştırılması işlemini de kapsamalıdır.

 

 

Şekil 1.1 Metalik süreklilik:

Birleştirilecek A ve B parçalarını oluşturan atomlar önce iki ayrı bölgede toplanmışlarken (a), kaynak işleminden sonra tek bir bölge oluştururlar (b).

 

Metalik Devamlılığı (Sürekliliği) Sağlayan Mekanizmalar

Sonuçta, metalik devamlılık, sadece metalin ve atomların yapısıyla tanımlanamaz. Şunu da göz önünde bulundurmak gerekir ki, Şekil 1. 2.'de gösterilen A ve B parçalarını oluşturan atomlar, bir tanecikten diğerine farklılık gösteren ve çok iyi oluşturulmuş bir düzene göre dizilmişlerdir. O halde, devamlılık mekanizmasını oluşturan taneciklerin içindeki atomların diziliş şekillerini incelemek uygun olacaktır. Bunu yapmak için önce bir tek tanecik düzeyinde neler olup bittiği daha doğrusu, birleştirilecek parçacıkları sanki birer tanecikmiş gibi (monokristal) kabul ederek neler olup bittiği incelenecektir.

Şekil I. 2, I. 3 ve I.4. 'de gösterilen mekanizmalar üzerinde durulacaktır.

.

Şekil I. 2

Soğuk şekil değiştirme ile atomların birbirlerine yaklaşması sonucu elde edilen metalik süreklilik. Kristal yapı birleşme bölgesinde (kesikli çizgiler ile gösterilmiştir) burulmaya maruz kalmıştır.

Katı fazda metalik devamlılığın sağlanmasını sağlayan birinci mekanizma, atomların birbirlerine yeterli derecede yakınlaşmalarını sağlamaktır. Böylece hem karşı çekimin etkisinden yararlanılmış olur, hem de yabancı atomlar yakalanmış olur. Bu mekanizma deformasyonlara yol açmamak için soğuk veya sıcak olarak işletilebilir. Bunlara örnek olarak ultrasonik kaynak veya diğer taraftan elektrik direnç kaynağı veya sürtünme kaynağı verilebilir. Eğer atomlar arasındaki yakınlaşma soğuk şekil değiştirme ile sağlanmışsa, kaynak işleminden sonra kristal yapı çarpılmış olarak kalır, çünkü şekil değiştirme metalin pekleşmesine sebep olmuştur (Şekil I. 2.). Eğer şekil değiştirme sıcak olarak yapılmışsa metalik devamlılık yeniden kristalleştirme yöntemiyle tekrar sağlanır. Yeniden kristalleştirme yöntemi birleşme bölgesinin her iki tarafında da ortak bir yönlendirme yapmıştır (Şekil I. 3.).

 

 

Şekil I.3.

Sıcak Şekil Değiştirme ve yeniden kristalleştirme olaylarının ortak etkisi ile elde edilen metalik süreklilik.

 

Bu durumda birleşme bölgesinin her iki tarafında da ortak bir kristal yapı oluşmuştur.

Mikroyapı bazında bu işlem birleştirilen elemanlar için ortak bir tanecik ağı olarak açıklanabilir. Bu tanecikler, birleştirilen bu iki elemandan gelen tekil çekirdeklerin yeniden kristalleştirilmesi sonucu ortaya çıkmışlardır (Şekil I. 4.).

 

Şekil I. 4.

Sıcak şekil değiştirme (yeniden kristalleştirme) sonucu elde edilen metalik süreklilik. Mikro yapı ölçeğinde birleştirilen parçalara ait ortak taneler, birleşme bölgesinde ortaya çıkan çekirdeklerden türemişlerdir.

 

 

Metalik devamlılığın sağlanmasını sağlayan ikinci bir mekanizma ise A parçasından gelen atomların B parçasına geçmesi ve B'den gelenlerin de A parçasına geçmeleri demek olan "Yayınma (Difüzyon)" mekanizmasıdır (Şekil I.5.). Eğer birleşme çizgisinin her iki yanında da malzeme katı halde kalıyorsa bu geçiş her iki yönde de olur (olayın gerçekleşmesi için sıcaklık ve basınç gereklidir.). Bu olay "difüzyon kaynağı" (yayınma yoluyla kaynak) yönteminin ana temasını oluşturur. Fakat bu olayda sadece yayınma rol oynamaz; sıcaklık ve basınç altında oluşan yeniden kristalleştirme olayının da etkisi vardır. Eğer birleşme çizgisinin bir tarafında sıvı, diğer tarafında katı halde bulunan malzemeler varsa, yayınma olayı sıvı taraftaki atomların bu çizgiyi geçmelerine ve katı taraftaki atom şebekesinin içine yerleşmelerine izin verir. Bu durumda yayınma olayı birleşme çizgisi boyunca çok ince bir alaşım bölgesi meydana getirir. Diğer yönde katı tarafın atomları da sıvı tarafa geçebilirler. Fakat bu atomlar sıvı içinde eriyerek onun kimyasal bileşimine ancak ihmal edilebilecek kadar bir etki yaparlar. Buraya kadar anlatılanlar aynı zamanda "lehimleme" ve "lehim kaynağı" adı verilen işlemlerin de tanımıdır. Bu işlemler sıvı fazdaki bir malzemenin erime noktası çok daha yüksek bir malzeme üzerinde katılaşması ile de tanımlanırlar. Ayrıca belirtmek gerekir ki, "yayınma" işlemi metalik devamlılığın sağlanmasında esas olarak yer almasa da, birleşme bölgesinin iki tarafında farklı kimyasal bileşimlerin bulunduğu durumlarda - yani oldukça sık - kendini belli eder.

.

Şekil I.5.

Katı fazda birleşme çizgisi boyunca gerçekleşen yayınma ile elde edilen metalik süreklilik (difüzyon kaynağı). Eğer B sıvı ise, A'nın atomları sıvı içinde erirler (lehim veya lehim kaynağı). Veya katı fazdaki A'nın ve B'nin atomları biraraya gelerek birleşme bölgesinde AB sıvı fazını oluşturabilirler.

Üçüncü bir mekanizma ise B sıvısının, kendi çıkış yeri olan veya en azından erimesine katkıda bulunan A katısı üzerinde katılaşması sonucuna dayanır. Bu durumda metalik devamlılık "tercihli yönlenme" adı verilen bir olay yardımı ile sağlanır. Bu olayda katılaşan malzemenin atomları birleşme çizgisinden başlayarak katı malzemenin kristallerinin diziliş biçimine uyarlar. Böylece kristal yapıdaki tanecik ve tanecikleri ayıran birleşme bölgeleri gibi büyük yapılar katı halde duran esas metal ve sonradan katılaşan sıvı metal için ortak hale gelirler. Mikroyapı bazında bu olay esas metalin taneciklerinin birleşme çizgisini süreksizliğe uğramadan geçmeleri ve burada bir birleşme bölgesi oluşturmaları şeklinde tanımlanabilir (Şekil I. 6.). Bu olay, esas metalin tamamen veya kısmen rol oynadığı erime olayının yer aldığı bütün kaynak işlemlerinde görülmektedir. Söz konusu kaynak işlemlerine daha sonra "eritme kaynağı" adı verilecek ve gazaltı kaynağı, elektrik-ark kaynağı, elektrik-direnç kaynağı, nokta kaynağı gibi isimler altında incelenecektir.

B

 

Şekil I. 6.

Sıvı B/katı A birleşme bölgesinde katılaşma esnasında tercihli yönlenme yoluyla elde edilen metalik süreklilik. Birleşme bölgesinin her iki tarafındaki atomların diziliş yönleri bu bölge boyunca atom birleşmelerinin hangi yöne doğru uzandığı ile belirlidir.

 

Görüldüğü gibi, kristal yapıdaki metalik devamlılığın sağlanmasında yukarıda sayılan üç yöntem de ayrı ayrı veya beraberce rol oynamaktadır. Kaynak işlemini özetlemek gerekirse bunlar: mekanik kuvvet ile atomların yakınlaşmasını sağlamak, yayınma ve yeniden kristalleştirme veya tercihli yönlenme aracılığı ile kristallere ortak bir yön kazandırma işlemleridir.

 

Birleşme Düzeyinde Aktivasyon Enerjisinin Durumuna Göre Sınıflandırma

Metalürjik özelliklere sahip elemanları, kaynak işlemlerinin çeşitlerine göre sınıflandırdıktan sonra şimdi de sıra, bu işlemleri birleşme bölgesinde metalik devamlılığın sağlanmasında gerekli aktivasyonu elde etmede kullandıkları enerjinin çeşidine göre sınıflandırmaya geldi. Bu perspektif çerçevesinde Uluslararası Kaynak Enstitüsü'nün iki komisyonu, sınıflandırma açısından bütün kaynak literatürünü tarayarak titiz bir çalışma sonucu birleşme düzeyinde enerji transferi konulu 9 maddelik bir işlem listesi çıkarmıştır. Böylece önceden yapılmış olan sınıflandırmalardan daha titiz bir sınıflandırma yapılabilmiştir. Bu sınıflandırma buraya basitleştirmek amacıyla 6 transfer işlemi olarak alınmış ve A'dan F'ye kadar isimlendirilmiştir. Birleşme tipi ve onun nasıl elde edileceğine dair birkaç küçük ön bilgi Tablo I.'de verilmiştir. Bunlar daha sonra yapılacak bazı yorumlar ile açıklığa kavuşturulacaktır.

 

Kaynak işleminde Enerji Transferieri:

A: Gaz yolu ile transfer: Bu gurup, bağlantı için gerekli enerjinin, sıcak bir gaz veya gaz karışımı ile esas metal arasında oluşturulan ısı geçişi sonucu sağlanan işlemleri kapsar. Bu işlemlere, gaz eritme kaynağı (a.1.1.A), gaz lehim, lehim kaynağı (a.2.1.A), ve hatta gaz basınç kaynağı (a.2.2.A) örnek olarak verilebilir. Bu sınıflandırma içinde plazma kaynağını (a.1.1.A veya a.1.3.A) da saymak gerekir. Çünkü, bu işlemde enerji transferi, plazmayı meydana getiren iyonize olmuş bir gaz sayesinde olmaktadır. Aynı eskiden atomik hidrojen kaynağı adı verilen ve artık pek fazla kullanılmayan yöntemde olduğu gibi.

B: Elektrik arkı yolu ile transfer: Kaynak edilen mamullerin tonajı ve ihtiva ettiği değişkenlerin çokluğu nedeniyle en önemli yöntem budur. Yöntemlerin çoğunda elektrik arkı, esas metalin erimesine neden olur ve birleşme eriyen metalin esas metal üzerinde katılaşması ile gerçekleşir. Bu birleşme İlave metal olmadan (örnek olarak a.1.1.B, TIG kaynağı, yani erimeyen elektrot kullanarak) veya genellikle İlave metal ile birlikte olabilir. a.1.3.B bölümü elektrik arkı kaynağının (elektrot veya elektrot teli kullanarak, gaz veya toz altı veya cüruf altı) bütün değişkenlerini guruplamaktadır. Elektrik arkı aynı zamanda esas metalden daha çok eriyebilen bir metal yardımıyla bir sıvı-katı teması oluşturarak birleşmeyi sağlamak amacıyla da kullanılabilir: Bu işleme arklı lehim kaynağı (a.2.1.B) denir. Sonunda birleştirilecek parçaların arasında ark meydana gelirken, bir miktar basınç yardımıyla sıvı faz yok edilip, katı fazda birleşme sağlanabilir. Bu da çevresel birleştirmelerin yapılmasına olanak sağlayan döner arklı kaynak (b.1.1) yöntemidir.

C: Radyasyon yolu ile transfer: Bu gurupta, yüksek enerjili bir kaynaktan (elektrik arkı veya güneş enerjisi) gelen elektron ışınlarının veya LASER'in kullanılması söz konusudur. Bütün bu işlemler yalnızca eritme yöntemini kullanırlar. Ayrıca bunlar sadece 1.1 bölümünde bahis konusu edilmişlerdir. Elektron ışın kaynağı genellikle İlave metal olmadan yapılır (a.1.1.C), fakat İlave bir metalin de kullanıldığı bazı uygulanış biçimleri de vardır (a.1.3.C). Bu uygulamalara LASER kaynağında çok az rastlanır.

D: Mekanik etki yolu ile transfer: Tek aktivasyon enerjisi olarak mekanik bir etkiye (şekil değiştirme veya sürtünme) yol açan aktivasyon enerjisi kullanan yöntemlerin hepsi b grubuna aittirler. Çünkü bunlar, gerek araya sıvı veya viskoz bir geçiş fazı sokarak (sürtünme kaynağı ve patlamalı kaynak işlemlerinde - b.1.1.D ve b.1.2.D - olduğu gibi), gerekse doğrudan katı fazda (soğuk basınç kaynağı veya ultrason kaynağı - b.2.1.D - ) bir birleşme meydana getirirler.

E: Elektrik akımının geçmesi yolu ile transfer: Bu gurupta birleştirilecek parçaları kat eden bir elektrik akımının bulunduğu ve bu akım joule etkisi sonucu parçaların birleşme yerinde bir ısı meydana getirdiği yöntemler bulunmaktadır. Bu bir miktar basıncın da etkimesini gerektirmektedir. Bu yöntem, birleşmenin sıvı fazda gerçekleştiği nokta direnç kaynağı (a.1.2.E), birleşmenin geçici bir sıvı fazdan sonra katı fazda gerçekleştiği yakma alın kaynağı ve yüksek frekanslı endüksiyon kaynağı (ikisi de b.1.1.E bölümünde açıklanmıştır.), veya birleşmenin tamamen katı fazda gerçekleştiği alın direnç kaynağı (b.2.2.E) işlemlerinde kullanılmaktadır.

F: Diğer yöntemler: Sınıflandırılmamış birkaç enerji transferi yöntemi yukarıda yapılan gruplandırmaya girmemiştir. Bu duruma, bir İlave metalin daha sonra esas metalin içine nüfuz etmesi için eritildiği lehimleme (a.2.1.F) veya lehim difüzyonu yöntemlerinde, veya birleşmenin katı fazda, basınç altında ve belirli olmayan bir ısı yardımı ile gerçekleştiği difüzyon kaynağı (b.2.2.F) yöntemlerinde rastlanmaktadır.

Diğer taraftan, A'dan F'ye kadar olan guruplar, bütün enerji transferi yöntemlerini kapsamamaktadır. Diğer yöntemler bölümüne, alümino-termik kaynağı (a.1.3.F), veya çok eski bir yöntem olan demir ile lehim (a.2.2.F) veya çekiç (ocak) kaynağı (b.2.2.F) gibi yöntemler de konulabilir.

Metalik Devamlılığın Oluşmasının Sonuçları ve Sınıflandırılması

Kaynak işlemlerinin tümü incelenirse, metalik sürekliliği sağlamak için yukarıda sayılan yöntemlerden hangilerinin kullanılması gerektiği araştırılmak İstenirse ortaya çok basit bir sınıflandırma çıkar. Çünkü bütün kaynak işlemleri operasyon esnasında aşağıda belirtilen üç durumdan birini kapsamak zorundadır:

 

a) Sıvı/katı birleşmesi: Birleşmenin, sıvı fazdaki bir malzemenin katı fazdaki esas metal ile temas durumunda katılaşması sonucu elde edildiği kaynak işlemleri.

 

b) Katı/katı birleşmesi: Bu sınıf, metalik sürekliliğin katı halde bulunan birleştirilecek parçalar arasındaki temas ile sağlandığı işlemleri kapsar.

 

c) Buhar/katı birleşmesi: Burada, sıvı halde bulunan katkı malzemesinin katı halde bulunan esas metal üzerinde yoğuşması söz konusudur. Nispeten çok ender kullanılan bu işlem bazı lehimleme veya yüzey kaplama işlemlerine uygulanır.

 

Yukarıda belirtilen ilk iki sınıf kendi aralarında aşağıdaki gibi bölümlere ayrılırlar:

 

a.1. Esas metalin erimesiyle sıvı/katı birleşmesi oluşumu. Yani esas metalin ek olarak veya kısmen (İlave metal kullanılarak) kaynak banyosunun hazırlanmasına katılmasıdır. Burada eskiden "otojen" adı verilen kaynak işlemlerinden bahsedilmektedir. Bu terim bugün tarihsel sebepler yüzünden hiç kullanılmamaktadır. Bu terim daha çok Almanca ve Rusça'da gaz eritme kaynağı anlamını taşımaktadır.

 

a.2. Esas metalin erimediği sıvı/katı birleşmesi oluşumu. Yani, burada esas metal kaynak banyosunun hazırlanmasında rol oynamamaktadır. Bu sınıf lehim ve lehim kaynağı işlemlerini kapsar.

b.1. Esas metalden kaynaklanan sıvı veya akışkansı bir geçiş fazının ön oluşumu ile elde edilen bir katı/katı birleşmesi oluşumu. Bu faz oluşumu daha sonra operasyon süresince ortadan iki şekilde kalkar:

1. Tamamen (Yakma alın kaynağı veya sürtünme kaynağı)

2. Yavaş yavaş (Patlamalı kaynak)

 

b.2. Daha yukarda anlatılan yöntemlerden biri kullanılarak katı fazda direkt temasa dayanan katı/katı birleşmesi oluşumu (soğuk veya sıcak şekil değiştirme).

 

Birleşme çizgisinin iki yanında bulunan bu farklı oluşumlar ve bundan kaynaklanan bağlantı şekilleri, bilinmesi gereken şu üç olayın tek başına ya da beraber meydana gelmeleri sonucu elde edilirler:

- Bir İlave metalin katılması (m),

- Birleştirilecek parçalara basınç uygulanması (beraberinde sonuç olarak

bütünsel veya bölgesel şekil değiştirmelere sebep olarak) (p),

- Birleşme çizgisi düzeyinde bir sıcaklık farkına neden olunması (T).

 

TABLO I.

a.1.1 A İlave metal olmadan yapılan kaynak (alev veya plazma).

a.1.3 A İlave metal kullanılarak yapılan kaynak (alev veya plazma).

a.2.1 A Gaz lehim ve lehim kaynağı.

a.2.2 A Gaz basınç kaynağı.

 

a.1.1 B İlave metal olmadan yapılan ve erimeyen elektrot kullanılan elektrik ark kaynağı (TIG).

a.1.3 B Erimeyen elektrot kullanılan elektrik ark kaynağı (İlave metal kullanılan TIG kaynağı).

Eriyen elektrot veya tel ile yapılan ve cüruf tutucu kısımlar altında dikey yapılan toz altı elektrik-ark kaynağı.

a.2.1 B Arklı lehim kaynağı.

a.1.1 B Döner arklı kaynak.

 

a.1.1 C Elektron kaynağı.

veya LASER kaynağı.

a.1.3 C Güneş enerjisi veya ark nüfuz kaynağı.

 

b.1.1 D Sürtünme kaynağı.

b.1.2 D Patlama kaynağı.

b.2.1 D Soğuk basınç kaynağı.

Ultrason kaynağı.

 

a.1.2 E Punto direnç kaynağı.

a.2.2 E Alın direnç kaynağı.

Dirençli lehimleme.

b.1.1 E Yakma alın kaynağı - Yüksek frekans endüksiyon kaynağı.

b.2.2 E Alın direnç kaynağı.

Orta frekans endüksiyon kaynağı.

 

b.1.3 F Lehimleme - yayınma.

b.2.2 F Difüzyon kaynağı.

 

a.1.3 F Termit (Alümino-termik) kaynağı.

a.2.0 F Demirli lehim.

b.2.2 F Çekiç (ocak) kaynağı.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Isının Tesiri Altındaki Bölgeler (Malzemelere göre)

 

Teorik olarak ITAB ortam sıcaklığının üzerinde kalan tüm bölgeyi kapsar. Pratik olarak, bununla beraber, kaynak yönteminin ısısı tarafından etkilenmiş olduğu ölçülebilen bölgedir.

Buradan, haddelenmiş karbonlu çelik için ITAB yaklaşık olarak 700°C’den daha küçük sıcaklık altındaki esas metal bölgesini kapsamaz böylece kaynak ısısı küçük bir bölgeyi etkilemiş kabul edilir. Tam tersi, su verme ısıl işlemi yapılmış ve 315°’de temperlenmiş olan ısıl işlem çeliğinde, kaynak sırasında 315°C’ye kadar ısınmış bölge ITAB’ın bir parçası sayılacaktır; su verme ve temperleme gibi işlemler metalin mekanik özelliklerini değiştirir. Bir başka uç örnek olarak da, 120°C’de yaşlanma sertleştirilmesi tatbik edilen ısıl işlemli alüminyum alaşımlarıdır; bu sıcaklık derecesinin üzerinde ısınmış herhangi bir kaynaklı parça bölgesi ITAB’ın bir bölümüdür.

 

ITAB’ler, kaynaklı bağlantının komşu bölgelerindesertlik değerlerinin farklılığı veya içyapısında değişim olarak tanımlanır. Kaynak ısısı tarafından meydana getirilen içyapıdaki bu değişimler sertlik profilinin çıkarılması veya dağlama yöntemleri ile gözlenebilir.

Şekil II.1’de C-Mn çelik levhasının çok pasolu kaynak kesiti görülmektedir.

 

 

 

 

Şekil II.1- kalınlığında C-Mn Çeliği kaynak kesitinin makro görünüşü

kaynak pasoları ve onların üst üste binmiş ITAB’ları

 

Burada her bir kaynak pasosunun çevresini saran gözle görülür bölgeler vardır. Bu üst üste binmiş ITAB alanları plakanın tüm kalınlığı boyunca erime yüzeylerini kaplamıştır. Çok pasolu kaynak işleminde, kaynak işleminin ısısı kaynak metalini de etkir; bununla beraber, kaynak metali ITAB’ın bir bölümü olarak kabul edilmez.

 

Kaynaklı bağlantının ITAB’ının tokluk ve mukavemeti esas metalin tipine, kaynak yöntemine ve kaynak işlemine bağlıdır. Kaynaktan etkilenen esas metallerde kaynak ısıl çevriminin yüksek sıcaklıklara ulaşılması nedeniyle ortaya çıkan ısıl işlemler tarafından tavlama etkisi veya mukavemet artışı görülür. Kaynak ITAB’ının bu sıcaklık değerleri ortam sıcaklığından, likidüs sıcaklığının sınırları arasında değişir. Meydana gelen metalurjik işlemler düşük sıcaklıklarda yavaşça likidus değerlerine doğru da hızlı meydana gelir.

 

ITAB’da kaynak ısısının çeşitli etkilerini anlamak için en iyisi kaynak yapılabilecek değişik tip alaşım tipini görmek gerekir:

 

1 . Katı eriyik ile mukavemet kazandırılan alaşımlar;

2. Soğuk şekil verme ile mukavemet kazandırılan alaşımlar;

3. Çökelme sertleştirilmesiyle mukavemet kazandırılan alaşımlar;

4. Dönüşüm yoluyla mukavemet kazandırılan alaşımlar (Martenzit gibi)

5. Şiddetli reaktif malzemeler

Bazı alaşımlara yukardaki listenin biri veya daha fazlasıyla mukavemet kazandırılabilirler.

II.1 . Katı eriyik ile mukavemet kazandırılan alaşımlar;

Bu tür alaşımların kaynak ITAB’ları çok az problem çıkarır. Katı hal dönüşümü içermiyorsa Isıl çevrim etkisi küçüktür ve ITAB’ın özellikleri büyük ölçüde kaynaktan etkilenmez.

Yüksek pik sıcaklığı sonucu olarak kaynak yakınındaki kesitte tane büyümesi meydana gelir. Ancak bu tane büyümesi sadece bir kaç tane genişliğini kapsıyorsa mekanik özellikler açısından pek önemli değildir. Genellikle bu yöntemle mukavemet kazandırılan alaşımlar, Alüminyum ve bakır alaşımları, sıcak haddelenmiş düşük karbonlu çelikler gibi alaşımlardır. Ferritik ve Ostenitik çeliklerde bu katogoriye aittir.

 

ITAB

 

Allotropik Dönüşüm Göstremeyen Malzeme (Nikel, Alüminyum,Bakır gibi)

 

Tane büyüklüğü T₁'den başlayarak sürekli artar; ITAB’ın genişliği kaynak yöntemine, paso sayısına, uygulanan enerjinin yoğunlu­ğuna bağlıdır.

Kaynak bölgesi gaz kapar dolayısı ile de gevrekleşme ve gözenek oluşumu ile karşılaşılır, yüksek ısıl iletkenlik ve yüksek ısıl genleşme çarpılma ve iç gerilmelerin oluşu­muna neden olur.

 

II.2. Deformasyon Sertleştirmeli Esas Metaller;

Bu metaller Yeniden Kristalleştirme sıcaklığının üzerine ısıtıldıklarında yeniden kristalleşirler. Kaynak ısısı soğuk şekil değiştirmiş metalin ITAB’ını yeniden kristalleştirir ve metal önemli ölçüde yumuşar. Kaynak kesiti Şekil II.2’’de Soğuk Şekil değiştirme içyapısına kaynak ısıl çevriminin etkisi gösterilmektedir. Burada a ile ısıdan etkilenmemiş bölge tipik mekanik deformasyon sonucu şekil almış (hadde sonunda gibi) tanelerin durumunu göstermektedir. (Şekil II.2 A); eşeksenli ince taneler b ile gösterilmektedir. Bu taneler ITAB’da sıcaklığın yenidenkristalizasyon sıcaklığına ulaştığı bölgelerde tanelerdir ve iri taneler Erime hattı yakınındaki yüksek sıcaklık bölgesinde yerlerini almışlardır. ITAB’da yeniden kristalleşmenin sonucu yumuşar ve soğuk şekil değiştirmiş esas metale göre zayıflar ve mukavemet ısıl işlem ile yeniden kazanılamaz.

 

Eğer ısıtıldığında allotropik dönüşüme uğrayabilen bir soğuk şekil değiştirmiş metal söz konusu ise kaynağın etkisi daha da karmaşıktır. Çelik, Titanyum ve diğer allotropik değişim gösteren metallerde Şekil II.2 B’de görüldüğü gibi 2 tane yeniden kristalleşme bölgesi görülebilir. Birinci ince taneli bölgesi, alfa fazı soğuk şekil değiştirmesinin yeniden kristalleşmesi sebebiyle meydana gelir. İkinci ince taneli bölge ise yüksek sıcaklık fazında allotropik dönüşüm sonucu meydana gelir.

(B) Isıtıldığında allotropik dönüşüm var

(A) Isıtıldığında faz dönüşümü olmuyor

 

 

Şekil II.2.- ITAB’da soğuk şekil değiştirmiş tanelerin yeniden kristalleşmesi

 

 

II.3. Çökelme sertleştirilmesiyle mukavemet kazandırılan alaşımlar (AlCuMg alaşımları, özel paslanmaz çelikler, yüksek nikelli alaşımlar);

Çökelme sertleşmesi yoluyla mukavemet kazandırılan alaşımlar, deformasyon sertleştirmeli alaşımlar gibi aynı şekilde kaynak ısısına aynı cevabı verir. Bu ITAB’ın tavlama çevrimi altında kalması demektir. ITAB’ın buna cevabı oldukça karmaşıktır zira kaynak ısıl çevrimi değişik bölgelerde değişik etkiler ortaya çıkarır. Çökelme sertleşmesine ait ısıl işlem çevrimi; eriyiğe alma, suverme (aniden soğutma) ve yaşlandırma işlemlerini içerir. Kaynak ısısı kaynak bölgesinin hemen yakınındaki ITAB bölgelerinde ısıl işlemi çözer ve rölatif olarak yumuşak, iri tanenin eşlik ettiği tek faz katı eriyiği ortaya çıkarır. Bu bölge kaynak sonrası yaşlandırma işlemi ile sertleştirilebilir.

Eriyiğe alma sıcaklığı altına kadar ısınmış ITAB’ın bu bölgeleri kaynak ısısı nedeni ile aşırı yaşlanır. Kaynak sonrası yaşlandırma işlemi bu bölgeyi yeniden sertleştiremez. Eğer kaynak ısısı ITAB’ın sıcaklığını, orijinal yaşlandırma sıcaklığı civarına kadar yükseltmiyorsa mekanik özellikler önemsiz derecede etkilenir.

Çökelme sertleştirmeli mukavemet kazandırılan alaşımların ITAB’ı Şekil II.3’de gösterildiği gibidir.

Yüksek mukavemetli çökelme sertleştirilebilir alaşımları mukavemet kaybı olmaksızın kaynak yapmak zordur. Ancak gene de söz konusu mukavemet kaybı 3 teknik ile minimuma indirilebilir.

Birinci metod, işlemi çözme, su verme ve kaynaklı bağlantıyı yaşlandırmakdır. Bu her nekadar en etkili yöntem olsa da oldukça pahalı ve bazı durumlarda uygulanması bile imkansızdır.

İkinci metod, kaynak işlemi, çökelme sertleştirmeli esas metali, çözmeye (eriyiğe alma) yaklaştırır ve sonradan kaynaklı bağlantı yeniden yaşlandırılır. Bu ısıl işlem ITAB’ın eriyiğe alma ısıl işlemine karşı gelen bölgesinin mukavemetini yükseltir. Ancak aşırı yaşlanmış bölgenin mukavemetinde düzelmeye neden olmaz.

Son metod ise esas metali eriyiğe alma şartlarında kaynak yapmak ve sonra tüm kaynaklı bağlantıyı yaşlandırmaktır. Aşırı yaşlanmış bölge en zayıf hat olacaktır ancak önceki yaklaşımlardan daha fazla düzeltici bir etkiye sahiptir.

Kaynak işleminin ısıl çevrimi nedeniyle ısıl işlem görmüş esas metalin mukavemeti azalır, yüksek ısı girdisi kullanılan kaynak yöntemleri bu alaşım türleri için tavsiye edilmez.

Düşük ısı girişi ITAB’nin genişliğini ve yumuşayan esas metal miktarını en aza indirir.

 

Kaynak Metali

Sıvı

 

Şekil II.3.- Çökelme Sertleşmeli Alaşımların ITAB’ında çökelmelerin irileşmesi

 

 

ITAB

 

Çökelme ile Sertleştirilmiş Malzeme

ITAB’de yüksek sıcaklık nedeni ile çökeltiler çözülür ve tekrar uygun olmayan bir boyut ve biçimde yeniden çökelir. Bu aşırı yaşlan­ma çökeltme sertleşmesinin yeniden uygulanması ile giderilebilir. Tane sınırlarındaki çökeltiler çatlak oluşu­muna neden olur. Kaynağın yaşlanmadan önce yapılması çatlak oluşumu olasılığını azaltır. İri çökeltiler nedeni ile korozyon dayanımı düşer.

 

II.4. Dönüşüm yoluyla mukavemet kazandırılan alaşımlar (Martenzit gibi)

Dönüşüm yoluyla mukavemet kazandıran alaşımlar kaynak işlemi sebebiyle ortaya çıkacak soğumaya bağlı olarak martenzit dönüşümüne uğrayacak alaşım içeren ve yeterli miktarda C içeren çelikleri kapsamaktadır. Bu çelikler kaynaktan önce temperlenmiş martenzit ısıl işlemi görmüşlerdir veya kaynak ısıl çevrim süresince martenzit dönüşümü sebebiyle uygun sertleşmeye sahiptirler. Her iki durumda da yaklaşık olarak ITAB aynı şekilde kaynak ısıl çevriminden etkilenir.

Bu çeliklerin ITAB’ları Şekil II.4’de Fe–C diyagramı ile ilgilendirilerek verilmiştir.

Maksimum Sıcaklık

FERRİT + SEMENTİT

Ostenit

Sıvı

ITAB

FE – C Diyagramı

Kaynak Metali

%0,3 C’lu Esas Metal

 

 

Şekil II.4.- Kaynak dikişine mesafe ile pik sıcaklıkları arasındaki yaklaşık ilişkiler ve Fe – C faz diyagramı .

Bölge 1, hemen kaynak dikişinin yanı olup iri taneli bölgedir. sıcaklık ergime noktası yakınına ulaştığı bölge olması nedeniyle hızlı ostenitik tane büyümesi meydana gelir.Geniş tane boyutu sertleşme eğilimini arttırır, ve bu bölge soğuma ile birlikte kolayca martenzit dönüşüme uğrar.

Bölge 2, ostenit hale gelmiştir ancak burada sıcaklık önemli ölçüde tane büyümesi yapabilmesi için oldukça düşüktür. Bölge 2’nin sertleşme kabiliyeti tane büyümesine bağlı olarak önemsenmeyecek derecede artar ancak bu bölge soğuma hızı yeterli derecede fazla ise veya alaşım miktarı yeterli kadar fazla ise martenzit dönüşümü olabilir.

Bölge 3 de, bazı tanecikler ostenite dönüşebilirse de diğerleri dönüşemez.. Ostenit tanecikleri oldukça incedir. Bölge 4’de ostenite dönüşemeyen tanecikler vardır ancak ferrit tanecikleri kaynak ısısı etkisiyle temperlenebilir.

 

ITAB’ın ve ITAB’daki her bir bölgenin genişliği kaynak ısı girişi tarafından kontrol edilir. Yüksek ısı girişi yavaş soğuma hızlarına neden olur. Bu nedenle, ısı girişi son içyapıları ortaya çıkarır.

ITAB

 

Çelik C15 veya C45

Ergime çizgisine kornşu bölgede mantenzit oluşumu nedeni ile sertlik aşırı derecede artar. Ancak karbon oranı C<0.2 olan çelikler bu neden ile önlem alınmadan kaynak edilebilir, daha yüksek karbon içeren çelikler ön tavlama ile kaynak edilmelidirler.

Yüksek C’lu martenzit sert ve gevrektir, ve ITAB’da problemlerin ortaya çıkmasına neden olur. ITAB’ın sertliği esas metalin karbon içeriğinin bir fonksiyonudur. Artan C oranıyla, ITAB’ın tokluğu azalır ve sertliği artarak çatlak eğilimini artırabilir. Yüksek karbonlu martenzit tek başına çatlak meydana getirme sebebi değildir; hidrojenin çözünmesi ve kalıntı gerilmenin mevcudiyetide gereklidir.

ITAB’ın sertliği, mevcut martenzitin miktarı ve potansiyel çatlak için önemli bir ölçüdür. Her ne kadar çatlak, ender olarak, 250 HB civarında meydana gelirse de tedbir alınmamış durumda 450 HB yakınlarında beklenmelidir.

Şekil II.5’de % 0,25 C’lu çeliğin ön tavlama, tavlamasız ve son tavlamalı olmak üzere değişik şartlarda hazırlanan 3 kaynak dikişinin mikro sertlik ve içyapıları gösterilmektedir.

Kaynak 1

HK = Knoop Sertlik

Öntavlı

Sontavlı

Öntavsız

Kaynak 3

Esas Metal

Erime Hattı

Kaynak Metali

 

Şekil II.5.- % 0,25 C’lu çelikte ITAB ve Esas metalin sertlikleri (X 100)

 

Öntavlama yapılmaksızın hazırlanan kaynak dikişinin ITAB’ın Knoop sertliği 435 HK’dır. Öntavlanmış plakada yapılan ikinci plakanın kaynak dikişinin ITAB’ın Knoop sertliği 361 HK’dır ve kaynaktan sonra bir tavlama işlemi yapılmış (595°C’de) üçüncü plakanın kaynak dikişinin ITAB’ın Knoop sertliği 196 HK’dır. İkinci ve üçüncü plakalrın kaynak dikişlerinin ITAB sertlik değerleri önemli ölçüde ilk plakanın değerine göre düşüktür. Böylece Sertleşme kabiliyeti yüksek olan çeliklerin kaynak metalinin ve ITAB’ının sertlik değerinin düşürülmesi için son tavlama ısıl işlemi ileri sürülebilir.

Kaynak yapıldığında sertleşebilen çeliklerde; özellikle temperlenmiş martenzitik içyapı elde etmek için ısıl işlem yapmak gibi özel tedbirler gerekebilir.

Genellikle, ITAB boyutunun kontrolü için düşük kaynak ısı girişi ve kaynak bölgesinin soğuma hızı kontrolü için yüksek ön tavlama sıcaklığı arzu edilir. Çelik üreticileri tarafından verilen kaynak veri tavsiyeleri özellikle düşük alaşımlı, yüksek mukavemetli çeliklerde kaynak işlemlerinin hazırlığında muhakkak göz önüne alınmalıdır.

 

II.5. Şiddetli Reaktif Malzemeler (Titanyum, Tantal, Zirkonyum, Molibden gibi)

ITAB

 

Şiddetli Reaktif Malzemeler (Titanyum, Tantal, Zirkonyum, Molbden gibi)

600°K'nin () altındaki sıcaklıklarda dahi atmosfer gazları içyapıya nüfuz ederek gevrekleşmeye yol açar. Kaynak vakum veya asal gaz altında yapılmalıdır.

 

III - METALLERIN KAYNAK KABILIYETI

 

Kaynak Kabiliyeti - Genel

Bugün endüstride kullanılan kaynak usulleri, birkaç özel hal dışında, kaynak yerinin metalin erime veya solidüsüne yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılmasını gerektirmektedir. Gerek kaynak bağlantısının ekonomikliği ve gerekse de diğer teknolojik ve metalürjik etkenler bu ısıtmanın mümkün mertebe yerel olmasını öngörür, bu ise ısı menbaının yüksek bir sıcaklık derecesine ve büyük bir enerji yoğunluğuna sahip olmasını gerekli kılar.

Isıtılan kaynak bölgesi, bitişik soğuk metale kondüksiyonla ısı yaydığından, ısı menbaı kaynak bölgesinden uzaklaştıkça hızlı bir soğuma meydana gelir.

Metalsel malzemelerin, yüksek sıcaklığa kadar ısınması neticesinde, bir takım içyapı değişiklikleri, kimyasal reaksiyonlar, diffüzyon hızının artması, mekanik ve fiziksel özelliklerin değişmesi gibi bir takım olaylar meydana gelir. bu olayların bir kısmı tersinir kabul edilebilir, yani hızlı soğuma neticesi metalsel malzemenin, bazı özelliklerinin eski haline döndüğü kabul edilebilir, fakat diğer bazıları ise tamamen farklı bir durum gösterir.

Tecrübeli bir kaynakçı, her metalsel malzeme için, hatasız ve tamamen esas malzemenin özelliklerini haiz bir kaynak bağlantısı yapmanın imkan dahilinde olmadığını bilir, endüstride malzemenin özelliklerini gerektiği kadar aksettiren kaynak söz konusudur, bu durumda da kaynak kabiliyetinden bahsedilir. IIW’nun IX nolu kaynak komisyonu kaynak kabiliyetini şu şekilde tarif etmektedir:

“Bir metalik malzeme, verilen bir usul ile bir dereceye kadar kaynak yapılabilir diye kabul edilir. Uygun bir usul kullanarak kaynaklı metalik bağlantı elde edildiği zaman, bağlantı lokal özellikleri ve bunların konstrüksiyona tesirleri bakımından tayin edilmiş bulunan şartları sağlamalıdır.” Yukarıdaki tarifin de açıkça ortaya koyduğu gibi, kaynak kabiliyeti yalnız malzemeye ait bir özellik değil, aynı zamanda kaynak usulüne ve konstrüksiyona da bağlıdır.

Bir metal veya alaşım bir kaynak usulüne gayet iyi bir kaynak kabiliyeti göstermesine rağmen, bir diğerinde çok zayıf bir durum gösterir.

Bir metal veya alaşım yüksek bir kaynak kabiliyetine sahip dendiği zaman, hiçbir özel tedbire başvurmadan, her türlü çalışma şartları altında, tatminkar bir kaynak kalitesi elde edilebileceği anlamına gelir. Şu halde kaynak kabiliyeti, malzeme, kaynak usulü ve konstrüksiyon üçlüsünün ortasında ve bunlarla yakın organik bağı olan bir kavramdır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III.1.- Karbonlu ve Alaşımlı Çeliklerin Kaynağı

Bir üretim yöntemi olarak kaynak uygulayarak inşa edilmiş bir yapının, üretilmiş bir makine parçasının veya tamir edilmiş hasarlı bir parçanın kullanma emniyeti ve kalitesi sadece kullanılan ilave kaynak metalinin cinsine ve diğer bir deyimle seçimine bağlı değildir. Bir kaynak bağlantısının özelliğini etkileyen faktörlerin başında, kaynak işlemi esnasında ortaya çıkan yüksek sıcaklığın lokal dağılımı ve değişimi karşısında esas metalin davranışıdır.

Bütün eritme kaynak yöntemleri temel olarak bir döküm işlemini andırır. Kaynak metali, elektrik arkı veya gaz alevinin yüksek sıcaklığı karşısında erir ve daha önceden hazırlanmış olan kaynak ağzı içine dökülür, bu arada kaynak ağzının kenar yüzeyleri de bir miktar erir ve dolayısı ile erimiş kaynak metali ve esas metal karışarak kaynak ağzı içinde katılaşır. Bu esnada, kaynatılan parçaların kaynak dikişine bitişik kısımlarında, metalin erime sıcaklığından ortam sıcaklığına kadar, çeşitli sıcaklık derecelerine ısınmış bölgeler ortaya çıkar. Böylece kaynak esnasında malzeme istenmeden, kaynak işlemince tayin edilmiş bir ısıl çevrime tabi tutulmuş olur. Bu olay bilhassa çelik malzemeler için çok önemli olup ısıl çevrimlerin pik sıcaklıklarına ve soğuma hızlarına göz atarsak, bunlar içinde çeliğin normalizasyon, temperleme, su verme ve yeniden kristalleşme tavlarına karşı gelenlerin bulunduğunu görürüz. Bu tür ısıl işlemler neticesinde çeliğin iç yapısının ve buna bağlı olarak da mekanik özelliklerinin ne denli değiştiği daha önce görülmüş olan Malzeme dersinden de bilinmektedir.

Bu olaydan ötürü kaynak bölgesinde, çeşitli ısıl işlemler görmüş ve dolayısıyla mekanik özellikleri ve iç yapısı gerek esas metal ve gerekse kaynak metalinden farklı çeşitli bölgeler ortaya çıkar. Bu farklı özelliklerdeki bölgelerde, tüm yapının zorlanması halinde, gerilme ve şekil değişiminde olduğu gibi korozyona dayanıklılıkta da esas metalden farklı davranışlar görülür.

Bir kaynak dikişinin kesiti metalografik olarak incelendiğinde, erimiş olan bölgeyi sınırlayan erime çizgisi gayet belirgin bir şekilde görülür. Metalin solidüsünden daha yüksek bir sıcaklık derecesine kadar ısınmış olan erime bölgesi, kimyasal bileşim olarak, esas metal ve ilave kaynak metali (elektrot metali) karışımından ibarettir. Karışım oranı her pasoda farklı olduğundan, her pasonun kimyasal bileşimi de birbirlerinden farklıdır. Erime çizgisinin esas metal tarafında, kaynak esnasında uygulanmış olan ısının oluşturduğu çeşitli ısıl çevrimlerden etkilenmiş ve dolayısıyla iç yapı değişimine uğramış bir bölge vardır; bu bölgeye Isının Tesiri Altındaki Bölge (ITAB) ismi verilir. Tarif olarak ITAB, erime çizgisinden itibaren kaynak işlemi esnasında sıcaklığın, iç yapıya dolayısıyla metalin özelliklerine etkisinin görüldüğü bölgedir.

Çeliklerin kaynağında, bu bölgede kaynak esnasında sıcaklık ilâ arasında değiştiğinden (basit karbonlu), erişilen maksimum sıcaklık derecesi, soğuma hızı ve çeliğin bileşimine bağlı olarak çeşitli iç yapı ve dolayısıyla özellikler gösteren kısımlar ortaya çıkmaktadır.

Çeliklerin kaynakla birleştirilmesi halinde ITAB’nin özelliklerinin önceden bilinebilmesi ancak kaynak esnasında sıcaklığın dağılım ve değişiminin tespiti ve bu ısıl çevrimler karşısında çeliğin davranışının incelenmesi sonucunda mümkündür. Bu veriler elde mevcut olduğu zaman, arzu edilen özelliklere sahip bir ITAB elde etmek için kaynak şartları gereken şekilde ayarlanabilir.

III. 1.1. Çeliklerde Isıtma ve Soğutma Esnasında Ortaya Çıkan Dönüşümler

Saf metallerin çoğu katı halde yalnız bir tek kristal yapısına sahiptir; fakat bazı metaller ise, katı halde, çeşitli sıcaklıklarda farklı kristal yapısı gösterirler. Allotropi adı verilen bu özelliğe demirde de rastlanır; saf demir 910°C’nin altındaki sıcaklıklarda µ (ferrit) fazında hacim merkezli kübik kristal kafesi, 910- sıcaklıkları arasında g (ostenit) fazında yüzey merkezli kübik kristal kafesi, 1392- arasında da d (delta ferrit) fazında gene hacim merkezli kübik kristal kafesine sahiptir. Saf demir halinde bu dönüşümler sabit sıcaklıklarda meydana gelir, çelik halinde ise, yani alaşım elemanı içeren eden demir halinde, bu dönüşümler bir sıcaklık aralığında meydana gelir.

Kaynak işlemi esnasında, genellikle metal ilk önce likidüsün üstünde bir sıcaklığa kadar ısıtılmakta ve sonra da soğutulmaktadır ve dolayısı ile de çeliklerin kaynağında, kaynak bölgesinde, yukarıda belirtilmiş olan dönüşümler sıra ile meydana gelecektir. Isıtmayı takiben soğutma yavaş bir şekilde gerçekleştirildiğinde, elde edilen yapı tane büyüklüğü hariç ilk yapının aynıdır, soğutmanın süratli olduğu hallerde ise ortaya bambaşka durumlar çıkar ki, çeliğin kaynağını da etkileyen durum budur.

Demir-karbon diyagramı üzerinde, çeşitli oranlarda karbon ihtiva eden çeliklerin, ısıtılma ve dengeli bir şekilde yavaş soğutulmaları halinde meydana gelen dönüşümleri ve bunun neticesi oluşan yapıları kolaylıkla görebiliriz (Şekil III.1.1).

 

Şekil III.1.1. Demir-Karbon denge diyagramı

 

Ostenitizasyon sıcaklığına kadar ısıtılmış, ötektoid bileşimde (% ) bir çelik, ostenit denge şartlarını her an muhafaza edebilecek tarzda soğutulduğunda, tamamen perlit tanelerinden oluşan bir iç yapı elde edilecektir. Dönüşüm de vuku bulacak ısıtmada bu olayın tersi meydana gelecektir.

Ötektoid altı bir çelik (<% ) östenitizasyon sıcaklığından itibaren aynı şekilde soğutulduğunda, GOS çizgisine erişildiği anda, ostenitin tane sınırlarında ferrit çekirdekleşmeye başlayacaktır; sıcaklık düştükçe bu çekirdekler irileşecek ve ferrit tanelerini oluşturacaktır. Çeliğin bileşimine göre ferritin meydana geliş hızı ve miktarı soğuma hızı ile ilgili olup, sıcaklık A₁’ e, yani 723° C’ ye düştüğü zaman kalan ostenit % ihtiva eder ve tamamen perlite dönüşür ve neticede ferrit ve perlit tanelerinden müteşekkül bir iç yapı elde edilir. Isıtma halinde ise tamamen bu olayın tersi meydana gelir. Perlit taneleri sıcaklık 723°C’ye erişince tamamen ostenite dönüşür ve sıcaklık arttıkça ferrit taneleri ufalır, yani ferrit ostenit içinde çözülür, GOS çizgisine kadar yükselince hiçbir ferrit tanesi kalmaz ve yapı tamamen ostenitten oluşur.

Ötektoid üstü çeliklerde ise ostenitizasyon sıcaklığından itibaren soğutmada, sıcaklık SE’ye düştüğü zaman, ostenitten sementit ayrışmaya başlar ve ostenit tane sınırlarına çökelir; bu işlim sıcaklık SK çizgisine yanı 723°C’ye düşünceye kadar devam eder. Ayrışmanın sürati çeliğin karbon miktarına ve soğuma hızına bağımlıdır. Öyle ki, sıcaklık 723°C’ye düştüğünde kalan ostenit % ihtiva eder ve bu sıcaklıkta tamamen perlite dönüşür ve neticede bir sementit ağı ile çevrilmiş perlit tanelerinden ibaret bir iç yapı elde edilir. Ötektoid bileşimindeki ostenit A₁’den yani 723°C’den daha aşağı bir sıcaklığa kadar aniden soğutulsa ve o sıcaklıkta tutulsa, denge şartlarından uzaklaşıldığından şöyle bir olay meydana gelir. İlk önce bir müddet hiçbir dönüşüm vuku bulmaz; bir müddet sonra dönüşüm başlar ve bir zaman aralığı içinde gerçekleşir. İlk bekleme süresine kuluçka periyodu ve perlitin oluşum süresine de transformasyon veya dönüşüm periyodu adı verilir. Gerek kuluçka ve gerekse transformasyon periyodu sıcaklık düştükçe kısalır ve bir minimum değerden sonra tekrar artmaya devam eder. Sıcaklığın % 0.35 C’lu bir çelikte dönüşüm ve kuluçka periyodları üzerine etkisi Şekil III.1.2’de görülmektedir. Bu diyagramlara TTT (Zaman, Sıcaklık,Dönüşüm) veya IT (İzoltermal Dönüşüm) diyagramları adı verilir ve bu olaya da ostenitin izotermal dönüşmesi denir. Şekil III.1.2’de de görüldüğü gibi dönüşüm sıcaklığı düştükçe ferrit miktarı azalır, buna mukabil perlit miktarı artar ve bir noktadan sonra hiç ferrit meydana gelmez ve yapıda perlit oluşur.

Dönüşüm sıcaklığı düştükçe oluşan perlitin lamelleri incelir ve dolayısıyla çeliğin mukavemet ve sertliği de kayda değer derecede yükselir.

 

Şekil III. 1.2. % 0.35 C’lu bir çeliğin normal TTT diyagramı

Daha düşük sıcaklıkta dönüşüm gerçekleştirildiğinde (burun noktasının altında) perlit yerine, beynit adı verilen farklı görünüş ve özelliklere sahip bir yapı elde edilir.

Oluşum mekanizması açısından da beynit, perlitten farklıdır; perlit sementitin ostenit taneleri içinde, tercihen tane sınırlarına dik lameller halinde çökelmesi ile meydana gelir. Sementit lamelleri oluşabilmek için gerekli karbonu diffüzyonla ostenitten alır, dolayısıyla lamele bitişik ostenit karbonca fakirleşir ve ferrite dönüşür ve bu şekilde sementit lamelinin her iki yüzünde bir ferrit tabakası oluşur; ferrit tabakasının öteki yüzü karbonca zengindir ve orada bir sementit lameli daha meydana gelir ve bu şekilde görüldüğü gibi işlem devam ederek perlit taneleri meydana gelir. Görüldüğü gibi perlit evvela sementitin çekirdekleşmesi ile başlamaktadır, halbuki beynitte durum tamamen terstir, beynite dönüşüm evvela karbonu atan ostenitin ferrit halinde çekirdekleşmesi ile başlar. Yüksek sıcaklıklarda oluşan beynit perliti andırır, buna mukabil düşük sıcaklıklarda meydana gelen beynit daha tüylü bir görüşüne sahiptir. Bir çok araştırmacılar bu yapıyı ara yapı olarak isimlendirir.

Ostenitin beynite dönüşümü M_S sıcaklığının altında sona erer (Şekil III.1.2). Bu sıcaklıktan daha aşağı bir sıcaklığa kadar bir aşırı soğutma yapıldığında, ostenit başka bir tarzda dönüşür. Bu dönüşme diffüzyonsuzdur ve pratik olarak zamana tabi değildir. Yeni fazın kristal kafesi eskisinden farklıdır fakat bileşimi çeliğin bileşiminin aynıdır.

Ostenit içinde karbonun çözülme miktarı ferritten çok fazladır (Şekil III.1.1). Ostenit soğutulurken, M_S sıcaklığına geldiğinde, kübik yüzey merkezli kafes halinden, hacim merkezli kübik kafesi haiz ferrite dönüşür, ostenit içinde çözelti halde bulunan karbon atomları yayınıp ayrışamadıklarından ferrit kafesi içinde sıkışır kalırlar. Neticede distorsiyona uğramış kristal kafesi haiz, karbona aşırı doymuş ferrit elde edilir ve bu yapıya da martenzit adı verilir.

Martenzit mikroskop altında tetkik edildiğinde, orijinal ostenit taneleri arasında bir çok iğne ve plakçıkları sahip bir yapı şeklinde görülür. Martenzit iğneleri zamanla büyümez, ilk iğnecik M_S sıcaklığında oluşur, sıcaklık sabit tutulursa dönüşüm durur, sıcaklık yeniden düşürülürse dönüşüm tekrar başlar. TTT diyagramlarında, M_S’ in altındaki bölge için artık bir zaman, sıcaklık,dönüşüm diyagramı olduğu söylenemez zira artık burada dönüşüm zamana tabi değildir.

Martenzit çok sert ve kırılgan bir yapıya sahiptir. Sertliği çeliğin içerdiği karbon miktarına bağlıdır. Şekil III.1.3’de karbonlu çeliklerde, çeşitli oranlarda ostenitin martenzite dönüştüğü yapılarda karbon miktarına bağlı olarak sertliğin değişimi görülmektedir.

Uygulamada, kaynak ve diğer endüstriyel ısıl işlemlerde, dönüşmelerin sabit bir sıcaklıkta vuku bulması beklenemez, bütün olaylar sürekli bir soğuma halinde gerçekleşir. Bu bakımdan izotermal TTT diyagramlarının pratik bir faydası yoktur. İzotermal TTT diyagramlarının tadili ile sürekli soğumayı dikkate alan diyagramlar geliştirilmiştir; bu diyagramlara sürekli soğuma TTT diyagramı veya CT (Soğuma, Dönüşüm) diyagramı adı verilir.

Şekil III.1.3’de gerek sürekli soğuma hali ve gerekse izotermal hali ifade eden şematik bir diyagram görülmektedir. Burada dikkati çeken husus, sürekli soğuma halinde, kuluçka periyodunun uzaması ve dönüşümlerin daha alçak sıcaklıklarda meydana gelmesidir.

Gerek izotermal ve gerekse sürekli soğuma halindeki TTT diyagramlarında, dönüşümleri gösteren eğrilerin konumları bir seri faktörün tesiri altındadır. Bunları şu Şekil III.1.3’ de sıralayabiliriz:

1. Ostenitleşme sıcaklığının yükselmesi, perlit çekirdekleşmesini yavaşlatır bu da diyagramın üst kısmında bulunan perlit bölgesini sınırlayan eğrilerin sağa kaymasına sebep olur.

2. Ostenit tane büyüklüğünün de büyümesi, perlit çekirdekleşmesini geciktirir dolayısıyla üst kısımdaki eğriler sağa kayar.

Daha evvelde de belirtilmiş olduğu gibi, ostenit tane büyüklüğü ostenitleşme sıcaklığının şiddetli etkisi altındadır, dolayısıyla 1 ve 2 nolu şıklarda belirtilmiş olan husus birbirinin aynı gibi görülmektedir. Burada belirtilmek istenen husus önceden tane büyümesine sebep olacak bir ısıl işleme tabi tutulduktan sonra, ikinci bir kez ostenitizasyon sıcaklığına kadar ısıtılmış çelik halidir.

3. Eğrilerin pozisyonuna en şiddetli etkiyi alaşım elemanları yapar. Bütün alaşım elemanları kuluçka periyodunu uzatır ve dönüşümleri yavaşlatır. Fakat hepsi aynı etkiyi göstermez, bir kısmı daha şiddetli olarak perlit, diğer bir kısmı ise beynit alanına etki eder.

 

Şekil III.1. 3. İzotermal ve sürekli soğuma TTT diyagramlarının mukayesesi

 

Normal olarak sürekli soğuma için çıkarılmış TTT diyagramları çeliğin ısıl işlemlerinde kullanılır. Şekil III.1.4’ de seçilmiş bulunan soğuma hızına göre iç yapı veya arzu edilen iç yapıya göre soğuma hızı tespit edilebilir.

 

Şekil III. 1.4. % 1 Cr’lu çelikte ostenitleşme sıcaklığının sürekli soğuma TTT diyagramı üzerine tesiri

 

Kaynak halinde durum farklıdır. Evvelâ ostenitleşme sıcaklığı diğer ısıl işlemlerden daha yüksektir ve ITAB’de çeşitli ostenitizasyon sıcaklıklarına erişilmektedir. İkinci önemli husus da çok pasolu kaynak halinde, her paso bir evvelki pasoya yeni bir ısıl çevrim tatbik etmekte ve yeniden ostenitizasyon sıcaklığına kadar ısıtmaktadır. Bu durumlardan ötürü, ısıl işlemler için hazırlanmış olan sürekli soğuma TTT diyagramları kaynak şartlarında ortaya çıkan ısıl çevrimleri tüm olarak yansıtmamalarına rağmen, kabul edilebilir bir tolerans ile kullanıldıkları takdirde çok faydalı sonuçlara gidilebilmektedir.

 

III. 1.2. Çeliklerde Kaynak Bölgesi

Kaynak bağlantısının bulunduğu ve kaynak esnasında tatbik edilen ısıdan etkilenen bölgelerin tümüne kaynak bölgesi ismi verilir. Bu bölge erime bölgesi ve ITAB olmak üzere iki kısımdan meydana gelmiştir (ITAB geniş olarak Bölüm II’de anlatılmaktadır).

Erime bölgesi kaynak esnasında tatbik edilen ısının tesiri ile eriyen ve kaynağı takiben katılaşan bölgedir. ITAB’den erime çizgisi adını verdiğimiz, kaynak esnasında erimiş ve erimemiş kısımlar arasındaki sınırla ayrılır. Bu sınır parlatılmış ve dağlanmış bir kaynak bağlantısı enine kesiti üzerinde çıplak gözle dahi görülebilir.

Erime bölgesi kaynak metali ve esas metalin karışımından ibarettir. Tek pasolu kaynak dikişlerinde, bu bölgede esas metal ve kaynak metali, kaynak banyosundaki şiddetli türbülanstan ötürü iyice karışmıştır ve oldukça homogen bir bileşim arz eder; buna mukabil çok pasolu kaynaklarda, her pasonun esas metalle karışma oranı farklıdır, örneğin kalın parçaların çok pasolu kaynak dikişlerinde, orta kısımlarda, esas metale rastlanmayabilir.

Erime bölgesinde esas metalin kaynak metaline oranı, tatbik edilen kaynak usulüne ve paso sayısına bağlı olarak geniş bir aralık içinde değişir.

Erime bölgesinde, esas metal ve kaynak metali oranı tam olarak bilinse dahi, hesap yolu ile, erime bölgesinin bileşimini tayine imkan yoktur; zira bir çok alaşım elemanları kaynak esnasında yanma dolayısıyla kayba uğrarlar. Bu kayıpları azaltmak bakımından kaynak bölgesi, kaynak esnasında atmosferin tesirinden korunur. İyi bir kaynak bağlantısı, kaynak bölgesinin atmosferin etkisinden müessir bir şekilde korunması ile elde edilebilir; zira ancak bu şekil de oluşan kimyasal ve metalürjik reaksiyonlar kontrol altına alınabilir.

ITAB, kaynak metali ile esas metalin birleştiği sınırdan itibaren kaynak işlemi esnasında sıcaklığın iç yapıya, dolayısıyla metalin özelliklerine tesirinin görüldüğü bölgedir.

Çeliklerin kaynağında, bu bölgede sıcaklık 1450 ilâ arasında değişmektedir. Erişilen maksimum sıcaklığa bağlı olarak çeşitli iç yapı ve özellik gösteren kısımlar mevcuttur.

Bu bölgede erişilen maksimum sıcaklık derecesi kaynak dikişi eksenine olan mesafenin ve sıcaklık değişiminde zamanın fonksiyonu olarak bilinirse, kaynak işlemi sonunda meydana gelecek iç yapı, esas metalin özellikleri ile bileşimi göz önünde tutularak bir dereceye kadar önceden tahmin edilebilir. Kaynak esnasında, ITAB süratli bir şekilde de ısınmakta ve sonra da parça kalınlığı, kaynağa tatbik edilen enerji ve ön sıcaklığının fonksiyonu olarak oldukça hızlı soğumaktadır; çeliğin bileşimine göre bu soğuma hızı, kritik soğuma hızını aştığında, genellikle 900^oC nin üstündeki bir sıcaklığa kadar ısınmış bölgelerde sert dolayısıyla kırılgan bir yapı elde edilir. Genellikle ITAB diye isimlendirilen bu kısım kaynak bağlantısının en kritik bölgesini teşkil eder ve bir çok çatlama ve kırılmalar ve bölgede meydana gelir.

Çeliklerin kaynağında ITAB, iç yapıdaki tane büyüklüğü bakımından şu çeşitli kısımları gösterir.

 

İri taneli bölge,

İnce taneli bölge,

Kısmen dönüşmeye uğramış bölge,

İç yapı değişikliğine uğramamış bölge

 

Şekil III.1.5. ITABde tanelerin durumu(Şematik; Dönüşüm yoluyla mukavemet kazandırılan alaşımlar)

İri Taneli Bölge:

Erime bölgesine bitişik olan ve kaynak esnasında 1450 ilâ 1150 ^oC arasındaki bir sıcaklığı etkisinde kalmış olan bölgedir. Bilindiği gibi metaller yeniden kristalleşme sıcaklığının üstündeki bir sıcaklığa ısıtıldıklarında tane büyümesi adı verilen bir olay meydana gelir. Bazı taneler büyür ve kısmen veya tamamen küçük tanelerin yerine geçer. Bunun neticesi olarak da ortalama tane boyutu büyür. Tane büyümesi hızı sıcaklık arttıkça artar ve metalin solidüsüne yaklaşıldığında büyüme çok hızlanır. İri taneli yapılar, ince taneli yapılara nazaran daha gevrek ve kırılgan olduklarından varlıkları arzu edilmez.

Çeliklerde kaynak esnasında erime çizgisine bitişik olan esas metal, solidüse yakın bir sıcaklığa eriştiğinden ostenit içinde fazla miktarda tane büyümesine rastlanır. Bir çeliğin kaynak kabiliyeti açısından tane büyümesi çok önemlidir, zira soğuma olayı esnasında ortaya çıkan dönüşümlere ostenit tane büyüklüğünün tesiri oldukça şiddetlidir.

Ostenit tane büyüklüğüne tesir eden faktörleri tespit edebilmek gayesi ile Berkhout ve Van Lent iki ayrı bileşimdeki çeliği çeşitli ısıl çevrimlere tabi tutmuşlardır. Isıtma hızı, maksimum sıcaklık derecesi ve soğuma hızı bağımsız değişken olarak alınmış ve ostenit tane büyüklüğü parça hızlı soğutularak ölçülmüştür. Martenzitik iç yapıyı haiz parçalar üzerinde dağlama sonucu ilkel ostenit tanelerini tespit etmişlerdir. Bu çalışma sonucunda; ostenit tane büyüklüğünün büyük ölçüde erişilen maksimum sıcaklık derecesi ile ilgili olduğunu, ısıtma ve soğutma hızındaki değişimin her iki çelikte de araştırılan saha dahilinde tane büyümesine çok az miktarda tesir ettiğini tespit etmişlerdir.

Ostenit tane büyümesi için gerekli olan tane sınırı ilerlemesi ciddi bir şekilde tane sınırlarına çökelmiş bulunan alüminyum, vanadyum, titanyum ve niobyum nitrür ve karbonitrürleri tarafından engellenir. Bu özellikle bilhassa modern çelik yapımında, imalat esnasında tane büyümesine engel olmak için geniş çapta kullanılır; bu engelleme daha ziyade alçak sıcaklıklar için geçerlidir. Zira nitrür ve karbo-nitrürler civarında tümü çözelti haline geçtiğinden, artık bunların tane büyümesine engel olma olasılıkları ortadan kalkar.

 

2.İnce Taneli Bölge:

Kaynak esnasında 900 ilâ 1150^oC arasında bir sıcaklığa maruz kalmış bölgede tane büyümesine rastlanmaz. Bu bölgede de ostenit teşekkül etmiş olduğundan, soğuma esnasında, soğuma hızı ve çeliğin bileşimine bağlı olarak aynen iri taneli bölgede görülen iç yapıya benzer bir iç yapı görülür.

 

3.Kısmen Dönüşmüş Bölge:

İnce taneli bölgenin devamı olan bu bölge, kaynak işlemi esnasında A₃ ilâ A₁ arası bir sıcaklığa kadar ısınmıştır. Dolayısıyla kısmi bir ostenitizasyona uğramıştır ve soğuma esnasında ostenit dönüşüme uğrar ve dolayısıyla yapısındaki ostenit miktarına bağlı olarak ilk iki bölgeyi andıran bir iç yapı gösterir.

 

4.İç Yapı Değişikliğine Uğramayan Bölge:

Bu bölge A₁‘in altındaki bir sıcaklık derecesine kadar ısınmıştır. Dolayısıyla ısınma esnasında çelikte bir dönüşüm meydana gelmemiştir. Bu bölgede yalnız bazı iç yapılarda hafif bir temperleme etkisi görülebilir. Kaynak işlemi esnasında, genellikle metal ilk önce likidüsünün üstünde bir sıcaklığa kadar ısıtılmakta ve sonra da soğumaktadır; dolayısıyla çeliklerin kaynağında,kaynak bölgesinde, yukarıda belirtilmiş olan bütün bu dönüşümler sıra ile meydana gelecektir. Isıtmayı takip eden soğuma yavaş bir şekilde gerçekleştiğinde veya çeliğin karbon ve alaşım elemanı içeriği sertleşmeyi meydana getirecek miktarda değilse, elde edilen iç yapı tane büyüklüğü hariç ilkel iç yapının benzeridir. Buna mukabil sertleşme eğilimi olan çeliklerde ise, soğumanın süratli olduğu hallerde daha evvelce bahsedilmiş olan ve genellikle arzu edilmeyen özellikleri taşıyan iç yapılar ortaya çıkar ki, işte çeliklerin kaynağını etkileyen en önemli etken de budur. ITAB eritme kaynağında devamlı olarak ortaya çıkar ve bundan kaçınılması mümkün değildir. Büyüklüğü ise kaynak esnasında tatbik edilen enerji, soğuma hızı, parçanın şekilde, boyutları ve sıcaklığı ile malzemenin ısıyı iletme kabiliyetinin etkisi altındadır. Bu faktörlerden değiştirilmesi mümkün olanlar yardımı ile ITAB bir dereceye kadar kontrol altında tutulabilir.

ITAB’nin özelliklerinin önceden belirlenebilmesi için kaynak yapılan malzemenin bileşiminin, kaynaktan önce geçirmiş olduğu ısıl işlemlerin ve kaynak esnasında sıcaklığın dağılım ve değişiminin bilinmesi gereklidir.

Genel olarak bir ısıl çevrimin malzemenin özellikleri üzerine olan etkisinin belirlenebilmesi için bu ısıl çevrim hakkında şunların bilinmesi gereklidir:

 

Isıtma hızı,

Tepe sıcaklığı,

Tepe sıcaklığının uygulanma süresi,

Soğuma hızı.

 

Endüstride çeliğe uygulanan ısıl işlemler bilindiği gibi genellikle birkaç ısıl çevrimden meydana gelmektedir. Böyle durumlarda her ısıl çevrim halkası için bu dört etkenin saptanması gereklidir.

Kaynak işlemi esnasında, uygulanan ısının oluşturduğu ısıl çevrimi göz önüne alırsak 1 ve 3 nolu etmenleri göz önüne almayabiliriz, zira bu konuda yapılan araştırmalar göstermiştir ki, kaynak işleminde, ısıtma hızında yapılması mümkün olan değişim, ortaya çıkan iç yapıya tesir etmemektedir. Tepe sıcaklığının uygulanma süresi ise kaynak işleminde çok dar bir saha içinde değişmektedir. Bu süre özellikle elektrik ark kaynağı halinde çok kısadır, bilindiği gibi eriyen metal hemen katılaşmakta ve dolayısıyla dik ve tavan kaynaklarını yapmak mümkün olabilmektedir.

Bu bakımlardan kaynak bölgesinde sıcaklığın dağılım ve değişimi incelenirken sadece erişilen tepe sıcaklığı derecesi ve soğuma hızı göz önünde bulundurulur.

Kaynak bölgesindeki sıcaklık dağılım ve değişimini matematiksel bir formül ile ifade etmek oldukça zordur. Bu konuda geliştirilmiş olan formüller sadece bir takım ön kabuller ile hadiseye yaklaşabilmektedir; zira daha evvelce de belirtilmiş olduğu gibi sıcaklığın dağılım ve değişimi, uygulanan kaynak enerjisi, parça ve ortam sıcaklığı ve malzemenin özelliklerine bağlı olduğu kadar parçanın şekil ve boyutları ile kaynak dikişinin geometrisine de bağlı olduğundan, bu son etkiyi formüle etmek hadiseyi karmaşık hale getirmektedir. Bununla beraber geliştirilmiş denklemlerin deneysel araştırmaları sonucu uygulamada kabul edilebilir bir hassasiyet derecesinde olduklarını göstermektedir.

Hesap yolu ile ilk yaklaşım Rosenthal ve daha sonra Rykalin tarafından yapılmıştır.

Sabit bir v hızı ile, yarı sonsuz büyüklükte ve ısıl özellikleri sıcaklıkla değişmeyen bir malzemeden yapılmış bir parçanın üzerinde hareket eden ısı menbaının, etrafa radyasyon ve konveksiyonla ısı kaybı olmadan, oluşturduğu sıcaklığın dağılımı Rosenthal tarafından şu şekilde ifade edilmiştir:

 

İki boyutlu ısı dağılımı hali ( ince parçalar) için

 

Üç boyutlu ısı dağılımı hali (kalın parçalar) için

Burada:

q: Isı menbaının şiddeti

λ: Isı iletkenlik kat sayısı

a: ısıl dağılım kat sayısı = λ/rc

x: Isı menbaının hareket yönündeki koordinat ekseni

v: Isı menbaının hızı

K_o = Bessel fonksiyonu

R = Isı kaynağından uzaklık = (x²+y²+z²)^1/2 ; x = x - vt (v:Kaynak hızı; t:süre)

r: Boyutsuz kat sayı (etrafa ısı transferi ile ilgili )

Kaynaklı bağlantıların, ITAB’sinin iç yapısına tesir eden en şiddetli etmen 900^oC’nin üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısınmış olan kısımlardaki soğuma hızıdır. Yapılan araştırmalar göstermiştir ki, ITAB’de dönüşümler açısından büyük bir önemi olan 800^oC ilâ 500^oC arasında, 900^oC nin üzerindeki sıcaklıklara kadar ısınmış kısımları bu sıcaklık aralığında aynı hızla soğumaktadır; erime çizgisinden veya dikişin merkezinden itibaren sıcaklık derecesi saptandığı takdirde dönüşmeye uğrayan bölgenin genişliği kolaylıkla tespit edilebilir.

Bugüne kadar yapılmış olan teorik ve deneysel çalışmaların yardımı ile uygulamada kabul edilebilir bir hassasiyet derecesinde, kaynak bölgesinde oluşan sıcaklık dağılım ve değişimini önceden hesaplayabilmek ve malzeme özelliklerini göz önünde bulundurarak seçilen sıcaklık dağılım ve değişimine uygun kaynak şartlarını tespit edebilmek mümkün hale gelmiştir.

800-500 ^oC arasındaki soğuma süresi Rosenthal denkleminden türetilmiş olan aşağıdaki bağıntılar yardımı ile büyük bir yakınsaklıkla hesaplanabilmektedir.

Üç boyutlu sıcaklık dağılımı halinde (Kalın parçalar için):

 

İki boyutlu sıcaklık dağılımı halinde (İnce parçalar için):

 

İki boyutlu sıcaklık dağılımı halinde ortaya yeni bir faktör çıkmıştır, o da d parça kalınlığıdır.

 

Şekil III.1.6. ITABde sıcaklık dağılımı(Boyutsuz)

Bütün eritme kaynak usullerinde ve bilhassa elektrik ark kaynağında soğuma hızı, sertleşme kabiliyetine sahip çeliklerde, gereken önlemler alınmadığı zaman, ITAB’de, martenzit oluşumunu sağlayacak şiddettedir. Kaynak metali için, yani erime bölgesi için böyle bir tehlike mevcut değildir; zira kaynak metalinin bileşimi elektrot imalatçıları tarafından hızlı soğuma halinde dahi sertleşme meydana gelmeyecek şekilde ayarlanmıştır.

ITAB’de sert ve kırılgan bir yapının ortaya çıkması, soğuk çatlakların oluşmasına sebep olmaktadır. Kaynaktan sonra ortaya çıkan iç gerilmelerin, çalışma şartlarındaki zorlamaların ve kaynak banyosundan yayılan hidrojenin etkilerinin birbiri üzerine çakışması ve sertleşen bölgenin plastik şekil değiştirme özelliğinin olmaması nedeni ile kılcal çatlaklar oluşmaktadır. Genellikle yüzeyden görülmeyen bu çatlaklar,zamanla bir kritik büyüklüğe erişince hiç beklenmedik bir anda, parçanın kaynak dikişine paralel olarak, büyük bir süratle (takriben çelik içindeki ses hızının 1/3’ü kadar) boydan boya kırılmasına sebep olur.İkinci Dünya Savaşı esnasında ABD’de imal edilmiş Liberty tipi şileplerin büyük bir kısmı bu gevrek kırılma olayının kurbanı olmuş ve gemiler aniden iki parçaya ayrılıp süratle batmıştır. Bu çatlaklar genellikle erime çizgisine çok yakın olduklarından (esas metal tarafından) bazen bir birleşme hatası gibi değerlendirilir ve kusur kaynakçıya veya kaynak metaline atfedilir. Tabiatıyla buna hakiki sebep çeliğin sertleşmeye olan eğilimidir. Sertleşebilen çelikler ancak şartlı olarak özel tedbirler alınmak suretiyle kaynak edilebilirler.

 

Gayet iyi bilindiği gibi çeliklerin sertleşebilme, diğer bir deyimle su alma kabiliyetine tesir eden en önemli alaşım elementi karbondur. Karbon miktarı arttıkça sürekli soğuma TTT diyagramındaki burun sağa doğru kayar ve dolayısıyla daha yavaş soğuma hızlarında dahi sert yapı oluşur. Bu husus göz önünde bulundurularak kaynakla birleştirilecek sade karbonlu yapı çeliklerinde karbon miktarının % 0,20’yi aşmaması, çok zorunlu hallerde, karbon miktarının azami % 0,22 olması standartlarda belirtilmiştir. Az alaşımlı çeliklerde bulunan mangan, krom, molibden, vanadyum gibi alaşım elementleri de karbon gibi tesir eder ve sertleşme kabiliyetini arttırır. Bununla beraber etkileri karbon kadar şiddetli değildir.

Böyle bir durumda elimizde çeliğin TTT diyagramı (sürekli soğuma) mevcut ise, ITAB’de martenzit oluşumuna imkan vermeyen bir soğuma hızı seçerek, çeliği kaynak yapabilmemiz mümkün görülmektedir. Bu varsayım bir dereceye kadar gerçekleştirilmesi mümkündür, zira yapılmış çalışmalar kaynak şartlarında tepe sıcaklığına erişmek için geçen sürenin kısalığı ve parçanın sadece bir kısmının ısınması dolayısıyla soğuma neticesindeki dönüşümler tam olarak ısıl işlemler için geliştirilmiş olan TTT diyagramlarındaki bölgelerde oluşmamaktadır; ama aradaki fark kaynak uygulamalarında neticeye büyük bir etkide bulunabilecek mertebede değildir. TTT diyagramından doğuma hızı seçerek, kaynak şartlarını ayarlama pratik açıdan her zaman kolaylıkla uygulanabilecek bir çözüm değildir. Bunun gerçekleşebilmesi için her kaynak atölyesinde bu diyagramları içeren bir atlasın bulunması ve her kaynak teknisyeninin de bunları kullanabilecek şekilde eğitilmiş olması gerekir.

Bütün bu hususlar göz önünde bulundurularak uygulamada çok daha kolay bir tarzda neticeye gidilebilecek bir başka çözüm önerilir. Karbon eşdeğeri usulü diye isimlendirilen bu çözümde, çeliğin bileşiminde mevcut ulaşım elementlerinin miktarları bir formülde yerlerine konarak bir değer hesaplanır ve bu değere karbon eşdeğeri ismi verilir.

Kaynakta çeliğin sertleşme kabiliyetini belirten bir değer sayısının bulunması ve bununla çeliğin bileşimine dayanarak kaynak kabiliyetini belirten bir formülün elde edilebilmesi için çok gayret sarf edilmiştir. Alaşım elemanlarının verdiği sertleşmeye eşdeğerde sertliği sağlayan karbon miktarı tespit edilmiştir; bu şekilde, çeliğin bileşiminde bulunan alaşım elemanlarının oluşturduğu sertliğe eş sertliği veren karbon miktarına karbon eşdeğeri adı verilmiştir. Birçok memleketlerde ve çeşitli standartlarda, kaynaklı konstrüksiyonlarda kullanılacak çeliklerin ihtiva edeceği karbon ve manganez miktarı sınırlandırılmıştır. Zira bu iki element de çeliğin sertleşme kabiliyeti dolayısıyla çatlak teşekkülü olasılığını arttırırlar.

Karbon eşdeğeri büyüdükçe kaynaktan sonra soğumanın yavaşlatılması gerekmektedir, bunun için de yegane çözüm, parçaya kaynaktan evvel bir ön tav uygulamak ve bu suretle soğuma hızını yavaşlatmaktır. Karbon eş değerine bağlı olarak ön tav sıcaklıkları tespit edilmiş olduğundan uygulamada olay oldukça basite indirgenmiştir. Yalnız burada katiyetle bilinmesi gereken çeliğin bileşimidir.

Karbon eşdeğerinin hesaplanması konusunda, literatürde çok çeşitli formüllere rastlanmaktadır. Bunlar salt bilimsel açıdan düşünüldüğünde, ne çelikleri sınıflandırma için bir kriter olabilmekte ve ne de kaynak kabiliyetinin bir ölçüsü olarak kullanılabilmektedirler. Ama buna mukabil uygulamada kullanılabilir, tatminkâr neticeler veren ampirik bağıntılardır.

Bugün en fazla kullanılan karbon eşdeğeri formülleri şunlardır.

 

1.Dearden ve H.O. Neill karbon eşdeğeri formülü

 

2.Kihara, Suzuki, Oratin ve Tamura’nın geliştirdiği eşdeğeri formülü:

 

3.B.J.Bradstreet’e göre:

 

4.Société National de Chemin de Fer (Fransa)in kullandığı karbon eşdeğeri

 

5.K.Winterton’a göre karbon eşdeğeri formülü

 

6.Milletlerarası Kaynak Enstitüsünün (IIW) IX No’lu Komisyonuna (Kaynak Kabiliyeti Komisyonu) göre karbon eşdeğeri formülü

 

Görüldüğü gibi, bütün formüllerde karbon ve kısmen mangan haricindeki bütün elementlerin etkinlikleri farklı yorumlanmaktadır. Bu da yukarıda belirtilmiş olan hususları bariz bir şekilde kanıtlamaktadır.

Milletlerarası Kaynak Enstitüsünün Kaynak Kabiliyeti Komisyonu, çatlamaya karşı bir emniyet olarak ITAB’de sertliğin 350 HV (Vickers) kp/mm^2’ yi aşmamasını önemle tavsiye etmektedir. ITAB’nin sertliğini düşürmek için tatbik edilen en klasik yol parçaya kaynaktan önce bir ön tav tatbik etmek ve bu sıcaklık derecesinde kaynağı yapmaktır. Bu şekilde soğuma hızı kritik soğuma hızından daha yavaş bir hıza düşürülmektedir. Bir çok araştırmacıya göre ikinci bir usul de parçaya kaynaktan sonra bir normalizasyon tavı tatbik etmektir. Bu şekilde parça normalize edilmiş olduğundan ITAB’de martenzite rastlanmaz.

Bu ikinci usul martenzitin yok edilmesi açısından çok emin bir usul olmasına rağmen, bilhassa basınçlı kaplar gibi, kalıcı gerilmelerin şiddetli olduğu hallerde uygun değildir. Zira ilkel soğuk çatlaklar martenzit oluştuktan sonraki soğuma hızı ve kalıcı gerilmelerin şiddetinin etkisi ile oluşmaktadır. Şu halde kaynaktan sonraki ısıl işlemin bu çatlaklara bir etkisi yoktur. Yalnız işletme esnasında doğabilecek çatlaklara tesiri vardır. Bu bakımdan ön tav bileşimin bir ısıl işlem gerektirdiği hallerde şarttır. Gerekirse emniyeti arttırmak açısından bir normalizasyon yapılabilir.

Bir yapı çeliğine tatbik edilecek ön tavı karbon eşdeğeri ile belirten bir takım formüller mevcutsa da en emniyetli husus hiçbir formül kullanmadan şu ön tav değerlerini tatbik etmektir.

Karbon eşdeğeri (%)	Ön tav sıcaklığı oC
0.45’den küçük	Normal atmosfer şartlarında ihtiyaç yoktur.
0.45 ilâ 0.60	100 ilâ 200
0.60’dan büyük	200 ilâ 350

Karbon eşdeğeri görüldüğü gibi tamamen çeliğin bileşimi ile ilgili olup, kaynağa tatbik edilen enerji, kaynak ağız formu, parçanın geometrisi ve kalınlığı ile ilgili faktörleri içermemektedir. Bilindiği gibi bunlar soğuma hızını birinci derecede etkileyen ve dolayısıyla ITAB’de oluşan iç yapıyı da etkileyen faktörlerdir. Örneğin kalınlığında ve karbon eşdeğeri % 0.45 civarında olan bir çelik ön tav verilmeden kaynak edildiğinde, IIW tarafından kritik sertlik derecesi diye kabul edilen 350 HV den daha sert bir ITAB göstermektedir. Aynı parça 100 ^oC’lik bir ön tav tatbik edilerek kaynatıldığında, ITABnin sertliği, hemen kritik sertlik değerinin altına düşmektedir. Bu olayı göz önünde bulundurarak Daniel Seferian, parça kalınlığının soğuma hızına olan etkisini de içeren bir ön tav sıcaklığı tespit formülü teklif etmektedir; buna göre ön tav sıcaklığı şu tarzda hesaplanmaktadır:

T_{ön tav}=350 C’ _eş – 0,25

C’_eş= C _eş- (1+0,005d)

d: mm olarak saç kalınlığı.

Yalnız bu formülde Seferian kendi geliştirdiği ve yukarıda diğer karbon eşdeğeri formülleri arasında bahsedilmemiş olan şu karbon eşdeğeri ifadesini kullanmaktadır:

_eş = 360C+40(Mn+Cr)+20Ni+28 Mo

 

Sadece bir yaklaşım olan kaynak eşdeğerinin kullanılması halinde riskleri bertaraf edebilmek için, kaynak öncesi yapılması gereken ön tav sıcaklık derecesi, aşağıda belirtilmiş olan durumlarda, verilmiş olan değerlerin üst sınırlarında seçilmeli ve hatta gerekirse de aşağıdaki özel durumlarda bu sınırlarda aşılmalıdır.

1.Esas metal bir Thomas çeliği veya gazı alınmamış bir çelik ise,

2.Çeliğin yapısı kaba taneli ise,

3.Kaynatılan parça büyük ve karışık şekilli ise,

4.Parça kalınlığı büyük ise,

5.Kaynak esnasında az enerji tatbiki gerekiyorsa, mesela ince çaplı elektrot ile kaynak yapılıyorsa,

6.Kullanılan kaynak metali kâfi derecede tok değilse,meselâ bazik karakterli elektrot kullanılmıyorsa,

7.Kaynak işleminin yapıldığı mahallin sıcaklığı çok düşük ise.

Yüksek mukavemetli yapı çeliklerinde ITAB’de, kaynak neticesi oluşan sertliği Kihara, Suzuki ve Kanatani karbon eşdeğerine bağlı olarak şu şekilde ifade etmektedir:

HV_{10 max} =(666x %C_eş+40) ± 40 kp/mm²

Bu ifade tamamen deneysel çalışma mahsulü olup, gene aynı araştırıcılar tarafından geliştirilmiş ve 2 No’lu formül olarak verilmiş olan C_eş ifadesi ile birlikte geçerlidir.

Sertleşmeye meyli olan, karbon eşdeğeri % 0,45’ten daha büyük olan çeliklerin emniyetle kaynak yapılabilmesi için kaynak esnasında şu hususlara gereken itina gösterilmelidir:

1.Uygun seçilmiş bir ön tav sıcaklığı tüm parçaya tatbik edilmelidir,

2.Bütün kaynak işlemi esnasında bu sıcaklığın sabit kalmasına gereken itina gösterilmelidir,

3.Kurutulmuş bazik karakterli örtülü elektrot kullanılmalıdır,

4.Parçaya bir gerilme giderme tavlaması tatbik edilecekse, mümkün olduğu kadar hemen kaynaktan sonra, parça soğumadan tatbik edilmelidir. Parça tavlamadan sonra fırında 300°C’ye kadar soğuduktan sonra çıkarılmalı ve sakin havada soğumaya terk edilmelidir.

Bilindiği gibi bütün alaşımlı çeliklerin hızlı soğutma ile sertleştirilebilmeleri mümkün değildir. Ostenitik çelikler diye isimlendirilen krom-nikelli paslanmaz ve kimyasal etkilere dayanıklı çelikler, yüksek miktarda mangan ihtiva eden aşınmaya dayanıklı çelikler, normal sıcaklıklarda dahi ostenitik yapıyı haizdirler. Soğuma esnasında dönüşme meydana gelmediğinden su verme işlemi ile sertleştirilebilmeleri mümkün değildir. Bunlar takriben den itibaren hızla soğutulduklarında en sünek hallerini gösterirler. Bunlar içerdikleri alaşım elementlerinin cinsine bağlı olarak uzun süre 500- sıcaklıkları arasında tutulmamalıdırlar. Karbür teşekkülü ve ayrışması dolayısıyla korozyon dayanıklılıklarını yitirirler ve ITAB’de karbür ayrışması dolayısıyla gevrekleşir.

Temperlenmiş, ince taneli yapı çeliklerinden kaynakla imal edilen yüksek basınçlı buhar kazanları, proses tankları, nükleer reaktör basınçlı kapları vsy. yüksek basınca dayanıklı kaplarda kaynak işleminden ortaya çıkan iç gerilmelerin kötü etkilerini azaltabilmek için bu gibi parçaların bir gerilme giderme tavına tabi tutulmaları gereklidir. Tav süresi her milimetre kalınlık için 2 dakika olmak üzere tespit edilir; tav sıcaklığı 550 ilâ arasında, çelik imalatçısının tavsiye ettiği sıcaklık derecesinde yapılmalıdır. Zira bazı çeliklerde bilhassa ince taneli az alaşımlı, yüksek mukavemetli modern yapı çeliklerinde yanlış seçilen gerilme giderme tavı sıcaklığı gevrekleşmeye yol açmaktadır. Parça tav süresinden sonra tercihan fırın içinde 250- ye kadar soğutulmalı ve sonra sakin havada mümkün olduğu kadar üzeri örtülü olarak soğumaya terk edilmelidir.

Kaynak işlemi esnasında, örtüsü rutubet kapmış elektrotla, tozla çalışma veya çok rutubetli bir ortamda kaynak yapma neticesinde kaynak banyosu hidrojen kapabilir ve bu hidrojen ITAB’ye diffüzyonla geçerek sertleşen yapıda çok tehlikeli dikiş altı çatlaklarına sebep olur. Bu bakımdan sertleşmeye eğilimli çeliklerin kaynağında muhakkak iyi kurutulmuş bazik karakterli elektrot veya bazik toz kullanmak gereklidir. Depolarda uzun süre beklemiş elektrot ve tozlar ambalajları açılmamış dahi olsalar kullanmadan evvel muhakkak kurutmaya tabi tutulmalıdırlar.

Ostenitik çeliklerde, ITAB’nin yüksek sıcaklığa maruz, erime çizgisine yakın yerlerinde, tane sınırlarında teşekkül etmiş metaller arası fazlar kolayca erir ve kaynak işleminden ortaya çıkan çekme gerilmeleri nedeniyle buralarda taneler birbirinden ayrılarak sıcak çatlaklar meydana gelir. Bu bakımdan bu tip çeliklerin kaynağında ferritik-ostenitik kaynak metali kullanıldığında pasolar arasında parça sıcaklığının yi aşmamasına dikkat edilmeli ve aynı zamanda mümkün olduğu kadar düşük akım şiddeti ile çalışılmalıdır.

Çeliklerin sıcaklık ve zaman karşısında davranışları göz önünde tutularak kaynak kabiliyeti bakımından çelikleri şu şekilde sınıflandırabiliriz:

1.İyi bir kaynak kabiliyetine sahip olan bu çelikler: Bilinen konvansiyonel kaynak usulleri ile hiç bir tedbir gerektirmeden kaynak edilebilirler ve ITAB’lerinde tane büyümesi haricinde bir yapı değişikliği ve sertleşme meydana gelmez. Bu özellik genellikle karbon eşdeğeri % 0,45’ten küçük olan çeliklerde mevcuttur.

2.Orta derecede kaynak kabiliyetine sahip olan bu guruba giren çeliklerde emniyetli bağlantılar elde edebilmek için kaynak usulü ve malzemesi itina ile seçilmeli, kaynak bir ön tav tatbik edilerek yapılmalı ve gerekli hallerde kaynağı müteakip bir gerilme giderme tavı tatbik edilmelidir. Bu guruba giren çeliklerin karbon eşdeğeri % 0,45 ilâ 0,60 arasındadır.

3.Kötü derecede kaynak kabiliyetine sahip çelikler. Bu guruba giren çelikler ancak özel koşullar altında kaynak edilirler. Bunlara ancak tamir ve doldurma işlerinde ve insan hayatına zarar vermeyecek hallerde kaynak tatbik edilir. Bu çelikler, özel kaynak metali kullanarak ve yüksek bir ön tav sıcaklığı ve kontrollü bir soğutma tatbik edilerek kaynak edilebilirler ve genelde ITAB’nin sertleşmeyeceği tüm olarak garanti edilemez. Bu son husus bilhassa karbon eşdeğeri % 1 den büyük olan yüksek alaşımlı ve karbonlu çelikler için önemlidir.

Görüldüğü gibi karbon eşdeğeri yardımı ile olaya yaklaşım sadece ITAB’nin sertliği hakkında fikir vermektedir. Yapı hakkında bir şeyler belirtmesine rağmen, özellikleri bilinen bir metalsel malzeme, bilhassa çelikler halinde, sertlik yapının diğer özellikleri hakkında yeterli bilgiler verebilir.

İşletmelerde, hasarlı parçaların hemen tamiri gerekir, zira hasarlı parça kaynakla tamir edilip yerine takılmak zorundadır. Genellikle de parçanın malzemesinin bileşimi hakkında da bir bilgi yoktur ve tabiatı ile de kaynak atölyesinden böyle bir parçanın kaynaktan evvel kimyasal bileşimi tespit etmek için analiz etmesi beklenemez. Bu gibi hallerde ilk yapılacak şey malzemeyi kıvılcım ve eğe testine tabi tutmaktır. Parça yüzeyine sürülen bir eğe, parçanın daha evvelce bir sertleştirme işlemine tabi tutulup tutulmadığını kolaylıkla belirtir.

Kıvılcım testi ise parçanın zımpara taşına tutulup, çıkan kıvılcımlara bakarak (rengine ve şekline) bileşimin takriben belirlenmesidir. Parça, taşa çıkan kıvılcımların boyu olacak tarzda bastırılır ve loşça bir ortamda bu kıvılcımlara bakan tecrübeli bir kişi, büyük bir yaklaşıklıkla çeliğin bileşimindeki elementleri ve bunların takribi miktarlarını belirtebilir. Bu konuda tecrübesi olmayanlar dahi, renk körü olmadıkları takdirde, birkaç saatlik bir çalışma neticesinde, bir çeliğin karbonlu veya alaşımlı olduğunu ve sade karbonlu çelik halinde ise az karbonlu, orta karbonlu ve yüksek karbonlu diye çelikleri ayırt edebilecek tecrübe ve bilgiye sahip olabilirler. Ayrıca mukayese için bileşimi bilinen çeliklerden numune parçalar kullanarak daha iyi bir kontrol yapmak mümkün olabilir.

Uygulamada ısıl işlem neticesi sertleşebilen ferritik çeliklerle, sertleşemeyen (karbon eşdeğerleri çok büyük olmasına rağmen) ostenitik çelikleri birbirlerinden ayırmak için genellikle basit bir usul olan mıknatıs testi kullanılır. Ostenitik çelikler antimagnetik olduklarından mıknatıs tarafından çekilmezler. Yalnız burada dikkat edilmesi gereken husus, mıknatısın mekanik olarak işlenmiş veya şekil değiştirme neticesi sertleşmiş bölgelere tatbik edilmemesidir; zira şekil değiştirme neticesinde bu kısımlar yerel olarak magnetik hale geçebilir.

Bazı hallerde kaynak yapılması gereken parçaların malzemesi gerektirdiği halde, konstrüksiyonun, kaynak şartlarının veya imkanların müsaade etmemesi dolayısıyla ön tav uygulamak mümkün olmaz; bu gibi hallerde aşağıda belirtilmiş olan koşullara uyularak, sadece tamir gayesi ile kaynak yapmak mümkün olabilir:

1.Ağız formunun ve parça boyutlarının müsaade ettiği en kalın çaplı elektrotu kullanılmalı;

2.Elektrot imalatçısı tarafından verilmiş olan kaynak akım şiddeti aralığının üst sınırını seçilmeli,zira kaynağa tatbik edilen enerji arttıkça soğuma yavaşlar.

3.Bazik örtülü ostenitik elektrot kullanılmalı, bu şekilde kaynak dikişinde meydana gelmesi muhtemel çatlaklara mani olunabilir, zira ostenitik çelikler daha toktur.

4.Kaynak bağlantısı hiçbir zaman tek paso ile yapılmamalıdır, mümkün olduğu kadar çok pasolu kaynak tercih edilmelidir.Zira her yeni paso, bir evvelki pasonun ITAB’sine hafif bir temperleme etkisi yapar ve dolayısıyla bu kısmın gevreklik ve sertliğinde bir azalma meydana gelir. Bu konuda bir çok araştırmacı kaynak tamamlandıktan sonra ilave olarak esas metale değmeden sadece dikiş üzerinde kalacak şekilde bir temper pasosunun yapılmasını şiddetle tavsiye ederler.

5.Kaynak esnasında mümkün olduğu kadar elektrota sarkaç hareketi vererek geniş bir dikiş elde edilmelidir.

6.Kaynağa pasolar arasında ara vermeden devam edilmeli ve kaynak işlemini müteakip parça yavaş soğuyabileceği bir mahalde, tercihan üzeri örtülü olarak, soğumaya terk edilmelidir.

 

Bütün bu tedbirler sadece tamir kaynaklarında bir çözüm olarak görülmelidir. Kaynağın bir imal usulü olarak kullanıldığı hallerde, riske girmemek için muhakkak surette karbon eşdeğeri % 0.45 ten fazla olan çelikler (ostenitik çelikler hariç) ön tav uygulanmadan kullanılmamalıdır.

 

Karbonlu ve alaşımlı yapı çelikleri ve makine imalat çeliklerinin büyük bir kısmına, bahsedildiği şekilde, bileşime bağlı olarak,karbon eşdeğeri yardımı ile belirlenmiş bir ön tav tatbik ederek kaynak yapmak mümkündür.

Bu tür çeliklere şu kaynak usulleri uygulanır:

1.Oksi asetilen kaynağı

2.Örtülü elektrotla elektrik ark kaynağı

3.Toz altı kaynağı

4.MAG kaynağı

5.Elektro cüruf kaynağı

Argon veya helium kullanan TIG ve MIG kaynak usulleri teorik olarak tatbik edilebilirse de koruyucu gazın maliyette büyük etkide bulunması dolayısıyla kullanılmazlar.

Oksi asetilen kaynağı sadece küçük parçaların tamir kaynağında kullanılır.

Günümüzde bilhassa parçaların tamiri işleri için elektrik ark kaynağı usulü ve örtülü elektrot tercih edilmektedir. Doldurma işleri için zaman zaman toz altı kaynak usulü ve MAG kaynak usulü de tatbik edilmektedir.

İmalat işlerinde ise; örtülü elektrot ile elektrik ark kaynağı, MAG kaynağı, toz altı kaynağı ve elektro cüruf kaynağı usulleri kullanılmaktadır. Usullerin seçiminde, parçanın şekli, boyutları, sayısı ve yatırım maliyeti göz önünde bulundurulur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III.2.- Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Mekanik özellikler açısından, ekonomik olarak tedarik edilebilen az alaşımlı çeliklerden pek büyük farklılık göstermeyen paslanmaz çeliklerin, yüksek maliyetlerine rağmen uygulamada yaygın olarak kullanılmalarının esas nedeni, yüksek bir korozyon direncine sahip olmalarıdır. Çelikte korozyona karşı mukavemeti arttıran ve ilavesi mutlak surette gereken alaşım elementi kromdur. Paslanmaz çelikler, paslanmazlık özelliğine sahip olabilmeleri için asgari % 12 Cr ihtiva etmek zorundadırlar; artan krom miktarına bağlı olarak da oksidasyona karşı yüksek sıcaklıklardaki dayanımları artmaktadır.

Çeliğin içerisindeki kromun koruyucu özelliği, krom ile oksijenin arasındaki yüksek ilgisinden ileri gelmektedir. Çeliğin içerdiği krom miktarı % 12’den daha fazla olunca çeliğin yüzeyinde belirgin ve oksijeni geçirmeyen ince bir krom oksit tabakası oluşur ve bu tabaka yüzeyi pasif hale getirir ve dış tesirlere karşı korur. Alaşım elementi olarak çeliğin içinde % 12’yi aşan miktarda kromun bulunması, çeliği atmosferin olumsuz etkilerinden koruduğu gibi, HNO₃ (nitrik asit) gibi oksitleyici asitlere karşı da korur, buna mukabil sade krom ihtiva eden çelikler HCI (klorhidrik asit) ve H₂SO₄ (sülfürik asit) gibi redükleyici asitlere karşı dayanıklı değildirler. Bu asitler yüzeyi koruyan kromoksit tabakasını ortadan kaldırırlar ve dolayısıyla çelik korumasız kalır. Günümüz endüstrisinde redükleyici asitlere karşıda iyi bir mukavemet gösteren, içinde nikel, molibden gibi alaşım elementleri bulunan paslanmaz çelikler imal edilmektedir. Bu tür çelikler bileşimlerinde kromun yanı sıra yüksek miktarda nikel ve molibden ihtiva ederler. Krom, çeliğin mekanik özelliklerinin yüksek sıcaklıklarda da muhafaza etmesine katkıda bulunması dolayısıyla kromlu paslanmaz çelikler, yüksek sıcaklıklarda sürünmeye (krip) dayanıklı çelikler olarak da kullanılmaktadır. Günümüz endüstrisinde kullanılan paslanmaz çelikler üç ana guruba ayrılırlar:

1.Kromlu martenzitik paslanmaz çelikler

2.Kromlu ferritik paslanmaz çelikler

3.Krom-nikelli ostenitik paslanmaz çelikler.

Bu guruplar birbirlerinden çeliğin bileşimi, iç yapısı, dolayısıyla kimyasal, fiziksel ve mekanik özellikler bakımından büyük farklılıklar gösterir.Tabiatıyla bu olay bunların kaynak kabiliyetine de büyük ölçüde etki eder.

 

III.2.1. Kromlu Martenzitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Bu guruba giren paslanmaz çelikler genel olarak % 6’dan az krom ihtiva ederler; bileşimlerindeki karbon miktarı % 0.10 ilâ % 1.2 arasında değişir; yüksek miktarda karbon ihtiva edenlerde krom miktarı % 18’e kadar çıkabilir. Bu tür çeliklerin kritik soğuma hızları çok yavaştır, dolayısıyla bunlarda martenzit teşekkülü çok yavaş bir soğuma halinde, örneğin sakin havada soğuma meydana gelir. Martenzitik halde sertleşmiş vaziyette korozyon dirençleri gayet iyidir. ‘ye kadar paslanmazlık özelliklerini yitirmezler, yalnız uzun süre yüksek sıcaklığa maruz kalırlarsa hafif bir korozyon başlangıcı olur bu bakımdan bunlar endüstride sürekli olarak 700°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda kullanılamazlar.

Bu türün az karbon içerenleri, pelton türbini çark ve kanatlarında, buhar türbinlerinde kullanılır. Bu çeliklere de gerilme giderme, 925°C’de de yumuşatma tavı uygulanabilir. Bu tür paslanmaz çeliklerde, çok yavaş bir soğuma halinde bile en kalın kesitlerde dahi martenzit oluştuğundan, ITAB’de ani soğumanın oluşturduğu gerilmeler, kaynak kabiliyetini büyük ölçüde etkiler. Az karbonlu martenzitik paslanmaz çelikler bir takım tedbirler alınarak kaynak edilebilir, yüksek karbonlular ise mümkün mertebe kaynak edilmemelidirler. Az karbonlu martenzitik paslanmaz çeliklerde, martenzit nispeten daha az serttir ve dolayısıyla çatlamaya karşı daha az eğilimlidir. Normal olarak bu çelikler kaynaktan evvel bir ön tavlamaya tabi tutulur. Burada tatbik edilen ön tavlama yüksek karbon eşdeğerli çelikler halinde olduğu gibi ITAB’de bir sertlik azalması meydana getirmez. Sadece oluşan ısıl gerilmeleri azalttığından çatlama ihtimalini azaltır. Bu tür çelikler için uygulanan ön tav derecesi 200-300°C’dir. Kaynak bölgesinde daha tok bir yapı elde etmek ve servis anında parçada ortaya çıkabilecek çatlama olasılığını ortadan kaldırmak gayesiyle parçalar mümkün olan hallerde, hemen kaynaktan sonra, parça soğumadan bir gerilme giderme tavlamasına tabi tutulmalıdır. En iyi süneklik ve tokluk parçanın 800- de 4 saat süre ile tavlanması ve müteakiben çok yavaş bir şekilde tercihan fırında soğutulması neticesinde elde edilir.

Kromlu martenzitik paslanmaz çeliklerin kaynağında, kaynak dikişinin mukavemetinin çok önemli olmadığı ve parçanın da kükürtlü bir ortamda bulunmadığı hallerde ostenitik kaynak metali kullanılır. Ostenitik kaynak metalinin akma sınırının düşük olması kaynaktan sonra oluşan kendini çekme gerilmelerinin oluşturduğu çatlama ihtimalini ortadan kaldırır. Yüksek karbon içeren (% 0.5-1.2) martenzitik paslanmaz çelikler bütün bu tedbirler yardımı ile dahi sağlam bir şekilde kaynak edilemezler.

 

III.2.2. Kromlu Ferritik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Bu tür paslanmaz çelikler bileşimlerinde % 16 ilâ % 30 krom ve % 0.05-0.25 karbon içerirler. Büyük miktarda krom ve çok az miktarda karbon içerdiklerinden bunlarda yüksek sıcaklıklarda veya sıvı halden itibaren soğutulmaları esnasında hiç veya çok az ostenit meydana gelir, dolayısıyla ostenit-ferrit dönüşmesi yoktur. İç yapıları normal olarak ferrit ve karbürlerden müteşekkildir. Bu tip çeliklerin en önemli özellikleri, katı halde bir faz dönüşmesi meydana gelmediğinden su verme yolu ile sertleştirilememeleri ve yüksek sıcaklıklarda korozyon ve oksidasyon dirençlerinin yüksek olmasıdır.

Bu tür çeliklerin sertleştirilebilmeleri ancak soğuk şekil değiştirme ile mümkündür. Az miktarda soğuk şekil değiştirmenin dahi meydana getirdiği sertlik çeliğin biçimlendirilmesini zorlaştırdığından kullanma alanları azdır. Bu çelikler soğuk şekil değiştirme ve sertleşmesini ortadan kaldırmak için ilâ sıcaklıklarında yumuşatma tavlamasına tabi tutulurlar.

Bu tür paslanmaz çelikler, su verme yolu ile sertleştirilemediklerinden ITAB’de martenzit oluşumu tehlikesi meydana gelmez, bu bakımdan martenzitik paslanmaz çeliklere nazaran daha kolay kaynak edilirler.

Kromlu ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağında karşılaşılan en önemli sorun, bu malzemenin 1150°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda tane büyümesine karşı olan aşırı eğilimidir. Kaynak esnasında ITAB’nin bir kısmı 1150°C’nin üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısınır ve dolayısı ile bu bölgede aşırı bir tane büyümesi meydana gelir. Bu tür çeliklerde katı halde östenitin ferrite dönüşmesi olayı meydana gelmediğinden bir ısıl işlem yardımı ile taneleri küçültmenin imkanı yoktur. Normal halde ferritik paslanmaz çeliklere çok ince taneli sünek bir yapıya sahiptirler. Kaba taneli bir yapı haline geçince gevrekleşirler ve çentik darbe mukavemeti düşer ve geçiş sıcaklığı yükselir. Tane büyümesine mani olmak için, bazı tip ferritik paslanmaz çeliklerin bileşimine bir miktar azot ilave edilir. Bu tür paslanmaz çelikler kaynağa daha müsait bir durum gösterir. Elektrota ilave edilen bir miktar azotta kaynak metalinin katılaşması sonucunda ince taneli olmasına yardımcı olur.

Kromlu ferritik paslanmaz çelikler daima bir miktarda karbon ihtiva ederler. Karbonun ferrit içinde çözülme miktarı çok az olduğundan, karbon tüm yapı içinde ince bir şekilde dağılmış karbürler halindedir. Kaynak esnasında ITAB’de bu karbürlerin bir kısmı çözülür ve küçük yerel ostenit bölgeleri meydana getirir. Şekil III.2.1’de Fe-Cr denge diyagramı görülmektedir. Bu diyagram üzerine çeliğin yapısında mevcut karbonun ostenit alanını genişletme etkisi şematik olarak işlenmiştir, buradan da görüldüğü gibi karbon miktarının biraz artması ostenit alanını genişleterek yüksek miktarda krom ihtiva eden çeliklerde dahi ostenit oluşumuna imkan vermektedir. Oluşan ostenit büyüyen ferrit tanelerinin çevresinde bir ağ şeklinde yer alır; soğuma esnasında bu ostenit martenzite dönüşür ve dolayısıyla ITAB’de iri ferrit taneleri etrafında bir martenzit ağından oluşmuş bir yapı ortaya çıkar. Bu yapının sertliğine martenzit bir etkide bulunmaz, zira miktarı çok azdır, buna mukabil kırılgan yapar.

 

Şekil III. 2.1 Fe-Cr denge diyagramı.

Bu tip paslanmaz çeliklerin kaynağında öyle bir kaynak usulü uygulanmalıdır ki ITAB 1150°C’yi aşan sıcaklıklarda mümkün mertebe az kalmalıdır. Bu ise ancak kaynağın çok kısa pasolarla yapılması ve hemen soğutulması ile gerçekleştirilebilir. Teorik olarak iri taneli hale gelmiş yapıyı sıcak dövme ile, örneğin kaynak bölgesinin çekiçlenmesi ile islah etmek mümkündür. Yalnız bu her parçaya tatbik edilemez ve edilebilen parçalarda da her zaman güvenilir bir etki göstermez, aksine dövme işlemi parça soğumaya yüz tutmuş iken yapılırsa, esasen gevrekleşmiş olan ITAB’de çatlak oluşmasına sebep olunur.

Kromlu ferritik paslanmaz çeliklerin kaynağında ortaya çıkan bir diğer tehlike de, krom ve demirin bir metallerarası fazı olan çok kırılgan ve gevrek sigma (s) fazının oluşmasıdır. Bu olay sıcaklığın uzun süre 400^°C ila 550^°C arasında tutulması neticesinde ortaya çıkar bu bakımdan bu çeliklere hiçbir zaman 400^°C’nin üzerinde bir öntav uygulanmamalıdır.

Yüksek miktarda krom ve karbon içeren ferritik paslanmaz çeliklere, ITAB’nin özelliklerinin geliştirilmesi bakımından, 200^°C’lik bir öntav uygulanabilir, diğer hallerde bu çeliklerin kaynağında ön tav uygulanmaz.

Kaynaktan sonra 750-850°C’lik bir tavlamayı müteakip hızlı bir soğutma, bu çeliklerde ITAB’nin sünekliğinin ve taneler arası korozyona direncin artmasına yardımcı olur.

Kaynak edilmiş parçaların soğuk şekillendirilmesi ve zorlanması 300-400°C’ lik bir tavlamadan sonra yapılmalıdır. Zira bu çeliklerin şekil değiştirme kabiliyeti, bu sıcaklık derecesinde hissedilebilir şekilde artmaktadır.

Kaynak dikişinde erimiş bölgede, tane büyümesinin sebep olduğu gevrekliğe ostenitik elektrot kullanarak mani olunabilir. Az karbonlu ferritik paslanmaz çelikler halinde 18/8 tipi, % 0,1’den fazla karbon ihtiva eden çelikler için ise % 25 Cr ve % 20 Ni ihtiva eden elektrotlar iyi netice vermektedir.

 

III.2.3. Krom-Nikelli Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Bu tür paslanmaz çelikler bileşimlerinde % 12-25 krom ve % 8-25 Nikel içerirler. Nikel kuvvetli bir ostenit yapıcı olduğundan, bu çeliklerde katılaşma esnasında ortaya çıkan ostenit oda sıcaklığının altındaki sıcaklık derecelerinde dahi dönüşmeden kalır. Soğuma esnasında ostenit ferrit dönüşümü olmadığından bu tür paslanmaz çelikler de su verme yoluyla sertleştirilemezler. Bu grup paslanmaz çelikler içinde en fazla tanınan 18/10 çeliği diye isimlendirilen bileşiminde % 18 Krom ve % 10 Nikel içeren tipidir. Antimagnetik olan bu tür paslanmaz çeliklere ekseri hallerde korozyon mukavemetini arttırmak gayesi bir miktar da Molibden katılır. Bu çeliklerin kaynak kabiliyeti açısından en önemli özellikleri şunlardır:

a.Isı iletme katsayıları oda sıcaklığında az alaşımlı ve sade karbonlu çeliklerin 1/3’ü kadardır.

b.Isıl genleşme katsayıları sade karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin takriben 1.5 mislidir, yani % 50 daha fazladır.

c.Alaşımsız karbonlu çelikler düşük bir elektrik iletme direncine sahiptirler, bu tür paslanmaz çeliklerde ise bu değer 5 ila 7 misli daha büyüktür.

Bu özellikler dolayısı ile krom nikelli çeliklerin kaynağında, sade karbonlu çeliklerin kaynağında daha fazla kendini çekme meydana gelir. Kaynak dikişinin soğuması esnasında büyük büzülmelerin meydana gelmesi neticesinde, bu bölgede oluşan şiddetli iç gerilmeler çatlama tehlikesine yol açar. Bu tür paslanmaz çeliklerin bilhassa çift taraflı iç köşe dikişlerinde sıcak çatlakların oluşma ihtimali çok fazladır.

Bu fiziksel olayların yanı sıra iki önemli metalürjik etkende krom nikelli ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağını zorlaştırır. Bunlardan birincisi (d) delta ferrit fazının oluşumu diğeri ise karbür çökelmesi olayıdır. Krom nikelli ostenitik paslanmaz çelikler sıvı halden itibaren katılaşmaya başlayınca, ostenit ve ferrit taneleri oluşur. Bu ferrit ostenitin dönüşümü sonucunda ortaya çıkan ferritten farklıdır. Katılaşma normal olarak endüstride ingota dökülen bir sıvı metalin katılaşmasında görülen bir süratle cereyan ettiği zaman bu tür çeliklerin yapısı ostenit taneleri arasına serpiştirilmiş ferrit tanecilerinden meydana gelir. Ferrit bu malzemeyi sıcak dövme ve haddeleme için uygun olmayan bir hale sokar, sıcak şekil değiştirme esnasında malzemede çatlaklar oluşur. Bu olaya mani olabilmek için katılaşan krom nikelli ostenitik paslanmaz çeliklerde soğumanın çok yavaş bir hızla seyretmesi gereklidir. Bir başka çözüm yolu da bu çeliğin uzun bir süre 1150°C’de tavlanması ve hızlı soğutulmasıdır. Ostenit yapıcı elementler olan nikel ve mangan miktarının çeliğinin bileşiminde artması ferrit oluşumu ihtimalini zayıflatır.

Ostenitik krom nikelli paslanmaz çelikler oda sıcaklığında ve daha düşük sıcaklıklarda mutlak olarak içyapı bakımından kararlı değillerdir. Bu çelikler de aşırı soğuk şekil değiştirme, bilhassa dövme, sonucunda kısmen bir martenzitik yapı elde edilebilir.

Bilhassa 18/8 ve 18/10 tipi gibi bazı krom nikelli ostenitik paslanmaz çelikler ila arasında bir sıcaklığa kadar ısıtılıp o sıcaklıkta tutulduklarında bir karbür çökelmesi meyil kendini gösterir. Bu tür çeliklerin eldesi sırasında krom ve karbonun ostenit içinde çözüldüğü sıcaklığından itibaren hızla soğutulurlar. Bu şekil de bu elementlerin çökelme tehlikesi ortadan kalkmış olur ve oda sıcaklığında karbonun diffüzyon hızı çok düşük olduğundan servis sırasında meydana gelme ihtimali yoktur. Sıcaklığın 450^°C’nin üzerine çıkması karbonun diffüzyon hızı, karbonu tane sınırlarından dışarı çıkartacak derecede artar. Tane sınırlarında biriken karbon, kroma karşı yüksek affinitesinden dolayı bu bölgede kromla birleşerek krom karbür meydana getirir. Krom karbürün ağırlık olarak % 90’ını krom meydana getirdiğinden çok az bir karbon dahi bulunsa tane sınırlarında kromca bir zayıflama meydana gelir. Bunun neticesi olarak malzeme korozif bir ortamda bulunduğu uzaman, kromca zayıflamış olan tane sınırlarında korozyon meydana gelir. Bu Şekil III.2.2’de ortaya çıkan bu tanelerarası korozyon bütün malzemeyi çok kısa bir zaman zarfında kullanılamaz hale getirebilir. Çeliğin karbon içeriği arttıkça da bu olay şiddetlenir.

 

Şekil III.2.2. Ostenit tane sınırlarına çöken krom karbür ağı.

Krom nikelli ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağı esnasında eriyen bölge çok kısa bir zamanda katılaşıp hızla soğuduğundan ve elektrot olarak kullanılan alaşımların karbon içeriği de çok düşük olduğundan, kaynak metali, özellikle kaynak dikişi için karbür çökelme tehlikesi mevcut değildir. Buna mukabil ITAB kaynak süresi kadar 500-900°C sıcaklıkları arasında tavlı olarak kalmakta ve aynı zamanda da burası esas metal olduğu için, karbon içeriğinin yüksek olması halinde, ostenit tane sınırlarında taneler arası korozyonun başlamasına sebep olacak karbür çökelmesi olayı meydana gelecektir. Belli bir karbon içeriği için, karbür çökelmesi olayının şiddeti sıcaklık ve zamana bağlıdır. Çökelme başlamadan evvel sıcaklıkla değişen bir kuluçka periyodu vardır, sıcaklık ve çeliğin karbon içeriği arttıkça bu süre kısalır. Her karbon içeriği için, karbür çökelme olayının en kısa süre zarfında başladığı bir sıcaklık vardır ve buna kritik sıcaklık ismi verilir.

Çeşitli karbon içeriğindeki paslanmaz çelikler için kritik sıcaklıklar

Tek paso ile yapılan elektrik ark kaynağında ila arasındaki sıcaklığa ITAB bir dakikadan daha az bir süre maruz kalır. Buna mukabil çok pasolu kaynak halinde bu süre üç dakikanın üzerine çıkar ve dolayısıyla karbür çökelme tehlikesi baş gösterir.

Karbür çökelmesinin meydana gelebilmesi için karbonun belirli bir miktarın üzerinde olması lazımdır. Yukarıda verilmiş tablodan da görüldüğü gibi karbon içeriğinin azalması, kuluçka periyodunun uzattığından bu tehlike ortadan kalkacaktır. Bu bakımdan kaynakla birleştirilmesi gereken krom-nikelli ostenitik paslanmaz çeliklerin karbon içeriği azami % 0,6, tercihan % 0.03 civarında olmalıdır.

Bu konuda uygulanan bir başka yöntem de çeliğin stabilizasyonu diye isimlendirilir. Bu da, karbonun kroma karşı ilgisinden daha yüksek bir ilgiye sahip bir elementin, çeliğin bileşimine katılması ile gerçekleşebilir. Bu şekilde çeliğin bileşimindeki karbonla bu yeni element karbür oluşturur ve dolayısı ile iç yapının bazı bölgelerinde ortaya çıkan krom azalması meydana gelmez. Stabilizasyon için ilave edilen elementler titanyum, niobyum ve tantal’dır. Bunların oluşturduğu karbürler, tane sınırları boyunca değil, ostenit taneleri içinde ince zerrecikler halinde dağılmış olduklarından, çeliğin mekanik davranışlarında da bir değişiklik meydana getirmezler. Bu stabilizasyonun gerçekleşebilmesi için ilave edilen titanyumun karbonun 4 misli, niobyumun 8 ila 10 misli, tantalın 16 misli miktarda olması gereklidir. Çeliğin stabilizasyonu için genellikle, maliyet açısından titanyum tercih edilir, elektrotların stabilizasyonu için ise, titanyumun kaynak arkında büyük miktarda kaybından ötürü niobyum tercih edilir. Stabilize edilmiş çelikler için de, taneler arası korozyona karşı tam manası ile dayanıklıdır denilemez. Zira, niobyum, titanyum ve tantal karbür 1300^°C’nin üzerinde çözülür ve karbon serbest kalarak krom karbür oluşturabilir. Bu sıcaklığa kadar erişen bölge çok dar olduğu için, erime çizgisine yakın bir yerde çok dar bir bölge korozyona karşı mukavemetini yitirir ve bu bölgeye bıçak izi etkisi veya korozyonu denir.

Kaynak dikişinde ITAB’de veya esas metalde karbür çökelmesinin meydana geldiği hallerde, şayet parçanın boyutları ve konstrüksiyonu müsait ise, bir tavlama yardımı ile bu olayın olumsuz etkileri giderilebilir. Parça 1100^°C’ye kadar tavlanıp, suya sokularak aniden soğutulursa, yüksek sıcaklıkta ostenit içinde çözülmüş bulunan karbürler hızlı soğuma esnasında yeniden oluşamazlar. Tane sınırlarına çökelen krom karbürün olumsuz etkilerini yok etmek bakımından bu usul çok iyi netice vermesine rağmen, uygulamada tercih edilmez, zira böyle bir ısıl işlemin uygulanması pek pratik değildir.

Ferritik paslanmaz çelikler ile % 9’dan daha az nikel içeren ostenitik paslanmaz çeliklerde, kaynak bölgesinde sigma fazının meydana gelmesi, bu çeliklerin kaynak kabiliyetine olumsuz yönde etkir. Sigma fazı çok sert (700-800 HV), antimagnetik ve gevrek özellikte metallerarası bir bileşiktir. Bileşimi takriben % 52 Cr ve % 48 Fe’den ibarettir ve ila arasındaki sıcaklıklarda meydana gelir. Ostenitik çeliklerde bu fazın meydana gelebilmesi için, ostenitik yapı içinde bir miktar da ferrit olması lazımdır. Soğuk şekil değiştirme, niobyum, molibden, silisyum gibi elementlerin mevcudiyeti sigma fazı oluşumunu teşvik eder. Sigma fazının mevcudiyeti çeliğin uzama, büzülme ve çentik darbe mukavemetini azalttığından mevcudiyeti arzu edilmez. Karbür çökelmesini yok etmek için uygulanan ısıl işlem sigma fazının da yok olmasını sağlar. Ostenitik paslanmaz çelik daha önceden bir homojenizasyon tavına tabi tutulmuş ve içindeki ferrit miktarı % 6.5’in altına düşürülmüş ise, kaynak bölgesinde oluşacak sigma fazı bu bölgenin özelliklerine olumsuz bir etkide bulunmaz.

III.2.2.1. Schaeffler diyagramı

Kaynak metali daima bir miktarda eriyen esas metali içerdiğinden, bileşimi elektrot bileşimi yardımı ile belirlenemez. Esas metalin ve elektrotun bileşimleri bilinirse, bunların kaynak esnasındaki karışımları yaklaşık olarak tahmin edilebilir ve Schaeffler diyagramı yardımı ile de iç yapıları tespit edilebilir (Şekil III.2.3).

 

Şekil III.2.3 Schaeffler Diyagramı.

Paslanmaz çeliklerin kaynağında kullanılır, kaynak dikişinin karışım oranına bağlı olarak yapısını anlamamızı sağlar.

 

Paslanmaz çeliklerin karbonlu yumuşak çeliklerle kaynakla birleştirilmesi endüstride çok sık rastlanılan bir olaydır. Bu gibi hallerde martenzitik yapının oluşmaması için evvela karbonlu çeliğin kaynak ağzı yüksek alaşımlı bir ostenitik elektrotla kaplanır (% 25 Cr, % 20 Ni) ve sonra normal bir ostenitik elektrotla kaynak dikişi doldurulur.

Krom-nikelli paslanmaz çeliklere de bir gerilme giderme tavlaması kaynaktan sonra zaman zaman uygulanır, tav sıcaklığı bu tür çeliklerde ila arasında seçilir, tabiatı ile bu tav karbür çökelme ve sigma fazı oluşumu tehlikesi olmayan tür ostenitik paslanmaz çeliklere uygulanır.

Genel olarak paslanmaz çeliklerin kaynağında, oksi asetilen kaynağı, örtülü elektrotla elektrik ark kaynağı, MIG kaynağı, TIG kaynağı ve tozaltı kaynağı usulleri tatbik edilir.

Endüstriye uygulamalarda, paslanmaz çelikler içinde en fazla kaynak edilen tür ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerdir. Ferritik çelikler de bahsedilmiş olduğu gibi genellikle ostenitik kaynak metali kullanılarak kaynak edilirler. Bu çeliklere genellikle elektrik ark kaynağı ve gaz altı usulleri tatbik edilir, bunların kaynağında dikkat edilmesi gereken hususlar daha önceden vurgulanmış olduğundan burada daha ziyade ostenitik krom nikelli paslanmaz çeliklerin kaynağında karşılaşılan sorunlar ele alınacaktır.

 

Oksiasetilen Kaynağı Uygulaması:

Günümüz endüstrisinde, yavaşlığı ve usta kaynakçı gerektirmesi dolayısıyla genellikle sadece tamir işlerinde kullanılan oksi asetilen kaynağı, ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında, bilhassa ince saçların birleştirilmesinde geniş çapta kullanılır. Bu kaynak usulünü uygularken dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır:

1- .den ince parçaların kaynağında kullanılmalıdır.

2- Kullanılan üflecin numarası, aynı kalınlıktaki bir yumuşak çeliğin kaynağında kullanılandan 1 ila 2 numara daha küçük olmalı ve bilhassa mızrak tipi alev veren üfleçler tercih edilmelidir.

3- Kaynak alevi nötr aleve çok yakın hafif karbonlayıcı olmalıdır.

4- Kaynak esnasında oksidasyonu önlemek için, bu tür çelikler için geliştirilmiş özel dekanlar kullanılmalıdır.

5- Kullanılan ilave metal esas metalin bileşiminde olmalıdır, saçların kaynatılması halinde ise, saçtan kesilmiş ince şeritler kullanılmalıdır.

 

Elektrik Ark Kaynağı Uygulaması:

Ostenitin krom nikelli paslanmaz çeliklerin elektrik ark kaynağı için rutil ve bazik örtülü elektrotlar geliştirilmiştir ve bunlar örtülerinde stabilizasyon elementleri de içerirler. Gerek rahat çalışma imkanı ve gerekse tutuşturulma kolaylığı açısından bilhassa yatay pozisyonlarda 5 m’den ince kalınlıktaki parçaların kaynağında rutil örtülü elektrotlar tercih edilir. Buna mukabil yüksek mekanik özelliklere sahip, çeşitli pozisyonlarda kalın parçaların kaynağında ise bazik örtülü elektrotlar tercih edilmelidir. Bazik örtülü elektrotları gerek tutuştururken ve gerekse de kullanırken normal az alaşımlı çeliklerin kaynağında kullanılan bazik elektrotları kullanırken dikkat edilmesi gerekli olan hususlar bunlar için de geçerlidir. Bu bakımdan, bir çok kaynak rutil karakterli elektrotları kullanmayı tercih eder.

Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler sıcak çatlamaya karşı hassastırlar ve bu olay bilhassa örtülü elektrotla yapılan elektrik ark kaynağında kendini şiddetle hissettirir, bu gibi hallerde alınması gereken tedbirler ve dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır:

1- Kaynak işlemi için mümkün olan en ince çaplı elektrot seçilmelidir.

2- Mümkün olan en düşük akım şiddeti kullanılmalıdır.

3- Elektrota zig-zag hareketi verilmemeli pasolar mümkün olduğu kadar ince çekilmelidir.

4- Çok pasolu kaynak halinde, her paso çekildikten sonra, parça oda sıcaklığına kadar soğutulmalı ve ikinci paso sonra çekilmeli ve soğutmanın mümkün olduğu kadar hızlı bir şekilde gerçekleşmesi sağlanmalıdır.

5- Kaynağın bitimindeki krater muhakkak doldurularak kapatılmalıdır; kaynak esnasında çatlak tespit edilirse, çatlak kısım muhakkak taşlanarak çıkartılmalı ve sonra kaynakla doldurulmalıdır.

 

 

Gazaltı Kaynak Uygulaması:

Gazaltı kaynak usullerinde, kaynak dikişi argon veya helyum gibi bir asal gaz atmosferi tarafından korunduğundan yanma kayıpları meydana gelmez.

Günümüz endüstrisi, paslanmaz çeliklerin kaynağında gazaltı usullerini büyük çapta kullanmaktadır. Standart bileşimdeki paslanmaz çelikler için MIG kaynağı tel elektrotları kolaylıkla günümüzde tedarik edebilmektedir. Bu usulün güçlü ve süratli olması bilhassa paslanmaz çeliklerden teçhizat yapan firmaların tercihine neden olmaktadır. Bu usulün tatbikinde normal birleştirme kaynaklarında elektrot pozitif kutba, iç köşe kaynakları ve doldurma işlerinde ise negatif kutba bağlanır, ayrıca sıçrama kaybının çok az olması kaynaktan sonra temizleme işlemlerini asgariye indirmekte ve bir çok halde de dikişin yüzey düzgünlüğü işlenmeden kullanmaya elverecek düzgünlükte olmaktadır. İnce saçların kaynağında TIG usulü daha uygun olmaktadır.

 

Tozaaltı Kaynak Uygulaması:

Paslanmaz çeliklerin tozaltı kaynağı ile, normal yapı çeliklerinin tozaltı kaynağı arasında prensip bakımından bir fark yoktur, yalnız burada kullanılan toz ve elektrot farklıdır. Bu kaynak usulünün tatbikinde parçaya fazla miktarda ısı verilmesi ve parçada kaynak banyosunun büyümesi ve parçanın uzun süre yüksek sıcaklıkta kalması bazı mahzurlar doğurmaktadır. Tozaltı kaynağı günümüzde bilhassa normal çelikler üzerine paslanmaz çelik doldurma işlerinde kullanılmaktadır.

 

Günümüz endüstrisinin geliştirmiş olduğu imkanlarla artık paslanmaz çeliklerin kaynağı bir sorun olmaktan kurtulmuştur. Gerek korozyon, gerek sürünme ve gerekse de mukavemet ve görünüş bakımından esas metalden farkı olmayan kaynak bağlantıları, yukarıda bahsedilmiş olan hususlara dikkat etmek şartı ile kolaylıkla gerçekleştirilebilmektedir.

 

III.2.2.2. Schaeffler Uygulaması

İlave Metalin Seçimi ve Karışımın Önemi

 

Alaşımsız ya da az alaşımlı çeliklerin ostenitik paslanmaz çeliklerle birleştirilmesi, genellikle sadece yüksek alaşımlı ilave metallerle sağlanmaktadır. Tüm kaynak metallerinin kimyasal bileşimleri ve yaygın olarak ostanitik-ferritik bağlantılarda kullanılan delta ferritik içerikleri ile ilgili örnekler Tablo III.1’de verilmiştir. 1’den 3’e numaralandırılmış alaşımlar delta ferritik içeriği arttırılmış ostenitik ilave malzemelerini, 2 ve 3 numaralı alaşımlar yüksek Cr ve Ni içerikli olup karışıma sırasında düşük alaşımlı ferritik çeliklerin alaşım kaybını karşılamak nedeniyle kullanılırlar. 4 numaralı alaşım, yüksek karbon içeren düşük alaşımlı ferritik çeliklerin kaynağının çok iyi yapılmasını sağlayan %4-5 manganez içeren tamamen ostenitik ilave metalidir. 5 nolu ilave metali, özellikle kaynaktan sonra ısıl işleme ihtiyaç duyan ve yüksek çalışma sıcaklıklarına maruz kalan parçalarda kullanılan nikel esaslı bir alaşımdır. 1-4 nolu ilave metalleriyle karşılaştırıldığında, bu alaşımın yüksek nikel içeriğinden dolayı düşük alaşımlı ferritik çelikten, yüksek alaşımlı kaynak metaline olan karbon difüzyonu yavaşlamaktadır. Ayrıca bu alaşım, kaynak metali (no.5) yüksek sıcaklıklarda ya da kaynak yapıldıktan sonraki ısıl işlem sonucunda gevrek faz çökelmesine yönelimini arttırmamaktadır. Özellikle şu belirtilmelidir ki nikel esaslı kaynak metalinin ısıl genleşme katsayısı düşük alaşımlı ferritik çelikle aynıdır. Bu durum özellikle ferritik-ostenitik gibi birbirinden farklı bağlantılarda oluşan değişken ısıl gerilmelerde önemlidir.

Birbirinden farklı herhangi iki kaynak ilave metalinin başlıca görevi ferritik çelikle ostenitik paslanmaz çelik arasında çatlaksız ve dayanıklı kaynak bağlantısı sağlamaktır. Ostenit-ferrit kaynaklı bağlantısındaki işlemleri anlamak için en temel başvuru kaynağı Schaeffler diyagramıdır.

Bu diyagramın pratikteki uygulaması Şekil.III.3.ve4’de görülebilir. Farz edelim ki %0.2 karbonlu yumuşak çelik (A1) 18Cr/10Ni ostenitik paslanmaz çelikle (B) birleştiriliyor. Kullanılması gereken ilave metal yüksek alaşımlı 23Cr/12Ni ile kaplanmış elektrottur. Şekil III.3.4’de tüm kaynak metalinin analizi C noktasına denk gelmektedir. Kaynak sırasında, kaynak metali alaşımsız çelikle kısmen sertleştirilmiş olduğu için yüksek alaşımlı ilave metalin kullanılması gerekir. Örnekte eşit miktardaki yumuşak çelikle ostenitik paslanmaz çeliğin sertleştirileceği kabul edilmiştir. Yüksek alaşımlı kaynak metali, eşit parçalardan oluşan yumuşak çelik ve 18Cr/10Ni tipindeki ostenitik paslanmaz çelikten oluşan D1 alaşımıyla karıştırılmıştır. Eğer Şekil III.3.4’deki D1 ve C noktaları düz bir çizgiyle birleştirilmişse değişik kaynak metal değerlerindeki karışım yüzdelerine bakarak haraket ederiz. Gazaltı kaynak işleminden kaynaklanan karışımın dağılımının %20-30 olduğu tahmininden yola çıkarak ostenit yapıda yaklaşık %10 delta ferrit (taralı alan) içeren kaynak metalinin yüksek sıcaklık çatlağına karşı dayanımının olduğunu söyleriz.

Eğer karışım oranı % 40 ise kaynak metali % 4 delta ferrit içerir ve bu da sıcak çatlak dayanımı için gerekli olan sınırın en alt değeridir. %50 karışım %0 ferrit çizgisine denk gelir. Aynı zamanda ostenitin dışında martenzit oluşur. Birincil ostenit katılaşması sonucunda çevre sıcaklığında ferrit eksikliği oluşur. Bunun sonucunda metal sıcak kırılmaya karşı hassaslaşır. Yapıda martenzitin bulunmasından dolayı soğuk çatlak ihtimali de vardır. Bir başka değişle, kaynaklı birleşmenin %50 karışım da kırılma ihtimali çok fazladır. Bu örnekler, ostenit ferrit birleşmede karışımnin çatlama dayanımındaki önemini göstermektedir. Yüksek karışım oranına sahip ve tamamen ostenitik paslanmaz çelikler olan ostenit molibden alaşımlı Cr-Ni çeliklerde Cr-Ni-Mo alaşımlı yüksek ferrit içeriğine sahip 3 nolu kaynak metali kullanılmaktadır. Bu ilave metal aynı zamanda karışmada dalgalanmaların çok olduğu kök pasoları için de uygundur.

Yüksek Ni_eş sahip su verilmiş ya da temperlenmiş %9 nikelli ferritik çeliklerin birleştirilmesinde ya da yüksek karbonlu manganez çeliklerin ostenitik çeliklere kaynağında Schaeffler diyagramındaki karışım doğrultusu değişecektir. Örneğin, yaklaşık %0.6 karbon içeren ve 18 Ni_eş’e sahip olan karbon çeliğinin (A2 noktası) B noktasındaki 18Cr/10Ni ostenitik paslanmaz çeliğiyle birleştirilmesi çizilmiştir. C noktasıyla gösterilen 23Cr/12Ni ilave metali kullanılmıştır. Kaynak metal alaşımı C noktasını D2 noktasıyla birlaştiren karışım doğrusu %0 ferrit doğrusuyla çakışır. Bu yüzden kaynak metali bu noktada tamamen ostenittir ve sıcak çatlamaya karşı hassastır. Bu durumlarda yüksek ferrit içeren kaynak metali ve ayrıca yüksek manganez içeren tamamen ostenit kaynak metali (Tablo III.1’de, sırasıyla no.3,4) bu gibi malzeme kombinasyonlarının kaynağında iyi sonuçlar vermektedir. Yüksek manganez ve karbon içeriğindan dolayı 4 nolu kaynak metali tamamen ostenitik yapıda olmasına karşın yeterli sıcak çatlak dayanımına sahiptir.

 

Şekil III.3.4

Nikel esaslı ilave metallerinin yüksek temizlik değerinden dolayı genelde bu malzemeler yüksek sıcak çatlağa karşı dayanım gösterirler. Bu durum karışım oranının yaklaşık %35 seviyesine kadar sürer. Yüksek karışım değerlerinde nikel esaslı kaynak metali daha az temiz olan ferritik çelikle birleşme ve özellikle kükürt ve fosfor alımından dolayı sıcak çatlamaya karşı hassaslaşır. Ostenit ferrit bağlantısının kaynağı nikel esaslı ilave metal ile yapılmaya başlandıysa yine aynı metalle bitirilmelidir. Ostenit krom nikelli çelik ilave metallerinin kullanımında, örneğin bağlantının dolgu ve kapağının işlenmesinde kök nikel esaslı elektrotla kaynak edilirse sonrasında yapılan ostenit kaynak metal pasolarında nikel kapmaktan dolayı tamamiyle ostenit yapının oluşma ihtimali çok fazladır.

III.2.2.3. Ostenitik – Ferritik Bağlantıların Kaynak Edilişi

Ostenitik ferritik bağlantılar örtülü elektrotla ya da TIG veya MIG ile gayet iyi kaynak edilir. Karışımın %50 seviyelerinde olup özellikle TIG kaynağında kök pasosu kaynağın en kritik olduğu yerdir. Kaynak yapılan metalde çatlak oluşum olasılığı çok yüksektir. Diğer bir kritik durum ise “tekli V” kaynağında olmaktadır. Bağlantının zayıf hazırlanmasından dolayı kök pasoda yüksek karışım oranları beklenir. Bu yüzden ince parçalarda mümkün olduğunca “tek V” bağlantısı yerine “çift V” bağlantısı yapılması tavsiye edilir. Bütün bağlantı hazırlıklarının birbirine uyması sağlanmalıdır. Ayrıca ostenitik ilave metaliyle kaynak edilmiş bütün kök pasolarının yüksek alaşımlı ve yüksek delta ferrit içeriğine sahip metallerle kaynak edilmeleri gerekir. Taşlama işleminden sonra küçük çaplı elektrotlarla yivin hazırlanması ostenitik-ferritik bağlantıda çatlak oluşumunu etkileyen olumlu bir faktördür. Sonraki pasolarda aynı miktarda ferritik ve ostenitik malzeme erir. Kaynak işlemi D1 ya da D2 noktasına mümkün olduğunca yakın olur. Eğer bu durum gerçekleşmezse, örneğin eriyen malzeme ferritik malzeme ise D1 noktası A noktasına yaklaşır. Sonuçta C-D1 karışım doğrusu yukarı kayar ve %0 ferrit içeren % 30 karışımı olduğu kaynak metali martenzit bölgesinin içine girer.

nin üzerinde öntavlamaya ihtiyaç duyan ve ostenitik paslanmaz çelik ve ferritik çelik arasında yapılan bağlantının kaynak kabiliyeti sınırlı olduğu için ferritik malzemelerin bağlantı yüzeyinde alaşımlı ostenitik elektrot kullanılarak arayüzey (buttering) tabakalanır. Şu da belirtilmelidir ki ferritik bağlantı yüzeylerinde sadece bir paso arayüzey gerekmektedir. Arayüzey ilave metalinin yanısıra uygun öntavlama sıcaklığının da olması gerekir. Bundan sonra bağlantı kaynak edilebilir. Arayüzey kullanarak kaynak sırasında oluşan yüksek gerilmeler ferritik çeliğin ITAB’de ostenitik arayüzey ve ostenitik kaynak metali arasındaki bölgeye kaydırılır. Öntavlanmış ferritik çeliğe yığılan arayüzey ısı girişinin düşük olmasını sağlamak için sadece küçük çaplı elektrotlarla kaynak yapılır. Bundan sonraki pasolar geniş elektrotlarla yapılabilir. Örneğin, eşit oranda ferritik çelik ve önceden yapılmış tampon bölgenin kaynak yapılmasından sonra kaynağa standart ostenitik elektrotlarla devam edilir. Ostenitik tampon bölge ile ostenitik komşu çelik arasında bağlantı yapılmış olur. Bu yüzden ön tavlama bundan sonra gerekli değildir.

Kural olarak sadece tavlanmış elektrotlar kullanılabilir. Eğer düşük alaşımlı çelik ancak sınırlı bir kaynak kabiliyetini sağlıyorsa, düşük hidrojen içeren ilave metali sağlayan ostenitik elektrotların kullanılması gerekir. Yoksa düşük alaşımlı çeliğin ITAB‘a soğuma sırasında ostenitik olduğu sürece hidrojen yayılır. Daha sonra ITAB’ın ostenitik yapısı tamamen ya da kısmen soğuma sırasında martenzite dönüşür. Eğer ITAB’a ostenitik kaynak metalinden daha fazla hidrojen geçmişse soğuk kırılma görülebilir.

Ostenitik-ferritik bağlantıların kaynağında şu gibi işlemler iyi sonuçlar vermişdir:

- Düşük sıcaklık girdisi;

- Ara paso sıcaklığının en fazla seçilmesi;

- Eğer düşük alaşımlı çelik, öntavlama ve 150°C’nin üzerinde ara paso gerektiriyorsa, yüksek alaşımlı yeniden ısıtılmış elektrotlar kullanılarak bağlantı yüzeyinde arayüzey oluşturulaması gerekir. Daha sonra normal ostenitik elektrotla devam edilir.

- Elektrot çapının iki katından fazla elektrodu hareket ettirmemek;

- Çift V ağız açılarak paso yapılması.

 

Tablo 25. Farklı 0stenitik-ferritik çeliklerin kaynaklarında kullanılan tüm kaynak metallerinin bileşimi ve ısıl genleşme katsayıları ve delta ferrit içerikleri

No	Kısa gösterim	AWS Standart*	Kimyasal Bileşim (%)							Delta Ferrit (% Hacim)	Lineer ısıl genleşme katsayısı 20-, 10-6m/m.K
			C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Nb
1	19Cr/9Ni/3Mo	~ E 308 Mo	0.05	0.8	1.0	19.0	3.4	9.0	-	18	18.0
2	23Cr/12Ni/L	E	0.02	0.9	1.2	23.0	-	12.0	-	18	17.5
3	23Cr/12Ni/3Mo/L	E Mo	0.02	0.9	1.0	23.0	2.7	12.0	-	25	17.4
4	22Cr/18Ni/5Mn		0.13	0.9	4.5	22.5	-	18.0	-	0	18.0
5	16Cr/70Ni/6Mn/2 Nb	E NiCrFe3	0.05	0.5	6.0	16-20	-	70.0	2.2	0	14.4
* 1 – 3 arası AWS A5.4 – e karşı gelmektedir; No 5 ise AWS A5.11-83’e karşı gelmektedir. ~ Sadece Isıl genleşme katsayısı bakımından

 

III. 3. Manganezli Çeliklerin Kaynağı

Manganez, karbondan sonra çeliğin en önemli alaşım elementidir. Alaşımlı çeliklerde, manganezin alt sınırı % 0.8’dir; bu element çeliklerde ostenit alanını genişletir ve miktarı % 12’yi aştıktan sonra çeliği tamamen ostenitik yapar. Manganezin diğer bir önemli özelliği de çeliğin kritik soğuma hızını düşürmesidir, bu bakımdan sertleşebilen çelikler muhakkak bir miktar da manganez içerirler, bu özelliğinden ötürü manganez çeliklerin kritik çapları yükseltir, yani su verme neticesinde tamamen sertleşebilen silindirik deney parçasının çapını büyütür.

Demir-karbon-manganez sisteminde çeşitli bileşimlerde karbürler mevcuttur, bu karbürler, paslanmaz çelikler halinde olduğu gibi. Manganezli çeliklerin kaynak kabiliyetini etkiler.

Manganezli çelikler içerdikleri manganez miktarına bağlı olarak çeşitli iç yapılar gösterirler. Bunlar perlitik, martenzitik ve ostenitik olmak üzere üç tiptir; endüstride ise martenzitik iç yapılı manganezli çelikler kullanılmadığı için, manganezli çelikler iki ana grupta incelenebilir. Bunlardan birinci gruba % 3’e kadar, ikinci gruba ise % 12-15 manganez içeren çelikler girmektedir.

Endüstride kullanılan, aşınmaya dayanıklı manganez sert çeliği % 10.5-14 Mn, % 0.8- içerir. Ayrıca bu çelikler % 1.5 Si, % 0.15 P ve % 0.04 S de içerirler; bazı hallerde ilave bir takım özellikler elde etmek gayesi ile bir miktar krom (% 3’e kadar) ve Nikel (% 5 ‘e kadar) de ilave edilir. Bunlar ingot halinde döküldüklerinde kısmen beynitik bir yapıya sahiptirler, 1150⁰C’ye kadar ısıtılıp aniden suda soğutuldukları zaman ostenitik bir yapıya sahip olurlar. Bu çelikler bilhassa aşınmaya olan dayanıklıkları ve toklukları nedeniyle hafriyat makinelerinin kazıcı uçlarında, değirmen plakalarında geniş çapta kullanılırlar.

Manganezli perlitik çelikler aynen alaşımlı çelikler halinde olduğu gibi uygun bir ön tav yardımı ile kaynak edilebilirler.

Manganezli ostenitik çeliklerin kaynağında ise, gerekli önlemler alınmaz ise, aynen krom nikelli ostenitik çeliklerde olduğu gibi karbür çökelmesi meydana gelir, burada karbür çökelmesi neticesinde kırılgan bir yapı elde edildiğinden bağlantının emniyeti azalır. Ostenitik manganezli çelikler ila arasında uzunca bir süre tutulurlarsa karışık bir karbür ayrışması meydana gelir.

 

Ostenitik manganezli çeliklerin tamirinde yani doldurma ve birleştirilmelerinde örtülü elektrotlarla elektrik ark kaynağı ve tozaltı kaynağı kullanılmaktadır. Doldurma işlerinde % 13 civarında manganez içeren elektrotlar kullanılır, birleştirme işlerinde ise krom nikelli ostenitik elektrotlar tercih edilir.

Elektrik ark kaynağında yüksek sıcaklıklarda kalma süresinde az olduğundan % 1.1’den az karbon içeren ostenitik manganezli çeliklerde karbür ayrışması meydana gelmez; bu miktardan daha fazla karbon içeren manganezli çeliklerin kaynağında, kaynak bölgesinin çabuk soğuması sağlanarak karbür ayrışmasına mani olunur. Manganlı çeliklerin kaynağında kaynak gerilmelerinin oluşturduğu çatlaklara mani olmak için dikişin çekiçlenerek gerilmelerin azaltılması tavsiye edilen bir husustur.

 

III. 4. Takım Çeliklerinin Kaynağı

Takımların imalinde kullanılan çelikler çok çeşitlidir, günümüz endüstrisinde takım imali için kullanılan çelikler şunlardır:

1 - Suda sertleşen takım çelikleri

2- Yağda sertleşen, soğuk iş takım çelikleri

3 - Havada sertleşen, orta alaşımlı soğuk iş çelikleri

4 - Yüksek karbon ve yüksek kromlu soğuk iş çelikleri

5 - Sıcak iş takım çelikleri

6 - Tungstenli yüksek hız takım çelikleri

7 - Molibdenli yüksek hız takım çelikleri

9 - Darbeye dayanıklı takım çelikleri

10 - Karbon-tungstenli özel maksat takım çelikleri

11 - Az alaşımlı özel maksat takım çelikleri

12 - Az karbonlu döküm çelikler

Takım çelikleri genel olarak oldukça mühim miktarda alaşım elementi içerirler ve kullanılmadan evvel muhakkak bir sertleştirme işlemine tabi tutulurlar.

Takım çeliklerinin kaynağı sadece ekonomik nedenlere dayanır, burada imalat kaynağı değil, tamir kaynağı uygulanır. Takımlara kaynak şu hallerde uygulanır:

Dizayn ve imalat hatalarının giderilmesi

Dizayn değişikliği dolayısı ile takım konturunun tadili

Tahrip olmuş takım yüzeylerinin tamiri

Aşınmış kısımların doldurulması

Kompozit takım imali

Takım çeliklerin kaynağında bir çok bilinen kaynak usulü tatbik edilebilir, fakat genellikle şu üç usul tercih edilmektedir:

Oksi-asetilen kaynağı

Örtülü elektrot elektrik ark kaynağı

TIG kaynağı

Oksi-asetilen kaynağı sadece ufak tamir işleri için kullanılır, burada kullanılan alev hafif karbonlayıcı, asetilen miktarı biraz fazla, ve kullanılan elektrot ise bileşim bakımından kaynatılan çeliğe uygun olmalıdır.

Takım çeliklerinin TIG kaynağında argon gazı ve çeliğin bileşimine uygun elektrot kullanılır. Standart kaynak donanımı ve bilinen kaynak usullerinin uygulanması ile takım çelikleri kolaylıkla kaynak yapılabilir.

Takım çeliklerinin kaynağında en sık uygulanan usul örtülü elektrot ile elektrik ark kaynağıdır. Bu malzemelerin kaynatılması için bir doğru akım kaynak makinesine ve ehil bir kaynakçıya ihtiyaç vardır; ayrıca bu tür çeliklerin kaynağında uygun bir ön tav ve kaynağı müteakip bir temperleme gerektiğinden, bu ısıl işlemlerin gerçekleştirilebileceği donanımlara da ihtiyaç vardır.

Takım çeliklerinin kaynağı şu sırayı takip ederek yapılmalıdır:

- Esas metalin bileşiminin tespiti

- Esas metal bileşimine uygun elektrotun seçilmesi

- Parçanın yüzeyinin temizlenmesi ve kaynak ağızlarının hazırlanması

- Kaynak makinesinin uygun akım şiddetine ayarlanması ve parçanın ön tav sıcaklığına kadar ısıtılması

- Arkın tutuşturulup kaynağa başlanması

- Her pasonun curufunun temizlenmesi ve dikişin sıcak halde uygun bir şekilde çekiçlenmesi

- Parçanın temperlenmesi

- Kaynak dikişinin temizlenmesi ve işlenmesi

Parçanın kaynağa hazırlanmasında en önemli husus parça yüzeyinin iyice temizlenmesi, parçada çatlak olup olmadığının kontrolü, kaynak ağızlarının hazırlanması ve uygun ön tav sıcaklığının tespitidir. Kaynak ağızları hazırlanırken keskin kenar ve köşelerden kaçınmak gereklidir, zira bunlar ileride ve kaynak esnasında çatlak başlangıcına sebep olabilirler. Diğer önemli bir husus ön tav sıcaklığının seçimidir, bu hususta genellikle aşağıdaki sıcaklık dereceleri uygulanmaktadır:

 

III. 5. Dökme Demirlerin kaynağı

III.5.1. Dökme Demir Türleri

Dökme Demir genel olarak demir, karbon (% 1.7 ila % 4), silisyum (% 3.5’e kadar), mangan, kükürt ve fosfor ihtiva eden bir demir karbon alaşımıdır. Günümüz endüstrisinde, bazı hususi özellikler elde edebilmek için dökme demirlere nikel, molibden, krom, bakır, titan ve diğer alaşım elementleri de ilave edilmektedir.

Dökme demirler, içerdikleri yüksek miktarda karbon dolayısıyla sıvı halde iyi bir akıcılığa sahip ve döküm yoluyla şekillendirmede uygun demir alaşımlarıdır. Ayrıca, erime sıcaklıklarının düşük olması ve eritme esnasında meydana gelen karbon kapma olayından etkilenmemesi, dökme demirleri uygulamada döküm malzemesi olarak rakipsiz hale getirmiştir. Dökme demirlerin çok geniş bir aralıkta değişen mukavemet, sertlik, korozyon direnci, aşınmaya dayanıklılık kolay işlenebilme ve bazı tiplerinde titreşimleri söndürme özelikleri vardır. Bu özellikler dökme demirlere çok geniş bir kullanma alanı açmıştır. Bileşimindeki elementlerin birbirlerine nazaran oranı, döküm işleminden sonraki soğuma hızı, dökümden sonra tatbik edilen ısıl işlemler dökme demirin bileşiminde bulunan karbonun, içyapı içindeki şeklini ve diğer içyapı bileşenlerinin cinsini tayin eder. Dökme demirin bileşimindeki karbon, içyapıda grafit olarak serbest halde veya demirle demir karbür (Fe₃C, sementit) halinde bileşik olarak ve ayrıca çok az miktarı da ferrit içinde çözülmüş olarak bulunur (Şekil III.5.1). Dökme demirin özelliklerini içerdiği karbonun, yapı içinde bulunuş şekli belirlediğinden, dökme demirler iç yapıları içindeki grafitin miktarına ve şekline göre sınıflandırılırlar.

 

Şekil III. 5.1. Fe-Fe₃C Denge Diyagramı.

Günümüz endüstrisinde kullanılan dökme demir türleri şunlardır:

Kır Dökme Demir:

İçerdiği karbonun % 65 ila % 100’ü grafit lamelcikleri halinde içyapıya dağılmış olan dökme demir türüdür. Kırıldığı zaman yüzeyi gri mat bir görünüş arz eder ve bundan ötürü kır dökme demir diye isimlendirilir.

 

Beyaz Dökme Demir:

Beyaz dökme demirin diğer bir adı dolu sert dökme demirdir. İhtiva ettiği karbonun büyük bir kısmı içyapıda sementit (Fe₃C) halindedir, çok sert ve kırılgandır, ancak taşlanarak şekillendirilebilir; kırığı beyaz renkte olduğundan beyaz dökme demir diye isimlendirilir.

 

Temper Dökme Demir:

Beyaz dökme demirin, özel bir ısıl işleme tabi tutulması neticesinde elde edilen bir dökme demir türüdür. İhtiva ettiği karbonun büyük bir kısmı topraklar halindedir.

 

Küresel Grafitli Dökme Demir (Sfero Dökme Demir):

Sıvı haldeki dökme demir içine Mg veya Ce gibi metallerin ilave edilmesi ile, ihtiva ettiği karbonun büyük bir kısmının ufak kürecikler halinde iç yapıya dağılması sağlanmış bir dökme demir türüdür.

 

Alaca Dökme Demir:

Aynı parça üzerinde bir kısmı beyaz, bir kısmı da kır olan bir dökme demir türüdür. Bir ara yapı olarak bu hal bazı durumlarda bir döküm hatası sonucu da ortaya çıkabilir.

 

Alaşımlı Özel Dökme Demirler:

Bunlar kullanma amacına uygun özellikler göstermesi için çeşitli alaşım elementleri ilave edilmiş dökme demirlerdir.

 

III.5.2.Dökme Demirlerin Kaynak Kabiliyeti:

Dökme demir parçalar, döküm esnasında arzu edilen formda şekillendirilebilmelerine rağmen, bazı hallerde, kaynakla tamir ve tadilleri gerekmektedir, bu bakımından endüstride dökme demirin kaynağı büyük bir önem arz etmektedir. Dökme demirlere kaynağın uygulanma gereği ve yeri şu şekilde sıralanabilir.

Dökümhanelerde:

Döküm parçalarda bazen, boşluk, metalin kalıbı iyi dolduramaması nedeniyle eksik kısım ve bunun gibi döküm hatalarına rastlanılır. Bunların miktarı özellikle yüksek mekanik özellikleri gerektiren parçalarda artar, zira dökme demirlerin mekanik özellikleri düzeldikçe, dökülebilme kabiliyeti azalır.

Bilhassa, tek veya küçük seriler halinde dökülen büyük ebatlı parçalar halinde, kusurlu parçanın yeniden dökümü yerine kaynakla tamiri daha ekonomik olmaktadır. Bazı hallerde bu tarz kaynakla tamir, sadece bir kamuflaj vazifesi görmesine rağmen, diğer bazı hallerde parçanın mekanik ve fiziksel özelliklerini aynen aksettirmek zorundadır.

Bilhassa hidrolik devre elemanlarında rastlanılan iç kısımları çok karışık bazı küçük parçalar ancak iki parça halinde döküldükten sonra sert lehim veya kaynakla birleştirilerek imal edilebilmektedir.

Bazı özel hallerde, dökülen parçaların bazı kısımları, bizatihi dökme demirin karşılayamayacağı önemli zorlamalara maruz kalmaktadır; böyle hallerde parçanın o kısımları, bu zorlamaları karşılayabilecek bir metal veya alaşımla doldurularak, gereken özellikte parçalar gerçekleştirilebilmektedir.

 

Kullanım Yerlerinde:

Dökme demirlerin özellikleri izah edilirken, bunların büyük bir kısmının darbeye ve çekmeye karşı mukavemetlerinin zayıf olduğu belirtilmişti. Herhangi bir döküm parça, darbe, lokal aşırı zorlanma, don vs. gibi bir sebepten kırıldığında bunun hemen kaynakla tamiri gereklidir, zira parçanın yeniden dökümü gerek maliyet ve gerekse tedarik zamanı açısından verimli değildir.

Standart tezgah ve makineler bugünkü hızlı imalat tekniğinin gereklerini genellikle karşılayamamaktadırlar. İşletmelerde makinelere bazı ilaveler yapılması gerekmektedir. Örneğin kartere yeni bir bağlantı ilavesi, yeni bir aparatın tezgaha takılabilmesi için gerekli bağlantı parçalarının tespiti, vb kaynak vasıtası ile gerçekleştirilebilmektedir. Hareketli parçaların sürtünen yüzeylerinde aşınan kısımlar kaynakla doldurularak tekrar kullanılabilir hale getirilebilmektedir.

Bütün bu hususlar dökme demirlerin kaynağının bir çok açıdan gerekli olduğunu ortaya çıkarmaktadır.

Normal olarak bütün kır dökme demir çeşitleri, sfero dökme demir, Ni-resist ve özel dökme demir alaşımlarının büyük bir kısmı oldukça iyi bir kaynak kabiliyetine haizdirler. Bununla beraber, aşırı ısınmış buharlar, korozif kimyasal maddeler veya çok yüksek sıcaklıklar gibi dış tesirler, karbonun veya silisyumun oksitlenmesinden ortaya çıkan zararlı yapıların meydana gelmesine yol açabilir.

Genellikle bu zararlı yapılar yüzeyde meydana gelir; bu gibi hallerde yüzey tabakasının işlenerek kaldırılması ve tekrar doldurulması mümkün olur. Buna mukabil nadir de olsa bütün kesit boyunca bu durumun ortaya çıktığı hallerde, malzemeyi emniyetli bir şekilde kaynatmaya imkan yoktur. Maliyet açısından tatbik edilen usuller büyük bir dağılım göstermesine rağmen, boşlukların doldurulması, kırılan parçaların birleştirilmesi, aşınan yüzeylerin yeniden kaplanması gibi hallerde dökme demirin kaynağı oldukça ekonomiktir. Ekseri hallerde, kaynak, değiştirilmesi gereken parçanın, uzun süren yenisinin temini veya imali problemini de ortadan kaldırır.

Dökme demirler genel olarak çeliğe tatbik edilen kaynak usullerinin büyük bir kısmı tatbik edilerek kaynatılabilir. Örneğin oksi asetilen ile eritme kaynağı, örtülü elektrotla elektrik ark kaynağı, TIG kaynağı usulü vs, çoklukla tatbikat alanı bulmamasına rağmen MIG usulü, özlü elektrotla elektrik ark kaynağı, elektro curuf kaynağı da dökme demirlerin kaynak yapılmasında kullanılabilir.

Elektron bombardımanı ve plazma usulleri henüz dökme demirin kaynağı için tatbik edilen usuller değildir, fakat bununla beraber teknik bakımdan tatbik edilmeleri mümkündür. Buna mukabil, sürtünme, soğuk basınç ve yüksek enerji (patlayıcı maddeler yardımı ile kaynak) kaynak usullerinin dökme demire tatbiki mümkün görülmemektedir.

Dökme demire tatbik edilen kaynak usullerini, kaynağın tatbiki bakımından, sıcak kaynak ve soğuk kaynak olmak üzere iki grup altında toplayabiliriz. Bu sınıflandırma parçaya tatbik edilen ön tav sıcaklığı göz önüne alınarak yapılan bir değerlendirmedir, ama şunu da gözden uzak tutmamak lazımdır ki, bazı kaynak usulleri örneğin elektrik ark, oksi asetilen, dökme demire hem sıcak kaynak hem de soğuk kaynak olarak tatbik edilebilirler.

 

III.5.3.Kır Dökme Demirin Kaynak Kabiliyeti

Makine konstrüksiyonlarında en çok kullanılan metalsel malzeme olan kır dökme demirin kaynağını iki önemli husus şiddetle etkiler. Bunlar malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetinin olmaması ve yüksek karbon içeriğidir.

Kır Dökme Demirin Şekil Değiştirme Kabiliyetinin Olmaması

Kır dökme demirin zayıf mukavemetinin ve gevrekliğinin sebebi, içyapısında bulunan grafit lamelleridir. Bundan başka, dökme demir sıvı halden katı hale bir hamurlaşma göstermeden çabucak geçer. Dökme demirde plastik deformasyon imkanının mevcut olmaması hususu, kaynak sıcaklığından ve ilave edilen kaynak metalinin esas metale uymayan termal genleşme ve büzülmesinden dolayı ortaya çıkan gerilmelerin malzeme tarafından plastik şekil değiştirerek karşılanmasını zorlaştırır. Bu iç gerilmeler malzemenin mukavemetini aştıkları anda çatlaklar meydana gelir. bu tehlike, bilhassa karışık şekilli, ince ve kalın kesitler arasında keskin geçişlere sahip parçalarda çok büyüktür. Örneğin kır dökme demirden yapılmış bir makine parçası kaynak edilmek gayesi ile bilgesel olarak kaynak sıcaklığına kadar ısıtıldığında, bütün diğer demir alaşımlarında olduğu gibi genleşecektir, parçanın şekli bu genleşmeye müsait ise bir sorun yoktur, buna mukabil parça rijit bir konstrüksiyon ise (örneğin çatlamış bir motor bloğu) soğuk kısımlarda oldukça şiddetli gerilmeler oluşacaktır.

Şekil III.5.2.’de görüldüğü gibi, üçgen şeklinde üç çubuktan meydana gelmiş bir konstrüksiyonun taban kısmına bir kaynak işlemi uygulanmak gerekse, tabanın ısınması ve dolayısıyla genleşmesi neticesinde tepe açısı bölgesinde oldukça şiddetli gerilmeler oluşacak ve bu gerilmelerin şiddeti malzemenin çekme mukavemetini aştığında kırılma meydana gelecektir. Bilindiği gibi dökme demir çok gevrek bir malzemedir ve plastik şekil değiştirme sahası çok dardır.

 

Şekil III.5.2. Dökme demirden yapılmış, üçgen şeklindeki bir parçada, kaynak sıcaklığının oluşturduğu genleşmenin sebep olduğu çatlak.

 

Her olayda olduğu gibi burada da, tehlike bilindiği zaman tedbirini bulmak mümkündür, esası geçerlidir. Örneğin tüm parça bir ön ısıtmaya tabi tutulursa, tamamen üniform bir şekilde genleşecek, taban bölgesi kaynak sıcaklığına kadar ısıtıldığında, parçanın tümü ile kaynak bölgesi arasında sıcaklık farkı azaldığından, tabanın genleşmesi bir evvelki hale nazaran daha az olacaktır, aynı zamanda artan sıcaklık malzemenin şekil değiştirme kabiliyetinin de artmasına sebep olduğundan, kaynak bölgesine tatbik edilen ısı, parçanın kırılmasına sebep olmayacaktır.

İç Yapı Değişmesi

Kaynak esnasında soğuma şartlarının tesiri çok önemlidir. Hususi tedbirler almadan bir kır dökme demir parça, kaynak edilirse, esas metal ile erimiş kaynak metali arasındaki büyük sıcaklık farkından dolayı, dikişte bir hızlı soğuma meydana gelir.

Yüksek karbonlu bir demir alaşımı olan kır dökme demir sıvı halden katı hale geçerken, eritme kaynağı halinde olduğu gibi, soğuma hızı kontrol altında tutulmazsa, karbon grafit haline ayrışmadan sementit halinde kalır, fazla miktarda sementit ihtiva eden dökme demirlere bilindiği gibi beyaz dökme demir adı verilir; bu alaşım işlenemeyecek kadar sert ve kırılgandır ve kır dökme demirin özelliklerinden tamamen farklı özelliklere sahiptir.

Kır dökme demirin kaynağında kaynak banyosu ve kaynak banyosuna bitişik olan bölge, kaynaktan sonra normal şartlarda soğumaya terk edilirse, tüm kaynak bölgesinde sert ve kırılgan bir yapı meydana gelir ve bu yapı genellikle ısınmayı müteakip soğuma dolayısıyla oluşan gerilmelere dahi dayanamayarak çatlar.

Bu problemin iki genel çözümü vardır:

1- Parçaya bir ön ısıtma tatbiki halinde, parçanın ve kaynak yerinin sıcaklıkları arasındaki fark azalacağından, kaynak bölgesine tatbik edilen ısı hızla çevre metale yayılamayacağından soğuma yavaşlar ve dolayısıyla da sert bölgenin oluşumuna mani olunmuş olunur. Sıcak kaynak usulü diye isimlendirilen bu usulde parçalar duruma göre 600⁰C’lik bir sıcaklığa kadar çok yavaş ve üniform bir şekilde ısıtılırlar. Bu husus bilhassa büyük kalın kesitli ve karışık şekilli parçalar halinde çok önemlidir, çok büyük parçalarda ısıtma süresi 12 saate kadar çıkabilir, soğuma süresi ise genellikle ısınma süresinin 2 ila 3 katı olacak tarzda gerçekleştirilmelidir. Kaynak usulü olarak bu tarzda tavlanmış parçalara oksi-asetilen veya elektrik ark kaynağı tatbik edilebilir.

2- Kaynağa bitişik bölgede sementit ve martenzit oluşumuna meydan vermemek ve parçada da ısıtma esnasında kırılmayı meydana getirebilecek şiddette bir gerilme oluşumuna meydan vermemek için, uygulanan bir diğer usulü de, kaynak bölgesine mümkün olduğu kadar az ısı tatbik etmek ve karbür, yani sementit, meydana getirmeyen bir dolgu metali kullanmaktır. Soğuk kaynak usulü diye isimlendirilen bu kaynak işlemi esnasında dikişler mümkün mertebe kısa çekilir ve dikişten sonra parça soğumaya terk edilir. Bu usulde, kaynak dolgu malzemesi olarak genellikle nikel, bakır-nikel, demir-nikel gibi metal veya alaşımlar kullanılır.

 

 

Kır Dökme Demirin Kaynak edilmesi

Dökme demirin kaynağında en önemli hususlar, uygun bir kaynak metalinin seçilmesi ve kaynak bölgesine mümkün olduğu kadar düşük bir sıcaklık tatbik edilmesidir.

Kaynak metali, esas metali kolaylıkla ıslatabilmesi ve iyi bir tutunma kabiliyetine haiz olmalıdır; bütün bunların yanı sıra mekanik özellikleri mümkün mertebe esas metalinkine yakın olmalıdır.

Mümkün mertebe düşük sıcaklık tatbik ederek genleşme ve kendini çekme azaltılabilir ve bu suretle iç gerilmelere, çatlaklara ve kırılmalara mani olunabilir; aynı zamanda soğuma hızının da yavaşlaması dolayısıyla kaynak bölgesinde meydana gelen gevrek sert bölge ufalır veya teşekkül etmez ve bu suretle kaynak metali ve parça kolaylıkla işlenebilir.

Kır dökme demirden mamul parçaların kaynakla tamir edilmesi problemin gün geçtikçe önem kazanması tatbikatta teknik ve ekonomik şartlara da cevap veren bazı usullerin ve kaidelerin ihdas edilmesini sağlamıştır. Tatbikatta genellikle küçük parçalar için gaz kaynağı veya lehim kaynağı kullanılmaktadır. Yapı üniformluğunun önemli olmadığı büyük parçalarda ise nikel veya ferro-nikel elektrotlarla elektrik ark kaynağı usulü tatbik edilmelidir.

 

Döküm Kaynağı

Dökme demire tatbik edilen en eski kaynak usulü olan bu usul ancak dökümhanelerde gerçekleştirilebilir. Bu usulde parça 500-600^oC’lik bir ön tavlamaya tabi tutulduktan sonra Şekil III.5.3’de görüldüğü gibi, eksik kısmını tamamlayan bir kalıp içine yerleştirilir. Döküm potasında hazırlanmış olan ve bileşimi parçanın bileşimine yakın sıvı dökme demir yavaş bir şekilde kalıbın içerisine dökülür. Dökülen sıvı metal parçanın kırık yüzeyi hizasında, kalıpta bırakılmış olan delikten dışarı akar. Bu işleme parçanın kırık yüzeyi erimeye başlayıncaya kadar devam edilir; kırık yüzey erimeye başlayınca bir kil tampon yardımı ile delik tıkanır ve aynen döküm işleminde olduğu gibi kalıp doldurulur. Bundan sonra en mühim iş parçanın soğumasıdır, soğumanın çok yavaş bir suretle olması gereklidir, aksi halde ortaya çıkan termal gerilmeler parçanın çatlamasına yol açar, soğuma süresi parçanın boyutlarına göre birkaç gün sürebilir. Bu kaynak usulünde iki parça birleştirilmemekte, buna mukabil parçalardan bir tanesi yeniden yapılmaktadır; bu bakımdan oldukça zor ve pahalı bir usuldür, ancak diğer usullerin tatbikinin mümkün olmadığı hallerde kullanılır. bu usulün en tipik tatbikatı kırılmış hadde merdanelerinin kaynağıdır.

 

Şekil III. 5.3. Bir hadde merdanesi muylusunun döküm kaynağı ile tamiri.

 

 

 

 

Gaz Eritme Kaynağı

Doğru bir şekilde tatbik edilen oksijen kaynağı ile esas metalin yapısına, rengine ve mekanik özelliklerine çok yakın veya aynı özellikleri haiz kaynak dikişleri veya doldurma tabakası elde edilebilir. Bu usulün en büyük dezavantajı, iç gerilmelerin ve sert yapının teşekkül etmemesi için bir ön tavlama (650^oC) uygulanmasıdır. Kaynak esnasında yumuşak bir alev kullanılır. kaynaktan sonra parçanın yavaş olarak soğumasını sağlamak için parça kuma veya küle gömülür.

DIN 2301/1957’ye göre kaynak metali bileşimi aşağıdaki tabloda belirtildiği şekildedir:

 

TABLO- III.1 Kırdökme demir için oksijen kaynak telleri

 

Gaz eritme kaynağının bir modifikasyonu da esas metali eritmeden bir kır dökme demir parça üzerine yine bir kır dökme demir tabakanın doldurulabilmesidir. Bu usulde sıcaklık 1050-1097^oC’yi aşmamalıdır. Yapışma esas metal ve dolgu metali atomlarının yer değiştirmesi, yani difüzyon ile olmaktadır. Ne lehim kaynağı ve ne de gaz eritme kaynağı olan bu usul az ısı tatbikiyle yapılan kaynağın limiti olarak kabul edilebilir.

Dökme demirin oksi asetilen ile kaynağında muhakkak bir dekapana ihtiyaç vardır. Dekapan banyonun üzerinde oluşan demir silikat esaslı curufun akıcılığını temin eder; kullanılan dekapanlar genel olarak soda ve boraks esaslıdır, bunlara ait iki formül aşağıda verilmiştir:

% 75 Boraks

% 5 K₂CO₃

% 5 Na₂CO₃

% 15 NaCl (Kaesmacher’e göre)

 

% 80 Na₂CO₃

% 18 H₃BO₃

% 2 Si (Cornelius’a göre)

Kaynak ağızları genellikle taşla açılır, taşla açma halinde metalin fazla ısınmamasına ve çatlak halinde de zorlanıp çatlağın ilerlememesine dikkat etmek gereklidir.

Dökme demir için sol veya sağ kaynak kullanılabilir, fakat genellikle kaynakçılar sol kaynak usulünü tercih ederler. Lehim kaynağı gaz eritme kaynağına nazaran bir çok üstünlükleri haizdir. İlave metalin 300^oC daha düşük bir sıcaklıkta erimesi, kaynağa tatbik edilmesi gereken sıcaklığı oldukça düşürmektedir. Ön tavlama sıcaklığı takriben 400^oC ve çalışma sıcaklığı ise 900^oC ve minimum ıslatma sıcaklığı ise 775^oC’dir; bu şekilde iç gerilmelerin ve çatlakların teşekkül etme tehlikesi büyük ölçüde ortadan kaldırılmaktadır. Bu usulde iş süresi oldukça kısalmakta, kaynak bölgesi kolaylıkla işlenebilmekte ve kaynak dikişinin mukavemeti aşağı-yukarı esas metalinkine eşit olmaktadır. Bu kaynak usulünün tek sakıncası, dikişin sıcaklığa mukavemetinin düşük olması ve dikiş yerinin renginin esas metalle aynı olmasıdır. Bir çok halde, kaynak metali olarak bakır, nikel ve çinko alaşımları kullanılır (Cu % 47-48, Ni % 9-11, kalan kısım Zn) Alaşımın nikel miktarı arttıkça korozyon mukavemeti ve kohezyon kabiliyeti artar; az miktarda silisyum akıcılığına (% 0,15-0,30), demir ve manganez de yine tutunma mukavemetine olumlu yönde etki eder. Kaynak esnasında bor esaslı dekapanlar kullanılır.

Bu usulde dekapan örtülü kaynak çubukları büyük ölçüde kullanılır.

Bazı özel hallerde, ince kesitlerin çatlaklarının tamirinde örneğin radyatör dilimlerinin tamirinde sert lehimleme kullanılır. bu usulün uygulanmasında genellikle gümüş esaslı kaynak metali (Ag % 40-45, Cu, % 17-19, Zn % 16, kalanı Cd), alkali metaller fluoborürlü dekapanlar kullanılır.

Yumuşak lehimleme genellikle gaz kabarcıklarının doldurulmasında ve mekanik zorlamalara ve yüksek sıcaklıklara maruz olmayan ince kesitli perde ve kanatlar üzerindeki ufak çatlakların parça serVIIste iken tamirinde kullanılır (yağ kapları, su zarfları gibi). Sn-Pb-Zn alaşımları lehim metali olarak iyi neticeler vermektedirler.

 

Kır Dökme Demiri için elektrik ark kaynağı

Kır dökme demirin elektrik ark kaynağında genellikle bakır alaşımlı elektrotlar, nikel veya ferro-nikel elektrotlar ve kır dökme demir elektrotlar kullanılır.

Bronz (% 5-8 Sn) ve alüminyum bronzu elektrotlar kır dökme demiri bakır alaşımları ile birleştirmek için kullanılırlar. Bu elektrotların örtüsü flüorürler, alkali ve toprak alkali karbonatları ve dezoksidanlardan müteşekkildir. Bugün endüstride en fazla nikel ve ferro-nikel elektrotlar kullanılmaktadır. Bu usulle yapılan birleştirmeler genellikle bütün taleplere kolaylıkla cevap verebilmektedir ve bunun yanı sıra bu usul gayet basit ve süratlidir, genellikle bir ön tavlama gerektirmez.

Kır dökme demirin kaynağında, normal yumuşak çeliklerin kaynağında kullanılan elektrotlar kullanıldığı takdirde gayet sert bir dikiş ve kaynak bölgesi elde edilir. Kır dökme demirden, yüksek bir ön tav sıcaklığı tatbik etmeden işlenebilecek sertlikte bir kaynak dikişi beklendiği zaman yukarıda bahsedilmiş olan bu özel elektrotların kullanılması gereklidir.

Bazı parçaların kaynaktan evvel bir ön ısıtmaya tabi tutulmaları imkansızdır; zira ön ısıtma neticesi parçanın yüzeyinde meydana gelen oksitlenme ve çok az da olsa parçada meydana gelen deformasyonlar bazı makine parçalarının tekrar eşlenmeden yeniden kullanılma olanağını ortadan kaldırır, motor blokları bu hale en güzel örnektir. Bazı hallerde de ön ısıtmalı kaynağın gerektirdiği zorluk ve masrafları azaltmak gayesi ile de soğuk kaynak diye isimlendirilen, ön tav tatbik etmeden yapılan kaynak usulü tercih edilir.

Dökme demirin soğuk kaynağında, genel olarak çeliğin kaynağında kullanılan tesisat ve makineler kullanılır ve kaynak akımı, kullanılan elektrotların özelliği dolayısı ile redresörler ve jeneratörler tarafından sağlanır; bununla beraber son senelerde transformatörlerle de kullanılabilen elektrotlar geliştirilmiştir.

Bilindiği gibi U, ark gerilimi, i kaynak akım şiddeti ve t kaynak süresi olmak üzere, ark enerjisi şu şekilde ifade edilir.

A =

Kabul edilebilir bir yaklaşıklıkla ark gerilimini sabit kabul edersek,

A= U.i.t

ifadesini elde ederiz. Kaynak esasında bu ark enerjisi

Q (cal) = 0.24.A.

bağıntısına uygun bir şekilde ısıya dönüşür.

Ark gerilimi ark boyuyla değişmekte olduğundan, parçaya tatbik edilen ısı, ark boyu, akım şiddeti ve kaynak süresi ile artmaktadır. Kır dökme demirin kaynağında belirli sınırlar içinde değiştirilebilen kaynak hızını bir değişken olarak kabul edemeyeceğimizden ark boyu ne kadar kısa ve kaynak akım şiddeti ne kadar düşük olursa tatbik edilen ısı da o kadar az olur.

Bu şartlar günümüz endüstrisinde imal edilen nikel ve ferronikel elektrotlar tarafından gerçekleştirilebilmektedir. Örneğin çapında bir elektrot ark boyu ve sadece 100 A’lik akım şiddeti ile kullanılabilmektedir. Tatbik edilen az ısı, dikişin çabuk soğumasına mani olan özel cüruf ve nikelin grafit formasyonuna müspet tesiri sayesinde sıvı kaynak metali içerisinde çözülmüş olan karbon tekrar lameler grafit halinde ayrışır.

Bu sebepten dolayı kaynak dikişinde sertleşme olmaz, tatbik edilen ısının azlığı dolayısı ile ITAB’de de fazla bir sertleşme meydana gelmediğinden, tüm kaynak bölgesi kolaylıkla işlenebilir.

Kaynak esnasında esas metal sadece yüzeysel olarak hafifçe erimiş olmasına rağmen, kifayetsiz bir doldurma meydana gelmediği zaman, kaynak bağlantısı esas metalden daha yüksek bir mukavemete sahiptir.

Bu elektrotlarla yapılan kaynak bir çok hallerde arzu edilen asgari şartları sağlar. Bununla beraber bu tarz kaynak birleştirmeleri hakkında şu hususların bilinmesinde fayda vardır:

Kaynak bölgesi homogen bir metalsel yapıya haiz değildir, zira kaynak metali ve esas metal farklı bileşimdedirler. Kaynaktan sonra, kaynak bölgesinde dökme demirin karakteristik özellikleri yeniden teessüs etmez. Kaynak işleminin gereği olan sıcaklık dereceleri geçiş bölgesinin iç yapısını değiştirir ve dökme demirden daha sert ve kırılgan bir yapı meydana gelir.

Yukarıda belirtilmiş olan hususlardan ötürü bu tarz kaynak sınırlı bir vazife görür ve ancak tamir işlerinde kullanılır.

Kır dökme demirin soğuk kaynağında kullanılan özel elektrotları şu tarzda sınıflandırabiliriz:

Saf Nikel çekirdekli elektrotlar

Ferro-Nikel çekirdekli elektrotlar

Monel çekirdekli elektrotlar

Cr-Ni’li ostenitik çelik çekirdekli elektrotlar

 

 

III.5.4. Sfero Dökme Demirin Kaynağı

Günümüz endüstrisinde sfero dökme demirin yaygın bir şekilde kullanılmaya başlaması, bu malzemenin kaynakla birleştirilmesi konusunu çok aktüel bir hale getirmiştir. Bu konuda halen çalışmalar devam etmektedir. Genellikle, kır dökme demire tatbik edilebilen bütün kaynak teknikleri sfero dökme demir için de kullanılabilmektedir.

Gaz Kaynağı

Parçanın durumuna ve arzu edilen kaynak bağlantısı özelliklerine göre kır dökme demir veya sfero dökme demir kaynak çubuğu ile oksijen kaynağı, lehim kaynağı, sert ve yumuşak lehimleme usullerinden birisi tatbik edilebilir.

Yüksek bir mukavemetin gerekmediği ve parçada yapı üniformluğunun mühim olmadığı hallerde, kır dökme demir için izah edildiği şekilde parça, kaynak metali olarak kır dökme demir kullanılarak kaynak edilebilir. Parçada renk üniformluğunun bir önem arz etmediği hallerde ise lehim kaynağı, sert lehimleme veya yumuşak lehimleme usullerinden bir tanesi parçayı tamir etmekte kullanılabilir.

Kaynak metali ve parçanın özelliklerinin aynı olması gereken hallerde sfero dökme demirden mamul çubuklar kaynak metali olarak kullanılır. bu çubuklarda ferritik-perlitik yapılı sfero dökme demir kullanılır, parçalara V kaynak ağzı açılır, 200 ila 250⁰C’lik bir ön tav ile kaynak yapılır. Kaynak sonrası, kaynak bölgesinde erişilen azami sertlik 280 Brinell’i aşmaz, mekanik özellikler ise esas metalinkilere çok yakındır.

Elektrik Ark Kaynağı

Elektrik ark kaynağının tatbiki halinde de, kaynak dikişinden beklenen özellikler, kaynak usulünün seçiminde baş rolü oynar.

Ferro-Nikel Elektrotlarla Elektrik Ark Kaynağı:

Kaynak dikişinin esas metal ile aynı yapıyı ve aynı mukavemeti haiz olmasının bir önem arz etmediği hallerde, kır dökme demir için izah edildiği gibi ferro-nikel elektrotlar kullanılır. hafif bir ön tavlama ile () en kötü şartlar altında bile çatlak ihtiva etmeyen 400 Mpa mukavemetinde % 10 uzamayı haiz kaynak dikişleri elde edilir.

Ostenitik sfero dökme demir (% 16-36 Ni) ve ferritik sfero dökme demir gibi özel dökümler de ferro-nikel elektrotlarla kolaylıkla kaynak edilebilirler.

 

Sfero Dökme Demir Çekirdekli Örtülü Elektrotlarla elektrik ark kaynağı

Kır Dökme demir çekirdekli elektrotların tatminkar neticeleri göz önüne alınarak, sfero dökme demir çekirdekli örtülü elektrotlar da geliştirilmiştir. Örtüleri, kır dökme demir elektrotlara nazaran hafifçe tadil edilmiş olan bu elektrotların çekirdeklerinin ve kaynak metallerinin bileşimi aşağıdaki tabloda verilmiştir. Kaynak metali 60 kgf/mm² çekme mukavemetini ve % 4.8 ila % 8 uzama değerine haizdir.

 

TABLO- III.2

SferoDökmeDemir Çekirdekli Elektrotların Çekirdeklerinin ve Kaynak Metalinin Bileşimi

 

Bu elektrotlar doğru akımla (negatif kutupta) veya alternatif akımla kullanılabilmektedir. Kaynak özellikleri ve ark içinde metalin geçişi kır dökme demir çekirdekli elektrotlarda olduğu gibidir.

Bu elektrotlar, kır dökme demir elektrotlar gibi, sadece doldurma ve döküm hatalarının tamiri için değil birleştirme kaynağı için geliştirilmiştir. Bu hususu tahkik için G.M. Blanc tarafından yapılmış deneylerde 120x100x13 mm boyutlarında sfero dökme demirden mamul deney parçaları üzerine kaynak dikişi çekilmiştir. Parçalar üzerindeki dökümden arta kalmış kavlar dikiş boyunca kaynaktan evvel itina ile temizlenmiştir.

Deneyler parçalar oda sıcaklığında, 200^oC’de, 400^oC’de ve 600^oC’de olmak üzere 4 grup halinde yapılmış ve her halde de deneyden sonra ısıl işlem tatbik edilmemiştir. Deneylerden sonra parçaların sertlikleri, mukavemetleri tayin edilmiş ve mikrografileri çekilmiştir.

Metalografik muayenede, kaynak metalinin ince perlit levhaları arasına sıkışmış grafit küreciklerinden meydana geldiği görülmüştür.

Malzemenin sfero özelliğinin değişmemiş olması dikkate değer bir husustur. Diğer deneylerden de aynı sonuç alınmıştır. Elde edilen en yüksek sertlik değeri 200^oC’lik ön tavlama için 420 HV, 400^oC’lik ön tavlama için 370 HV, 600^oC’lik ön tavlama için ise 335 HV’dir. 400^oC’lik ön tavlama ile yapılan dikişler kolaylıkla talaş kaldırarak veya eğe ile işlenebilmektedir. Daha evvelce de belirtilmiş olduğu gibi yükselen ön tavlama sıcaklığı ile kaynak metalinin sertliği düşmekte buna mukabil geçiş bölgesi ve esas metalin sertliği bir miktar artmaktadır. İlk bakışta çok garip görülen bu durum, kaynak esnasında yüksek sıcaklıklara kadar ısınan ve ön tav dolayısı ile uzunca bir süre yüksek sıcaklıkta kalan esas metal ve geçiş bölgesinde perlit dönüşümünün başlaması dolayısıyla meydana gelmektedir.

Tablo III.3’de ön tav sıcaklığına bağlı olarak çekme mukavemeti ve % uzama değerleri verilmiştir.

Deneyler ön tavlama tatbik edilmediği hallerde kaynak dikişinin mukavemetinin esas metalden daha yüksek olduğunu göstermektedir. Ön tavlama tatbik edilen hallerde ise kaynak dikişinin ve esas metalin mukavemetleri takriben birbirlerine eşit olmaktadır. Yapılmış olan bu deneyler göstermiştir ki, sfero dökme demir parçalar, ön tav tatbikinin mümkün olduğu hallerde kolaylıkla bu elektrotlarla kaynak edilebilirler.

 

Şekil III. 3.4. Sfero Dökme Demir çekirdekli elektrotla yapılan kaynaklarda sıcaklığın fonksiyonu olarak sertliğin değişimi

1:Kaynak metali

2:Geçiş bölgesi

3:Esas metal

 

TABLO-III.3

Sfero Dökme Demir Çekirdekli Elektrotlarla Yapılan Birleştirme Kaynağının Mekanik Özellikleri

 

III.5.5.Temper Dökme Demirin Kaynağı

Bu konuda dikkat edilmesi gereken nokta, malzemenin beyaz ve siyah temper dökme demir olmasıdır; zira, mukavemet ve işlenebilme özelliğinin önem arz etmediği istisnai durumlar hariç, siyah temper dökme demiri kaynak etmek mümkün değildir.

 

Beyaz Temper Dökme Demirin Gaz ve Elektrik Kaynağı

Bu malzemenin kaynak kabiliyetini tayin eden husus parçanın kalınlığıdır. Bilindiği gibi kalınlığa kadar kesitler, karbon miktarı % 0.3’ü aşmayan ferritik ve hafifçe ferritik perlitik bir yapıla haizdirler. Bu durumda az karbonlu çeliklere tatbik edilen usuller beyaz temper dökme demire de tatbik edilebilir. Fakat iç kısımlara doğru yapının tamamen perlitik olduğu ve temperlemeden doğan karbon topakçıklarının bulunduğu kalın kesitlerde, karbonun gerek kaynak metali ve gerekse de ITABde sementit haline geçmesi, kırılgan bölgelerin oluşmasına ve kaynak kabiliyetinin kötüleşmesine yol açar. Buna ilaveten bu karbon topakçıklarının bir kısmı da kaynak esnasında oksitlenerek kaynak dikişinin gözenekli olmasına yol açar. Yüksek miktarda kükürt ihtiva eden ve kafi derecede dekarbürize olmamış olan temper dökme demirler hiçbir şeklide kaynak edilemezler.

Aynı şekilde yüzey tabakalarının hemen altında kükürtlü ve oksitli tabakalar ihtiva eden temper dökme demir parçalarda kaynak edilemezler.

Beyaz temper dökme demirler içinde bir istisna olarak DDTB-38 dökümü, özel bir şekilde şiddetli dekarbürasyona tabi tutulduğundan kalınlığa kadar kaynak edilebilmesi konusunda yoğun çalışmalar yapılmaktadır.

 

Temper Dökme Demirin Sert Lehimlenmesi

Sert lehimleme temper dökme demir parçalarının birleştirilmesi için en uygun usuldur. Bu konuda yapılmış çalışmalar neticesinde aşağıdaki tabloda belirtilmiş olan sert lehim alaşımları geliştirilmiştir. Lehimleme esnasında parçalara 300 ila 500⁰C’lik bir ön tav vermek gerekmekte, dekapan olarak da bor bileşikleri kullanılmaktadır. Beyaz temper dökme demir halinde bağlantının çekme mukavemeti takriben esas metalinkine yaklaşmaktadır, yorulmaya karşı mukavemeti ise esas metalin % 55’i kadardır. Ferritik siyah temper dökme demir için de neticeler benzerdir, perlitik ihtiva eden siyah temper dökme demirlerde, perlitik miktarının artması neticeye menfi yönde tesir etmektedir.

 

 

TABLO-III.4

Temper Dökme Demir İçin Lehim Alaşımı

 

TIG Kaynak Usulünün Dökme Demirlere Tatbiki:

Son senelerde TIG kaynak usulü dökme demirlerin kaynağında oldukça iyi bir tatbikat sahası bulmuştur. Argon ve helyum atmosferi kaynak metalinin oksitlenmesine mani olmakla kalmayıp, dekapan gerektirmediğinden dikiş üzerinde çok az bir curuf teşekkül etmekte ve dolayısı ile kaynak sonrası temizleme ve taşlama işleri kolaylaştırmaktadır. Elde edilen kaynak dikişi gözenek ve curuf kalıntıları olmadığı, oksitlenme ve yanma da mevcut olmadığından, kaynak teli bileşimi vasıtası ile dikişin bileşimini tamamen kontrol altında tutmak mümkün olmaktadır. Bu bakımdan bilhassa bileşimin çok önemli olduğu sfero dökme demirin kaynağı için çok uygun olmaktadır.

Sıcak olarak (ön tav vererek) tatbik edilen bu kaynak usulü, oksi asetilen usulünden çok daha süratli ve aynı zamanda daha kolay olarak tatbik edilebilmektedir. Bu usulün bir özelliği de yatay pozisyondan başka pozisyonlar için de uygulanabilirliğidir.

Kaynak bölgesinde maksimum işlenebilme kabiliyetinin elde edilebilmesi için, düşük ön tav sıcaklıkları tatbik edilerek yapılmış kaynak dikişlerinde, kaynaktan sonra tekrar bir ısıtma ve kontrollü yavaş bir soğutma gereklidir.

III.5.6.Sonuçlar

Bütün kır dökme demir çeşitleri ile özel dökümlerin büyük bir kısmının gerekli tedbirler alınarak kaynak edilmesinin mümkün olduğu, bu yazıda etraflıca belirtilmiştir. Malzemenin heterogen yapısının arz ettiği zorluklar, mümkün olan minimum kaynak enerjisi tatbiki ile geniş çapta izale edilebilmektedir. Bu suretle iç gerilmelerin oluşumu tehlikesi, çatlak ve sert kırılgan bölgelerin oluşumu olasılığı en aza indirilmektedir.

Bugün kır dökme demirin kaynağı o kadar yaygın bir şekilde tatbik edilmektedir ki kolaylıkla bir standart metottan bahsedilebilmektedir. Genel bir kural olarak kolaylıkla tavlanabilen küçük parçalar oksi-asetilen ile kaynatılır veya lehimlenir; büyük ve karışık şekilli parçalar ise nikel veya ferro-nikel elektrotlar kullanarak elektrik ark kaynağı yardımı ile tamir edilebilmektedirler.

Yapı ve renk üniformluğunun mühim olduğu haller için geliştirilmiş olan dökme demir ve sfero dökme demir çekirdekli elektrotlar ile yapılan kaynaklar da tatminkar neticeler vermektedir; yalnız burada bu usulün ancak ön tav tatbik etmenin mümkün olduğu hallerde tatbik edilebileceği husus gözden uzak tutulmamalıdır.

Çözüm dökme demir için sert lehimle birleştirme en uygun çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır.

Uygulamadan örnekler göstermiştir ki, endüstrinin talepleri çok geniş bir dağılım arz etmesine rağmen, en değişik ve karışık bir görünüş arz eden problemler dahi, belirtilmiş olan usuller yardımı ile kaynakla tamir edilebilmektedir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV - BAKIR ve ALAŞIMLARININ KAYNAĞI

 

IV.1.- Giriş

Bakır korozyona karşı dayanıklılığı, ısıyı ve elektriği iyi iletmesi, soğuk şekil değiştirmeye yatkınlığı nedeni ile özellikle kim­ya ve elektrik endüstrisinde geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bakırın yüzeyinde zamanla atmosferdeki O₂, CO₂, OH’nin bakır­la reaksiyonu sonucunda bazik karakterli bakar karbonattan oluşan bir yeşil tabaka ortaya çıkar; bu tabaka bakırı dış etkenlerden korur.

Soğuk olarak şekillendirmeye çok elverişli olan bakıra 650°C’nin üzerinde, sıcak olarak da şekil verilebilir. Bakırın talaş kaldı­rarak şekillendirilmesi güçtür ve ayrıca döküm kabiliyeti de iyi değildir. Sıcaklık yükseldikçe diğer metallerde olduğu gibi mukavemeti azalır, buna karşın 300 ila arasında % uzama değe­rinde bir azalma görülür, bu olay bakırın bu sıcaklık aralığında gevrekleştiğini göstermektedir.

Tablo l- Bakır Türleri

Sembol	% Cu min.
A-Cu	99.00
B-Cu	99.25
C-Cu .	99.50
D-Cu	99.75
F-Cu	99.90
E-Cu	99.90
KE-Cu (katod bakın)	99.90

 

Tablo l’ de bakırın saflık derecesine göre sınıflandırılması gösterilmiştir; bunlardan A-Cu gayrisafiyet olarak nikel ve arsenik içerir ve ateşe dayanıklığı iyidir. İçerisinde arsenik bulunan B-Cu az miktarda bakır içeren doküm alaşımlarının hazırlanmasında kullanılır. C-Cu, D-Cu, F-Cu boru, çubuk, profil ve saç gibi ba­kır yarı mamüllerin eldesinde ve E-Cu ise elektrik iletkenlerinin üretiminde kullanılır. Katod bakır hariç, bütün bakır türlerinde Cu₂O halinde bir miktar oksijen bulunur. Bu tür bakırlar bilhassa 'nin üzerinde hidrojen içeren ortamlarda bulunduklarında, hidrojen bakırda yayınır ve bakır oksidin, oksijeni ile birleşen su buharı oluşturur ve içyapı içinde çok yüksek basınç altında bulu­nan bu su buharı çatlakların oluşumuna neden olur; bu olaya hid­rojen hastalığı denir.

Bu olayı önlemenin yegane çaresi dezokside edilmiş bakır kul­lanmaktır. Dezoksidasyon işlemi için elektrik iletkeni olarak kulla­nılmayacak bakırda fosfor, iletken olarak kullanılacaklarda ise odun kömürü veya lityum kullanılır. Saf halde iken çok yumuşak olan bakır soğuk şekil değiştirme ile sertleştirilebilir.

Tablo 2- Bakırın fiziksel özelikleri

IV.2. - BAKIRIN KAYNAK KABİLİYETİ

Bakır bütün metalsel malzemeler gibi kaynakla birleştirilebilir, bununla beraber bazı olaylar ve bakırın bazı özellikleri bu hususu etkilemekte ve bakırın kaynağını güçleştirmekte ve hatta bazı hallerde de imkansız kılmaktadır.

Bakırın kaynağını şiddetle etkileyen hususlar şunlardır:

* Bakırın oksijen içeriği,

Bakır oksijenle beraberce bir ikili sistem oluşturur ve % 0,385 O₂ içeren bakır ve ötektik katılaşma gösterir. Bu oksijen bakır içinde genellikle daha stabil olan Cu₂O şeklinde bulunur.

% 0,09 O₂ ‘de başlayan ötektik yatayı nedeni ile katılaşma esnasında bu değerden daha fazla oksijen içeren bakırın tanelerinin köşelerinde Cu₂O bulunduğundan bakır gevrekleşir, bu gevreklik özellikle yarı mamulün ikinci bir eritmeye tabi tutulmasında kendini belli eder. Kaynak işlemi bu doğrultuda bir işlem olduğundan bu tür bakırların eritme kaynağı tavsiye edilmez. Bakırın içerdiği oksijen miktarı % 0,04’ten az olursa bakır mükemmel bir şekilde kaynak edilebilir.

Uygulamada kaynatılacak bakırın kaynaktan sonra dikiş ve kaynak bölgesinde oksijen gevrekleşmesi olayının ortaya çıkıp çıkmayacağını anlamak için, bir numune parça eritme sıcaklığnın biraz altına kadar ısıtılır ve soğumayı takiben bir örs üzerinde çekiçle dövülür, kırılma meydana gelirse bu bakırın oksijen içeriğinin, eritme kaynağına olanak vermeyecek derecede yüksek olduğu anlaşılır.

* Isıl İletkenlik

Bakır, ısıl iletkenliği çok yüksek olan metallerden bir tanesidir, dolayısıyla kaynak bölgesinde ısıyı yoğunlaştırıp eritme sıcaklığına erişmek, bilhassa kalın parçalar halinde çok zordur. Bu bakımdan kalın parçaların kaynağında muhakka bir ön tav uygulamasına gerek vardır. Ayrıca kullanılan kaynak donanımı da kaynak bölgesine yüksek yoğunlukta ısı odaklaştırılabilecek tür ve güçte olmalıdır.

* Isıl Genleşme

Bakır ısıl genlemesi yüksek olan bir metaldir, bu bakımdan kaynak esnasında ısınan bölge büyük miktarda genleşir, örneğin . boyunda bir bakır çubuk O°’den 100°C’ye ısıtılırsa boyu . kadar uzar.

Bu olay kaynak bölgesine şekil değiştirmelere neden olduğu gibi, kaynaktan önce parçaların putlanmasına da mani olur. Bakır parçaların kaynağında bu husus da göz önüne alınarak özel bir kaynak planı uygulanır ve puntalama yapılmaz, çok gereken hallerde parçlar mekanik bağlama donanımları ile bir arada tutulmaya çalışılır.

Oksijen içermeyen bakır, oksi asetilen, elektrik ark, gaz altı ve toz altı kaynak yöntemleri ile eritme kaynağı uygulanarak birleştirilebilir.

IV.2.1 - BAKIRIN OKSİ-ASETİLEN KAYNAĞI

Bakırın oksi-asetilen kaynağında kullanılan asetilenin çok saf olmasına ve kükürtlü hidrojen içermemesine ve ayrıca asetilen debisinin kaynağın sürekli bir şekilde devamını sağlayacak miktarda olmasına dikkat edilmelidir. Bakırın oksi-asetilen kaynağı için genellikle daha iyi kalite olan tüp asetilen tavsiye edilir. Kaynatılacak bakır parçanın kalın ve büyük boyutlu olması halinde ise tüplerin batarya şeklinde bağlanması gerekir, zira bir asetilen tüpünden saati 1000 litreden fazla asetilen çekildiği zaman aseton da gelmeye başlar, bu olay tüp için zararlı olduğu gibi bakırın kaynağı için de çok zararlıdır.

Bakırın kaynağında kullanılan üfleçler gayet hassas bir ayarlama imkanına sahip olmalı ve aynı zamanda çalışma süresince de ayarı değişmemeli ve kararlı olarak anı gaz karışımını vermelidir. Bunun için üflecin gaz karışım borusunun uzun olması gereklidir, yalnız bu boru gerektiğinden çok uzun olursa üfleç ağırlaşır ve manipülasyonu güçleşir.

Bakırın ısıl iletkenliği çok yüksek olduğundan, kaynak esnasında, kaynak bölgesinde sıcaklığı yükseltebilmek için çeliğin kaynağına nazaran bir, bazı hallerde de iki numara büyük üfleç kullanmak gerekir; kaynak esnasında büyük üfleç kullanılığından, ısınmayı önlemek açısından üfleçler üzerine asbest koruyucu diskler takılması önerilir.

Bakırın oksi asetilen kaynağında gaz karışımının kararlılığını koruyabilmesi için üfleç kadar, gerek oksijen ve gerekse de asetilen tüplerine takılan basınç düşürme ventillerinin de önemi büyüktür. Bakırın kaynağı içni daha hassas ayar kabul eden ve gaz debisindeki değişimi asgariye indiren iki kademeli basınç düşürme ventilleri tercih edilmelidir.

 

Kaynak ağızlarının hazırlanması

Bakırın oksi asetilen kaynağında kıvrık alın, küt alın, V alın, X alın ve kıvrık bindirme şeklinde ağız hazırlanarak birleştirmeler gerçekleştirilebilir, uygulamalarda iç köşe ve bindirme dikişler kullanılmaz.

 

Kaynak Alevi

Genel bir kural olarak bakırın oksi asetilen kaynağında . kalınlığa kadar olan parçalar için çelik kaynağındaki esasa göre bir numara, daha kalın parçalar için ise iki numara daha büyük üfleç kullanılır; kalın parçalar için çift alevli özel üfleçlerin kullanılması önerilir. Bakırın ısıl iletkenliğinin yüksek olması özellikle kalın parçalar halinde yüksek dercede (500-) bir ön tav gerektirir; hatalı üfleç seçimi kaynak işlemini zorlaştırır.

Bakırda ortaya çıkan ve nedeni daha evvelce belirtilmiş olan hidrojen hastalığının ortaya çıkmaması için karbonlayıcı ve kaynak banyosunun oksijen kapıp bakır oksit’in (Cu₂O) oluşmaması için de oksitleyici alev kullanılmaması gereklidir. bu bakımdan bakırın kaynağında başarılı olabilmek için üflecin gayet iyi bir şekilde nötr aleve ayarlanması gereklidir.

 

Kaynak Çubukları

Bakırın kaynağında, saf elektrolitik bakır kaynak çubukları sadece ince saçlarda ve mekanik olarak fazla zorlanmayan bağlantılarda kullanılır. Bakırın oksi-asetilen ile yapılan gaz eritme kaynağında genellikle, erime derecesi bakırdan daha düşük (20-) kaynak çubukları kullanılır. Bu kaynak çubuklarında esas alaşım elementi olarak fosfor ve bunun yanısıra da gümüş, nikel, manganez, titanyum ve vanadyum alaşım elementi olarak katılmaktadır; bakırın oksi–asetilen kaynağında kullanılan kaynak çubuklarında kural olarak bakır miktarının % 98’den daha düşük olmasına müsaade edilmez ve çekme mukavemetinin de asgarı 180 MPa olması istenir.

İyi bir kaynak çubuğunun erimesinin düzgün olması, sıçrama yapmaması ve her pozisyonda kaynağa elverişli olması gereklidir.

Bakırın gaz eritme kaynağında dekapan da kullanılmak gereklidir, bu dekapanlar toz veya pasta halindedir, bakır için kullanılan dekapanlar, bakır alaşımları için de kullanılabilir. Dekapanlar genellikle bor bileşiklerini içerirler ve bunlar oksiktleri çözerek camsı bir cüruf haline geçirirler.

Kaynağın Yapılması

Bakırın oksi-asetilen ile gaz eritme kaynağında genellikle sol kaynak uygulanır, yeni kaynağa parçanın sağ tarafından başlanarak sola doğru ilerlenir, ilerleme esnasında üflecin ucu sürekli olarak yarım daireler çizerek kaynak üflecin önünde salınım yapmadan doğrusal olarak hareket eder. Sağ kaynak yöntemi bakırın kaynağında nadiren uygulanır, kalın parçalar için X ağzı açılması ve iki kaynakçı ile iki taraftan dik pozisyonda kaynak yapılması ve iki kaynakçı ile iki taraftan dik pozisyonda kaynak yapılması tavsiye edilir. Kaynak esnasında özellikle alevin kaynak ağzının iki tarafını da iyice eritmesine ve soğuk kısımların kalmamasına azami dikkat gösterilmelidir.

Bakır saçlar genellikle tek paso ile kaynak yapılır, çok pasolu kaynaklar çoğunlukla çatlak oluşumuna sebep olurlar, bu bakımdan kalın parçalar halinde iki taraftan aynı anda kaynak yapılması tavsiye edilir. Daha evvelce de belitilmiş olduğu gibi bakır parçalara kaynaktan evvel bir ön ısıtma uygulanır, iki taraftan kaynak yapma halinde buna gerek yoktur.

Bakırın kaynağında dikişin kaynaktan sonra henüz kırmızı renkte iken çekiçlenmesi kaynak dikişinin kalitesini yükseltir, bu olay mümkün olan hallerde kaynak işlemi ile beraberce yürütülmeli ve kaynaktan sonra, tekrar ilave ısıtma külfetinden kurtulunmalıdır; örneğin kaynak süresince üfleç 80 ile . kadar ilerleyince kaynak bölgesi çekiçlenerek kaynak bölgesinde döküm yapısı yerine dövme yapısı oluşturulmalıdır.

Bakırın kaynağında uzun dikişler hiçbir şekilde, çeliklerin kaynağında olduğu gibi puntalanmamalıdır. Buna bakırın ısıl genleşme katsayısının büyük olması neden olmaktadır, aksi halde dikiş punta yerlerinden çatlar.

Şekil 3’de görülen parçanın kaynağını yapmak için parçada kaynağa “b” noktasından başlanmalı ve 1 istikametinde devam edilmeli ve sonra tekrar “b” noktasına dönülüp 2 istikametinde kaynak tamamlanmalıdır. Bu arada, bu şekilde bir parça bakırın ısıl genleşmesinin yüksek olmasından ötürü, kaynak yerinde bir kapanma gösterir. Bunun için aradaki aralığın sabit kalmasını sağlayacak basit bir düzeneğe ihtiyaç vardır. Bakır parçalar gereken hallerde puntalama yerine, mekanik bağlama tertipleri ile bir arada tutulur (Şekil 4).

 

 

 

Şekil 1.- Bakırın oksi-asetilen kaynağında sağ ve sol kaynak

 

 

Şekil 2.- Bakırın oksi-asetilen ile çift taraftan kaynatılması ve çekiçlenmesi

 

 

Şekil 3.- Uzun bir kaynak dikişinde kaynak sırası

 

Şekil 4.- Bakırın kaynağında kullanılan bağlama düzenekleri

 

IV.2.2 - BAKIRIN ELEKTRİK ARK KAYNAĞI

Bakırın kaynağı için gerekli ısıyı, elektrik arkından daha yoğun bir biçimde sağlamak mümkündür. Bakırın elektrik ark kaynağında çıplak karbon elektrodlar ve örtülü elektrotlar kullanılır.

Karbon Elektrod ile Bakırın Kaynağı

Bakıra uygulanan en eski elektrik ark kaynak yöntemi alüminyum kaynağında olduğu gibi çıplak karbon elektrotlarla yapılan uygulamalıdır. Bu yöntemde ark gerilimi yüksek olan bir doğru akım kaynak akım üretecine gerek vardır. Bu yöntemde dekapan kullanılması gerekmez ve arkın ısıyı yoğunlaştırma özelliğinden ötürü genellikle ön tav da uygulanmaz; oksi-asetilen için geliştirilmiş olan kaynak çubukları burada da kullanılır. Kaynak işlemi aynen aluminyum halindeki gibidir, kaynak çubuğu kullanılan halerde çubuk ya ağız içine yatırılır ya da dikişe paralel tutulur. Kaynak uygulaması esnasında dikkat edilmesi gereken en önemli husus, elektrodun mümkün olduğu kadar düşey durumda tutulmasıdır; bu yöntem ile dik tavan ve korniş pozisyonunda kaynak yapmak olasılığı yoktur. Bu yöntem ile elde edilen birleştirmelerin özellikle çok tatmimkar olmadığından günümüzde nadiren kullanılmaktadır.

 

Bakırın Örtülü Elektrodlarla Elektrik Ark Kaynağı

Bakır ve bakır alaşımları için pirinçler dışında, esas metale uygun bileşimde örtülü elketrodlar günümüzde üretilmektedir. Bu elektrodların içinde her ne kadar alternatif akım ile kullanılabilenleri var ise de, bunlar genellikle doğru akımda ve ters kutuplama (elektrot pozitif kutupta) ile kullanılırlar. Bakırın, örtülü elektrodlarla elektrik ark kaynağı, ısı ve elektrik iletkenliğinin daha yüksek, ısıl genleşme katsayısının daha büyük, eritme sıcaklığının daha düşük ve sıvı halde daha akıcı olması nedeni ile çeliğin kaynağından farklı tekniklerin uygulamasını gerektirir.

Çeliğin kaynağı ile karşılaştırıldığında bakırın kaynağında şu farklılıklar görülür.

1°- Daha geniş bir kök aralığı bırakılmalıdır.

2°- Daha geniş ağız açıları hazırlanmalıdır.

3°- Puntalar daha sık yapılmalıdır.

4°- Daha yüksek ön tav ve paso arası sıcaklığı uygulanlalıdır.

5°- Daha yüksek akım yoğunluğu kullanılmalıdır.

 

Bakırın kaynağında kaynak tek taraftan uygulandığında bir altlık kullanılması genellikle tavsiye edilir.

Kaynaktan sonra dikişin çekiçlenmesi muhakkak gerekli değildir, bununla beraber dikiş kızgın halde iken yapılan çekiçleme, gerek dikişin mekanik özelliklerini geliştirir ve gerekse de kaynak dolayısı ile oluşan iç gerilmeleri asgariye indirir.

Dezokside edilmemiş bakırların örtülü elektrodlarla kaynağına mukavemetin önemli olduğu hallerde müsaade edilmez, mukavemetin önemli olmadığı hallerde Cu-Sn bileşimli örtülü elektrotlar kullanılabilir.

Dezokside edilmiş bakır halinde, örtülü elektrodlarla elektrik ark kaynağı şiddetle önerilir. Kaynak bağlantısının elektrik iletkenliğinin önemli olduğu hallerde, elektrodun bileşiminde fosfor bulunmamasına dikkat edilmelidir.

Kaynak esnasında bağlama tertibatının rijit olmaması gereklidir zira aksi halde bitmiş dikişte çatlaklar oluşabilir. Bakırın kaynağında, kaynak ağzının ve parça kalınlığının müsaade ettiği en büyük çaplı elektrod kullanılmalı ve kaynak esnasında dikişin genişliğine uygun olarak elektroda salınım veilmelidir.

 

* Bakırın Gazaltı Kaynağı ile Birleştirilmesi

Bakır ve gerekse alaşımları bilinen soy gazaltı kaynak yöntemleri ile kolaylıkla çok emin bir biçimde kaynatılabilmektedir.

TIG kaynak yöntemi saf bakırın, bakır alaşımlarının kaynağı için en fazla önerilen kaynak yöntemidir. Dikkat edildiği taktirde, bu yöntem ile çok kaliteli kaynak dikişleri elde etmek mümkündür. Bakırın kaynağında genellikle doğru akım ve düz kutuplama kullanılır, ince parçalar halinde alternatif akımla da iyi sonuçlar alınmaktadır.

Kaynak dikişin tunsten kapmasına mani olmak için toryum veya zirkonyum ile alaşımlandırılmış elektrodlar kullanılmalıdır. Dezokside edilmiş veya oksijen içermeyen bakır halinde TIG yönteminde çok tatminkar sonuçlar alınır. Bağlantısının ısı iletkenliğinin söz konusu olduğu hallerde gümüş içeren fosforla dezokside edilmiş kaynak telleri kullanılır.

Kaynak dikişinin ısıl iletkenliğinin önemli olmadığı hallerde fosforla dezokside edilmiş kalay içeren kaynak çubukları ile kaynak yapmak daha ekonomiktir. Bakırın TIG kaynağında genel olarak % 25 argon % 75 helyum gaz karışımı önerilirse de gerektiğinde helyum yalnız başına da kullanılabilir. TIG yöntemi çok kalın kesitlerin kaynağı için çok fazla tavsiye edilmez; kalın parçaların kaynak edilmesinin gerektiği hallerde kaynak ağzının açısı asgari 90° olmalı ve yüksek bir öntav sıcaklığı uygulanmalıdır.

TIG kaynağında oksi-asetilen halinde olduğu gibi dekapan kullanmak daha iyi sonuçlar vermektedir.

Bu yöntemde . ye kadar küt alın, 4 ile . arasında V ve daha kalın parçalarda X ağzı kullanılır. Parça kalınlığı arttıkça TIG kaynağı halinde ağız açısı da büyültülür. Normal olarak küt alın kaynakları tek paso, V alın iki paso ve X alın da 4 paso ile kaynak edilir.

Kaynaktan evvel parçadaki kaynak ağızlarının yağlı ve kirli artıklardan temizlenmesi gereklidir, bu iş için endüstride kullanılan çeşitli solventler uygun sonuçlar vermektedir.

 

* Bakırın MIG Kaynağı

Bakır ve alaşımları MIG kaynak yöntemi ile de birleştirilebilirler. Yöntemin sağladığı avantajlar şu şekilde sıralanabilir:

1°- Yüksek bir kaynak hızı,

2°- İyi fiziksel özellikler,

3°- Minimum çarpılma ve şekil değiştirme,

4°- Düşük öntav ve paso arası sıcaklıkları,

5°- Görünüşü mükemmel kaynak dikişleri,

 

En iyi sonuçlar yatay pozisyonda yapılan kaynaklarda alınmaktadır, diğer pozisyonlar da gerek küçük çaplı elektrod gerektirmeli ve gerekse de yüksek akım şiddetinin kulanılamaması halinde nedeni ile tatminkar sonuçlar alınamamaktadır.

Oksijen içermeyen ve dezokside edilmiş bakırlar özel önlemlere gerek göstermeden kaynatılabilirler. Kaynak ağızları hazırlanırken, özellikle kalın kesitli parçalarda ağız açısı manipülasyona izin verecak büyüklükte olmalıdır.

Kaynaktan sonra çekiçleme ve çekiçlemeyi müteakip normalizasyon tavı kaynak dikişinin kalitesini yükseltir.

 

IV.3.- BAKIR ALAŞIMLARI

IV.3.1.- Pirinçler:

Pirinçler, % 53 ile 92 bakır, alaşım elementi olarak da çinko ve az miktarda da kurşun içerene bakır alaşımlarıdır. Pirinçler mikro yapılarına göre tek fazlı alfa pirinci, (bakır içeriği % 65’den fazla) iki fazlı, alfa+beta pirinci (bakır içeriği % 53 ile 63) olmak üzere de sınıflandırılabilir.

Tek fazlı pirinçler soğuk şekil değiştirmeye elverişlidir ve çoğunlukla korozyona dayanıklıdırlar, iki fazlı pirinçler ise talaş kaldırmaya daha uygundurlar, talaşlı işlemeyi kolaylaştırmak için pirinçlere bir miktarda kurşun katlır. Pirincin özgül ağırlığı 8,5 ile 8,8 arasında, erime sıcaklığı ise civarında, içerdiği bakır miktarına göre değişir. Çekme mukavemeti 280 ile 680 MPa arasında değişir.

Bu mukavemet değerlerine göre pirinçler yumuşak, yarı sert sert ve çok sert olmak üzere sınıflandırılabilir. Uzama özellikleri ise yumuşaktan serte doğru azalır, örneğin Ms 58 pirinci yumuşak durumda % 25, yarı sert durumda % 8 ve sert durumda ise % 5 bir kopma uzaması gösterir. Kaynak tekniği açısından pirincin içerdiği bakır miktarı fazla bir rol oynamaz, genellikle yumuşak durumdaki pirinçler daha kolaylıkla kaynak edilebilirler.

Pirincin ısı iletme kabiliyeti çeliğe nazaran 1,5 ile 2 defa daha büyük, bakıra nazaran 2/3 oranında daha küçüktür. Pirinç, üretimi bakımından hadde pirini ve döküm pirinci olmak üzere iki grup altında incelenebilir. Günümüz endüstrisinde, özellikle iyileştirmek gayesi ile bir takım alaşım elementleri ilave edilmiş özel pirinçler de kullanılmaktadır. Ni, Mn, Al, Sn, ve Si ilavesi ile mukavemet, aşınma ve korozyon özellikleri geliştirilir. Ancak Al ilavesi pirincin lehimlenmesini güçletirir, Si ise sünekliği azalır, Fe taneleri küçültür, mukavemeti arttırır buna karşın korozyon direncini azaltır.

 

IV.3.2.1.- Pirinçlerin Kaynak Kabiliyeti

Yüksek sıcaklıktaki bakıra hidrojen kolaylıkla nüfuz edebildiği halde, pirinçte bu olaya çinkonun varlığı mani olur ve dolayısıyla, bakırın kaynağında büyük bir problem olan bu olay pirincin kaynağında bir tehlike arz etmez.

Buna karşın, pirincin içinde alaşım elementi olarak bulunan çinkonun kaynama noktasının () düşük olnması nedeniyle gereken önlemler alınmadığı taktirde, çinko buharlaşmsı nedeniyle, alaşım kaybından ötürü pirinç gevrekleşir; ayrıca oluşan buharlar, dikişin içerisinde gözenek meydana getirerek bağlantının mukavemetinin azalmasına yol açarlar.

 

A – Pirinçlerin Oksi-asetilen Kaynağı

Pirinçlerin kaynakla birleştirilmesinde oksi-asetilen kaynağı günümüzde de çok sık kullanılmaktadır. Özellikle yüksek miktarda bakır içeren pirinçlerden yapılmış boruların birleştirilmesinde, her pozisyonda kaynağa uygun olmasından ötürü, oksi-asetilen yöntemi tercih edilmektedir.

Kaynak donanımı bakırın kaynağında kullanılanın aynıdır; sol kaynak yöntemi uygulanır. Pirincin ısı iletme kabiliyeti bakıra nazaran daha zayıf olduğundan, kaynakta daha küçük bir aleve ihtiyaç vardır bu bakımdan üfleçler aynen çeliğin kaynağında kul­lanılan esasa göre seçilir. Pirincin kaynağında kuvvetli oksitleyici alev kullanılır, alevin çekirdeği gayet kısa ve açık mavi hatta ve hatta beyaz bir renk alacak şekilde gazın ayarlanması lazım­dır.

Kaynak yaparken oksitleyici bir alev kullanılmasından ötürü banyonun yüzeyinde oksit tabakası oluşur ve bu oksit tabakası çinkonun buharlaşmasına ve dolayısı ile de fazla miktarda çinko kaybına mani olur.

Pirinçlerin kaynağında da bakırın kaynağında kullanılan dekapanlardan kullanılır, dekapanın uygulama yöntemi aynen bakırın kaynağında olduğu gibidir.

Yüksek miktarda bakır içeren pirinçler için aynı bileşimde kaynak çubuğu yoktur, bunlar, % l ila 1,5 fosfor içeren bakır kay­nak çubukları ile kaynatılırlar, bu özellikle kaynak bağlantısının korozyon direncinin söz konusu olduğu haller için çok iyi sonuç vermektedir. % 80'den daha düşük oranda bakır içeren pirinçler için aynı bileşimde kaynak çubuğu tedarik etmek mümkündür, yalnız bileşim aynı olsa bile kaynak dikişi esas metalle aynı ko­rozyon direncini göstermemektedir. Pirinç kaynak telleri, genellikle piyasada bronz diye isimlendirilmektedir, bu bakımdan kaynak teli siparişi verirken muhakkak bileşim belirtilmelidir. Bazı kaynak tellerine az miktarda gümüş ilave edilir, bu tür teller özellik­le iyi bir akış sağladıklarından güzel bîr görünüş sağlarlar.

Pirinç içinde az miktarda bulunan kurşun kaynak kabiliyetini olumsuz yönde etkiler, bilhassa Pb miktarı % 0.5'ten fazla olduğu zaman kaynak dikişi gözenekli olur.

 

B – Pirinçlerin Örtülü elektrotlarla Ark Kaynağı:

Pirinçler Örtülü elektrodlarla da rahatlıkla kaynak edilebilirler; burada fosfor bronzu (kalay bronzu) ve alüminyum bronzu elektrodlar kullanılır. Yüksek çekme ve yorulma mukavemeti ve korozyona dayanıklılığın söz konusu olduğu hallerde alüminyum bron­zu elektrodlar az miktarda çinko içeren pirinçlerde ise kalay veya fosfor bronzu elektrodlar kullandır. Pirincin kurşun içermesi halinde kaynak işlemi zorlaşır ve adeta gözeneksiz kaynak dikişi eldesi olanaksız hale gelir.

Kaynak esnasında genellikle bir altlığa gerek vardır ve işlem ancak yatay oluk pozisyonda gerçekleştirilebilir. Az çinko içeren pirinçler 200 ila 'lik, yüksek miktarda çinko içeren pirinçler ise 250 ila lik bir ön tav uygulayarak kaynak eprirler. Kaynağın iyi bir şekilde işleyebilmesi ve cüruf kalıntılarının ber­taraf edilebilmesi için ağız açılan büyük seçilmelidir.

Alüminyum bronzu elektrodlarla kaynak yapılması halinde mümkün olan en büyük çapla elektrod seçilmeli, önerilen en yüksek akım şiddeti ile doğru alanı ters kutuplama kullanılmalıdır. Mümkün olan en ufak kaynak banyosu oluşturulmalı ve ark daima kaynak metali ve elektrod arasında yanmalı ve elektroda kenar­larda durmadan, en fazla çapının üç katı kadar salınım vermeli ve mümkün olduğu kadar yavaş ilerlen m elidir. Bu şekilde davranılırsa çinko kaybı asgariye inmiş olur.

Fosfor bronzu elektrodlarla keynak yapılması halinde gene mümkün olan yüksek akım şiddeti seçilmeli, fakat elektrod müm­kün olduğu kadar doğru çekilerek süratli bir kaynak yapılmalıdır.

 

C – Pirinçlerin Koruyucu Gaz Kaynağı

Günümüzde pirinçler gerek TIG ve gerekse de MIG kaynak yöntemi ile rahatlıkla kaynaklanabilmektedir. Son yollarda özellikle döküm parçaların tamirinde TIG kaynağı çok revaç bulmuştur. Burada da dolgu metali olarak alüminyum bronzu kaynak çubukla­rı kullanılmakta ve ince levha haricindeki parçalar 200°C’lik bir ön tav'a tutulmaktadırlar.

MIG kaynağında da genellikle aynı bileşimde elektrodlar kullanılmaktadır. Az çinko içeren alaşımlara genellikle fosfor veya silisyum bronzu, fazla miktarda çinko içeren pirinçlere ise alü­minyum bronzu elektrodlar önerilmektedir. Birinci grup için 'lik bir ön tava gerek vardır; ikinci grup ise ön tavsız ola­rak rahatlıkla kaynak yapılabilirse de akım şiddetini düşürüp çin­ko buharlaşmasını azaltmak bakımından, ön tav tavsiye edilir.

Koruyucu gaz ile yapılan kaynaklarda bakır çinko alaşımı elek­trodlar kullanılamaz zira çinkonun buharlaşır, asından Ötürü kaynak dikişi aşın derecede gözenekli olur.

IV.3.2.- Bronzlar

Bakır alaşımlarının en önemli grubunu oluşturan bronzlar min. % 60 bakır buna karşın çinko dışında diğer alaşım elementleri içeren korozyona ve aşınmaya pirinçlerden daha dayanıklı alaşımlardır. Bakır dışından en çok içerdikleri alaşım elementinin cinsine göre, kalay bronzu, alüminyum bronzu, silisyum bronzu diye adlandırılırlar.

 

A - Kalay Bronzları

Kalay bronzları hadde ve döküm ol m ak üzere iki ana grupta incelenebilirler; hadde bronzları % 22 ila 9 kalay, döküm kalay bronzları ise % 10 ila 20 kalay içerirler.

Bu tür bronzların eldesinde, dezoksidasyon için fosfor kullanıl­dığı için fosfor bronzu diye de adlandırılırlar, aslında fosforlu kalay bronzu diye adı daha doğrudur. Makina endüstrisinde daha ziyade döküm kalay bronzları kullanılır. Bu bronzlar kolay dökülebilmelerinin yanısıra aşınmaya dayanıklılıkları ve kayma özellik­leri dolayısı ile sonsuz vida çarklarının imalinde rakipsiz bir malzemedir. Ağır yüke maruz kaymalı yataklar da kalay bronzundan imal edilir.

 

Kalay Bronzlarının Kaynak Kabiliyeti

Haddelenmiş kalay bronzları oldukça iyi bir kaynak kabiliyeti­ne sahip olmalarına rağmen döküm kalay bronzları ancak bazı önlemler alınarak kaynak edilebilirler. Döküm kalay bronzları aynen dökme demir halinde olduğu gibi pratik olarak sıfır % uza­ma gösterirler ve artan sıcaklıkla da mukavemetlerini yitirirler. Bu bakımdan aynen dökme demirin kaynağında alınan önlemler burası için de geçerlidir. Parçaya kaynaktan önce Özel bir ocak içinde lik bir ön tavlama uygulanır, kaynak süresince de bu sıcaklık korunmalı ve kaynaktan sonra da parça fırın veya ocak içinde çok yavaş bir şekilde soğumaya terk edilmelidir. Ayrıca parça kaynak esnasında, daha doğrusu sıcaklığı 'yi geçtikten sonra hiçbir şekilde sarsılmaya çarpmaya veya döndür­meye maruz bırakılmamalıdır.

 

Kaynak yerinin hazırlanmasında aynen dökme demirin kay­nağında olduğu gibi çatlak yer tamamen çıkartılarak gereken bi­çim de bir ağız hazırlanır. Döküm kalay bronzlarının kaynağı bir tamir olarak düşünülmelidir, döküm kalay bronzlarının imalat kay­nağı uygulanmaz.

 

Döküm Kalay Bronzlarının Oksi-Asetilen Kaynağı

Oksi asetilen alevi aynen bakırın kaynağında olduğu gibi nötr olarak ayarlanır ve kaynak esnasında alev çekirdeğinin banyo ile temas etmemesine çalışılır.

Kalay bronzlarının kaynağında da bakırın kaynağında kullanılan dekapanlara gerek vardır. Kullanılan kaynak çubukları genellikle esas metal ile takriben aynı bileşimdedir, yalnız kaynak esnasın­da kalay buharlaşmasını karşılamak için bir miktar kalay bakımın­dan zengin alaşım tercih edilir, kaynak esnasında redüklemeyi kolaylaştırmak için iyi cins kaynak çubukları alüminyum, silisyum, manganez veya fosfor gibi alaşım elementleri de içerirler.

 

Döküm Kalay Bronzlarının Elektrik Ark Kaynağı

Hasarlı kalay bronzu parçalar elektrik ark kaynağı yardımı ile tamir edilebilirler, burada aynen kır dökme demirin kaynağında olduğu gibi çıplak elektrodlar kullanılabildiği gibi Örtülü elektrodlar da kullanılmaktadır. Çıplak elektrodlar günümüzde sadece dökümhanelerde hasarlı parçaların tamirinde kullanılmaktadır. Çıplak elektrodlar esas metal ile takriben aynı bileşimde uzun çubuklar­dır, çapları 5 ila arasında değişir, uygulamada doğru akım kullanılır, burada yüksek alam yoğunluğuna, kalayın buharlaşmasına meyli nedeni ile müsaade edilmez.

Günümüzde dökümhaneler dışında çıplak elektrod ile kaynak uygulaması yoktur; Örtülü elektrodlar kullanma kolaylığından ötürü tercih edilirler. Burada kullanılan elektrodlar çekme sonucu elde edilmiş hadde bronzu tellerdir ve örtü bileşimlerinde oksi-aseti­len kaynağında kullanılan dekapanın içerdiği maddeler ile ayrıca arkın stabilizasyonunu, redükleme ve dezoksidasyonunu ve alaşımlanmayı sağlıyan maddeleri içerir. Bunlar genellikle doğru akım ters kutuplama ile kullanılırlar.

Kaynak ağızları özellikle kalay miktarı az olan bronzlarda geniş açılmalı ve ağız duvarlarının erimiş elektrod metali tarafın­dan iyice ıslatılması sağlanmalıdır.

Kaynak daima ön ısıtma ile uygulanır, genelde 'lik bir ön ısıtma yeterli gelir. Kök pasolar ve onu takip eden bir iki paso elektrod çapını aşmayan salınımlar yapılarak çekilir; ondan sonra­ki pasoların doğru çekilmesi tavsiye edilir. Kalay bronzu iri, sütunsal taneler halinde katılaştığından, aynı yapı kaynak dikişinde de karşımıza çıkar, bazı hallerde bu yapıyı düzeltmek ve meka­nik özellikleri geliştirmek için kaynaktan sonra bir tav şiddetle önerilir.

 

Kalay Bronzlarının TIG Kaynağı

Kalay bronzu döküm parçaların kaynağında günümüzde TIG kaynağı da kullanılmaktadır, daha ziyade % 10 civarında kalay içeren bronzların kaynağında iyi sonuçlar alınmaktadır, bu yön­temde Avrupa'da koruyucu gaz olarak argon kullanılmasına karşın ABD' de helyum tercih edilmektedir. Kaynak çubuğu olarak da aynı bileşimde fakat bir miktar fosfor içeren alaşımlar kullanıl­maktadır. Kaynak işlemi 200 ila 'lik bir ön tav ile mümkün olduğu kadar süratle yapılmalı ve kaynağı müteakip parça yavaş soğutulmalıdır.

 

Kalay Bronzlarına MIG uygulaması

Özellikle hadde bronzlar üzerine yapılan tecrübeler MIG kay­nak yönteminin bu malzemelere de uygulanabilirliğini ortaya koy­muştur. Daha evvelce de belirtilmiş olunduğu gibi kalay bronzlarına kaynak, ancak tamir için uygulandığından ve MIG yöntemi daha çok imalat kaynağına elverişli olduğundan, günümüzde uygulaması endüstriyel çapta yapılmaktadır.

 

B - Alüminyum Bronzları

Alüminyum bronzları %l4’e kadar alüminyum ve gerektiğinde de Ni, Fe, Mn gibi alaşım elementleri içeren dövme ve döküm türleri de bulunan bakır alaşımlarıdır. Alüminyum bronzlarından bazı türler soğuk şekil vermenin dışında yaşlandırma ile sertleştirilebilirler.

Bu bronz türü korozyona diğer bronzlardan daha dayanıklıdır, bu da alüminyumun yüzeyde oluşturduğu oksit filminden kaynak­lanmaktadır. Deniz suyuna ve çeşitli alkali ve asitlere karşı da­yanıklıdır. Özellikle nikel içeren alümunyum bronzları yüksek sıcacıklarda çok iyi mukavemet değerlerine sahiptir ve buhar do­nanımlarında kullanılır. Katılaşmada kendini çekmeleri yüksek olduğundan bu konu bunların dökümünde göz önüne alınmalıdır. Talaş kaldırma ancak sert metal uçlar ile yapıldığında, gereken yüzey düzgünlüğü elde edilebilmektedir.

 

Alüminyum Bronzlarının Oksi-asetilen Kaynağı

Alüminyum bronzlarından özellikle yüksek oranda alüminyum içeren tiplerine oksi-asetilen kaynağı pek önerilmez, zira oluşan alüminyum oksit bakır dekapanlan ile çözülemez, alüminyum dekapanlar ise bakırda korrozyona neden olur. Oksi asetilen kaynağı­nın uygulanması halinde alüminyum ve bakır dekapanı karışımı, nötr alev ve aynı bileşimde kaynak çubukları kullanılır.

 

Alüminyum Bronzlarının Elektrik Ark Kaynağı

Alüminyum bronzlarının kaynatılması için en çok tercih edilen usul, örtülü elektrod ile elektrik ark kaynağıdır. Gerek mekanik özellikleri ve gerekse de bileşim açısından geniş bir sahayı kapsayan örtülü elektrod türleri vardır. Bu elektrodlar genellikle doğru akımla ve ters kutupluma ile kullanırlar. Az miktarda alüminyum içeren elektrodlar özellikle ticari alüminyum bronzu levha ve saç­ların kaynağında kullanılır.

 

Alüminyum Bronzlarının TIG Kaynağı

Alüminyum bronzları en iyi bir şekilde TIG kaynağı ile birleştirilebilmektedir. Genellikle alternatif akam ve argon kullanılarak bu kaynak yöntemi uygulanmasına rağmen, doğru akım düz kutup­lama ile de kaynak yapılabilir. Kesitlerin çok kalın olmadığı hallerde ön ısıtma gerekmez. Alüminyum bronzlarında kaynak sonrası çekiçleme veya ısıl işlem gerekmez, yalnız alın kaynağı halinde dikişin alt kısmına özel bir dekapan uygulamak iyi sonuç vermektedir. Haddelenmiş alüminyum bronzlarının kaynağında gü­nümüzde büyük çapta MIG kaynağa uygulamalarında yapılmaktadır.

Koruyucu gaz kaynaklarında esas metal ile aynı bileşimde kaynak çubuk ve telleri kullanılmaktadır.

MIG yöntemi kalın parçalar dışında ön tav gerekmez yalnız çok pasolu kaynak halinde, pasolar arası sıcaklığının 'nın altına düşmesine müsaade edilmelidir.

 

C - Silisyum Bronzları

Silisyum bronzları % 1,5 ila 3.5 silisyum ve % 1,25 den az Zn, Sn, Mn veya Fe içeren bakır alaşımlarıdır.

Yüksek korozyon dirençleri ve çekme mukavemetleri ve kolay­lıkla kaynak edilebilirlikleri dolayısı ile günümüzde silisyum bronz­ları büyük bir önem kazanmışlardır. Üçüncü alaşım elementinin varlığı mekanik özellikler üzerine büyük bir etkide bulunmaz. De­mirin ilavesi mukavemet ve sertliğin bir miktar artmasına, kalay veya çinkonun ilavesi sıvı halde akıcılığın yükselmesine, dolayısıyle de döküm ve kaynak özelliklerinin gelişmesine yardımcı olur.

Silisyum bronzları sıcak haddeleme, ekstüzyon ve dövme ile şekillendirmeye uygun alaşımlardır, yalnız sıcak şekillendirilecek alaşımın eser miktarda dahi kurşun içermemesi gereklidir. Az miktarda silisyum içeren alaşımlar soğuk şekil verme ile şekillendirilebilirler. Tavlanma sonucunda yüzeyinde ancak mekanik olarak giderilebilen refrakter bir oksit tabakası oluşur.

Silisyum bronzları, mekanik özeliklerinin ve korozyon dirençle­rinin saf bakırdan daha iyi olması nedeni ile günümüzde bakırın kullanıldığı bir çok yerde kullanılır hale gelmiştir.

 

Silisyum Bronzlarının Oksi-Asetilen Kaynağı

Silisyum bronzları, bakır ile karşılaştırıldığında, kaynak tekniği açısından şu farklılıkları gösterirler :

1 - Isı iletim katsayısı daha küçüktür,

2 - Kaynak banyosu çok akıcıdır,

3 - Erimiş banyonun üstü kalın bir silisyum ve manganez oksit tabakası ile kapladır,

4 - Kaynak sonrası çarpılma miktarı fazladır.

Silisyum bronzları aynı bileşimde kaynak teli kullanılarak rahat­lıkla oksi-asetilen yöntemi ile kaynak edilebilirler. Asit borik içe­riği fazla olan dekapanların kullanılmasının gerekli olduğu bu malzemelerin kaynağında çok hafif oksitleyici alev kullanılır. Ge­rek çarpılmalara azaltmak ve gerekse de çok ekici olan kaynak banyosunu kontrol altında tutabilmek için kaynak banyosunun mümkün mertebe küçük oluşturulmasına çalışılmalıdır.

 

Silisyum Bronzlarının Elektrik Ark Kaynağı;

Silisyum bronzlarının ark kaynağında koruyucu gaz yöntemleri tercih edilmesine rağmen, geliştirilmiş örtülü elektrodlar ile kay­nak yapılabilir. Burada kullanılan elektrodlar alüminyum bronzu esaslıdır. Silisyum bronzlarının ısıl iletkenliğinin iyi olmamasından ötürü kaynak esnasında mümkün olduğu kadar ark boyu kısa tu­tulmalı ve pasolar arası sıcaklığın 'yi geçmemesine çalışıl­malıdır.

Kaynak ağızlan aynen çeliğin kaynağında kullanılan biçim ve ölçülerde hazırlanır. Kaynak dikişinin kaynaktan sonra hafif bir şekilde düz çekiç­lerle dövülmesi dikişin mekanik özeliklerini geliştirir ve iç geril­meleri azaltır.

 

Silisyum Bronzlarının Koruyucu Gaz Kaynağı

Silisyum bronzları en iyi bir şekilde TIG kaynak yöntemi ile kaynaklanabilir. Doğru akam ve düz kutuplama ve argon gazı ile en iyi sonuçlar elde edilmektedir. Ön ısıtma gerekmez, ince par­çalar ağız açmadan küt alın olarak kaynatılır, kalın parçalara 60°’lik V ağzı açılır. Çok paso ile yapılması gereken kaynaklarda pasolar arası sıcaklığın 'yi geçmemesine çalışılmalıdır.

Son yollarda MIG kaynak yöntemi de silisyum bronzlarına uy­gulanmaktadır, burada da silisyum bronzlarının sıcak çatlamaya eğilimi nedeniyle kaynak hızlı yapılmalı ve kaynak banyosu da mümkün mertebe küçük tutulmalıdır. Kaynak çok paso ile yapıla­caksa, her pasodan sonra bir çelik tel fırça ile dikiş fırçalanarak üzerinde oluşmuş oksit tabakası temizlenmelidir.

 

D - Bakır Nikel Alaşımları

Bakır nikel ile her oranda karışarak alaşım oluşturabilir; nike­lin yanı sıra, bazı özelliklerini geliştirmek gayesi ile az miktarda diğer alaşım elementleri de katılır.

Bu alaşımlar elektrik ve ısı iletkenliklerinin iyi olmamasına rağmen çok iyi bir korozyon direnci ile üstün mekanik Özeliklere sahiptirler; mukavemetleri oldukça iyi, sünek ve tokturlar. Yalnız bütün nikel esaslı alaşımlar gibi, nikel bakır alaşımları da kurşun ve kükürt kırılganlığına hassastır, bu elementlerinin çok az mik­tarlarda dahi varlığı alaşımı kırılgan hale sokar.

 

Bakır Nikel Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti

Bakır nikel alaşımlarının iyi kaynak edilebilmesi için alaşımda kurşun miktarı % 0,005’ten küçük olmalıdır. Kaynak yerinin işa­retlenmesi veya tav sıcaklığının ölçülmesinde kullanılan termo-tebeşirler kükürt içerdiklerinden kaynak esnasında kullanılmamalı­dır. Kaynak edilecek bakır nikel alaşımlarının kaynak esnasında çatlamaması için de fosfor miktarının %0.02 den az olması ge­reklidir.

 

Bakır Nikel Alaşımlarının Oksi-Asetilen Kaynağı

Bu alaşımlar oksi-asetilen yöntemi ile hafif karbonlayıcı alev kullanılarak rahatlıkla kaynatılabilir. Burada kullanılması gereken dekapan diğer bakır alaşımlarınkinden farklıdır, burada refrakter nikel oksit oluşumuna mani olan ve monel kaynağı için geliştiril­miş dekapanlar kullanılmaklıdır. Kaynak çubuğu aynı bileşimde ol­malı ve ilave olarak ta manganez veya silisyum gibi dezoksidasyon elementleri içermelidir. Kaynak esnasında esas metalin fazla eritilmemesine kaynağın, hızla yapılmasına ve kaynak süresince de kaynak çubuğunun uç kısmının sürekli olarak alevin içinde ol­masına dikkat edilmelidir.

 

Bakır Nikel Alaşımlarının Örtülü elektrot ile Ark Kaynağı

Bakır nikel alaşımları için, aynı bileşimde doğru akım düz ku­tuplama ile kullanılabilen örtülü elektrodlar geliştirilmiş ise de, bu alaşımların elektrik ark kaynağını koruyucu gaz altında yapmak tercih edilir. Gerek MIG ve gerekse de TIG yöntemleri bu alaşım­larda çok iyi sonuçlar vermektedir.

MIG kaynağında argon gazı kullanarak ve süratli bir şekilde yapılan kaynaklarda daha iyi sonuç alınmaktadır. Kaynak ağzı hazırlamanın gerekli olduğu yerlerde 60°’lik V veya X ağızları tercih edilir. TIG kaynağı halinde, doğru akım düz kutuplanma ile aynı bileşim de kaynak çubukları ve argon örtüsü kullanılarak çok iyi kaynak dikişleri elde etmek mümkündür.

 

 

 

 

 

NİKEL VE ALAŞIMLARI

 

GİRİŞ

METALLERİN ÖZELLİKLERİ

Nikel, erime noktasına kadar yüzey merkezli kübik (YMK) yapıdadır. Nikel, zararlı fazlar oluşturmadan birkaç elementle alaşımlanabilir. Nikel bazı bakımlardan, periyodik cetveldeki yakın komşusu, demire benzerlik gösterir. Nikelin yoğunluğu demirden biraz fazladır. Mekanik ve manyetik özellikleri demire benzer. Bununla birlikte nikelin kristal yapısı demirden oldukça farklıdır. Bu yüzden nikel ve nikel alaşımlarının metalürjik özellikleri demirden farklıdır.

Nikelin birçok metal içindeki çözünürlüğü fazla olduğundan çok çeşitli ticari alaşımlar elde edilebilir. Nikel ve bakır tam katı çözelti oluşturabilirler. Demir ve kobalt, nikel içinde oldukça fazla miktarlarda çözünebilirler. Nikel içinde kromun çözünürlük sınırı %35-40, molibdenin ise %20’dir. Bakır, krom, molibden, demir ve kobalt gibi ana alaşım elementlerinin ilavesinin kaynak kabiliyetine olumsuz etkisi yoktur. Birçok durumda kaynak kabiliyetine olumlu etkileri vardır. Genel olarak, ticari bakımdan saf nikel ve nikel bakır alaşımlarının kaynak kabiliyetleri birbirine benzer. Diğer nikel alaşımlarının çoğu paslanmaz çelikler gibi davranır.

Ostenitik paslanmaz çelikler gibi nikel alaşımları da erime sıcaklığına kadar tek bir kristal yapıda bulunurlar. Nikel alaşımları faz değişimine uğramadıkları için ana metalin veya kaynak metalinin tane büyüklüğü tek başına ısıl işlemle iyileştirilemez. Tane büyüklüğü sadece, sıcak veya soğuk işlemeyi (haddeleme, dövme gibi...) takip eden uygun bir tavlama işlemiyle küçültülebilir.

Manganez, silikon, niyobyum, karbon, alüminyum ve titanyum gibi alaşım elementlerinin (nispeten) az miktarlarda ilave edilmesi, nikel ve alaşımlarının kaynak kabiliyetine zararlı değildir. Çökelme sertleşmesini kolaylaştırmak için alüminyum veya titanyum gibi elementler ilave edildiğinde oksit oluşumunu sınırlamak için kaynak bölgesinin iyi korunması gerekir.

Nikel ve alaşımlarının kaynak kabiliyeti, kükürt, kurşun, zirkonyum, bor, fosfor ve bizmut gibi artık elementlere karşı hassastır. Bu elementlerin pratikte nikel alaşımlarında çözünemediği kabul edilir. Bunlar ötektik reaksiyonlar oluşturabildiklerinden kaynağın katılaşması sırasında sıcak çatlamaya sebep olabilirler. Ticari bakımdan önemli olan bütün nikel ve bakır alaşımlarının, söz konusu kontrolü zor olan elementler için belirlenmiş sınırlar vardır. Bazı alaşımlara çok az miktarda bor ve zirkonyum ilave edilerek yüksek sıcaklık özellikleri iyileştirilebilir ama bu kaynak kabiliyetini olumsuz etkiler. Kükürdün sünekliliğe zararlı etkileri, dövme ile üretilmiş parçalara ve ilave metallere az miktarda magnezyum katılarak kontrol altına alınabilir.

Korumalı metal ark-kaynağında örtülü elektrotlar kullanıldığında arktan magnezyum kayıpları oldukça fazladır. Çok az miktarda magnezyum kaynak metalinde kalır. Böyle durumlarda kükürdün kontrolü, ilave metale, magnezyuma oranla daha fazla miktarı metalde kalan, niyobyum veya manganez katılarak sağlanır.

Nikel, nikel-bakır alaşımları ve nikel-molibden alaşımlarında ilave metal kullanılmadan yapılan eritme kaynağında eğer kaynak bölgesine oksijen, azot veya karbon monoksit karışırsa gözeneklilik oluşabilir. Nikel ve nikel-bakır alaşımlı ilave metale, gaz katışkılarıyla birleşerek gözenekliliği önlemesi için gaz tespit edici elementler katılır. Kaynak kabiliyetine bağlı sebeplerden dolayı kaynak metalinin bileşimi ana metalinkinden farklıdır. Mekanize veya otomatik kaynak yöntemleri, sadece dikkatle kontrol edilen koşullarda yapılan kaynak yöntemleri için tavsiye edilir. Genellikle az miktarda da olsa ilave metal kullanmak daha uygundur. Çünkü kaynak teline, gaz ve artık elementleri kontrol edebilecek ve tespit edebilecek (fix) elementlerin ilave edilmesiyle beklenilene daha yakın bir kaynak kalitesi elde edilir.

Nikel ve alaşımlarını dört gruba ayırabiliriz:

(1) Katı çözeltiyle sertleştirilmiş alaşımlar

(2) Çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımlar

(3) Dispersionla-sertleştirilmiş alaşımlar

(4) Dökme alaşımlar

 

Nikel ve kobalt alaşımları, çelik ve diğer ana metallerin kaynağında yaygın olarak kullanılan bütün yöntemlerle kaynak yapılabilirler. Çökelmeyle sertleştirilebilen metaller grubunda katı-çözelti grubu metallerindeki kadar kaliteli bağlantılar elde edilebilir.

 

UYGULANABİLİR YÖNTEMLER

Genellikle nikel ve alaşımlarına uygulanabilen bazı ark metal kaynağı yöntemleri Tablo 1’de her alaşım için tanımlanmıştır. Çökelmeyle sertleştirilebilen alaşımlara, Tozaltı ark kaynağı (SMAW) ve gaz metal ark kaynağı (GMAW) yöntemlerinin uygulanamadığına dikkat edilmelidir.

Yaşlanmayla sertleştirilebilen alaşımların kaynağında kullanılan örtülü elektrotlar, kaynak bölgesinde düşük mekanik özelliklere ve taneler arasında adhezyona sebep olurken, gaz metal ark kaynağı (GMAW) yönteminde, yaşlanmayla sertleştirilebilen alaşımların hassas olduğu, yüksek ısı girdisi oluşur.

 

Tablo 1

Isı Girdisi Sınırlamaları

Kaynak sırasında yüksek ısı girdisi, nikel ve alaşımlarında istenmeyen değişimlere neden olabilir. ITAB’de kısmen tavlanma ve tane büyümesi oluşacaktır. Bu değişimlerin miktarı kaynak yönteminin ısı girdisine ve pasolararası öntavlama sıcaklık derecesine bağlıdır.

Yüksek ısı girdisi sonucunda, artık yapısal bozukluklara, karbür çökelmesine veya zararlı metalürjik olaylar oluşur. Bunlar da çatlamaya veya korozyon dayanımında azalmaya sebep olabilir.

Uygun kaynak yönteminin seçiminde ana metalin tane büyüklüğü de göz önünde bulundurulmalıdır. Taneler arasında karbür ve ara bileşiklerin miktarı fazla olduğundan, kaba taneli yapılar dikiş altı çatlamasını kolaylaştırır. Tablo 1’de görüldüğü gibi kaba taneli nikel esaslı alaşımların kaynağında düşük ısı girdisi olan kaynak yöntemleri kullanılmalıdır.

Problem çıktığında uygulanan kaynak tekniği ısı girdisini azaltacak şekilde modifiye edilmeli ya da düşük ısı girdisi olan farklı bir kaynak yöntemi kullanılmalıdır. Yüksek ısı girdisi olan kaynak yöntemlerinde soy-gaz koruması yetersizse veya yüksek sıcaklıkta pasolararası ön tavlamaya izin verilirse kaynak yüzeyinde kalın bir oksit tabakası oluşabilir. Bu oksit tabakası düzgün bir yüzeyi temizlenmesi zor bir pürüzlü yüzey haline getirebilir. Oksit tabakası kaynak dikişini hasarlara karşı daha zayıf hale getirir.

 

Korozyon Dayanımı

Birçok alaşımın kaynağında korozyon dayanımı nadiren olumsuz etkilenir. İlave metaller genellikle, kimyasal bileşimleri ana metalinkine yakın olacak şekilde seçilirler. Böylece kaynak metali bir çok ortamda mukayese edilebilir korozyon dayanımına sahip olur.

Bunun yanında, bazı ana metallerin korozyon dayanımı kaynağa yakın olan ITAB’de kaynak ısısından olumsuz etkilenir. Örneğin; Ni-Mo ve Ni-Si alaşımlarında ITAB’nin korozyon dayanımını geri kazanması için, kaynak sonrası tavlanması gerekir. Bir çok alaşımda, kaynak sonunda korozyon dayanımını yeniden kazanmak için, kaynak sonrası ısıl işleme gerek yoktur.

Nikel-krom ve nikel-demir-krom alaşımlarında, bazı östenitik paslanmaz çeliklerde olduğu gibi, ITAB’de karbür çökelmesi oluşabilir. Ancak, bir çok ortamda, bu tür hassaslıklar, östenitik paslanmaz çeliklerde olduğu gibi, nikel esaslı alaşımlarda korozyon dayanımını zayıflatmaz. Birçok alaşım, ITAB’de korozyonu önlemek içim titanyum veya niyobyum katılarak kararlı hale getirilir.

Genellikle kaynak sonrası ısıl işlem gerekmez ama bazı koşullarında çalışmak için istisnalar vardır. Örneğin; sıcak bazik ortamda kullanılan Ni-Cr-Fe 600 alaşımına ve hidroflorik asitli ortamda çalışan Ni-Cu 400 alaşımına, çalışma sırasında gerilme çatlamalarını önlemek için, kaynak sonrası gerilme giderilmesi uygulanması gerekir.

 

KORUMALI METAL ARK KAYNAĞI

Bu yöntem genel olarak nikel alaşımlarının ve katı çözeltiyle sertleştirilmiş alaşımların kaynağında kullanılır. Bu alaşımlar çeliklerde olduğu gibi her pozisyonda kaynak yapılabilirler ve paslanmaz çeliklerde yüksek kaliteli kaynaklar elde etmek için kullanılan teknikler kullanılır. Daha önce belirtildiği gibi, kaynak banyosunun daha sığ olması ve erimiş kaynağın nispeten daha yavaş hareket etmesi nedeniyle kaynak tekniğinde küçük değişiklikler gerekir.

Çökelmeyle sertleştirilebilen alaşımların kaynağında nadiren korumalı metal ark kaynağı kullanılır. çökelme sertleştirmesinde kullanılan elementlerin ark üzerinde transfer edilmesi zordur. Yaşlanmayla sertleştirilebilen alaşımlardan üretilecek parçalar gaz korumalı yöntemlerden biriyle kaynak yapılırsa daha iyi sonuç alınır. Yaşlanmayla sertleştirilebilen alaşımların kaynağında bu yöntem kullanılacaksa, sağlam bir kaynak elde etmek için, oksitleri temizlemek çok önemlidir. Ayrıca bağlantının verimi TIG kaynağındakinden oldukça düşük olacaktır.

 

Elektrotun Pozisyonu ve Hareketi

Bu alaşımlarda erimiş kaynak metali erimiş çelikten daha az akıcıdır. Bu da erimiş metalin yayılmasını ve yüzeyi ıslatmasını zorlaştırır. Bu yüzden ilave metalin bağlantı yerine daha dikkatli yerleştirilmesi ve elektrodun bir miktar salınımlar yapması sağlanmalıdır. Eğer mümkünse kaynak kolaylığı bakımında kaynak yatay konumda yapılmalıdır. Elektrot için sürükleme açısı 20 derece, çalışma açısı sıfır derecedir. Bu pozisyonda erimiş metalin kontrolü sağlanır. Sürekli ve kısa bir ark sağlanması önemlidir.

Tavan kaynağında veya dikey konumda yapılan kaynakta, daha düşük bir akım gerekir. Erimiş kaynak metalinin kontrolünü sağlamak için elektrot çapı daha küçük olmalıdır. Dikey kaynakta elektrot bağlantıya 90 derece açıyla tutulmalı ve çalışma açısı sıfır derece olmalıdır. En iyi sonuç yukarı doğru gitmek tavsiye edilir. Tavan kaynağı dikey kaynağa benzer. Yalnız ark biraz daha kısaltılmalı ve akım 5-15 amper azaltılmalıdır.

Kare ve V-alın kaynağında elektrot bağlantıya dik tutulmalıdır. U-alın kaynağında çalışma açısı 30 derece olmalıdır (Şekil 1 daldırılmış ark kaynağı için bağlantı tasarımları). Bu, bağlantı yüzeyleriyle iyi bir erime elde etmek için yapılır. şerit kaynağında çalışma açısı 40-45 derece olmalıdır.

 

Şekil 1.

 

Kaynak Tekniği ve İşlemi

Nikel alaşımlı kaynak metali kolayca akmadığı ve yayılmadığı için gerekli yerlere yerleştirilmelidir. Bu yüzden elektrota belli bir salınım hareketi yaptırmak gerekir. Bu salınımın miktarı aşağıdaki faktörlere bağlıdır:

(1) Bağlantı yerinin tasarımı

(2) Kaynak pozisyonu

(3) Elektrot tipi

 

Örneğin; saf nikel kaynakları erimiş haldeyken nikel-krom alaşımlarına oranla daha az akıcı olduğundan salınımın genişliği farklı olacaktır. Elektrotun salınımı elektrot teli çapının üç katından daha geniş olmamalıdır. Geniş bir kaynak banyosu kötü tane şekline ve ark etrafındaki gaz korumasının bozulmasına yol açar. Zayıf bir gaz koruması da kaynak metaline katışkılar girmesine neden olur.

Kaynak banyosunda sıçratma olmamalıdır. Kaynak banyosundaki erimiş metalde aşırı bir sıçrama oluyorsa bu aşağıdakilerden birinin göstergesidir:

(1) Ark çok uzun.

(2) Amper çok yüksek.

(3) DCEP (Doğruakım elektrot pozitif) değil.

(4) Elektrot örtüsü nemlenmiş.

Aşırı sıçrama ayrıca, %9 nikelli çelikleri nikel-krom elektrotlar kullanarak kaynak yaparken olduğu gibi, manyetik ark atlamasından dolayı da oluşabilir. Zayıf akıcılığın üstesinden gelmek için yüksek amper kullanılması sonucu aşağıdakiler meydana gelir:

(1) Elektrotta aşırı ısınma

(2) Ark kararlılığının azalması

(3) Elektrot örtüsünün soyulması

(4) Kaynakta gözeneklilik

 

Herhangi bir sebeple ark kesilirse, kaynak banyosunu küçültmek için ark boyu kısaltılmalı ve kaynak hızı artırılmalıdır. Bu uygulama, kaynak soğurken krater çatlaması olasılığını azaltır ve tekrar başlamak için yolu hazırlar.

Tekrar başlarken yapılan davranışların bu bölgelerdeki kaynak sağlamlığına etkisi çok büyüktür. Geri dönme veya T yeniden başlama teknikleri tavsiye edilir. Ark, kraterin ön ucundan başlatılarak normal hızla arka uca kadar getirilir. Sonra yön değiştirilir, salınım hareketi başlatılır ve kaynak işlemine devam edilir. Bu yöntemin bazı avantajları vardır:

(1) Kaynaklanmamış bölgelere gelmeden önce uygun ark boyu sağlanır.

(2) Soğuk kaynak kraterine ön ısıtma uygulanır.

(3) Hızlı soğutulmuş ya da su verilmiş ilave metalin ilk damlacıkları, T tamamlandıktan sonra tekrar eritilecek şekilde yerleştirilirler.

(4) Normal kaynak ilerleyişi başlar.

 

Bu yeniden başlama tekniği kullanılarak kaynak metalinin gözenekli olma olasılığı en aza indirilir. Kaynak yöntemlerinin çoğunda arkı tekrar başlatmadan önce kaynak kraterlerinin taşlanması veya kazılması gerekir. Yine de her durumda, geri dönme veya T tekniği kullanılmalıdır.

Yaygın olarak kullanılan diğer bir tekrar başlama tekniğinde ise yeniden başlamada kullanılan metal, zımparalanarak temizlenebileceği bir yere yerleştirilir. Yeniden başlama, kaynak kraterinden 13- geriden, bir önceki kaynak tepeciğinin üstünde yapılır. Bu teknik genellikle, kaynakların istenen radyografik test standartlarına uyması gerektiğinde kullanılır. Geri dönme ve T tekniklerine oranla daha az kaynakçı kabiliyeti gerektiren bu teknik kullanılarak yüksek kalitede kaynaklar elde edilebilir.

Yukarıda açıklanan genel işlemler, her bir alaşımın özelliklerine uyacak şekilde yapılacak ufak tefek değişiklerle bütün alaşımlara uygulanabilir. Örneğin, ticari bakımdan saf nikel katı çözelti alaşımlarından daha az akıcıdır ve ilave metalin bağlantı yerine daha düzgün yerleştirilmesini gerektirir.

Elektroda salınım yaptırılıyorsa, salınım, elektrot teli çapının 1.5 katından geniş olmamalıdır. Ni-Mo alaşımlarının kaynağı için yatay pozisyondan başkası tavsiye edilmez. İlk ark oluşumundaki gözeneklilik sorun yaratabilir. Arkı başlatırken bir başlangıç plakası kullanarak bu sorun giderilebilir. Ancak sağlam bir kaynak oluşturmak için en iyi yol bütün ark başlangıç ve bitişlerini zımparalamaktır.

 

TIG Kaynağı

TIG kaynağı, nikel ve alaşımlarının kaynağında yaygın olarak kullanılır. Özellikle aşağıdaki uygulamalarda:

(1) İnce ana metal

(2) Kök dikişinde bağlantı geriye doğru kaynaklanmayacaksa

(3) Bağlantının arka tarafına ulaşılamıyorsa

(4) Örtülü elektrot kullanımdan doğan artıklar istenmiyorsa

 

TIG kaynağı ve plazma ark kaynağı, çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımların kaynağı için en iyi birleştirme yöntemleridir (Tablo 2).

 

Tablo 2.

 

Koruyucu Gazlar

Tavsiye edilen koruyucu gaz helyum, argon veya ikisinin karışımıdır. Oksijen, karbon dioksit ve azot ilavesi, kaynakta gözenekliliğe ve tungsten elektrodun çabuk tükenmesine sebep olur ki, bu önlenmelidir. Tek pasoluk kaynaklarda argona az miktarda hidrojen (yaklaşık%5) ilave edilebilir. Tek pasoluk kaynaklarda hidrojen ilavesi daha sıcak bir ark ve daha düzgün bir yüzey oluşturur. Bununla birlikte bazı alaşımların çok pasolu kaynağında hidrojen ilavesi gözenekliliğe yol açabilir.

Ark özellikleri ve kaynak banyosunun derinliği bakımdan koruyucu gaz seçimi, kaynak denemelerine dayanır. Elle yapılan TIG kaynağı kaynaklarında, koruyucu gaz genellikle argondur. İnce parçaların ilave metal kullanmadan mekanize olarak kaynağında koruyucu gaz olarak helyum argondan daha avantajlıdır. Örneğin; nikel-bakır alaşımlarında kaynak daha sağlam ve kaynak hızı %40 daha fazladır.

Bununla birlikte ilave metal sorunu vardır. Helyum kullanıldığında, belli bir uzunluk için ark gerilimi %40 daha fazladır; bu da daha yüksek ısı girdisi demektir. Kaynak hızı ısı girdisinin bir fonksiyonu olduğuna göre, daha sıcak arkla daha yüksek hızlar elde edilebilir. Bununla birlikte, helyumda, 60 amperin altında arkı başlatmak daha zordur. Bu nedenle, küçük parçalarda ve çok ince ana metallerde argon seçimi daha iyidir. Bazı hallerde, helyum içinde arkın oluşumuna yardımcı olmak ve arkın sürekliliğini sağlamak için yüksek frekansta akım verilir.

 

Elektrotlar

Saf veya toyumla alaşımlanmış tungsten kullanılabilir. %2 toryumlu elektrot TIG kaynaklarının çoğunda olumlu sonuçlar verecektir. Toryumlu elektrotlar, az buharlaşma ve soğutma işlemlerinden dolayı,uzun ömür sağlarlar. Yüksek akım kullanıldığında elektrodun aşırı ısınmasını önlemek gerekir.

En iyi ark kararlılığı, tungsten elektrot yatay bir noktada sabit tutulursa sağlanır. Genellikle tepe açısı 30-60 derece olan konik, yassı uçlar kullanılır. Bununla birlikte, uç geometrisi uygulamaya göre tasarlanmalı ve yassıdan sivriye değiştirilebilmelidir. Yüksek amperlerde, daha geniş çaplı yassı bir yüzey tercih edilir. Elektrot şekli kaynak banyosunun derinliğine ve genişliğine etki eder.

 

Kaynak Akımı

Hem elle yapılan hem de mekanize kaynak için tavsiye edilen, doğru akım negatif elektrot yöntemidir (DCEN). Sık sık kaynak makinasına, arkı başlatmak için bir yüksek frekans devresi ve arkı bitirirken kaynak kraterinin kademeli olarak küçültmek için bir akım kesici (current-decay) bağlanır.

Eğer ark boyu dikkatle kontrol ediliyorsa, mekanize kaynakta alternatif akım kullanılabilir. Ark kararlılığını sağlamak için yüksek frekans gücü gerekir. Arkı başlatmak için doğru akımlı güç ile yüksek frekanslı güç de yararlıdır.

Temasla ark başlatılırsa kaynak metalinde tungsten katışkılarına sebep olabilir. Ayrıca elektrodun kaynak banyosuna girmesi elektrotta kirlenmeye sebep olabilir. Eğer kirlenme olursa elektrot temizlenmeli ya da ucu kırılarak yeniden şekillendirilmelidir.

Yüksek frekans kullanarak arkı başlatma sayesinde kaynakçı, akım verilmeden kaynağa başlayacağı noktayı belirleyebilir. Arkın aniden kesilmesi gözenekli, pürüzlü veya çatlak kaynak kraterine sebep olabilir. Akım kesici, ark kesilmeden önce akımı kademeli olarak azaltarak kaynak banyosunu küçültür. Kaynak hızı artırılarak da aynı sonuç elde edilebilir. Bazı kaynak işlemlerinde, Şekil 2’deki gibi, kaynakçıya doğru başlama ve bitirme tekniklerini gösteren şemalar vardır.

 

Şekil 2.

İlave Metaller

TIG kaynağında ilave metaller genellikle kullanılacakları ana metale benzerler. Dövme ana metallerin uniform tane yapısına karşılık, kaynak bölgesi dendritik döküm yapısına sahiptir. Buna dayanarak, ana metalle ilave metalin özelliklerini birbirine yakınlaştırmak için sık sık kimyasal bileşimlerinde ayarlamalar yapılır. Gözenek oluşumunu azaltmak ve yüksek sıcaklıktaki kaynak banyosundan oluşan sıcak çatlamaları önlemek için ilave metaller alaşımlanır.

Kaynağın dendritik yapısından dolayı, gerilme-kopma sünekliğindeki azalma, kimyasal bileşimi değiştirerek telafi edilir. Benzer şekilde, döküm yapıların yorulma dayanımı, aynı kimyasal bileşimdeki ana metalinkinden daha düşüktür. Bu nedenle, özel çalışma koşulları uygulanacağı zaman bütün alaşım gruplarında olduğu gibi, kaynak metaliyle ana metal arasındaki farklılıkları belirlemek için metalürjistlerin ve mühendislerin ayrıntılı bir analiz yapmaları gerekir.

 

Kaynak Tekniği ve İşlemi

Kaynak torcu sıfır derecelik çalışma açısıyla tutulmalı ve hareket açısı sıfır derece olmalıdır. Eğer sürükleme açısı 35 dereceden fazla olursa koruyucu gazın içine hava girebilir ve bazı nikel alaşımlı kaynak metallerinde gözenekliliğe neden olabilir.

Elektrodun torçtan uzantısı kısa ama bağlantı tasarımına uygun olmalıdır. Örneğin; ince metallerin alın kaynağında en fazla kullanılırken, bazı dolgu kaynaklarında gerekebilir.

İlave metal kullanılmadığı zaman mümkün olan en kısa ark boyu sağlanmalıdır. Ark boyu 1.3 mm’yi geçmemelidir; uygulamada tercih edilebilir. Şekil 3’de nikel-bakır alaşımlı 400’ün ilave metal kullanılmadan yapılan kaynağında ark boyunun kaynak sağlamlığına etkisi gösterilmektedir.

 

Şekil 3. (A.uygun ark mesafesi; B:Ark mesafesi fazla)

Kaynak işlemi süresince kaynak bölgesine yeterli miktarda koruyucu gaz, çok az türbülanslı olarak yollanmalıdır. İnce ana metallerde en az 4 l/dak, daha kalın ana metallerde en fazla 14 l/dak. debi kullanılmıştır. Türbülansı en aza indirgemek için gaz memesi koruyucu gazı kaynak bölgesine düşük bir hızla göndermeye yetecek kadar geniş olmalıdır. Türbülansı azaltmak için özel olarak tasarlanmış özel gaz memelerinin kullanılması tavsiye edilir. Çok yüksek bir akış hızı kullanmak türbülansı artırır ve kaynak banyosunun istendiği gibi soğumasına engel olur.

İlave metaller, çatlama dayanımını artıran ve gözenekliliği kontrol eden elementler içerir. Bu elementlerden optimum faydayı sağlamak için kaynak dikişi en azından %50 ilave metal içermelidir. Kaynak banyosunun arkla karıştırılması engellenmeli ve kaynak banyosu sakin durmalıdır.

İlave metalin sıcak ucunun oksitlenmesini önlemek için sıcak uç koruyucu gazın içinde tutulmalıdır. İlave metalin tungsten elektrotla temas etmesini engellemek için kaynak banyosunun ön ucundan eklenmesi gerekir.

Genellikle kök pasosunda bağlantının arka tarafının korunması gerekir. Eğer kök pasosu havaya açık halde ve tüm kesit şeklinde yapılırsa, arka tarafındaki kaynak metali oksitlenir ve gözenekli hale gelir.

Kök koruması soy gaz barajlarıyla, oluklu besleme çubukları veya besleme akışıyla sağlanabilir. Kaynak sonunda bütün akışlar kesilmelidir. Çoğu kaynak koruyucu gaz akışları yüksek sıcaklıklarda korozif etki yaparlar. Kare oluklu kaynaklar kalınlığa kadar olan ana metallerde tek bir pasoyla yapılabilir. Uygun ark boyunun yanı sıra hareket hızı kaynak banyosu eliptik olacak şekilde ayarlanmalıdır; genellikle kaynak hızının belli bir aralığında gözeneklilik en düşük seviyededir.

Özet olarak, yüksek silisyumlu döküm alaşımları dışında bütün katı çözelti alaşımları TIG kaynağıyla birleştirilebilir. Açıklandığı gibi, ilave metal kullanmadan yapılan kaynaklarda ticarî bakımdan saf nikele ve nikel-bakır alaşımlarına özen göstermek gerekir. Gözenekliliği önlemek için genelde ilave metaller de oksitleyici elementler içerirler. Bu yüzden ilave metal kullanmak gözenekliliği önlemenin en iyi yoludur. Krom içeren nikel alaşımları kaynak metali gözenekliliğinden daha az etkilenirler. Krom içeren ilave metaller ayrıca sıcak çatlama eğilimini azaltacak ilaveler de içerirler.

 

Çökelmeyle Sertleştirilebilen Alaşımların Kaynağı

TIG kaynağı, çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımların kaynağında en çok kullanılan yöntemdir. Çünkü sertleştiren elementlerin kaybına ve oksidasyona karşı çok iyi koruma sağlar. Aynı ilave metaller kullanıldığında TIG kaynağıyla birleştirilmiş metallerin mekanik özellikleri gaz metal ark kaynağıyla (MIG) birleştirilenlerden daha iyi olmaktadır. Bor içerikli alaşımların sıcak çatlama eğilimi TIG kaynağı yöntemi kullanıldığında gaz metal ark kaynağı yöntemine oranla azalmaktadır. Ana metalde alüminyum ve titanyum fazla ise özel bir dikkat gerekir. Kaynak işlemi süresince alüminyum ve titanyumun bir kısmı yüksek sıcaklığa dayanıklı oksitler oluştururlar. Çok pasolu kaynaklarda bir sonraki paso çekilmeden önce bu oksitler temizlenmelidir. Aksi halde yüksek erime sıcaklıklarından dolayı bu oksitler kaynakta oksit olarak kalırlar.

Çökelmeyle sertleştirilebilen iki alaşım sistemi vardır: X-750 gibi nikel-alüminyum- titanyum sistemi, ve 718 alaşımı gibi nikel-niyobyum-alüminyum-titanyum sistemidir. İki alaşım sisteminin de kaynak kabiliyeti de iyidir. İki alaşım sistemi arasındaki en önemli fark çökelmenin oluştuğu zamandır. Alüminyum-titanyum sistemi çökelme sertleşmesinin gerçekleştiği sıcaklıklara çabuk cevap verir. Niyobyum-alüminyum-titanyum sistemi daha yavaş cevap verir. Bu da bu alaşımların kaynak kabiliyetini artırır. Gecikmiş çökelme reaksiyonu bu alaşımların, daha az ana metal çatlaması olasılığıyla, doğrudan kaynak sonrası yaşlandırılmasına olanak sağlar.

Alüminyum-titanyum sisteminde çatlaklar ağır hasara yol açar. Şekil 4’de yaşlanmayla sertleştirilmiş halde kaynak yapılmış, ve kaynak sonrası gerilme gidermesi uygulanmadan tekrar yaşlandırılmış, kalınlıkta, X-750 alaşımından bir levhanın kırılması görülmektedir.

 

Şekil 4.

 

Kırılmaya aşağıdaki üretim süreciyle engel olunabilir:

(1) Ana metalin tavlanması

(2) Kaynak işlemi

(3) Gerilme giderilmesi

(4) Yaşlandırma

Ayrıca soğuma hızları da çok önemlidir. Bu alaşımlara kaynak işleminde sonra ve çökelmeyle sertleştirilmeden önce uygun ısıl işlemler uygulanmalıdır. Çökelme sertleşmesinin gerçekleştiği sıcaklık aralığında çok uzun süre kalmalarını önlemek için hızlı ısıtmak da çok önemlidir. Herhangi bir kaynak işleminden önce ana metalin üreticisine danışılırsa üretim için en iyi tavsiyeler alınabilir. Her iki alaşım sisteminde, en yüksek bağlantı verimini elde etmek için kaynak işlemi süresince ısı girdisi yeterince düşük bir seviyede tutulmalıdır.

Eğer doğru tasarım, kaynak ve ısıl işlemler uygulanmazsa çökelmeyle sertleştirilebilen alaşımların çoğu genleme yaşlanması çatlamasına maruz kalırlar. Niyobyum-alüminyum-titanyum sisteminde genleme yaşlanması çatlaması nadiren sorun yaratır. Ancak yaşlanmış haldeki ana metalin kaynaktan sonra büyük baskılar altındayken tekrar yaşlandırılması sonucunda çatlamalar oluştuğu görülmüştür.

 

Genleme yaşlanması çatlaması. Çökelmeyle sertleştirilebilen nikel alaşımlarında genleme yaşlanması çatlakları, artık gerilmelerin malzemenin akma noktasını geçmesi sonucunda oluşur. Büyük artık gerilmeler yaşlanma sırasında oluşur ve şekil verme, talaş kaldırma ve kaynak işlemleri sırasında daha da büyürler. Çökelmeyle sertleştirilebilen alaşımların çoğu genleme yaşlanması çatlamalarına maruz kalırlar. Bununla birlikte, niyobyum içeren alaşımlar çatlamaya karşı daha dayanıklıdır. Çünkü niyobyum çökeltilerinin sertleşme cevabı alüminyum-titanyum çökeltilerine oranla daha yavaştır.

Çeşitli alaşımların kaynak kabiliyetleri göreceli olarak Şekil 5’de gösterilmiştir. Kesikli çizginin altındaki alaşımların hepsi, kanıtlanmış ısıl işlemlere ve kaynak çizelgelerine bağlı kalınarak, on-yıllardır binlerce uygulamada kullanılmak üzere rutin olarak kaynak yapılmaktadır.

Artık gerilmelerin kontrol altında tutulması ve azaltılması ihtiyacı, bazı alaşımların yaşlanma sıcaklığında ani süneklik düşüşü sonucu plastik şekil değiştirememesine bağlıdır.

Sertleştirme ısıl işlemi sırasında hacimce bir büzülme oluşur. Kaynak gerilmeleri bu büzülmeyle birleşince, genleme yaşlanması çatlamasına karşı direnci artırır. Kaynak işleminden sonra uygulanacak çözelti tavlaması kaynak gerilmesini rahatlatacak böylece genleme yaşlanması çatlama potansiyelini azaltır. Daha önce belirtildiği gibi, çökelme reaksiyonlarını azaltmak için kaynak metali sertleşme sıcaklığı aralığına hızla ısıtılmalıdır. Kaynak yapılan parçayı tavlama sıcaklığındaki veya daha yüksek bir sıcaklıktaki fırına koymak iyi bir ilk adımdır ama ısıtma hızı; parçanın karmaşıklığına, fırına nasıl yerleştirildiğine ve kütlesine bağlıdır.

 

Kaynak gerilmeleri aşağıdaki teknikler kullanılarak azaltılabilir:

(1) Parçaları baskı altında olmadıkları halde kaynak yapmak

(2) Kaynak öncesi uygun bir ısıl işlem uygulamak

(3) Bağlantıyı uygun bir sırayla kaynak yapmak

(4) Bazı ara evrelerde tavlama yapmak

(5) Uygun bir ısıl işlemle alaşımın metalürjisini değiştirmek

 

Örneğin, metalürjik işlemlerden biri kaynak işleminden önce parçayı aşırı yaşlandırmaktır. Böyle bir işlem yaşlanmayla sertleşen bileşenleri yığınlar halinde çökeltmek için tasarlanır. Bu işlem, alaşımın son sertliğini ve akma dayanımını olumsuz etkiler. Ancak en azından, artık kaynak gerilmeleri daha az olduğu için ve daha fazla yaşlanma olmayacağı için alaşım kaynak yapılabilir. Bu yöntem, U-500 (UNS N07500) gibi, nispeten daha fazla miktarda alüminyum ve titanyum içeren alaşımlara uygulanır (Şekil 5).

 

Şekil 5.

Çökelmeyle sertleştirilmiş alaşımların kaynak yapılması engellenmelidir. Bu halde yapılan kaynak, ITAB’de aşırı yaşlanma ve yeniden katı faz çözünmesine sebep olacağından özellikler kötüleşir. Özelliklerin geri kazanılması için bu bölgeye kaynak sonrası bir ısıl işlem uygulamak gerekir. Yüksek miktarda alüminyum ve titanyum içeren alaşımlarda, parçalar tavlama sıcaklığına ısıtılırken, yaşlanma sıcaklığına ulaştığında çatlamalar görülür.

Özet olarak, çökelmeyle sertleştirilebilen alaşımların kaynak işleminde; ana metal, üretim yöntemleri ve montaj hakkında geniş bir metalürjik bilgi birikimine ihtiyaç vardır.

 

 

LASER IŞINI KAYNAĞI

Bu proses değişik Ni alaşımlarının kaynağı için değerlendirilir. Normalde bu kaynak açıkta yapılır ve kaynak banyosunu oksidasyondan korumak için bir koruyucu gaz kalkanının kullanımı tavsiye edilir. Bu gaz argon veya helyum olabilir. Kalınlıkları 0,25 ila arasında değişen çeşitli Ni alaşımları değişik laser ışını sistemleriyle kaynak edilir. Kaynak edilen bölgenin kesit alanı, e ışınıyla oluşturulmuş olanların kesitlerine benzerdir. Lazer ışını kaynaklarının metalürjik davranışları, e ışını kaynaklarının davranışlarına benzer olmalıdır. Kalınlıkları 1 ila arasında olan çeşitli Ni alaşımları gücü 2.0 kW’a kadar olan bir CO₂ lazer ışını kullanılarak başarıyla kaynak edilir.

 

YÜKSEK-SICAKLIK SERVİSİNDE KULLANILAN TEÇHİZATIN İMALATI

Ni alaşımları yoğun olarak yüksek sıcaklık servisi için teçhizatta kullanılır. Bu servise ihtiyaç kaynaktaki mevcut zayıflıkları ortaya çıkartır. Kaynaklar, kaba dentritik yapıya sahip dökümlerdir. Kaynaklar, düşük sıcak-yorulma direncine sahiptirler ve kaynakların genellikle uzun vadede gerilme-kopma özellikleri; levha, boru, plaka gibi işlenmiş metal formlarında bulunan üniform tane esaslı metallerinkine nazaran daha düşüktür.

 

KAYNAK PROSEDÜRLERİ

Eğer dizayn izin veriyorsa hiçbir erimemiş alan birleşme bölgesinde bulunmamalıdır. Isıl yorulma hasarları, gerilme yığılmalarını yaratan nüfuziyet eksiklikleri kaynak dikişlerinde sık sık izlenebilir. Şekil 6’da nüfuziyet eksikliği içeren kaynak dikişlerinde oluşan ‘bir ısıl işlem sepetindeki‘ yorulma hasarları görülmektedir.

 

 

Şekil 6

 

Şekil 7’de tam nüfuziyeti sağlayacak bazı dizaynlar görülür. Bu dizaynlarda kullanılan teknikler aşağıda sıralanmıştır.

1) Kademelendirme ve kök açma

2) Yuvarlak formlarda kök açma

3) Tüm-çevre kaynağı

 

 

Şekil 7

 

Ni-Cr-Fe ve Ni-Cr-Fe-Al alaşımlarının bazı uygulamalarında, mesela metal parçaların karbürizasyonlarında kullanılan “metal konteyner sepeti“, kaynağın hasara uğraması periyodik bir zaman için sonucu önceden belli olan bir neticedir.

Bu hususlarla, esas metalin hatırı sayılır bir ömrü olmasıyla beraber uygun servis aralıklarında kaynak tamiri için bir kaynak bakım takvimi öngörülür. Eğer parçalarda boyut ve doğrultu değişiklerinin olduğu alanlarda kaynak yapılması gerektiği zaman, mevcut yüksek gerilme yığılmalarını en aza indirmek için dikkatli kaynak prosedürleri gerekir. Örneğin, nüfuziyet eksikliğinden, kaynak kraterlerinden ve aşırı kaynak takviyesinden kaçınılması önemlidir. Eğer çubuk veya çubuk kütüklerinde tam nüfuziyet sağlanmaz ise, kaynak sürekli olmalı ve birleştirme ayarlanmalı ki korozyon meydana gelmesin.

 

KAYNAK CURUFU

Kaynak curufu yüksek sıcaklıkta çok koroziftir ve kaynak sıçramaleri dahil bunların tamamen uzaklaştırılmasını sağlamak için çok dikkat edilmelidir. Şekil 8 (A) kaynak curufu uzaklaştırılmamış olan tav sıcaklığında çalışan “borulu fırının“ içini göstermektedir. Tüm kaynak kesiti boyunca korozyon hızlı meydana gelmektedir. Şekil 8 (B) çevredeki ana metal iyi biçimde olmasına rağmen curuf korozyonunun ne kadar zarar verici olabileceğini göstermektedir.

Şekil ve B

Oksitleyici ortamlardaki kaynak curufu artan oranda akışkanlaşmakta ve kaynağı ile bitişik ana metali agresif etkilemektedir. İndirgeyici atmosferde kaynak curufu kükürt akümülatörü görevini oynamaktadır ve çalışma atmosferleri yeteri derecede düşük kükürt içermesine rağmen sülfidleme yoluyla kükürt azalmasına sebep olmaktadır. Şekil 8 (A) da ki örnekte, atmosfer %0.01 kükürt içermekteydi, fakat sadece bir ay sonra kaynak curufu %1.6 kükürt içermekteydi. Kükürdün, kaynak curufu tarafından absorbe edilmesi(emilmesi) curufun erime noktasını düşürmekte, normale nazaran daha düşük sıcaklıklarda curufun korozifleşmesine sebep olmaktadır. Yükseltilmiş sıcaklıktaki kaynak curufunun sebep olduğu şiddetli korozif etki Şekil 9’da ki kaynak kesitinde görülmektedir. Birbirlerine bindirilmiş kısımların oluşturduğu sıkışık kök bölgelerinde veya yuvarlak malzemelerin çaprazlama oluşturduğu kesişme alanlardaki curuf uzaklaştırılamıyor ise curufun atmosferle temasını önlemek için takip eden kaynak damlaları ek yerini tamamen kapamalıdır. TIG kaynağı ve gaz metal ark kaynağı prosesleri curufsuzdurlar ve genellikle kaplanmış elektrod kullanımının yerine geçmektedir.

 

Şekil 9

 

 

 

 

SERT LEHİM

Nikel ve alaşımları geleneksel sert lehim metodlarının çoğuyla ve girişimli sert lehim teknikleri ile kolayca birleştirilebilirler. Bu alaşımların genellikle maruz kaldığı şiddetli hizmet şartları, tüm sert lehim prosedür safhalarının dikkatlice kontrol altında tutulması için bir sebep oluşturmaktadır. Alaşımın kimyasal bileşimi ile onun fiziksel ve mekaniksel özellikleri dikkate alınmalı ve böylece birleştirme problemsiz üretilmelidir. Kükürdün tesiri ve düşük ergime noktalı metaller ile gerilim kırılganlığı ihtimali iki önemli faktördür.

DOLGU MADDELERİ

Sert lehim dolgu maddesinin seçimi tüm sisteme uygulanan hizmet şartlarına ve sert lehim metoduna bağlıdır. Uygulanacak sıcaklıklara dayanabileceğinden emin olmak için sert lehimleme için ihtiyaç duyulabilecek ısıl işlemlerin dikkate alınması önemlidir.

Nikel ve alaşımları geleneksel olarak gümüş, bakır, nikel kobalt ve altın dolgu maddeleri ile sert lehimlenebilirler. Difüzyon ısıl işlem, özel dizayn edilmiş, metalurjik olarak ana metalle bağdaşabilen dolgu maddelerine ihtiyaç duyar. Difuzyon ısıl işlem, sert lehim dolgu madde ile ana metalin birlikte alaşımlanması için kullanılmaktadır.

A – Nikel esaslı:

Bu dolgu maddeleri genellikle mükemmel oksidasyon ve korozyon direncine sahiptirler. Aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda faydalı mukavemetlere de sahiptirler. Onlardan bazıları sürekli hizmet için 980^oC civarında kısa süre hizmet için kullanılabilmektedir. Onlar genellikle konvansiyonal sert lehim uygulamaları için dizayn edilmişlerdir, fakat bazı alaşımlar difuzyon sert lehim için uygundur.

Dolgu maddeler aslında nikel veya nikel-krom olup silisyum, bor, manganez veya bunların kombinasyonlarının ilavesiyle ergime aralığının nikel ve kobalt ana metallerininkinin altına indirilmiş olunur. Sert lehim sıcaklık aralığı genellikle 1010-1200^oC arasındadır.

Ergime aralığını aşağı çekmek için önemli miktarda fosfor ihtiva eden dolgu maddeleri, nikel alaşımlarını sert lehimlemek için kullanılmamalıdır. Kırılgan nikel fosfidler sert lehimde iki cisim arasında ara yüzey oluşturur. Bor içeren dolgu maddeler ince ana metalin sert lehimlenmesinde, aşındırıcı faaliyeti ve ana metal ile aşırı alaşım teşkil etmesi nedeniyle kullanılmamalıdır. Ana metalin kristal tanecikleri arasına nüfuz edilmesi bazı dolgu maddeler ile gerçekleşebilmektedir. Genel olarak, bu dolgu maddeler kırılgandırlar ve bunlar bükülme veya çarpma yüküne maruz kalan sert lehimli ek yerlerinin dizaynında bazı sınırlamalar koymaktadır.

Difüzyon sert lehimleme ile ergimiş bir alaşım oluşturmak için biraz yükseltilmiş sıcaklıkta ana metal ile reaksiyona girecek bir dolgu madde kullanılmalıdır. Sonraki durumda, ana metal ile bağdaşan sıcaklıkta ergiyen alaşım ötektik olmalıdır. Sert lehim yeterli bir zaman periyodu boyunca ısıtılarak sert lehim metalinin ana metale difüzyonu sağlanıyor ve bu ek yeri tekrar ergime sıcaklığını ana metalinkine yaklaştırmaktadır. Bu işlem, farklı sert lehim metal tabakasından arındırılmış bir ek yeri oluşturmaktadır.

Fırça, sprey veya kaplama uygulaması için akrilik reçine benzeri uçucu taşıyıcılarla karıştırılmış olarak toz şeklinde dekapan uygulanmaktadır. Zararlı artıkların geride kalması için dekapanın kullanımında ihtiyatlı davranılmalıdır. Layıkıyla uygulanırsa, dolgu maddesinin füzyonundan önce ısıtma periyodu süresinde dekapan tamamen kaybolmalıdır. Dolgu maddesi şerit ve folyo şeklinde bulunabilmekte ve böylece ek için sert lehim dolgu maddesi kontrollü miktarda uygulanmasına müsaade etmektedir. Şerit dolgu maddesi uygulandığında yoğunluk ayarlaması yapılmalıdır.

B - Kobalt esaslı:

Bu dolgu maddeleri genellikle yüksek sıcaklıktaki özellikleri için kullanılır ve kobalt alaşımlarıyla da uyumludurlar. Optimum neticeler için sert lehim çok yüksek saflıktaki indirgeyici veya etkisiz atmosferde uygulanmalıdır. Özel yüksek sıcaklık sert lehim dekapanları bulunmaktadır. Lehim tekniği belli bir eğitim seviyesini gerektirir. Difüzyon sert lehim prosedürünün uygulanmasında sert lehimleme 1040^oC sıcaklığa kadar uygulanabilmektedir ve 1150^oC’ye kadar çıkılmaktadır.

C – Gümüş esaslı

Gümüş sert lehim dolgu maddeleri nikel ve kobalt alaşımlarının birbirlerine birleştirilmesi ve diğer birçok metal ile alaşımın birleştirilmesi için kullanılabilmektedir. Temiz dizayn ve sert lehim tekniği ile sert lehimli ekler oda sıcaklığında ana metalin tüm mukavemetlerini iyileştirmektedir. Bununla birlikte nikel alaşımlar, ergimiş gümüş dolgu maddelerine maruz kalmışsa gerilim-korozyon kırılganlığına uğramaktadırlar. Ana metal, sert lehimleme aşamasında gerilimsiz olmalıdır.

Düşük ergime noktalı dolgu maddeler, BAg-1, BAg-2 ve BAg’ la genellikle kullanılmaktadır, fakat birçok korozif ortam için en az %50 gümüş içeren dolgu maddeler tercih edilmektedir. Nikel alaşımlarında gerilim kırılganlığı bir problem olduğunda BAg-7 dolgu maddesi faydalı olmaktadır. Azami çalışma sıcaklığı, gümüş dolgu maddeleri ile yapılan ek yeri sert lehimi için tavsiye edilen sıcaklık 200^oC civarındadır.

D – Bakır esaslı

Yüksek nitelikli alaşımların çoğu, çelikler için kullanılan aynı ekipmanlar kullanılarak BCu dolgu maddesi ile sert lehimlenme kabiliyetine sahiptirler. Bazı nikel alaşımlarının özelliklerinden dolayı sert lehim prosesinde ufak değişiklikler gerekli olabilir. Kobalt alaşımlar bakır dolgu maddeleri ile sert lehimlenmemelidir.

Bakır dolgu maddesi, çelikle yaptığına nazaran nikel alaşımları ile çok daha hızlı alaşım yapmaktadır. Katılaşma noktasını yükseltmek ve onun akışkanlığını azaltmak için ergimiş bakır yeterli nikel ergitmeden uzağa akmaz. Bu nedenle, dolgu maddesi mümkün olduğu kadar ek yerine yakın konmalıdır ve tümü hızlı bir şekilde sert lehim sıcaklığına ısıtılmalıdır. Hafif pürüzlü veya hafif dağlanmış bir yüzey, bakır dolgu maddesinin kapiler akışını iyileştirir. Bakır dolgu maddesi ile azami çalışma sıcaklığı sürekli çalışma için 200 ^oC civarındadır; kısa süre uygulama için 480^oC civarındadır. Kırılgan nikel fosfid oluşumundan dolayı bakır, fosfor dolgu maddeleri genellikle nikel esaslı alaşımlarla kullanılmamalıdır.

 

E – Altın esaslı

İyi ek yeri işlenebilirliğine ve oksidasyon veya korozyona karşı dirence ihtiyaç duyuluyor ise nikel ve kobalt alaşımlarının sert lehimlenmesi için altın esaslı dolgu maddeler kullanılır. Ana metal ile düşük derecede girişimde bulunduğundan, bunlar genellikle ince tabaka ana metal için kullanılmakta, umumiyetle endüksiyon, ocak veya resistans ısıtmayla ve indirgenmiş (redüksiyonlu) atmosferde veya dekapan ilave edilmeden vakum ortamında olmaktadır. Belirli uygulamalar için bir boraks ve borik asit dekapanı kullanılabiliyor. Bu dolgu maddeleri ile sert lehimlenmiş ek yerleri genellikle 780 ^oC’ ye kadar işlemlere uygundurlar.

 

DEKAPANLAR VE ATMOSFERLER

Sert lehimleme esnasında zararlı reaksiyonları önlemek için dekapanlar, gaz atmosferleri ve vakum kullanılmaktadır. Aynı şartlar altında mevcut olan yüzey oksitleri indirgenmelidirler. Hiçbir uygulamada sert lehim dekapanı veya atmosfer, sert lehimden önce parçaların iyice temizlenmesi ihtiyacını ortadan kaldırmaz.

 

DEKAPANLAR

Sert lehim dekapanları genellikle fluorid ve boratların karışımı olup dolgu maddesinin ergime sıcaklığının altında ergirler. Standart dekapanlar çözelti-sertleştirilmiş nikel ve kobalt alaşımları için kullanırlar. Aluminyum ve titan içeren alaşımlar için diğer dekapanlar bulunmaktadır. Özel dekapanlar yüksek sert lehim sıcaklığı isteyen dolgu maddeleri için kullanılabilmektedir. Bazı dekapanlar, uzatılmış ısıtma sürecinde uzun ömürlü olacak şekilde dizayn edilmişlerdir.

Dekapanın seçimi ve onun kullanım tekniği sert lehim yapma sürecini ve ek yerinin kalitesini önemli derecede etkilemektedir. Tüm sert lehim uygulamaları için en iyi olan tek üniversal bir dekapan yoktur. Ana metalin, dolgu maddesi, sert lehim prosesi, sert lehim süresi ve ek yeri dizaynı ihtiva eden çok durum var olduğundan, muhtelif faydalı dekapan formülü vardır. Her dekapan farklı şeyler içermekte ve herbirisinin optimum performans alanı vardır. Teslimatçı tavsiyeleri araştırılmalı ve eğer tecrübe eksikliği var ise tecrübe denemesi tavsiye edilmektedir. Başarılı uygulama için dekapan, kullanılan dolgu maddeleri ve ana metaller ile kimyasal uyum içinde olmalı ve bu uyum sert lehim sıcaklık aralığı boyunca geçerli olmalıdır. Sert lehim sonrası dekapanın uzaklaştırılması gereklidir. Yüksek sıcaklıklarda veya korozif ortamlarda yapılmış sert lehimlerden dekapanın uzaklaştırılması önemlidir.

 

KONTROLLÜ ATMOSFERLER

Sert lehim aşamasında oksit oluşumlarını önlemek için kontrollü atmosfer ve vakum ortamı prensip olarak uygulanmaktadır. Metal üzerindeki mevcut oksit filmini uzaklaştırmak için bazı nikel ve nikel-bakır alaşımlarında atmosferi kullanmak mümkün ise de, en iyi uygulama olarak bir ön sert lehim işleminde oksitleri kimyasal veya mekanik yolla uzaklaştırmak ve böylece dolgu maddesi ıslatıp akabilir. Gaz atmosferi ve vakum atmosferlerinin kullanılmasından kaynaklanan reaksiyonlar farklıdırlar. Atmosfer sert lehimin genel teknikleri aşağıdakileri içerebilmektedir :

(1) Tek başına gazlı atmosferleri

(2) Dekapanlar ile birlikte gazlı atmosferler

(3) Yüksek vakum

(4) Vakum ve gaz atmosferlerinin kombinasyonları

 

İlave dekapanlara ihtiyaç duyulmayan kontrollü atmosferlerin avantajları aşağıda verilmiştir :

(1) Sert lehim periyodu süresince parçanın tümü temiz ve oksitleme yapmayan şartlarda bulundurulmaktadır. Bu nedenle, parçalar sert lehim öncesi nihai ölçülere makinayla bazen getirilmektedir.

(2) Genellikle sert lehim sonrası temizlik gerekmemektedir.

(3) Elektronik tüpler gibi dekapanı uzaklaştırılamayan komplike parçalar tatmin edici şekilde sert lehimlenebilir.

(4) Geniş yüzey alanlarının tamamı ve sürekli olarak sert lehimlenebilir, fakat balpeteği panellerde olduğu gibi ceplerde dekapan sıkışması tehlikesi yaşanmaz.

Nikel ve kobalt alaşımlarının sert lehimlenmesi için en fazla müştereken kullanılan metod kontrollü atmosfer fırınıdır. Çevre temizliğinin devamlılığı için fırın layıkıyla dizayn edilmelidir. Sert lehimlemeye uygun üç tip indirgeyici atmosfer vardır, yani yanmış yakıt gazı, ayrıştırılmış amonyak ve saf hidrojen 2.83 m³’ ünde 0.5 gr’dan daha fazla kükürt içermeyen yanmış yakıt gazı atmosferi aluminyum içermeyen nikel ve nikel-bakır akaşımları için yeterlidir. Ayrıştırılmış amonyak, aynı metaller ile kullanılabilir, aynı zamanda eğer çiğlenme noktası veya altında ise nikel-krom-demir alaşımları ile de kullanılabilir. Bu atmosferlerdeki hidrojen sert lehimlenecek iş parçaları üzerindeki metal oksitlerin çoğunu indirgeyecektir, zaten sunulan çiğlenme noktası da yeterli derecede düşüktür. Krom içerikli alaşımlar kuru hidrojende 815^oC sıcaklığının üzerinde sert lehimlenmelidir [-60^oC çiğlenme noktası]. Bu nedenle sert lehim dolgu maddesinin katılaşma noktası 815^oC’in üzerinde olmalıdır.

Her zaman uygulanan sert lehimleme sıcaklıklarında aluminyum ve titan oksitleri hidrojen atmosferinde indirgenemezler. Eğer bu elementler düşük miktarlarda mevcut iseler gaz atmosferlerinde tatmin edici bir şekilde sert lehimlenebilirler. Eğer bu elementler yüzde bir veya ikiyi aşan miktarlarda mevcut iseler metal yüzeyi ince bir saf metal tabakası ile kaplanabilir. Bu saf metal tabakası hidrojen tarafından veya hidrojenle birlikte kullanılan bir dekapan tarafından kolayca temizlenir. Bakır tabaka, bakır veya gümüş dolgu maddeleri ile uyuşur. Nikel plaka genellikle nikel veya kobalt dolgu maddeleri ile ilişkili olarak kullanılır.

Sert lehimleme, saf etkisiz gaz ortamında veya bir vakum ortamında da yapılabilir. Vakumda oksit uzaklaştırma mekanizması açık değildir. Yüksek sıcaklıklarda bazı oksitler ayrışmaya uğruyormuş gibi ana metale difüzyonla oksijen geçmektedir.

 

Gerilmeli korozyon gevrekliği

Ergimiş gümüş içerikli sert lehim dolgu maddesi ile temasta bulunan birçok nikel alaşımı yüksek gerilim ortamında kırılma eğilimine sahiptir. Yüksek tavlama sıcaklığına sahip alaşımlar gerilim kırılganlığı olgusuna konudurlar, bilhassa bunlardan çökelme-sertleştirilmiş olanlar. Sert lehimleme aşamasında kırılma hemen hemen ani oluşmaktadır ve genellikle hemen görünür hale gelmektedir. Ergimiş sert lehim dolgu maddesi kırığın içine akmakta ve onu tamamen doldurmaktadır.

Olay, gerilmeli korozyon kırılganlığına benzerdir ve ergimiş gümüş esaslı dolgu maddesi korozif ortam sayılmaktadır. Kırılmaya sebep olan yeterli gerilim ya sert lehimleme öncesi soğuk işleme ile veya sert lehim aşamasında mekaniksel veya termik kaynakların sebep olduğu gerilim uygulamasının etkisiyle oluşmaktadır.

Gerilmeli korozyon kırılganlığı ile karşılaşıldığında; sebebi sert lehim prosedürünün kritik analizi yapılarak bulunabilir. Normal çare, gerilim yaratan kaynağı uzaklaştırmaktır. Gerilim kırılganlığı aşağıda belirtilen bir veya birkaç tedbir ile ortadan kaldırılabilir.

(1) Soğuk işlenmiş parça yerine, tavlanmış ana metal kullanımı

(2) Sert lehim öncesi soğuk şekillendirilmiş parçaların tavlanması

(3) Uygun olmayan parça birleşimleri, yüksek çekme kuvvetleri veya yataklanmamış parçalar gibi dışarıdan uygulanan yüklerden dolayı gerilim kaynaklarının uzaklaştırılması

(4) Parçaları yeniden şekillendirmek veya birleşim yapılarını yeniden gözden geçirmek

(5) Düşük hızla ısıtmak

(6) Uygun dolgu maddelerinin seçilmesi

Çökeltme-sertleştirilmiş nikel alaşımları gerilim kırılganlığına çok yatkındırlar. Bu alaşımlar tavlanmış veya katı faz ısıl işlem şartlarında sert lehimlenmeli ve yüksek ergime noktalı dolgu maddesi kullanılmalıdır.

 

Sert lehim sonrası ısıl işlem

Mekanik özellikleri iyileştirmek için sert lehimlenmiş tüm sistemin sert lehim sonrası ısıl-işleme tabi tutulması sıkça arzu edilir. Çökelme-sertleştirilebilen alaşımlar, sert lehimleme sıcaklığından sertleştirme sıcaklığına sıcaklığı düşürülerek sert lehim sonrası sertleştirilebilir. Bazı alaşımlar 40^oC/h hızıyla ikinci sertleşme sıcaklığına soğuma ihtiyacı duyarlar. Bu sert lehimleme ve sertleştirme işlemleri bir fırın şarjında tamamlanmaktadır. Eğer sert lehimlemeyi takiben bir ısıl işlem yapılıyorsa, gerekli işlemlere dayanabilmesi için ısıl işlem sıcaklığında yeterli mukavemete sert lehimlenen ek yerinin sahip olması gerekmektedir. Sert lehim sonrası ısıl işlem sert lehimli ek yerlerinde bakiye gerilim menbaı olabilir. Bu gerilimler mikro çatlamalara, kırılmalara sebep olabilir ve bunlar verilen hizmette vakitsiz bir hata olabilir.

 

YUMUŞAK LEHİMLEME

Yumuşak lehim, nikel ve yüksek nikel alaşımlarının birbiriyle veya diğer herhangi bir yumuşak lehimlenebilir metal ile birleştirilmesinde kullanılabilir. Krom, aluminyum veya titan içeren alaşımları diğer alaşımlara nazaran yumuşak lehimlemek daha zordur. Belirli bir nikel alaşımında yumuşak lehim ek yerinin dizaynında ana metalin bazı özel karakteristiklerinin hesaba katılması gerekmektedir. Korozif etkiye dayanıklılığı nedeniyle tayin edilmiş bir uygulama için çok zaman nikel alaşımı kullanılmaktadır. Eğer bu bir faktör ise yumuşak lehimin korozyon direnci dikkate alınmalıdır. Bazı uygulamalarda, yumuşak lehimin korozif çevreye maruz bırakılmaması için ek yeri lokalize edilmelidir, yani yeri belirlenmelidir. %95 kalay-%5 antimon gibi yüksek kalay içerikli yumuşak lehimler, eğer önemli ise, daha iyi bir renk uyumu sağlamalıdır. Bununla beraber yumuşak lehim neticede ana metalden farklı bir tarzda okside olmalıdır ve ek yeri böylece göze çarpmalıdır. Eğer yumuşak lehimleme çökelme sertleştirilmiş alaşıma uygulanıyor ise bu, ısıl işlemden sonra yapılmalıdır. Yumuşak lehimlemede uygulanan sıcaklıklar çökelme sertleştirilmiş kısımları yumuşatmaz.

Eğer kurşun ve birçok diğer düşük ergime noktalı metaller ile yüksek sıcaklıklarda temas ederse nikel alaşımları kırılganlaşırlar. Kırılganlık normal yumuşak lehimleme sıcaklıklarında meydana gelmezler. Aşırı ısıtmadan kaçınılmalıdır. Eğer kaynak, sert lehimleme veya diğer ısıl işlemler sistem üzerinde uygulanacak ise bunlar yumuşak lehimlemeden önce yapılmalıdır.

 

YUMUŞAK LEHİMLER

Yaygın yumuşak lehimlerin bir kısmı nikel alaşımların birleştirilmesinde kullanılabilirler. 60 kalay–40 kurşun ( ağırlık % ) veya 50 kalay-50 kurşun kompozisyonlu nispeten yüksek kalaylı bir yumuşak lehim ıslatılabilirlik için çok uygundur.

 

YÜZEY HAZIRLAMA

Kükürdün hazır bulunduğu ortamda ısıtılan nikel ve nikel alaşımları kırılganlaşmaktadır. Isıtmadan önce bu alaşımlar temizlenerek gres, boya, mum ve yağlayıcılar gibi kükürt taşıyan malzemeden arındırılmış olmalıdır.

Uzun bindirmeli ekler ve yumuşak lehimlemeden sonra temizleme için erişilemeyen ekler birleştirilmeden önce yumuşak lehimleme ile kaplanmalıdır. Kaplama, genellikle yumuşak lehimleme için tatbik edilecek aynı alaşımla yapılmaktadır. Parçalar, ergimiş yumuşak lehime daldırılmalı veya yüzey ısıtılarak, dekapanla kaplanmalı ve yumuşak lehim üzerine dökülmelidir. Yumuşak lehimin fazlası ek yeri silinerek veya fırçalanarak uzaklaştırılmalıdır. Nikel alaşımları kalay levhayla ön kaplamaya tabi tutulmalıdır.

 

PROSES

Nikel alaşımları bilinen yumuşak lehimleme proseslerinden herhangi biri ile birleştirilebilir. Nikel alaşımlarının düşük ısı iletimi nedeniyle prosedürlerde bazı küçük farklılıklara ihtiyaç duyulabilir.

 

DEKAPANLAR

Genellikle reçine dekapanlar, nikel alaşımlarında kullanılmak için yeterli aktifliğe sahip değildirler. Nikel veya nikel-bakır alaşımlarının yumuşak lehimlenmesi için bir klorür dekapan uygundur. Hidroklorik asit içeren dekapanlara, krom içeren alaşımlar için ihtiyaç duyulmaktadır.

Paslanmaz çeliğin yumuşak lehimlenmesinde kullanılan özel dekapanların birçoğunun nikel alaşımlarda da kullanılmaları tatmin edicidir.

 

EK YERİ TÜRLERİ

Nispeten yüksek mukavemete sahip olan nikel alaşımlarınınki ile mukayese edildiğinde yumuşak lehimlenmiş ek yeri mukavemeti düşüktür. Bu nedenle, ek yeri mukavemeti sadece yumuşak lehime bağlı değildir. Yapısal yükü taşıyabilmek için nokta kaynağı, perçinleme, civatalama veya diğer vasıtalar tatbik edilmelidir. Yumuşak lehim sadece ek yerini kapatmada kullanılmalıdır.

 

YUMUŞAK LEHİM SONRASI İŞLEM

Nikel alaşımlarının yumuşak lehimlenmesi için korozif dekapanlara ihtiyaç duyulduğundan yumuşak lehimleme sonrası artıklar iyice uzaklaştırılmalıdır. Çinko-klorür dekapan artığı, %2 hidroklorik asit konsantrasyonu içeren sıcak su banyosu ile ilk yıkamada uzaklaştırılabilir. Sonra biraz sodyum-karbonat içeren sıcak su ile sistem çalkalanmalı ve bunu takiben temiz su ile çalkalanmalıdır.

 

Isıl kesme

Ni alaşımları geleneksel oksi-yanıcı gaz karışımlarının kesme teknikleri ile kesilemezler. Plazma ark ile kesme ve havalı karbon ark ile oluklu kesim normalde Ni alaşımları için kullanılır.

 

Plazma ark ile kesme

Bu proses çok hızlı ve seri olarak kesim yapar. veya üstüne kadar olan derinliklerde özellikle güzel kesme yüzeyleri elde edilir. Genellikle, düşük işleme hızları ile kalın ana metallerin işlemlerinde pürüzlü bir yüzey ortaya çıkar. 130 mm’nin üzerindeki kalınlıklar için parça üreticiler gaz için bir nitrojen-hidrojen karışımı tavsiye ederler. Argon-hidrojen karışımı daha kalın ana metaller için daha iyi kesme yüzeyleri verir. Belirli bir alaşım için koruyucu gazın seçilmesini ilgilendiren durumlarda parça üreticilerinin tavsiyelerine danışılmalıdır.

 

Havalı karbon arkı ile kesme

Bu proses, Ni alaşımlarının oluklu kesilerek bir kaynak oluğunun oluşturulmasında veya bir kaynak kökü yüzeyinin ve bozuk yüzeylerin uzaklaştırılmasında kullanılır. Bu işlem, ince ana metalin kesiminde kullanılabilir. AC karbon elektrodu tipi ile alternatif veya düz akım tavsiye edilir. Bütün erimiş metalin kesme yüzeyinden uzaklaştırılmasını temin edecek şekilde kesme şartları ayarlanmalıdır. Erimiş metal, elektrodta bulunan karbon ile karbürlenebilir. Böyle bir durumun varlığı sonraki peşi sıra kaynak işlemlerinde kaynak metalinde istenmeyen metalürjik reaksiyonların oluşumuna sebep olabilir.

 

LASER IŞINI İLE KESME

Ni ve alaşımları, güçlü lazer ışınları ile yüksek hızlarda kesilebilir. Odaklanmış ışının güç yoğunluğu, çok dar aralıklarda kesimin yapılmasına olanak sağlar, fakat proses ile ekonomik kesilebilen bir maksimum kalınlık vardır. Lazer ışını metali eritir ve bir gaz jeti sonrasında erimiş metali kesme aralığından alıp uzaklaştırır. Temiz kesimler bir soygaz jetinin kullanımı ile yapılabilir.

 

Sağlık açısından Güvenlik

Cr bileşikleri ve Ni kaynak prosesleri esnasında oluşan dumanda bulunabilirler. Belirli özel bileşikler ve miktarları, kaynak prosesleri ve esas metal ile dolgu metallerinin yapısal bileşimiyle değişirler. Cr ve Ni içeren kaynak dumanına aşırı maruz kalmanın ilk etkileri, diğer metallerin oluşturduğu dumanların etkilerine benzerdir. Dumanlar bazı belirtilere yol açabilir. Örneğin; başağrısı, baş dönmesi gibi. Cr ve Ni’e karşı hassasiyeti olanlarda ise deride kızarıklık ve tahrişler olabilir. Gaz ve dumanlar nefesle içeri çekilmemeli ve yüz bu dumanlardan korunmalıdır. Yeterli havalandırma, arkta eksoz kullanımı veya her ikisi birden kullanılmalıdır ki kaynakçının soluk aldığı yakın temas bölgeler gaz ve dumandan arındırılabilsin.

Ni ve Cr muhtemel kanserojen yapıcılar olarak düşünülmelidirler. Düzensiz bir havalandırma ortamında uzun süre kaynak gaz ve dumanına maruz kalmak, uzun süreli olarak nörolojik tahribat, deri hassasiyeti ve solunum hastalıklarına yol açma ihtimali belirir. Ni alaşımlarını keserken veya kaynak ederken yerel eksozlama kullanılabilir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Çökelme Sertleşmeli Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerden oluşturulacak kaynaklı bağlantılarda arzu edilen özelikleri sağlamak için seçilen uygun üretim ve ısıl işlemler bu tür çeliklerin kullanım yerine göre değişebilir (Tablo I ve Isıl İşlemleri Tablo II). Kaynak sonrası, uygulanacak çözeltiye alma ve yaşlandırma ısıl işlemleri ile maksimum mekanik özelikler ve korozyon direnci elde edilebilir. Çarpılmaların oluşabilirliği ve çatlama tehlikesi bazı durumlarda çözeltiye alma tavının uygulanmasını sınırlar. Bu nedenle, bazen sadece kaynak sonrasında yaşlandırma işlemi gerekir.

* Martenzitik çökelme sertleşmeli türlerde ince kesitler normalize hallerinde ark kaynağı edilebilirler. Kalın kesitli parçalarda veya yüksek oranda ön şekil değiştirme uygulanmış parçalara da yaşlandırılmış hallerinde kaynak uygulanabilir

* Yarı-ostenitik çökelme sertleşmeli tür paslanmaz çeliklerin bir çoğu, çözeltiye alma tavlaması uygulanmış veya normalize hallerinde ark kaynağı ile birleştirilebilir.

* Ostenitik çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler ise, çok zor kaynak edilirler ve bazı türleri çatlama probleminden dolayı kaynak edilemez. Kaynak genellikle bu çeliklerde çözeltiye alma tavlaması yapılmış hallerinde uygulanır, ancak ITAB sıcak çatlamaya karşı hassastır. Örneğin; 17-10 P ostenitik çökelme sertleşmeli paslanmaz çelik çok sınırlı kaynak edilir. Bu çelik, 'nin üzerine ısıtıldığında tane sınırlarında fosforca zengin bileşiklerin oluşması sonucu sıcak çatlama oluşur. 17-10 P çeliği, ark kaynağı ile birleştirildiğinde ITAB' de dikişaltı çatlakları görülür.

Tablo I. Çökelme Sertleştirmeli Paslanmaz Çelikler

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tablo II. Çökelme Sertleşmeli paslanmaz Çeliklere uygulanacak ısıl işlemler

 

Kaynak Edilebilirlik

Kaynaklı birleştirmelerin geometrisi, kullanım gereksinimleri ve kaynak edilmiş bölgelerin karşılaşılacağı kullanım koşulları, çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin kaynak edilebilirlikleri üzerinde etkilidir. Yukarıda da belirtildiği üzere, çözeltiye alma tavlaması dahil tam bir ısıl işlem çevrimi kaynaktan sonra arzu edilir ancak bu durum, parçanın boyutları ve geometrisinden dolayı her zaman pratik değildir. Eğer kaynaklı birleştirme tam bir ısıl çevrime alınamıyorsa, kaynağa başlamadan önce bağlantıyı oluşturacak bileşenlere çözeltiye alma tavlaması uygulanmış olmalıdır. Kaynaklı birleştirmeler kullanılmadan önce yaşlandırma ısıl işlemine tabi tutulmalıdır; bu konuda çelik üreticilerinin önerileri dikkate alınır.

Genellikle çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler için bir ön tavlamaya gerek yoktur. Örneğin; 17-4 PH martenzitik tür çelik malzeme .' nin altındaki kalınlıklarında ön tav uygulanmaksızın kaynak edilebilir, ancak pasolar arası sıcaklıklar ' de tutulması genelleştirilmiştir. ' yi aşan kalınlıklarda ise, öntav ve 95- pasolar arası sıcaklıklara dikkat edilmesi bir çok uygulama için önerilir.

Martenzitik ve yarı-ostenitik çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin kaynağında çatlama tehlikesi yoktur. Ancak daha önceden de, belirtildiği gibi ostenitik türlerin ITAB' de sıcak çatlama tehlikesi kaynak edilebilmelerini zorlaştırır Çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler, ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklere kıyasla daha az sünektir ve çentik hassasiyetleri fazladır. Bu açıdan, kaynak edilecek parçaların tasarımında ve kaynaklı birleştirmelerde gerilme birikimi yaratacak kısımlardan sakınılmalıdır.

Çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin kaynak edilebilir türlerinde, ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklere uygulanabilen tüm kaynak yöntemleri kullanılabilir. Bu tür çeliklerin kaynaklı birleştirmeleri için TIG, MIG ve Plazma ark kaynak yöntemleri oldukça uygun yöntemlerdir. Bu tür çeliklere örtülü elektrotlar ile ark kaynağı da uygulanabilir ancak esas metal bileşimi ile tam uyumlu elektrotlar bulunmadığı hallerde yüksek bağlantı mukavemetleri elde edilemez. Bu tür çelikler direnç kaynak yöntemleri ile de birleştirilebilir.

 

Kaynak Yöntemlerinin Uygulanması

Örtülü Elektrotlar ile Ark Kaynağı

17-4 PH, 17-7 PH, AM 350 ve AM 355 simgeleri ile anılan martenzitik ve yarı-ostenitik çökelme sertleşmeli paslanmaz çelikler; Ti veya Al içermediklerinden dolayı, örtülü elektrotlar kullanılarak rahatlıkla kaynak edilebilirler. Normal olarak esas metal ile aynı bileşimlerde elektrotlar kullanılır ve tüm pozisyonlarda kaynak uygulanabilir. AWS 5.4.-81 spesifikasyonuna göre E630 simgeli elektrot 17-4 PH martenzitik çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliğin bileşiminde bir elektrotdur. Bu tür bir elektrot 17-4 PH çeliğin yanısıra 17-7 PH ve 15-5 PH çeliklerin kaynağında kullanılabilir. Esas metal ile yüksek oranda karışarak oluşacak kaynak metaline uygun bir ısıl işlem yapılır.

Elektrot örtüsü nem içermemeli ve bu elektrotlar da ostenitik krom-nikelli elektrotlara uygulanan koşullarda depolanmalı ve taşınmalıdır. Tablo de AWS' ye göre sınıflandırılmış ve çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin kaynaklanabilir türleri için önerilen örtülü elektrotlar verilmektedir Örtülü elektrotlar ile ark kaynağında da, ostenitik krom-nikelli çeliklere uygulanan kaynak koşulları geçerlidir ve minimum oksidasyon ve krom kaybını önlemek için kısa ark boyu kullanılmalıdır. Genel olarak, kaynak sonrası uygulanabilen bir ısıl işlem çevrimi ile mukavemet ve sertlik istenen değerlere getirilebilir.

 

Tablo 3.- Çökelme sertleşmeli çelikler için elektrotlar

 

TIG Kaynağı

El ile veya otomatik TIG kaynak yöntemi, .' ye kadar kalınlıklardaki çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin birleştirilmesinde çok yaygın kullanım alanı bulur. Daha kalın kesitlerde de TIG kaynak yönteminin uygulanması olasıdır ancak MIG kaynak yöntemi daha ekonomik ve daha hızlı bir yöntem olarak düşünülmelidir.

Bu tür çeliklerin TIG kaynağı, düşey karakteristikli akım üreteci ile elektrot negatif kutuba (DCEN) bağlanarak gerçekleştirilir. Çeliğin bileşiminde Al bulunduğu hallerde arkın temizleyici etkisinden yararlanmak için alternatif akım kullanabilir.

TIG yönteminin el ile uygulandığı durumlarda koruyucu gaz olarak Argon tercih edilir. Helyum atmosferinde oluşan kaynak arkının daha yüksek enerjisi olması kaynak hızının artması avantajını getireceğinden otomatik TIG kaynağında helyum veya helyum-argon karışım gazları üflenilir. Bu tür çeliklerin kaynağında uygun koşullar, bağlama ve montaj prosedürleri ostenitik krom-nikelli çelikler için uygulananlar ile aynıdır. Birleştirmenin arka yüzü veya dikişin kökü atmosferin olumsuz etkilerinden korunmak amacı ile kaynak sırasında soy gaz koruması altında olmalıdır.

MIG Kaynağı

Çökelme sertleşmeli paslanmaz çeliklerin ' den kalın kesitlerinin birleştirilmesinde sprey ark ile MIG kaynak yöntemi kullanılır. TIG kaynağına göre dolgu oranı yüksek olduğundan daha hızlı bir biçimde kaynak gerçekleştirilir. Kaynak prosedürü, ostenitik krom-nikelli paslanmaz çelikler ile aynıdır.

Koruyucu gaz olarak, arkın kararlılığını sağlamak için % 1-2 0₂ içeren argon gazı kullanılır. Ancak oksidasyon sonucu arktan metal geçişi sırasında Al ve Ti kaybı oluşur. Bu da, kaynak dolgu metalinin ısıl işlenme yatkınlığını azaltır. Nüfuziyetin artması istendiği durumlarda He+Ar karışım gazı önerilir.

Sprey ark, oluk pozisyonunda kaynak için tercih edilir. Diğer kaynak pozisyonları için, kısa ark veya darbeli ark ile çok az oksijen veya karbondioksit katılmış Ar+He karışım gazları kullanılır.

Tozaltı Kaynağı

Bu tür çeliklerin birleştirilmesinde tozaltı kaynağı, genellikle . den daha kalın kesitlere uygulanır. Kaynak parametreleri özenle kontrol edilmelidir. Kaynak akımı, gerilim ve kaynak hızı değişimleri tozun erimesinin oranını ve sonuçta da kaynak metalinin bileşimini etkileyecektir. Birçok kaynak uygulaması doğru akımda elektrot pozitif kutuba (DCEP) bağlanarak gerçekleştirilir. Alternatif akım, iyi bir ark kararlılığı ve orta derecede nufuziyet sağlamak için ara sıra kullanılır. Kullanılacak toz ve tel kombinasyonu, mukavemet ve kaynak sonrası uygulanacak ısıl işlemler dikkate alınarak seçilmelidir. Eğer mukavemetli bağlantılara gerek duyulmuyorsa AWS standartlarına göre ER308, ER310, ER316 gibi teller ile ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin tozaltı kaynağında kullanılan tozlar kullanılabilir..

 

Diğer Yöntemler İle Kaynak

Bu çeliklerin modern kaynak yöntemleri ile birleştirilmesine özellikle elektron ışın kaynağı yapılmış bağlantıların yorulma ve çekme mukavemetlerinin incelenmesine yönelik bilimsel ve endüstriyel araştırmalardan çok iyi sonuçlar alınmaktadır.

Kaynak öncesi ve sonrası alınacak önlemler, uygulanacak ısıl işlemler ile esas metalin mukavemet ve korozyon özeliklerine yakın hatta aynı değerde kaynak bağlantıları elde edilebilir. Bu konularda çelik ve elektrot üreticilerinin önerilerine uyulması zorunludur.

 

Duplex ve Süper-Duplex Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Duplex ve süper duplex paslanmaz çeliklerin çeşitli kaynak yöntemleri ile kaynak edilmelerini incelemeden önce, bu tür çeliklerin kaynak metalürjilerini açıklamakta yarar vardır (Tablo 4, 5 ve 6 Duplex Paslanmaz Çelikler)

 

Tablo 4 Duplex Paslanmaz Çelikler:

 

 

 

 

 

Tablo 5. Ticari Duplex Çelikler:

 

 

 

Tablo 6.- Duplex paslanmaz çeliklerin oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklıklardaki

mekanik özellikleri

 

 

 

Kaynak Metalürjisi

Duplex paslanmaz çeliklerin kaynağında, kaynak metalinde ferrit/ostenit dengesinin sağlanmasının oldukça büyük önemi vardır. Duplex ve süper-duplex kaynak metallerinin katılaşmasında başlangıçta hemen hemen ferritik yapı oluşur. İlerleyen soğuma ile ferritik tane sınırlarında ostenitik fazın çekirdeklenmesi başlar. Dolayısı ile, ostenit fazının oluşumu kaynak soğuma hızı ile sınırlanmaktadır. Azot, ostenitin yeniden oluşmasında en etkin elementtir. Azotun diğer önemli bir rolü de ostenit ve ferrit fazları arasındaki farklılığı azaltarak metaller arası faz oluşum tehlikesini düşürmesidir. Azot özellikle ostenitik fazda korozyon direncini kuvvetli bir şekilde düzeltir.

Bu tür çeliklere ait faz diyagramları incelendiğinde, d/d+g faz bölgesinin 1100° C'nin üzerinde bir sıcaklığa maruz kaldığı görülecektir. Dolayısı ile, kaynak metalinde ve ITAB’de ferrit fazı oluşumu artmaktadır (Şekil 1.).

 

Şekil 1. – X2CrNiMoN2253 çeliğinin CrNi22/09 elektrodu ile kaynağında oluşan bölgelerin % 70 Fe içeren Fe-Cr-Ni faz diyagramındaki yeri

 

Kaynak bölgesinin soğuma hızı oluşacak ostenit fazı oranını etkilemektedir. Kaynak bağlantısının istenenin üzerinde ferrit içermesi bağlantının tokluğunu ve korozyon direncini düşürür. Zira, esas metalle aynı bileşimde bir ek kaynak metali oluşturulan kaynak metallerinin yapısı yüksek miktarda ferrit oluşumuna eğilimlidir ve uygun duplex mikroyapıyı oluşturmak için ek bir ısıl işleme gereksinim duyulur. Kaynak metalinin uygun iç yapısı ve özelikleri yüksek nikel içerikli kaynak ek metali kullanılarak sağlanır. Bu açıdan genellikle %9 Ni içeren ek kaynak metalleri kullanılır.

Duplex paslanmaz çeliklerin kaynağında ITAB' de de ferrit miktarının artması beklenmelidir. Bu açıdan, çok düşük ısı girdisi ve buna bağlı olarak da hızlı soğumalardan kaçınılmalı ve ITAB' de ostenit fazının oluşumuna izin verilmelidir.

Soğuma hızı, ısı girdisi, pasolar arası sıcaklıklar ve malzeme kalınlığına bağlı olarak değişmektedir. Özellikle çok yüksek alaşımlı duplex paslanmaz çeliklerde çok yavaş soğuma hızlarında metaller arası gevrek fazlar oluşur; bu oluşumlar kaynak metali ve ITAB' de hem tokluğun hem de korozyon direncinin düşmesine neden olur. Çok hızlı soğuma hızlarında da yüksek ferrit miktarı, nitrür çökelmeleri ve bunun sonucunda da düşük tokluk ve düşük korozyon direnci ile karşılaşılır. Dolayısı ile, duplex paslanmaz çeliklerin kaynağı alaşım içeriklerine bağlı olarak kontrollü bir isi girdisi ile gerçekleştirilmelidir. Tablo 5’de duplex kalitelere uygulanması önerilen en az ve en çok ısı girdisi ile pasolar arası sıcaklıklar verilmektedir.

 

Tablo 5.- Duplex ve süper- duplex paslanmaz çeliklerin kaynağı için önerilen ısı girdisi ve pasolararası sıcaklıklar

 

Günümüzde duplex paslanmaz çeliklerin kaynağı için geliştirilmiş örtülü
elektrotlar, gazaltı kaynak telleri, tozaltı kaynak telleri ve tozları üretilmektedir.
Kaynak metalinin metalurjik faz dönüşümlerinde, kullanılan örtülü elektrotun
bileşimi, gaz ve tozun bileşimi, kaynak ısı girdisinin yanı sıra etkili olmaktadır. Bu açıdan, kaynak metalinin mekanik özelikleri ve korozyon direnci, kullanılan ek kaynak malzemelerinin bileşiminin etkisi altındadır. Duplex paslanmaz çeliklerin kaynağında, kaynak metalinin ferrit içeriğinin kontrol altında tutulması önemlidir. Kaynakta elektrotun seçiminin kaynak metalinde uygun ferrit içeriğini sağlayacak şekilde yapılması söz konusu olmaktadır. Zaten, duplex paslanmaz çeliklerin son yıllardaki ilginç gelişimi ve bu grubun büyümesi sonucu AWS-WRC High Alloys Committee, duplex paslanmaz çelik kaynak metali ve esas malzeme bileşimlerinden yola çıkılarak mevcut Schaefller ve De Long diyagramlarının yetersiz kaldığını ve yeni bir diyagrama gereksinim duyulduğunu görerek WRC-92 diyagramının geliştirilmesini sağlamıştır. Dolayısı ile, duplex paslanmaz çelikler için ferrit içeriğinin 100 FN'e kadar saptanmasına gereksinim duyulmuştur. Buna bağlı olarak yeni duplex bileşimler geliştirilmiş ve AWS ye göre kalibre edilmiş manyetik ölçme cihazları ile 1000 değişik Ferrit Numarası elde edilmiştir. Avusturya, ingiltere, Hollanda ve ABD’deki elektrot üreticilerinden, Kaynak enstitülerinden, paslanmaz çelik üreticilerinden ve kullanıcılardan gelen veriler ve kimyasal analizler birleştirilmiştir. Regresyon analiz tekniklerinin kullanılması ile WRC-1988 diyagramı oluşturulmuştur. Bu diyagram Schaeffler diyagramının bir bölümü ve De Long diyagramının bileşimi olarak görülmektedir WRC-1988 diyagramı ile De Long ve Schaeffler diyagramları arasındaki esas farklar Cr_eş ve Ni_eş' nin hesaplanmasında kullanılan elementlerden kaynaklanmaktadır. Bu yeni diyagram ile duplex paslanmaz çelik kaynak metallerindeki ferrit içeriğini saptamak daha hassas olmuştur.

Lake tarafından yapılan ileri bir çalışmada, bu diyagramdaki Ni_eş^’ne bakır eklenmiştir ve bu diyagramda WRC-1992 diyagramı olarak tanınmaktadır (Şekil 2). Duplex çeliklerde dahil olmak üzere, günümüzde üretilen birçok paslanmaz çelik özel olarak katılmış bakır içerdiğinden bakır için bir faktör gerekmiştir. Özel olarak bakır katılmamış çeliklerin içeriğinde de %0,5' e kadar bakır katışkı olarak bulunmaktadır.

 

Şekil 2.- Ferrit numarasının saptanması için geliştirilen WRC-1992 diyagramı

 

WRC diyagramında da belirtilmesi gereken bazı sınırlamaları bulunmaktadır. Diyagram, kimyasal analiz kalitesine ve soğuma hızına bağlıdır ki burada ele alınan soğuma hızı ark kaynağındakinden pek farklı değildir. %10' a kadar Mangan, %0,25' e kadar Azot seviyeleri diyagramda ele alınmasına karşın %1 Si veya %3 Mo’den fazla Si ve Mo içeren çeliklerde, hatalı saptama olabilmektedir. Hatanın diğer bir kaynağı da diyagramın yeniden basılarak çoğaltılmasından gelmektedir. Bu açıdan Şekit 2'deki diyagram KOTECKİ ve SIEWERT tarafından geliştirilen referans diyagramdır.

Duplex paslanmaz çeliklerin kaynak metalinin ferrit içeriği üzerinde araştırmacıların halen farklı görüşleri bulunmaktadır. Bazı araştırmacılar 30-60 FN'i önermekte olmalarına karşın bazı araştırmacıların 30-100FN (%22-70 ferrit içeriğine karşılık gelmektedir) olması gerektiğini ve korozif ortamlarda difüze edebilir hidrojenin bulunması ile bunun hidrojen çatlağı başlangıcını teşvik edeceğini dikkate alarak max. 85FN’de (~%60 ferrit) sınırlandırılmasını öne sürmektedirler Bu konuda halen araştırmaların devam ettiği görülmektedir.

 

Duplex Paslanmaz Çeliklere Uygulanan Kaynak Yöntemleri

Duplex ve süper duplex paslanmaz çelikler örtülü elektrot ile ark, TIG, MIG, tozaltı, özlü elektrot ile ark vs gazaltı vs plazma ark kaynağı yöntemleri ile uygun ek kaynak metalleri ve uygun prosedürleri kullanılarak başarılı bir biçimde kaynak edilebilmektedirler.

 

Örtülü Elektrot İle Ark Kaynağı

Günümüzde duplex ve super-duplex paslanmaz çeliklerin örtülü elektrotla kaynağı için çeşitli kaynak elektrotları üretilmektedir ve bu tür elektrotların standartları sınırlıdır. Önerilen elektrotlar bazik ve rutil örtü karakterine sahiptirler. Tablo de duplex ve süper-duplex paslanmaz çelik türlerinin kaynağı için geliştirilmiş örtülü elektrotlar, teller, gazaltı ve tozaltı telleri, üretici firmalar bazında verilmektedir.

Örtülü elektrot ile ark kaynağı. duplex paslanmaz çelik sacların birleştirilmesinde kullanılabileceği gibi boru kaynaklarında da dolgu pasoların oluşturulmasında başarı ile kullanılan bir yöntemdir. Ayrıca bunlara ek olarak döküm duplex türlerinde de tamir amacıyla kullanılan standart bir yöntem haline gelmiştir.

Örtülü elektrotlar arzu edilen ferrit/ostenit dengesini sağlamak üzere Ni ve/veya N ile aşırı alaşımlandırılmışlardır. Normal olarak Ni içeriği ostenitik krom-nikelli paslanmaz örtülü elektrotlar için aşırı alaşımlama teriminin abartılı olduğunu belirtirse de, duplex paslanmaz çeliklerde Ni' in %5,5-6,5 arasında değiştiği dikkate alındığında bu tanımlama karmaşası ortadan kalkar. Daha önceden de belirtildiği üzere, esas metal ile aynı bileşimdeki elektrotların kullanılması halinde bir ısıl işlem gerekmektedir ve ancak bu ısıl işlem yardımı ile yapı dengelenebilmektedir.

Prensip olarak duplex paslanmaz çeliklerin kaynağı için iki tür elektrot bileşimi uygundur. Bu seçim ilginç olmasına karşın pratikte çok yaygın uygulanır. Standart %22Cr, %9Ni, %3Mo, %0,15N' lu elektrotlar, %23Cr’ lu Molibdensiz ve %22Cr’lu duplex paslanmaz çelikler için kullanılır, bunun yanı sıra %25Cr, %9Ni, %4Mo, %0,25N içerikli süper-duplex elektrotlar %22Cr' lu ve yüksek alaşımlı türler için kullanılmaktadırlar (Tablo 6.- Duplex dahil paslanmaz çelikler için Örtülü Elektrotlar).

 

TIG Kaynak Yöntemi

Ek bir kaynak teli kullanılmadan gerçekleştirilebilen TIG ve plazma ark kaynak yöntemleri, ince sacların tek taraftan, kalın saclar halinde ve kalın cidarlı borularda da kök pasolarının gerçekleştirilmesinde uygulanan yöntemlerdir. Ancak normalde ek kaynak teli kullanılmayan bu yöntemlerden sakınılmalıdır. Aksi takdirde dikişteki aşırı ferrit oluşumu bağlantının kalitesini bozar. Bu açıdan bu yöntemlerin olabildiği ölçüde ek bir kaynak teli kullanılarak gerçekleştirilmesi ve uygun bileşimdeki telin seçilmesi önemlidir. Kaynak sırasında kaynak dikişinin esas metal ile karışımına dikkat edilmelidir. Esas metalin düşük nikel içeriği, kaynak metalinin ferrit/ostenit dengesinde etkili olacağı ve bağlantının en hassas bölümünün kök kısmı olduğu gözden uzak tutulmamalıdır.

Duplex ve super-duplex paslanmaz çeliklerin TIG kaynağında koruyucu gaz olarak %99,996 Ar, kök gazı olarak da Ar+%2-3 N₂ önerilir. Kullanılan koruyucu gazın H₂ içermemesine aşın dikkat edilmelidir. Zira hidrojen, hidrojen gevrekleşmesine neden olacaktır. TIG kaynağında boruların iç kısımları için kök gazı olarak %99,996N₂ gazı da kullanılması, azotun ostenit dengeleyici etkisi dikkate alınarak önem kazanır. Böylece çukurcuk korozyon (pitting) direnci artar.

 

MIG Kaynak Yöntemi

Duplex paslanmaz çeliklerin birleştirilmesinde ve dolgu pasolarında MIG kaynak yöntemi oldukça yaygın kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde Ar + %1-3CO₂, Ar+%1-3CO₂, Ar+%30He+%1-3O₂ veya Ar+°/o15He+%1-3CO₂ karışım gazları kullanılır. Kök gazı olarak da saf Ar veya %3N₂ eklenen karışım gaz önerilir. Bu yöntemde yüksek ısı girdisi ile kaynak yapılır. Pasolar arası sıcaklık maksimum ile sınırlandırılmıştır.

 

Tozaltı Kaynak Yöntemi

10 mm’nin üzerindeki kalınlıklara sahip duplex ve süper-duplex paslanmaz
çeliklerin kaynağında yüksek dolgu oranından dolayı en ekonomik kaynak yöntemi tozaltı kaynağı olmaktadır (Şekil 3). Yüksek alaşımlı duplex paslanmaz çeliklerin bu yöntem ile kaynağında, çeliğin türü, kullanılan tozun baziklik derecesi, kaynak metalinin oksijen bileşeni ve bağlantının mekanik özelikleri arasındaki ilişkiler dikkate alınmalıdır.

 

Şekil 3.- Tozaltı kaynağı yapılmış bir duplex paslanmaz çelikte kaynak bölgesinin mikroyapısı. Sağ yukarı bölge kaynak metali, sol alt bölge Esas Metal (ferrit koyu, ostenit beyaz renkli görünüyor.

 

Tozaltı kaynağında optimum ısı girdisine önem verilmelidir. Zira ITAB'de yeterli ostenit dönüşümü kaynağın parametreleri ile yakından ilgilidir. Bu tür çeliklerin tozaltı kaynağında bir ön tavlamaya gerek olmamasına karşın kaynağa ara verildiğinde özellikle kalın parçalar halinde yeniden bir tavlamaya gerek duyulmaktadır. Pasolar arası sıcaklıklar ' yi geçmemelidir. Genel olarak yüksek baziklik derecesine sahip kaynak tozları çatlama emniyeti bakımından önerilir. Uygun tel-toz kombinasyonu kullanılması ile ferritin sigma fazına dönüşümü kolaylıkla önlenebilir. Aynı zamanda Cr, Si veya Mn ile aşırı alaşımlanmış bir kaynak metali elde edilir. Pasolar arası sıcaklığın veya ısı girdisinin sınırlandırılması da duplex paslanmaz çelik kaynak metallerindeki metaller arası faz çökelmelerinin oluşum tehlikesini de en aza indirmede yardımcı etkenlerdir. Kaynak tozlarının çok iyi kurutulması, dikişin H₂ kapmasını önleyeceğinden özellikle bu konuya kaynak önce dikkat edilmelidir.

Araştırmacılar, duplex kaynak metallerindeki ferrit içeriğinin, manyetik ferrit ölçme yöntemleri ile hassas olarak ölçülebileceğini önermektedirler. Ancak kaynak dikişi manyetik bir cihazın kullanımı ile ölçüm yapılacak boyutta olmayabilir. Bu durumda esas metalin ve kullanılacak kaynak elektrotunun kimyasal bileşimlerinden yola çıkarak WRC-1992 diyagramı yardımıyla dikişin ferrit içeriği saptanabilir ve genelde 30-60 FN arasındaki değerler, kullanılan yönteme bağlı olarak uygun kabul edilebilmektedir.

Son on yılın en yoğun malzeme araştırmalarına konu olan bu tür çelikler, sadece alışılmış kaynak yöntemleri ile kaynak edilmemekte elektron ışın ve laser ışın hatta katı hal kaynak yöntemleri ile de kaynak edilmektedirler.

(Tablo 6.- Duplex dahil paslanmaz çelikler için Örtülü Elektrotlar)