KAYNAK HATALARI ( I II III )

Transkript

1 KAYNAK HATALARI ( I II III ) Makina imalâtında olduu kadar bayındırlık ilerinde de kaynaın ba vurulan balıca imal yöntemleri arasında yer alması, bunun hata ve kusurlarının asgariye indirilmesi için youn çalımaların her tarafta yürütülmesine neden olmutur. Gerçekten köprüler, gemiler, hazneler, kazanlar ve benzeri ilerde kaynaın, perçin tekniini teknikler tarihinin sahifeleri arasına gömmü olduu bir vakıadır. Hal böyle olunca da, kaynaktan beklenen "malzemede devamlılık" koulunun imkân nispetinde eksiksiz olarak yerine getirilmesi gerekir. Bunu temin etmek için çeitli "hastalıkların önce açımlaması yapılır, sonra bunların tehisi, önlenmesi ve, olanak bulunursa, tedavisi için yöntemler gelitirilir. Biz bu yazımızda "hastalıkların açımlamasını yapıp nedenlerini sıralamakla yetineceiz. Tahribatlı ve tahribatsız muayene ile tehis ilemi, önlenmesinin ve bozuk bir kaynaın tamiri konularının ayrıntılarına imdilik deinilmeyecektir. Kaynak hatalarını genel olarak üç sınıfa ayırmak mümkündür: 1 ekil ve ölçü hataları 2 Kaynaklı birlemelerde hatalar 3 Dokusal hatalar. Her ne kadar imdiden hata ve kusurlardan söz ediyorsak da önce bunları douran faktörleri sırasıyla ele alacaız. Ancak bundan sonra kaynaklarda görülen "hastalıkların ayrıntılarına girip ibu faktörlerin bu kusurların meydana gelmesindeki rollerini inceleyeceiz, yani her türlü çatlak, gevrek kırılma, lameler yırtılma vs. gibi kusur ve hatalarla bu faktörlerin ilikilerini göstereceiz. EKL VE ÖLÇÜ HATALARI Bunlara OERLIKON neriyatından "Ark Kaynaı El Kitabı'nda ayrıntıları ile deinildiinden burada sadece bunları saymakla yetineceiz. a) Dikilerde fazla yükseklik, baka deyimle aırı ergimi metal yıılması. Bu fazla yükseklik, birlemenin statik zorlamalara mukavemetini genellikle azaltmamakla birlikte onun dinamik yüklere dayanma kabiliyetine oldukça zarar verir öyleki dikiin saçın yüzeyine bir keskin a açısı ya da bir b bindirmesi ile balanması çentik etkisi meydana getirir (ek. 1). b) Metal eksiklii. Bu da çukur dikiler, çok yassı açı kaynakları, iyice dolmamı krater, keskin köeleri ergimi birlemeler eklinde belirir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

2 Yassı açı dikilerinde uzayan kısımda kaynama yerine çou kez souk metal üzerine yapıma olayına tanık olunur. yi dolmamı bir krater de, ilerde göreceimiz gibi, çatlaklara yol açabilir. c) Birleen parçalar arasında seviye tutmaması, baka bir deyile parçaların (saçların) nötr hatlarının aynı seviyede olmaması. Bu takdirde konstrüksiyonun yüzeyinde, çalıma esnasında zorlamalara mukavemeti azaltan çıkıntılar hasıl olur (ek. 2). Bu çıkıntı gerçekten tali eilme zorlamaları meydana getirir. d) Çirkin görünülü dikiler. Bunlar estetik bakımdan mahzurlu olmakla kalmayıp korozyon ve yorulma nedeniyle kopma tehlikelerini artırırlar. Pürüzler arasına fazla miktarda biriken korozif malzeme, ana malzemenin korozyona mukavemetini yenebilir. Kazancılıkta bu türden müsaade edilen seviye farkı 0,2 mm olup fark bundan fazla olduunda kaynak dikii tralanıp saçlar batan ayarlanarak kaynak yeni batan uygulanır. KAYNAKLI BRLEMELERDE HATALAR Bazı hallerde kaynak, kaynaklı konstrüksiyonların kalitesinde bir düüklük yaratıp bunların çalıma koullarına cevap veremez hale gelmelerini sonuçlandırabilir. Bu itibarla bir kaynaklı konstrüksiyonun, hizmete alınmadan önce, kaynakla beraber gelebilecek kusurlardan yana emniyette olduundan, yani bu sonuncuların belli bir sınırı amadıklarından emin olunması gerekir. Tahkik ilemi ekil deitirmeler - çarpılmalar, mekanik karakteristikler, korozyona mukavemet bakımından yapılır. Genleme ve çekmelerden hasıl olan ekil deitirmeler çarpılmalar sonucu konstrüksiyon, resimlere tam olarak uymayabilir. Standart ve artnamelerin büyük çounluu, çeitli tipte kaynaklı konstrüksiyonlar için birleme katsayıdan saptamılardır. Çekmeye çalıan bir kaynakta birleme katsayısı, kaynaklı birleme mukavemetinin kaynaksız, devamlı farzedilen ana metalin mukavemetine oranıdır. Bu katsayılar gerekli emniyet derecesiyle kaynak dikilerinin kontrol olanaklarına göre deiirler, örnein tersten kaynak imkânı arzeden bir birlemede bu katsayı, altına eriilemeyen birlemeye nazaran daha yüksek olacaktır. Gerek ergimi bölge, gerekse buna komu bölgelerde ark sıcaklıının meydana getirdii doku deimeleri bir kaynaklı birlemenin korozyona mukavemetini azaltabilir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

3 ekil deitirme - çarpılmaların malzemenin bünyesinde hasıl olan iç gerilmelerden meydana geldii bilinir. imdi bu gerilmelerin nasıl olduklarını kısaca görelim. 1 Parçanın serbest ve tespit edilmi durumlarında yeknasak (üniform) ısıtma Kolaylık bakımından çevre sıcaklıını 0 C farzediyoruz. Dıtan tespit edilmemi bir çubuu yeknasak olarak ısıttıımızda, çevre sıcaklıında l o olan uzunluu T sıcaklıında I T = l o (1 + T) olur. Burada,, lineer termik uzama katsayısıdır (adi çelikte = 0,000011/ C). Olay geri dönülüdür. imdi çubuu, uzamasına engel olan iki rijid parça arasına sıkımı farzedelim. Isıtıldıında çubuk bu sabit mesnetleri itecek olup kendisi bir basınca tabi olur. Hook kanunu gereince T =E T T olur ki burada T, T sıcaklıında basınç zorlaması, E T de yine bu sıcaklıkta malzemenin elastikiyet modülüdür (adi çelikte, çevre sıcaklıında E = 21000hbar). T artınca T malzemenin S, elastikiyet sınırı deerine kadar az çok lineer bir kanun gereince artar (yumuak çelikte S = 24 hbar). ek.3'teki diyagram, T'nin fonksiyonu olarak T ve S 'in gidiini gösterir. T s sıcaklıında (A noktası) T, s deerine varır. T s 'e kadar basma elastik ve geri dönülüdür. T'nin bundan büyük deerlerinde T, s = f(t) nin deerleriyle orantılı olarak deiir, çubuk da AB boyunca bir plastik ezilmeye urar. T B sıcaklıına varıldıında (B noktasında) çubuk soumaya terk edilecek olursa basma zorlaması OA'ya paralel olan BC boyunca lineer olarak azalır ve T c >0 C sıcaklıında sıfır olur. Bundan sonra çubuk T c 'den 0 C'a soutulacak olursa mesnetlere artık dayanmaz ve l =l 0 T e kadar büzülür ki bu da A ve B arasında plastik ezilme safhası sırasında meydana gelen geri dönüsüz kısalmayı ifade eder. Bu kere çubuu uzamaya olduu kadar kısalmaya karı da tespit edilmi, yani ekil deitirmez iki çene arasına sıkıtırılmı farz edelim. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

4 T B 'ye kadar ısıtıldıında her ey evvelce olduu gibi C noktasına kadar OABC boyunca vaki olur; bundan sonra çubuk, serbestçe büzülebilmek için çenelerden kurtulamadıından CD boyunca bir elastik çekme gösterir (ek. 4). Devirin sonunda elastikiyet sınırının altında bir çekme hali kalmıtır. Isıtma T H >T B 'ye kadar yükseltildiinde ankastre çubuk, sonraki souma sırasında, K noktasında çekme elastikiyet sınırına varacak ve son safhada KF boyunca malzeme yourulması ile birlikte bir plastik çekmeye maruz kalacaktır. 2 Yeknasak olmayan ısıtma Kendi kendini tespit hali Dıtan tespit edilmemi serbest bir saç alıp merkezi civarında bir bölgeyi mevzii olarak ısıtalım ve bunu d çapında küçük bir dairesel bölgede yaptıımızı farzedelim. Isının etkisiyle bu yüzey, çapını d den d'ne çıkararak genlemeye meyledecektir. Onu çevreleyen souk kitle bu deimeye karı koyup bir r radyal basınç icra edecektir. Bu basınç, sıcaklıın artı oranında yüksek olacaktır. Elastikiyet sınırına varıldıında ısıtılmı daire, radyal yönde liflerin geri dönüsüz kısalmasıyla birlikte bir plastik ezilmeye uramaya balar. Bunu izleyen souma sırasında dairesel bölge büzülür, ancak liflerin kısalması kalır ve devir sonunda ısıtılmı kısım gerilmi bulunur. Burada bir kıyaslamaya gidebiliriz: metalik dairesel bölge iki ucundan ankastre çubukla aynı durumda olup aradaki fark, buradaki dı tespitlerin (çenelerin) yerini çevredeki souk malzemenin zatî tespiti almı olmasındadır. Bir hususa daha dikkat edilmesi gerekir: ankastre çubuk üzerinde mütalaa yürütürken ideal ekil deitirmez dı tespitleri varsaymıtık. Burada ise dairesel metal kısmını çevreleyen malzemenin, genleirken icra ettii itme etkisine elastik olarak boyun ediini kabul etmemiz gerekir. tmeler eit ve karıt olup dairesel kısmın çapı, termik genlemenin serbest olması halinde görülecei gibi d den d'ne geçmeye ya da çevresinin rijit olması halindeki gibi d deerini koruması yerine tam ortalama deeri alacaktır: (d + d') /2. Böylece Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

5 EαT σ r = 2 olup basmada varılan elastikiyet sınırının sıcaklıı olan T, bu halde, 200 C civarındadır. 200 O C'a kadar ısıtmalarda hadise elastik çerçevede geri dönülü olarak vaki olur, 200 O Cin üstünde ise devir sonunda arkalarında radyal çekme iç gerilemeleri bırakan plastik ekil deitirmeler hasıl olur. Bütün bunlardan çıkan ve akılda tutulması gereken sonuç, bir parçanın sınırlı bir kesiminin ısıtılması (yeknasak olmayan ısıtma) halinde, plastik ekil deitirme ve iç gerilmelerin meydana çıkmasını hasıl eden zati (kendi kendini) tespit etkisinin kendini gösterdiidir. Bütün kaynak ilemleri termik bakımdan yeknasak olmayan bir ısıtma sürecine benzetilebileceinden tüm kaynaklı birlemelerin kaçınılmaz ekilde iç gerilme içerecei söylenebilir. Örnek olarak uç uca kaynak edilmi iki saçı alalım. Uzunlamasına zorlamalar Isı menbaı yer deitirirken ısınan metal da uzamaya meyleder; ancak bitiiindeki souk metal zati tespit yoluyla uzamalara karı koyar. Sıcak erit önce elastik, sonra da plastik bir basmaya urar. Uzunlamasına lifler sıcakta ezilmi olup souma sırasında bitiik metal üzerine bir çekme icra eder. Böylece bitirilmi birleme uzunlamasına tamamen gerilmi bulunacak, gerilmeler sadece uçlarda sıfır olacaktır. Bahis konusu ısıların yüksek olması nedeniyle bakiye çekme zorlamasının elastikiyet sınırına vardıı ve tıpkı yukardaki ankastre çubukta olduu gibi soumanın son safhalarını bir yourulma olayının izledii düünülebilir. Bunları dengelemek üzere de ana metalda bir basma zorlaması meydana gelecek olup bu zorlama bu kere çok daha geni bir kesiti ilgilendirdiinden gerilmeler daha zayıf olacaktır. ek. 5, bakiye uzunlamasına gerilmelerin gelimesini gösterir. Genilemesine zorlamalar Tek pasoda uç uca bir birletirmeyi gözönüne alıp sıcaklık menbaının bir P ara noktada bulunması halinde neler olabileceini görelim. Kaynak ilemi ilerledikçe P'deki kaynak banyosu katılaır ve büzülmeye meyleder; buna, Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

6 artık soumu olup çekmesine karı koyan bir önceki banyo mani olur. Böylece P'yi çevreleyen metalde bir genilemesine çekme hali doar. Kaynaın ilerlemesi öne doru, P'de görülen olayın yakından yakına tekrarını meydana getirir; bununla birlikte daha önlerde tedricen yerleen çekme nedeniyle P'de basma kuvvetlerinin etkisi kesindir. Bu itibarla kaynaın ilerlemesi sırasında genileme yönünde birbirlerini "kovalayan" bir çekme haliyle bir basma hali görülecektir. Basma, çekmeyi sıfıra getirecek kadar, hatta onu tamamen ters çevirecek kadar etki yapar. Paso adedi, puntalama, kullanılan kaynak yöntemi, saçların kalınlıı, ilerleme hızı vs. gibi faktörler hadiseyi geni ölçüde etkilediklerinden son eklin ne durum arzedeceini peinen bilmek pratikte olanak dııdır. Yapılmı ölçüler uzun birlemelerde gayri muntazam görünülü ve azami 10 ilâ 20 hbar arasında kalan gerilmeli basınç ve çekme bölgelerinin varlıını ortaya koymutur. ek. 6, genilemesine bakiye gerilmelerin mümkün görülen bir daılıını verir. Birlemenin gerçekletirilmesiyle, ancak saçların serbest olmaları halinde hasıl olabilecek bir genilemesine büzülme meydana gelir. Saçlar dıtan tesbit edilmilerse bu büzülme meydana gelemez, tespit noktalarındaki reaksiyon zorlamaya eklenir ve toplam bakiye gerilme çok yüksek seviyelere çıkabilir. DOKUSAL HATALAR Aslında "Kaynaklı Birlemelerde Hatalar" geni ölçüde kaynak sırasında hasıl olan dokusal deimelerden ileri gelir. Bu itibarla "Dokusal Hata-lar"la evvelkileri kesin sınırlarla ayırmak güçtür. Yourulma ve yalanma Yourulma, baka bir deyimle soukta plastik ekil deitirme, plastiklii azaltır, kaymalara mukavemeti pekletirir. lk zamanlarında sünek olan bir malzeme soukta mekanik ekil verme ilemleri sırasında ekil deitirme kabiliyetinin bir kısmını kaybeder; silindirleme, derin çekme, makaslama, zımbalama vs., malzemeyi kırılgan kılan ilemlerdir. Konstrüksiyon çeliklerinde 450 ile 550 C arasında bulunan sıcaklıklara ısıtıldıklarında çarpılmı olan taneler tekrardan kristallaır ve ilk plastik özelliklerine yeniden kavuurlar. Bu ileme rekristalizasyon tavlaması adı verilir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

7 Yourulmu halde malzemeler, yeni kaymalara mukavemet artıı nedeniyle mukavemet özelliklerini ifade eden deerlerde (elastikiyet sınırı, kopma mukavemeti, sertlik) artı, buna karılık da plastik özelliklerde (uzama ve rezilians darbeye mukavemet) düü arzederler. Yourulmanın fena bir sonucu olarak yalanma adı verilen bir baka olay zikredilebilir; yourulmu malzemeler zamanla ve bir nedene balanmadan sünekliklerinden kaybederler. Bu yalanma, ekil deitirmi (çarpılmı) tanelerin dı çevresine yürüyen ve kaymaları kısıtlayan mikrobilekenlerin (oksitler, nitrürler, doymu halde karbürler gibi) bir çökelmesine balanır. Bir malzemenin dokusunun kabalıı oranında yalanmanın daha hissedilir mertebede olduunu tecrübe göstermitir. Bu nedenle "ince taneli" çelikler "yalanmaya dayanıklı" olarak vasıflandırılırlar. Yourulmayı yok edebilen rekristalizasyon ısıl ilemi aynı zamanda yalanmayı da ortadan kaldırır. Büyük kalınlıkta kaynaklı birlemelerde mekanik özellik heterogenlii (homogensizlii)'nin nedenlerinin bilinmesi,gerek bu özelliklerin mümkün olan en iyi homogenliini salamak üzere optimal kaynak uygulama artlarının tayini, gerekse kaynaklı birlemelerin, üzerinde aaıda uzunca duracaımız gevrek kırılma'ya hassasiyeti bakımından, önemli olmaktadır. Konuya daha fazla eilmeden önce yine bazı tarifleri vermeye devam edelim. Çekme deneyinde kopmanın görünümleri Bir çubua ekseni yönünde çekme tatbik edildiinde, aynı yönde ve çubuun dikey kesitlerine tam dik gelen x = F/s birim gerilmesi hasıl olur. Burada F, uygulanan çekme kuvveti, s'de çubuun dikey kesit alanıdır. Bu dikey kesitle bir açısı yapan bir yatık kesitin alanı S/cosa olur (ek.7). Bu yatık kesit üzerinde, yine çubuk ekseni yönünde olmak üzere ρ X 2 F cos α = S gerilmeleri daılır. Bu da yatık kesite dikey n ile ona teet T gerilmelerine ayrıtırılabilir. Bunların deerleri; 2 F cos α 2 σ n = ρ x cosα = = σ x cos α S F sinα cosα τ = ρ x sinα = = σ x sinα cosα S α = 0 için n azami olurken τ sıfır olur. α = 45 için n = x /2 olup τ da, yine x /2'ye eit olan azami deerine varır. Tecrübe, ekil deitirmelerin kristal ebekelerinde atomik Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

8 düzlemlerin bir kaymasının belirtileri olup bunu gerçek sorumlusunun ibu τ bilekeni olduunu göstermitir. Kırılgan denen malzemeler (örnein su almı çelikler) kaymalara ciddi bir mukavemetle karakterize olurlar öyleki uygulanan yük arttıında ekil deitirmeler x in çok yüksek bir deerinden (yani τ = x /2 deerinden) itibaren balar ve kopma, önemli olmayan bir kaymadan sonra meydana gelir. Gerçekten kırılgan malzemeler çok az bir uzama arzederler. Fevkalâde kırılgan bir malzeme plastik kaymalara, hiç bir ekil deitirmesine müsaade etmeyecek kadar yüksek bir mukavemet arzeder ve yük arttıında kopma, doruca dikey gerilmelerinin etkisiyle ve kısımların "ayrılmaları" suretiyle vaki olur. Bu durumda elastikiyet sınırı ile kopma yükü birbirlerine eit olurlar. Buna karılık fevkalâde sünek bir malzeme sadece τ 'nin etkisiyle, çok belirli ekil deitirmeleriyle kopmaya varabilir. En genel hal olan orta süneklikte bir malzemede kopmada her iki gerilme ekli, önce τ, sonra da olmak üzere sorumluluu paylaırlar. Kırılma yüzeyi 45 meyilli, pürüzlü ve τ tarafından hasıl edilmi kaymalara delâlet eden bölgelerle, malzemenin 'nin etkisine boyun edii düz ve kristalin (billûrî) bölgeler arzeder. Bu mülâhazalardan u sonuç çıkar: ekil deitirmeler önlenebilirse, çok daha yüksek kopma yüklerine eriilinebilir. Bununla birlikte bu ekil deitirmeleri vaz geçilmez faydalar da salamaktadırlar. Gerçekten her konstrüksiyonda kuvvet hatlarının bir araya toplandıkları noktalar kaçınılmaz ekilde mevcuttur. Malzeme sünekse en fazla zorlanan noktalar, elastikiyet sınırına vardıklarında, plastik olarak boyun eerler ve böylece de gerilmelerin mukavemet eden kesitin her tarafına yeknesak olarak yayılmalarını salarlar. Malzeme sünek deilse en büyük gerilmelere maruz noktalar, ekil deitirme suretiyle bundan kurtulma yoluna gitme yerine, komu kesitler yardıma gelmeden önce kopmaya varırlar. Düük sıcaklıın süneklik üzerine etkisi Sıcaklık dütükçe bir sünek çeliin plastik özelliklerinin de tedricen dütüü görülür. Alçak sıcaklık büzülme suretiyle kristal ebekelerinin rijidlemesini sonuçlandırıp plastik kaymaların balamasını önler; yani ekil deitirmelerin harekete geçmeleri için gerekli makaslama gerilmesi deerini artırıp bunun sonucu olarak da elastikiyet sınırı ile kopma gerilmesini yükseltir. Fevkalade düük sıcaklıklarda kopma doruca "ayrılma" suretiyle vaki olur. Artık kopma gerilmesi gerçekten "ayrılma"ya mukavemeti temsil eder; yumuak çeliklerde bunun deeri, çevre sıcaklıında adi çekme deneyinin verdii deerin yaklaık iki mislidir. Sıfırın altında 200 C civarında fevkalâde düük sıcaklıkta elastikiyet sınır gerilmesiyle kopma gerilmesi eitleir ve kopma doruca "ayrılma" suretiyle olur. Çentik etkisi Her konstrüksiyonun bünyesinde çok eksenli (polyaxial) gerilmeler bulunup bunların Mohr Dairesi ile tayin edildikleri bilinir. Çentikler bir üç eksenli (triaxial) zorlamanın pratikte çok rastlanan örneini temsil ederler. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

9 Çentik, genel anlamı ile, kuvvet hattı toplanmalarını sonuçlandıran bütün nedenlere verilen addır. Bunlardan bazı örnekler verelim; anî kesit ya da rijitlik deimeleri; ekil deitirebilen bölgeler içinde sert noktalar; kaynak kusurları ve genellikle süreksizlikler. Çentiklerle üç eksenli gerilmeler arasındaki ilikiye en basit örnek olarak V eklinde dairesel bir boaz açılmı silindrik bir çubuu nazarı itibare alalım (ek.8). Buna dıtan tek eksenli bir çekme yükü tatbik edildiinde unlar görülür; 1) Uzunluk yönünde, kuvvet hatları yeknasak olmayan bir daalıla çentiin dibinde özellikle yüksek bir younluk arzeder. Uzunlamasına l gerilmesi,çentikli s kesitinde ortalama F/s deerini haiz olmakla beraber çentiin dibindeki kf/s maksimum deerine eriir, "k younluk katsayısı", çentiin keskinlik ve derinlii oranında yüksek olup 10 veya daha yüksek deerlere varabilir. 2) Uzunlamasına gerilmeye maruz çentikli kesit genilemesine büzülmeye meylederse de kuvvet hatlarının kaçındıkları çentiin kenarları buna karı koyup l 'e dikey bir radyal r gerilmesini dourur. 3) r 'in sonucu olarak"çevresel"diye adlandıracaımız ve her ikisine dikey yönde bir p gerilmesi meydana çıkar. Bu üçüncü gerilmeyi canlandırmak üzere içten basınca maruz bir kap düünülecektir. Bunda içten basınç, bilindii gibi, kabın kalınlıına dikey bir çekme hali yaratır. ek. 9, birbirlerine dikey üç gerilme ile bunların sonucu olan τ makaslama zorlamasının eklini gösterir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

10 Netice itibariyle çentikler her zorlama halini, hatta tek eksenli olanını bile, üç eksenli bir zorlama haline mevzii olarak deitirme etkisine sahiptirler. Üç eksenli hal ile, ekil deitirmelerin esas nedeni olan makaslama gerilmesinin deerinde bir azalma olur öyleki malzeme "ayrılma" suretiyle kopmaya daha yatkın hale gelir. Maksimum τ gerilmesinin tekabül ettii en eit üç eksenlilik, r 'in sıfır olduu çentik dibinde deil de bundan birkaç milimetre içerde gerçekleir. Düük sıcaklık, çentikler ve sair gayrı müsait faktörlerin beraberce etkisi Pratikte çentikler tarafından meydana getirilen üç eksenlilik, çentikler ne kadar sivri ve derin olurlarsa olsunlar, hiçbir zaman eit olmaz öyleki makaslama kuvveti, sünek malzemelerde, plastik ekil deitirmeyi balatmaya yeterli deeri mutlaka muhafaza eder. Artan derinliklerde çentikleri haiz bir seri silindrik deney çubuu çekme suretiyle koparılacak olursa çentikli kesite irca edilmi kopma yükünün tedricen arttıı, uzamanın ise azaldıı görülür. Bununla birlikte sadece çentik etkisiyle ayrılma suretiyle kopmaya varmak olanak dııdır. Buna karılık çentik etkisine düük sıcaklıınki eklenecek olursa, gevrek kırılmayı deneysel olarak elde etmek mümkün olur. Sadece souun etkisiyle bu sonuca ancak eksi 200 C civarında varıldıından söz etmitik. Çentikli deney çubuklarında ise çentiin sertlii oranında ılımlı bir souk buna yeterlidir. Malzemenin sünekliini bozan doku tanelerinin büyümesi, su verme, yourulma ve yalanma gibi olgular da gevrek kırılmaya meylettirecek faktörlerdir. Geçi fasılası ve geçi sıcaklıı Birbirine tamamen e bir seri çentikli deney çubuu gittikçe azalan sıcaklıklarda koparılacak olursa, kırılmanın sünek görünüten gevrek görünüe doru gelitii görülür ki bu durum, yukarda söylenenlerin bir doal sonucu olmaktadır. Daha doru bir ifade ile sünek halden gevrek hale geçi, geçi fasılası adı verilen bir sıcaklık aralıı içinde tedrici olarak vaki olur. Kırılma kesitinde f gevrek kısmı, d de sünek kısmı göstersin. Absise T sıcaklıkları, ordonata da d sünek kısmın kırıın toplam d+f alanına oranı götürülecek olursa ek. 10'da görülene benzer bir geçi diyagramı elde edilir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

11 T i 'nin üstünde kopma sünek olup, T f,'in altında da gevrektir. T i, T f, aralıında kırık kısmen sünek, kısmen gevrek görünülüdür. Bütün çentikli deney çubukları bu geçi olayını arzederler ancak, deney ekli (çekme, eme, rezilians vs.), deney çubuunun ölçü ve çentik ekli gibi faktörlerin deimesiyle aynı çelikte sınır sıcaklıkları deiir. Bu olgu, pratik yönden bir zorluu ortaya çıkarıyor: geçi fasılası deney çubuuna balı ise bu fasıla gemiler, köprüler, depolar vs. gibi büyük kontrüksiyonlarda nerede bulunur? Bunun tayini için düük sıcaklıklarda çok pahalı deneylere ba vurulmutur. Örnein Robertson deneyinde büyük boyutlu kalın bir saça bir ısı gradieni uygulanır, yani bir kenarı çok düük sıcaklıa indirilir, bu kenardan uzaklaıldıkça sıcaklık tedrici olarak artar. En souk kenara da bir çentik açılır. Buraya vurulan bir darbe saçta, çatlama meydana getirir. Çatlak, souk bölgeden sıcak bölgeye doru ilerler ve bir yerde durur. Çatlaın durduu bu sıcaklıa Robertson durma sıcaklıı adı verilir. Çentikli büyük strüktüral elementlerle Izod çentikli Charpy V rezilians deney çubukları arasında oldukça iyi bir münasebet kurulabilecei sanılmaktadır. Yani Charpy V reziliansının geçi fasılası, büyük konstrüksiyonlar için bir referans olarak alınabilir. Geçi sıcaklıı, altına düüldüünde belli bir çeliin gevrek kırılmaya gittii, üstüne çıkıldıında da sünekletii sıcaklık olarak tarif edilir. Böylece tarif edilmi geçi sıcaklıının ancak itibari olabilecei derhal anlaılır. Bu itibarla büyük çounluu Charpy V esasına dayalı bir çok tarif teklif edilmi olup bunlar arasında en çok kullanılanı udur: bir çelik için geçi sıcaklıı Charpy V reziliansının 3,5 daj/cm 2 deerinden geçtii sıcaklıktır. Gelelim imdi yukarda deindiimiz bir baka konuya. Kaynaklı birlemelerde heterogenlik faktörleri Özellik heterogenliinden sorumlu faktörlerin tümü tetkik edildiinde bunların pratik olarak dokusal kökenli oldukları görülür. Bu itibarla bunlar metalürjik kökenli dokusal faktörler, tensotermik (gerilme-ısıl) kökenli ikinci derecede dokusal faktörler olmak üzere sınıflandırılabilir. Bu heterogenlikler, tümüyle ele alınan kaynaklı birlemenin stabilitesi üzerinde çou kez önemli etkide bulunabilirler. Bu nedenle bunlar üzerinde biraz duracaız. Hadise global olarak ele alındıında bir dördüncü heterogenlik menbaının dikkat nazara alınması gerekir. Bu kere heterogenlik dokusal kökenli olmayıp bakiye gerilme alanlarının varlıından ileri gelen bir heterogen davranı bahis konusudur. Metalurjik kökenli heterogenlikler esas itibariyle ikiye ayrılır; bunlardan ilki her kaynaklı birlemede, aynı zamanda, ana metalde hadde dokularıyla kaynak metalinde, kaynakla tavlanmı brüt döküm dokularının bulunmasından ileri gelir. Dieri kaynak ileminin ısıdan etkiledii bölgelerde hasıl olan deimelerden doar. Kaynak malzemesinin hassas ekilde imali suretiyle bunlardan ilkinin önüne geni ölçüde geçilebilir. kincisi ise her özel çelik tipinin kaynaklanabilirliine (kaynak kabiliyetine) doruca balıdır. Tensotermik gevrekleme ve bunun düzeltilmesinin balıca karakterleri öyle Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

12 özetlenebilir: Aaıda bileim ve mekanik karakteristikleri verilmi çelikler, bunların deney kaynaında kullanılmı bazik elektrodlar ve uygulanan çekme hızları için tensotermik gevrekleme derecesi, yaklaık 250 ilâ 350 C sıcaklık fasılasında tabi tutulan plastik ekil deitirme oranına balıdır. Bu gevrekleme optik ya da yansımalı elektronik mikroskopta herhangi bir doku deiiklii göstermez. Bu gevrekleme ısıl ilemle yok edilebilir. Kaynakta tensotermik gevrekleme Kaynak ilemi, birleme yeri ile civarlarını az çok aır termik ve mekanik zorlamalara maruz bırakmakla tensotermik kökenli bir heterogenlik menbaı olabilir. Varılan gevrekleme derecesi ve bunların yerlerinin tayini bakımından iki uç hal arasında bir ayırım yapmak gerekir. Bunlardan ilki aslında en aırı olup gevreklemenin, ya önceden mevcut bir kusur, ya da kaynak sırasında meydana getirilen bir kusurun varlıına balı olması halidir. Bu taktirde kusur, ekil deitirmelerin younlamasının bir faktörü oluyor ve bunun sonucunda da onu çevreleyen metal iyice gevrekleme arzediyor. Bu durum, sadece mevziî özellikler bakımından deil, aynı zamanda çekmeye maruz kaynaklı birlemelerin tüm özellikleri bakımından önem arzetmektedir. kinci halde ekil deitirmeleri younlatıracak kusur bulunmayıp hasıl olan gevreklemenin derecesi pratikte doruca kaynak ileminin yükledii faktörlere balıdır. Gerçekten, yukarda söylenenlerin bir sonucu olarak, terk edilen kaynak metaline en iyi rezilians özelliklerini veren çok sayıda küçük hacimli dikiin aynı zamanda ana metalde önemli bir tensotermik gevrekleme hasıl edebilecei düünülmektedir. ek. 11 'de 30 mm saç üzerinde biri 8 tabaka halinde, dieri 15 tabaka ve 52 paso halinde iki kaynaın bahis konusu ettiimiz gevrekleme tipinin sonucu olan heterogenlikleri görülür. Grafikte ordonatta Charpy V reziliansları, absiste de birleme bölgesinden itibaren mesafeler gösterilmitir. Etüd edilen heterogenliin deimi metalürjik bölgelerin dıında olduu, en aır kaynak uygulama eklinin gerçekten biraz daha belirli ve aynı zamanda daha yaygın bir gevrekleme Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

13 hasıl ettii hemen farkedilir. KAYNAKLARIN GAZ ABSORPSYONU Burada yine kaynaın önemli problemlerinden biri olan ergimi metal tarafından gazların, ezcümle havanın oksijen ve azotunun, örtü malzemesinin hidrojeninin absorpsiyonu konusunu özetleyeceiz. Oksijen absorpsiyonu Oksijen ya erimi halde, ya da tek veya baka oksitlerle bileik halde demir oksidi eklinde bulunur. Erimi halde, bazı mekanik karakteristikleri etkiler; oksit eklinde, metalin bünyesine dahil olup "tok" luunu ve birlemenin ekil deitirme kabiliyetini (kırılganlık, büzülme) etkiler. Demir-oksijen sistemi etüd edilecek olursa üç çeit demir oksitinin mevcudiyeti görülür: ferrrö oksit, % 22,2 oksijenli FeO fenik oksit, % 30,0 oksijenli Fe 2 O 3 (hematit de denir) magnetikoksit, % 27,6 oksijenli Fe 3 O 4 FeO, 579 C'nın altında stabildir. Buna karılık Fe 2 O 3 ferrik oksit 1000 Cin üstünde hızla ayrıır. Keza 1000 C civarında Fe 3 O 4 magnetik oksit de ayrııp hematit hasıl eder. a) Oksi-asetilen kaynaında: O 2 Bir "normal alev" ( C H 2 2 = 1,1 ilâ 1,3) ile yapılan oksiasetilen kaynaklarındaki oksijen nispetleri % 0,03 ilâ 0,05, yani ortalama % 0,20 FeO olup bu miktar 900 C'ta oksijenin saf demir içindeki doymuluuna tekabül eder. Sıvı halde ise absorbe edilen (massedilen) oksijen miktarının çok daha fazla olacaı muhakkaktır. "Normal" alevin yanma ürünleri, redükleme bölgesinde 3100 C sıcaklıkta aaı yukarı öyledir: CO = % 60; H 2 = % 20; H = % 20 Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

14 Oksi-asetilen alevinin tesiri iki türlüdür: redükleyici bir atmosferle katılamakta olan metalin korunması; FeO + CO Fe + CO 2 (1) FeO + H 2 Fe + H 2 O (2) reaksiyonlarıyla oksitlerin redüklenmesi. (1) reaksiyonuna göre alevin redükleyici bölgesinde eser miktarda CO 2 bulunur; bu itibarla C, % 0,80'den bariz ekilde fazladır. CO C = CO + CO 2 0,80 (2) reaksiyonuna gelince, sıcaklık artıında hidrojenle redükleme çok daha etkilidir. Atomik hidrojenin mevcudiyeti (% 20) oksi-asetilen alevinin redükleme kabiliyetini daha da artırır. Bilindii gibi oksi - asetilen alevinin 2 a = oksijen-asetilen oranının 1,1 ilâ 1,3 arasında olması halinde redükleyici alev elde edilir; a > 1,5 olursa alev oksitleyici olur; a < 1 ise alev karbürleyicidir. a oranının artmasıyla oksijen, azot gibi mekanik özellikleri azaltan zararlı elementlerin tespiti ile kalınmayıp ergimi metalin dokusu da deiir. a, 1 'den 0,80'e dütüünde ergimi metal iyice karbürlenir, sertlikle kırılganlık önemli ekilde deiir. Örnein % 0,155 karbonlu bir çeliin "nötr" (a = 1) bir alevle karbür kaybı kabili ihmaldir (C = % 0,15), oksijen oranının % 14 artması (a = 1,14) karbonu % 0,055'e düürür. Buna karılık, karbürleyici bir alev (a = 0,82), alevin serbest karbonunu çelie % 1,56'lık bir younlua kadar tespit eder. b) Ark kaynaında Ark kaynaında oksijen oranlarına aaıdaki faktörler etki yapar: örtünün cins ve kalınlıı, uygulanan akım iddeti, arkın uzunluu. Çıplak elektrodla ergitme % 0,30'a kadar oksijen tespit eder ki 1620 C'ta demir içinde eriyebilmenin sınırını temsil eden yaklaık % 1,4 FeO demektir. Oksitleyici örtülerle ince örtüler için kaynaın oksijen nispeti yine çok yüksek, % 0,20 mertebesinde kalır. Redükleyici elementli asit örtüler (SiO 2 -FeO-MnO sistemi) ve aynı ekilde titan oksit (rutil) esaslı örtüler oksijen younluunu bariz ekilde düürürler; bu younluk, örtünün cinsine göre, % 0,05 ilâ 0,10 arasında deiebilir. Bazik örtülerle oksijen oranı daha da azalır, % 0,05'in altına düer. En çok oksijen içeren kaynaklar manganez younluu en az olanlardır. Azot absorpsiyonu Demir ve alaımlarının kaynaını takibeden en önemli kimyasal olaylardan biri ergimi metalin, Fe 4 N demir nitrürü hasıl etmek üzere, azotu tespit etmesidir. C O 2 H 2 Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

15 Bu absorpsiyon hem mekanik özellikler (kırılganlık artıı), hem çeliin su alma kabiliyeti, hem de doku sertlemesine (yalanma) tesir eder. Bu itibarla absorpsiyonun mekanizmasıyla faktörlerinin ve bunun birlemelerin özelliklerine yansıma eklinin bilinmesi önemlidir. Azot, nitrürler hasıl ederek demire tesir eder. Bu hadise ya alçak sıcaklıkta ve uzun (70 ilâ 100 saat) ilemlerle amonyaksın dolaylı tesiriyle veya azotun çok yüksek sıcaklıkta doruca metale etkisiyle vaki olur. Böylece, çeliklerin nitrürlenme ileminde (N 2 > % 3) hasıl olan nitrürler (Fe 2 N) çok yüksek sertlikte yüzeyler verirler; bu takdirde azot faydalı bir element olmaktadır. Buna karılık, çeliin elde edilmesinde veya, kaynakta olduu gibi, ergime sırasında vaki deimelerde meydana gelen çok düük azot oranları çeliin ekil deitirme kabiliyetini (uzamasını, kırılmaya mukavemetini, büzülmesini) azalttıından, azot bu durumda arzu edilmeyen bir element olarak görülür. Adi sıcaklıkta azot demir içinde çok az erir (N 2 <%0,001). Erime sonra hızla artar ve 590 C'ta % 0,13 olur. Bu sıcaklıkta braunit adı verilen demiri-fe 4 N ötektoidi teekkül eder. Bu braunit, perlit gibi lamelli bir dokuyu haiz olup lameller perlitinkilerden daha incedir. Demir gamma haline geçtiinde azotun erime kabiliyeti anî olarak artar, fakat bu alanda, sıcaklık 900 C'tan 1400 C'a çıktıında bu erime kabiliyeti azalır C'ta sıvı demir % 0,04'e kadar azot massedebilir. a) Oksi-asetilen kaynaında Deney sonuçları yumuak çeliklerin oksi - asetilen kaynaında çok az azot (N 2 = % 0,020) massettiini göstermitir. Bu itibarla bu usulle yapılan kaynaklarda bu gazın etkisi kabili ihmaldir. Mamafih bu oranın doku sertlemesini etkilemesi mümkündür. b) Ark kaynaında Ark kaynaında azot absorpsiyonu üzerinde u faktörler etkilidir: 1) akımın cins ve karakteristikleri, 2) örtünün kalınlıı, 3) çıplak elektrodlar için dı çevrenin tabiatı, 4) elektrod çekirdeinin cinsi, 5) örtünün cinsi. Alternatif akım azot absorpsiyonunu tevik eder gibi görünmektedir. Akım iddetinin etkisi çok az olmakla beraber geriliminki açıktır: ark gerilimi yükselince azot absorpsiyonu artar. Gerilim yükselmesi ark boyunun büyümesi neticesi olabilir. Dier faktörler sabit kalarak arkla ergimi demirin azot absorpsiyonu örtü kalınlıının artmasıyla azalır. Bildiimiz gibi örtü, çeitli metalürjik görevleri arasında ergimi metalin desoksidasyon ve denitrürasyonunu da temin eder. Bu sonuncu ilem öyle elde edilir: a) elektrod telinde bulunan ilâve elementlerle, b) ya bir gaz atmosferi neretmek suretiyle veya bir metalürjik cüruf hasıl ederek örtü ergimi metali korur. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

16 c) örtünün kalınlıı ile. Mo, Zr, Cr, Al, V oranları arttıkça azot absorpsiyonu da artar (bu artı sırasıyla azalarak gider). Si, Mn, Ti, C oranları arttıkça azot absorpsiyonu azalır (bu azalma sırasıyla artarak gider). Örtüde denitrüran elementlerin varlıı ergimi metalin azot oranını düürür, metalik nitrür büyük ölçüde cürufa geçer. FeO-SiO 2 tipinde oksit örtüler ergimi metali kimyasal reaksiyon olmadan korurlar, denitrürasyon bu taktirde sadece koruyucu cürufun kalınlıına, yani örtü kalınlıına balı kalır. Hidrojen absorpsiyonu Oksijen ve azot gibi hidrojen de, kaynak esnasında massedirilir. Oksi-asetilen kaynaı pratik olarak çok az hidrojen kapar (100 gr metalde 2 ilâ 3 cm 2 ); buna karılık ark kaynaında hidrojen younluu çok daha önemli olup örtünün cinsine göre bu gazın sıvı halde eriyebilme sınırına (100 gr metalde 28 cm 3 ) varabilir. Hidrojen, alt tabakalarda kıl çatlakları gibi kaynaın reddini mucip olabilecek kusurlara götüren bir çok hadisenin kökenini tekil eder. Aynı zamanda ergimi metalda gaz gözenekleri ve, aaıda ayrıntılarını vereceimiz balık gözü (fish eyes) denilen kusurları da hasıl eder. Demir ve çelik içinde hidrojenin üç ekilde bulunduu kabul edilir: taneler arasında, H 2 moleküler gaz girileri halinde; muhtemelen de gaz bolukları içinde CH 4 ve H 2 O bileii halinde; mozaik dokunun ebeke düzlemleri içine gir^ mi H 2 moleküler veya H atomik halde; demirin ebekesi arasına girmi H + hidrojen iyonu veya proton halinde. Hidrojenin ilk görüntüsü, adi sıcaklıkta dahi demirin ebekesi arasında kolay difüze olması (yayılması)dır. "Yayılabilen" hidrojen, ek. 12'de görülen sabit sıcaklıkta, zamanın fonksiyonu olarak çelik içinde erimi hidrojenin yayılmasını veren erinin Hy ile sınırlanmı kısmına tekabül eder. Hidrojenin, demirin ebekesi içinde sadece H atomik veya H + proton halinde yürüyebilecei açıktır, zira ancak bu hallerde ölçüleri, demirin atomik ebekesininkilerden küçük olur. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

17 Martensitik dokuda hidrojenin yayılması perlitik doku içindekinden daha yava olur. Saf demir içinde ilâve elementlerin bulunması hidrojenin havaya çıkmasını geciktirir; ferrit içinde kolaylıkla eriyik haline gelen krom ve silisyumun varlıı ile demirin hidrojeni geçirgenlii azalır. Gamma demiri alpha veya delta demirlerinden bariz ekilde fazla hidrojen eritir C'ta katı halde hidrojenin eriyebilme sınırı 100 gr demirde 8 cm 3, yani % 0,0007 olarak bulunmutur. Katı halden sıvı hale geçite bu oran birden artıp 28 cm 3 'ü, yani % 0,0025'i buluyor (ek. 13). Ark kaynaklarında hidrojen younluu zamanın fonksiyonu olarak deitiinden bu gazın dozajı güçleir. Gerçekten hidrojen bütün katılama süresi içinde ve aynı zamanda adi sıcaklıkta açıa çıkar ve ancak uzun bir zaman sonra denge halini alır. Sıcaklık ne kadar düükse hidrojenin yayılması da o kadar yava olur. 20 C'ta bakiye hidrojenin % 20'sinin açıa çıkması için 4000 saat beklemek gerekir. Buna karılık 620 C'ta bu açıa çıkma birkaç saatta vaki olur. Kaynakta, adi sıcaklıkta açıa çıkan hidrojenin bilinmesi ilginçtir. Bu nedenle 20 veya 45 C sıcaklıında hidrojenin dozajına geçilir, sonra toplam hidrojen 600 C'ta vakum altında ekstraksiyonla ölçülür. Bu yolda ASTM ve ISO Standard metotlar gelitirmilerdir. Deneylerden aaıdaki genel mülâhazalar çıkar: 1) Hidrojenin azamisini tespit eden Selülozik elektrodlarda sıvı halde hidrojen doymuluuna, yani 100 gr metalde 27 cm 3' e varılır. Oksit ve rutil örtülerde, toplam hidrojenin nispeti doymuluk nispetinin yarısı mertebesinde, yani 100 gr'da 12 ilâ 15 cm 3 'dür. Bazik örtülerde toplam hidrojen 100 gr'da 8 Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

18 cm 3 'ü geçmez. 2) "Yayılabilen" hidrojenin toplam hidrojene nazaran yüzdesi Selülozik ve rutil elektrodlarda yaklaık % 50, oksitlerde % 10, baziklerde % mertebesindedir. Kaynak sırasında hidrojenin ergimi bölgeden geçi (ısıdan etkilenmi) bölgesine yayılması ancak ergimi bölgenin ana metaldan daha yumuak olması halinde mümkündür. Gamma-alpha deimesinin önce ana metalda, sonra ergimi bölgede vaki olması halinde ise hidrojen "yürümesi" olanaksızdır, örnein su alan çeliklerin austenitik elektrodlarla kaynaında ergimi bölge hep gamma halinde kalır ve böylece de bütün hidrojeni tutar, onun ana metal yönünde istenmeyen "yürümesini" engeller. Böylece kaynak kusurlarına neden olan faktörleri kısaca gözden geçirmi olduk. imdi de bu hata ve kusurların ayrıntılarına girip gerek sözü edilen faktörlerin gerekse sairlerinin bunlardaki paylarını göstermeye çalıacaız. KAYNAK HATALARI (2) Hata ve kusurlar eninde sonunda kırılmaya götürür. Bu itibarla yukarda sözü edilmi olan faktörlerin etkilerinin daha iyi anlaılması için metallerin "kırılma" olayının biraz derince incelenmesi gerekir. Biz bunu imdi uzun ayrıntılara girmeden özetlemeye çalıacaız. Kırılma üzerine yapılmı çalımaların tarihçesi de bu olaya ıık tutacak mahiyette görünmektedir. Hook'un 1676'daki "zorlama, hasıl ettii ekil deitirme ile orantılıdır"sözünden birbuçuk yüzyıl sonra, 1822 de Londra'da Tredgold, "Dökme Demir ve Sair Metallerin Kuvveti" adlı ünlü yapıtını yayınlıyordu. Bunun giri kısmında "bir konstrüksiyonun stabilitesi, imalcisinin bilimi ile ters orantılıdır" demekte duraksamıyordu : bilim sahibi imalci, "ince hesaplar" sonucu makinasını ince yapıyor, o da kırılıyor! Bu söz etkisini gösteriyor. Herkes kendini emniyete alma yoluna gidiyor, u kadar ki 1830'da ina edilmi Sphinx vapur (vapour) unun makinasının aırlıı beygir baına 800 kiloyu buluyor... Young daha evvel, Hook kanunundan hareket ederek, elastikiyet modülünü tarif etmiti ve adı da keyfiyete yapıık kalmıtı. Bundan baka da zorlamanın muayyen bir deerinden itibaren deney çubuunun, zorlamaya son verildikten sonra, ilk ekline dönmediini kaydetmiti Ortada bir sürekli bozulma vardır. Tredgold bunu öyle yorumlamıtı: "bir sürekli bozulma kısmî bir kırılmadır, bu itibarla bunun meydana çıkması gerçek sınır mukavemetini ifade eder". Aslında Tredgold zorlamanın bu deerini, tekrarlanarak uygulandıında kırılmaya götüren zorlamanınki ile, yani yorulma sınırı ile bir tutmakta idi. Bütün bunlar bugün bize hayli safdil görünüyor: yorulma sınırı ile elastikiyet sınırının ayrı eyler olduunu biliyoruz. Bütün bunların yanısıra da 1822'de Cauchy, Fransız Bilimler Akademisine bir bildiri sunuyordu. Bunda elastikiyet teorisinin temelini koruyor, ekli deitirmeleri, problemi lineer olarak irdelemek olanaını salayacak kadar küçük kabul etme; malzemenin devamlılıı, homogenlii, isotropi ve elastikiyeti; sadece yakından yakına" birbirlerine karı etkilerini gösteren malzeme elemanları kavramlarını devreye sokuyordu. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

19 Bizim bugünkü çekme mukavemeti, büyük dedelerimizin metalin kuvveti, her geçen gün daha çok gözden uzak tutulur oldu, etüd bürolarında. Müsaade edilen çalıma gerilmelerini bir taraftan tedricen yükseltirken imalatçılar baka baka problemlerle karılamakta gecikmediler: yorulma nedeniyle tedrici çatlama, gözle görünür ekil deitirme olmadan ani kırılma, gerilim altında korozyon, yüksek sıcaklıklarda gevrekleme ve kırılma vs... Tredgold'a göre, yukarda söylediimiz gibi, bozulmaya mukavemet, metalin kuvveti ibu bozulmaya mukavemet i çok asa dahi, neticede kırılma vaki olmadan tekrarlanabilir ekilde aılamayan sınır zorlamayı ifade ediyordu. Gerçekten, bugün yorulma dediimiz olay o devrin mühendislerini hayli megul etmi, tekerrür eden zorlamalar altında yorulma kırılmaları gözle görülür ekil deitirme hasıl etmeden vaki olup kırılma kesitinin genellikle parlak ve ince taneli bir görünüm arzetmesi bunların tecessüslerini kamçılamıtır. Ve aralarından birçou mükerrer zorlamaların etkisiyle malzemede deime olduu varsayımını ileri sürmülerdir. Bu varsayım haylıca yaygınlamı, 1850'de ngiltere'de Institution of Mechanical Engineers'in toplantılarında bahis konusu edildiinde, o sırada bakan bulunan Robert Stephenson (The Rocket lokomotifinin ünlü imalcisi Georges'un olu) bu fikre karı çıkmıtı. Buna ramen beyinlerden sökülüp atılamadı, u kadar ki 1926'da Amerikan National Bureau of Standards LC 204 No.lu genelgesiyle "metaller titreimlerin etkisiyle kristallemezler" bildirisinde bulunmak zorunluunu duyuyordu. Pein hükümle hareket etmeyen gözlemciler yorulma kırılmalarının önce hasıl olan kıl çatlaklarının ilerlemesi sonucunda meydana geldiini görmüler, bu kırılmaların makroskopik karakterini daha geçen yüzyılın ortalarında saptamılardı: bir genel ekil deitirmenin yokluu; çatlaın, parçanın ömrünün sonuna kadar görünür hale gelmesi; çatlaın tedricen gelimesi; burada kırık yüzeyinin ince taneli ve bölgelemi olması ve nihaî kırılma bölgesinin görünümünden kesin olarak farklı bir görünüm arzetmesi. Bunun dıında yorulma suretiyle kırılmalar üzerinde bir yandan çalıma yüklemelerinin, dier yandan da ekil kusurlarının etkileri meydana çıkarılmıtı. Ancak o devirlerde elastikiyet teorisi henüz yeterli derecede gelimemi olduundan gerilme younlaması katsayısı aracılıı ile bu iki faktörün birbirleriyle ilikileri saptanamamıtı. Daha 70 sene kadar, Darmstadt'ta Thum ve arkadalarının çalımalarını beklemek gerekmi, form (ekil) mukavemeti (Gestaltfestigheit) kavramının yorulma'nın sahasına kesin olarak yerleebilmesi için : malzeme cinsinin tabiatı düz deney çubuu üzerinde sadece yorulmaya mukavemet deeri ile deil, aynı zamanda bir çentie hassasiyet katsayısı ile etkisini gösterir. Bu katsayı, ekil kusuru nedeniyle yorulmaya mukavemet azalmasının, tekabül eden gerilme younluu katsayısının altında kalması keyfiyetini hesaba katar. Bu itibarla daha 1840'lardan itibaren yorulma suretiyle kırılma, kâfi derecede sistematik bir karaktere bürünmütü ve mühendisler mekanik faktörlerini aratırılmasına koyulmulardı. Aynı devirlerde, belirli ekil deitirme arzetmeden ani kırılmalara da arasıra rastlanıyordu : 30 Austos 1857'de Dormans (Fransa) da "La Turquie" lokomotifinin kazanı patladı. Bu münferit kazalar üzerine yapılan aratırmalar bunların ekil hatalarıyla, bununla birlikte de makinanın Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

20 yapıldıı metalin sınırlı bir ekil deitirebilme kabiliyeti ile ilikili olduklarını çou kez gösteriyordu. Ortaya 1884'de Tetmajer tarafından düünülen çentikli deney çubuu üzerine eilme deneyleri çıktı. Bu deneyler, metalin kırılganlıını daha emin ekilde meydana çıkarma olanaını salıyordu. Ve gelindi Charpy aletine ve ilk standardlaması 1936'da yapılan kırılganlık deneyi'ne. Fakat kırılganlık deney çubuunun deney sırasındaki mekanik davranılarının etüdü henüz tam olarak bilimsel yoldan yapılmamıtı. Bu etüd ancak son senelerde gerçekleebildi ve kırılganlık deney çubuunun sırasıyla birçok olayın yuvası olduunun ve bu çubuk için genellikle kabul edilen boyutların bu olayları ayrı ayrı belirtmeye yetmediinin farkına varıldı : bu karılıklı çapraık durum nedeniyle kırılganlıın arzettii global sonucun yorumu kaçınılmaz ekilde ihtiyatla ele alınacaktır. Bu itibarla kırılganlık deneyinin tek baına, imalat uygulamalarında, gözle görülür ekil deitirme olmadan ani kırılmaları ortadan kaldırmayı baaramadıına amamak gerekir. Bunun tam aksine, son onyıllar içinde, bununla ilgili kazalar giderek artmıtır. Buna neden olarak, hergün daha yüksek elastikiyet sınırlı malzemenin kullanılmasına balı olarak emniyet gerilmelerinin yükseltilmesinin etkisinin yanısıra kaynaın kullanılmasıyla önemli bakiye gerilmelerin yuvalandıı bölgelerin genilemesi, ya da tek parça kaynaklı konstrüksiyonların boyutlarının büyümesi gösterilir. Esasen metalürji yönünden makroskopik ölçüde ani kırılma aynı ve tek bir mikroskopik mekanizmaya tekabül etmez. Çok yüksek elastikiyet sınırını haiz çeliklerde mikrofraktografik görünüm, sünek kırılmanın tipik yüksüünü arzedebilir. Bu görünüm, geri dönülü tavlama kırılganlıı bahis konusu olduunda ya da bazı yourulmu austenitik çeliklerde taneler arası duruma girer. Bu sonuncusuna örnek olarak 1954'te, Toronto santralında patlayan alternatörün rotor sıkma çemberi gösterilebilir. Fakat en çok görülen (ve de konstrüktörler arasında en çok akınlık yaratan) hal, nispeten yumuak tipte çeliklerde gözlenen hâkim kırılgan klivajlı (teflik düzlemli) kırılmalara tekabül eder: bu tip kırılma 1936'da Berlin hayvanat bahçesinin köprüsünün, 1938'de Rudersdorf köprüsünün, Hasselt (1938) köprüsünden balamak üzere Belçika'da Albert kanalının köprülerinin, Kanada'da Trois Rivieres'de batı köprüsünün (1951) ve daha nicelerinin çökmesine neden olmu, kinci Dünya Savaı sırasında Amerika'da ina edilmi yük gemilerinin önemi bir miktarının sulara gömülmesi sonucuna götürmütür. Bunlardan en ünlüsü, demirli bulunduu mahalde 1943 Ocak'ında ikiye bölünen Schenectedy gemisi olmutu. Bunu aynı yıl içinde yine birçok hasar izledi. Amerikan National Bureau of Standard'ın raporuna göre, Nisan 1946'ya kadar 127 aır, 739 tehlikeli hasar tespit edilmitir. Aralık 1949'a kadar aır hasar adedi 197'ye varıp 11 gemi tamamen kırılmıtır. Bu arada baka yerlerde de gevrek kırılma olayları yaanmaktaydı. Washington Mail gemisinin de Mart 1956'da ikiye bölünmesinden sonra on bin tonluk Liberty tipinde talyan Fides kargosu da 1962'de kırılıyordu, karaya oturduktan sonra. Kanada Department of Mines and Technical Surveys'in 1957 tarihli bir raporu kullanılma süresi içinde gevrek kırılmı 85 palplan olayı kaydediyor. 22 ubat 1953 gecesi bir gaz tankı aynı ekilde kırılıyor, 1959'da da bir baka tank Danimarka'da parçalanıyordu. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

21 Yukarıda kırıldıklarını anlattıımız konstrüksiyonlar u müterek hususları arzediyorlardı: a) Köprülerde hesapça gerilme önemsiz olup olayın vukuu sırasında köprüler genellikle yüksüzdürler. Keza gemilerde de emniyet gerilmesi yüksek deildi. b) Kırılmalar önceden herhangi görünür bir ekil deitirme arzetmeden vaki olmutur. c) Bu konstrüksiyonlarda kullanılmı çelikler normal çekme deneyinde beklenen ekil deitirmeyi arz etmilerdir. Hasselt köprüsünün çöküü baka özellikler de gösteriyordu. Kırılma kalın kuaklarda deil de bir Vierendel makasında olmu, çatlak, enine ve uzunlamasına büzülmelerden hasıl olan kaynak gerilmelerinin kümelendii köe noktalarında meydana çıkmıtır. Malzeme kp/mm 2 mukavemetli, 22 kp/mm 2 akı sınırını haiz ve % uzamalı bir Thomas çelii idi. Fosfor ve kükürt oranı nispeten yüksek olup çentik darbe mukavemeti de 1,5 ilâ 2,4 cmkp/mm 2 olarak düüktü. Schenecktedy tankerinin varıldıı akam dı sıcaklık 5 C, deniz suyunun sıcaklıı da + 14 C idi. Böylece, aaıda yine döneceimiz gevrek kırılma konusunun hikâyelerini imdiden anlatmı olduk. Mesele üzerine eilinmesi doaldı. Bu kırılma tipinin ana hatları tedricen meydana çıkmaya balamıtır: Mrs Tıpper, yırtılmanın bitim noktasının ilerisinde, özellikle ferrit tanelerinde, u anda yırtıkla henüz temasta olmayan klivaj yoluyla kırıkların meydana çıktıklarını saptadı. Yırtık bu kırılmalarla birletiinde kendiliinden gelimi oluyor. Bundan sonra Carlsson ile Van Elst bu gelimenin almaık sıçrama ve durmalar suretiyle olduunu, bunların büyüklük ve sürelerinin dı koullara, özellikle sıcaklıa balı bulunduklarını, ortalama hızlarının saniyede kilometre mertebesinde bulunduunu ortaya çıkarıyor. Yumuak çeliklerin klivajlı ani kırılmalarının bir zincirleme reaksiyonu andırdıı, bu bakımdan cam gibi tümden kırılgan malzemelerin kırılmasına benzer bir görünüm arzettii tespit edilmi oluyor. Ama her eye ramen, makinacının kullandıı malzemelerde belli bir plastiklik mevcut olup artık klasik hale gelmi G çatlaın ilerlemesine mukavemet ve K gerilme iddeti katsayısı kavramları yerleti. imdi de gerilim altında korozyon yoluyla çatlama üzerinde kısaca duralım. Bunun ilk örneine A.Portevin 1917'de zehirli gazla dolu bir 75'lik mermide rastlıyor. Hadise, yorulma kırılmasında olduu gibi çatlakların, sonunda tüm kırılmaya götürebilen tedrici gelimesiyle karakterize olur. Bunda süreç farklı olabilir. Burada yükler yorulmada olduu gibi devrî olmayıp ya dıtan uygulanan sabit bir zorlama, ya da yine sabit ve denge haline gelmi bir bakiye gerilmeler sistemi halindedir. Aynı zamanda malzemenin yüzeyi bir korozif maddenin etkisine maruzdur. Eskiden sabit yük altında çeitli çatlama süreci biliniyordu; kazan saçlarının kostik gevreklemesi ile pirinç boruların "season-cracking"i bunlardandı. Ancak bu olayların yorumlanmasında mekanik faktörlerle kimyasal faktörlere dengeli birer rol atfedilmiyordu, Örnein, kostik gevrekleme metalin korozyon yoluyla bozulmasına balanıyor, bindirmeli birlemelerde saçların eilmesi ile perçin delikleri etrafında gerilme younlamaları dikkat nazara alınmıyordu. "Season-cracking" ise sadece bakiye gerilmelerin etkisiyle vaki bir gecikmi kırılma süreci olarak irdeleniyor, atmosferde bulunan korozif maddelerin rolü görülmüyordu. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

22 Örnekler çoaltılabilir: basınç altında havagazı naklinde kullanılan çelik ieler; gemilerde bulunan nefes alma aletlerini besleyen % 7 Mg'lu alüminyum-magnezyum alaımından basınçlı hava ieleri bunlardandır. Birincilerde aynı anda bulunan siyanhidrik asitle oksijenin etkisiyle iç cidarlar her an derinleir ekilde çatlıyor, mevcut basınç sonunda bunları yırtılmaya götürüyor. Berikilerine ise deniz havası yaramıyor... Bilindii gibi kimyasal maddeler homogen olmayan malzemelere karı çok daha etkili olmaktadırlar, zira bu malzemelerde deiik bileimli noktalar arasında galvanik akımlar meydana gelmekle tahribat hızlanmaktadır. Fakat bunun yanısıra iç gerilmeleri haiz homogen malzemelerde de korozif etki ba gösterebilir: bu durumda çekmeye çalıan bölgelerle basınca çalıan bölgeler elektroimik düzeyde farklı bileimi haiz deiik noktalar gibi davranırlar. Gerçi daha baka kırılma süreçleri de varsa da yukarda zikrettiklerimiz bizi aaıdaki sonuçlara götürdüünden bunların üzerinde durmayacaız. Bir taraftan, aynı bir malzeme için, malzemenin içinde bulunduu koullara göre, çeitli ve birbirlerinden iyice ayrılmı süreçler bulunabilir. Dier taraftan, verilmi koullar altında kırılma bakımından benzer ekilde davranan iki malzeme, baka koullar altında çok farklı ekilde davranabilirler. Bütün bunlardan sonra, konstrüktörlerin ihtiyaçlarına cevap verip metalürjistlere konstrüktörlerin sorunlarına daha elverili malzeme aratırmasında yardımcı olabilecek bir kırılmanın mekanii'nden, sadece konunun boyutları hakkında bir fikir verebilmek için, çok özetle bahsedeceiz. KIRILMANIN LNEER MEKAN Biz burada sadece kırılmalar üzerindeki genellemelerden kısaca söz edeceiz. Gözün görebildii ölçülerde kırılma yüzeyleri iki ana ekle ayrılabilir düz kırılma ve yatık kırılma. Bunların her ikisi de ek. 14'te gösterilmitir. Burada a, düz kırılma; b, yatık kırılma; dierleri de ikisini içeren karıık kırılmanın görünümleridir. Düz kırılma, azami ana gerilmenin yönüne dikey bir kırılma yüzeyine tekabül eder. Buna çou kez az bir plastik ekil deitirme ile vaki kırılmalarda rastlanır (örnein sünek-kırılgan geçi arzeden çeliklerin gevrek kırılmaları). Kırılma yüzeyinin yatık olması halinde ise kırılma büyük bir plastik ekil deitirmeden sonra meydana gelir. Çounlukla kırılma, bu iki tipin bir bileimi eklini arzeder (ek. 14: c. d ve e). Geçen sayımızda kısaca açıkladıımız bazı hususlara (sayfa 7) baka bir açıdan yeniden yaklaıyoruz. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

23 Kırılma ekilleri Düz bir çatlaın bir kuvvetler sistemine maruz bulunduu bir ilk hali düünelim; bundan baka bir çatlaın ilerlemesinin kendi düzleminde vaki olduunu farzedelim. ilerlemenin en genel eklinin üç basit halin üst üste gelmesine indirgenebilecei gösterilir: I.ci ekilde (açılma yolu ekli) çatlaın yüzeyleri birbirlerine dikey olarak yer deitirirler (ek. 15, a); II.ci ekilde (düz kayma) çatlaın yüzeyleri aynı düzlemde ve çatlaın bitim hattına dikey yönde yer deitirirler (ek. 15, b); III.cü ekilde (helezoni kayma) çatlaın yüzeyleri aynı düzlemde ve çatlaın bitim hattına paralel yönde yer deitirirler (ek. 15, c). Yukarda sözünü ettiimiz düz kırılma buradaki l.ci ekle tekabül eder; aynı ekilde, bir yatık kırılma II ve III.cü ekillerin üstüste binmi haline tekabül eder. ek. 15 'te oklar, çatlamı yüzey noktalarının yer deitirmelerini temsil eder. Her üç halde de çatlak soldan saa ilerlemektedir. Tehlikeli kırılmaların genellikle l.ci ekil kırılmaları olduklarını belirtmek gerekir. Bu nedenledir ki, bütün kırılma mekanii etüdleri bu kırılma ekli üzerinde younlamıtır. Esasen geçen sayımızın 7.ci sayfasında, "Çekme deneyinde kopmanın görünümleri" bahsinden konuya oldukça açıklıkla deinmitik. Buna bazı tamamlayıcı bilgileri ekleyelim. Çekmede kopmu bir çatlak deney çubuunu düünelim. Çounlukla çubuun ortasında l.ci ekle uygun bir düz kırılma bulunur, zira ana zorlama çatlamı yüzeye o anda dikeydir. Aslında, dikey zorlamanın bir kritik deeri aması çatlaın l.ci ekilde yayılmasından sorumludur. Kuvvetli üç eksenlik (triaxialité) her türlü ekil deitirmesini önler. Deney Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

24 çubuunun yüzlerinde II ve III.cü ekil yayılmaların bir üst üste binmi haline tekabül eden bir yatık kırılma gözlenir; bu bölgelerde üç eksenlilik çok zayıftır ve böylece de çatlaın makaslama suretiyle yayılması mümkün olur. Gerilmelerin durumunu bir daha ele alıp tariflere daha açıklık getireceiz. Günlük uygulamalarda, tecrübî olarak gözlenenleri iyice temsil eden iki basit hal göz önüne alınır: ek. 16'daki ifadelerle σ z = τ xy = τ yz = 0 olursa bir düz gerilme halinde bulunulduu söylenebilir. Böyle bir hale meselâ kendi düzleminde ve paralel zorlamalara maruz çok ince bir saçta rastlanır. ε z = τ xz = τ yz olursa aynı ekilde bir düz ekil deitirme halinde bulunulduu söylenir. Bu hal, bir kalın saçın orta bölgesinde elde edilir (o ise ki yan yüzlerde bir düz gerilme hali mevcuttur). Yukarda sözünü ettiimiz çekmede kopmu çatlak deney çubuunu tekrar ele alacak olursak, orta bölgede = 0 düz ekil deitirme halinde bulunulması çatlaın düzleminde olmasını (zira çatlaın düzleminde σ x, z ( σ x + σ y ) = vσ x σ = v 2 σ = σ dir) sonuçlandırır. Bu takdirde balıca üç gerilme x y σ y = σ x, σ z =2v olur. Deney çubuunun yüzlerinde, düz gerilme halinde bulunulma nedeniyle σ z dır. Bu takdirde balıca üç gerilme σ x, σ y = σ x, σ x σ z =0 eklini alır. Üç eksenliliklerin ve aynı zamanda makaslama gerilmelerinin farklı oldukları görülür. Bu itibarla kırılma ekilleri de aynı deildir. Çatlakların yayılmasının enerjetik yönü üzerinde, bizi bu yazının çerçevesinin dıına sürükleyecek matematik mülâhazalara götüreceinden, durmayıp bir çatlaın ani yayılması konusuna kısaca deineceiz ve bazı kavramları zikretmekle yetineceiz. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

25 Bir çatlaın ani yayılması Anlatımı basitletirmek için l.ci ekilde bulunduumuz farzedilecektir. Kırılmanın çatlaın dibinden, dikey gerilmenin azami olduu düzlemde baladıını kabul ediyoruz. Kırılma, K, gerilme iddeti katsayısının bir K lc kritik deerine vardıında vaki olur. Bu K lc deeri nicelik olarak bir malzemenin, bir çatlaın l.ci ekilde ve düz ekil deitirmede yayılmasına mukavemetini karakterize eder. K lc çentiin ve deney çubuunun geometrisinden baımsızdır. Bu kırılma kriteri gerilmelerin çatlak dibinde bir kritik daılımına tekabül eder. Fiziksel olarak, bir çatlaın yayılabilmesi için malzemeye muayyen bir enerjinin verilmesi gerekir (bir yüzey enerjisi artıına tekabül eden atomik baların kopması, plastik ekil deitirmeler vs...) W, potansiyellerinden türeyen dı F, kuvvetler sistemine maruz ve 2a uzunluunda bir çatlaı haiz bir katı cismi düünelim. Çatlak uzunluunun a kadar uzaması halinde kalınlık birimi baına W p global potansiyel azalması hasıl olur. W = w 2 w 1 p p p = Gδa Burada G, yaratılan yüzey birimi baına bir enerjidir. Kinetik enerjinin deimesini ihmal ederek denklem eklinde yazılabilir. Burada, Gδ a [ w i + w ] = e W i, F i kuvvetinin kalınlık birimi baına i'i, W e, cismin kalınlık birimi baına elastik enerji deimesi, G de, çatlaı ilerletmek için eldeki enerji'dir. Bu sonuncusunu yukarda çatlaın ilerlemesine mukavemet tarifi altında görmütük ki bunların aynı anlama geldikleri aaıda anlaılacaktır. G'ye ngilizce "Strain energy release rate" adı verilmektedir. FL F Bir yüzey enerjisi, yani 2 olan G nin boyutu ele alındıında bunun L L yazıldıı görülür: bu uzunluk birimi baına bir kuvvettir. eklinde de Böylece δa kadar yayılma sırasında serbest kalan potansiyel enerjinin Gδa olduunu görmütük. Çatlak nihayetinin uzunluk birimi baına bir F fiktif kuvvetinin varlıı farzedildiinde, yayılma sırasında bu kuvvetin i'i Fδa olur. Bu itibarla enerjetik bakımdan, çatlaı δa kadar uzatabilmek için elde bulunan enerji Gδa ya da bir fiktif kuvvetin Fδa i'idir. Burada F = G oluyor. Anglo-Saxon terminolojisinde F e "Crack extension force" adı verilmitir. Çatlakları içeren bir parçada plastik ekil deitirmeler Çatlaı haiz parçaların yüklenmesini izleyen plastik ekil deitirmelerin etüdü birçok konunun aydınlatılmasına yardımcı olmaktadır. Ezcümle: kırılma ekillerinin tahliline ve özellikle düz ve yatık kırılma arasındaki intikallerin tahliline yardımcı olur; bu intikaller levhalarda plastik ekil deitirme için sırasıyla düz ekil deitirme ve düz gerilme koullarının gelimesine balıdır; Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

26 çatlak ucunun plastik ekil deitirme bölgesinin hangi koullarda kırılmanın lineer mekaniinin kullanılmasını haklı çıkaracak kadar küçük olduunun saptanmasına ve gerekli görülebilecek düzeltmelerin hesabedilebilmesine olanak salar; tenasite (malzemenin metaneti), çatlak ucunun açıklıı ve plastik bölgenin eklinin karakteristik boyutları arasında sayısal balantıların kurulmasına imkân verir; ani kırılmanın balamasının koullarını açıklıa kavuturur; malzemelerin tenasitesi ile bunların tibarî mekanik özellikleri arasında ba kurar; plastik ekil deitirme bölgesi önemli hal aldıında kırılma kriterlerini tarif etmek üzere kırılmaların lineer mekaniini devreye sokar. Biz burada konuları saymakla yetiniyoruz. Bunları derinletirmek isteyen okuyucularımıza yazımızın sonunda vereceimiz ayrıntılı bibliografyaya bavurmalarını salık veririz. imdi de gevrek kırılmada kaynaın sorumluluuna geçmeden önce bu kırılma türünü, buraya kadar gördüklerimizin ııında genel olarak yorumlayacaız. GEVREK KIRILMA Hikâyesini ettiimiz köprü ve gemi saçlarının, kendilerinden normal olarak yüksek süneklik beklenen yumuak çeliklerden olması, bütün bu gibi konstrüksiyonlarda bu sünekliin bilinmeyen ve hesaba katılmayan çeitli faktörlere karı bir emniyet payı gibi irdelenmesi, buna karılık bunların felâkete götürecek ekilde özelliklerini kaybetmesi, büyük akınlıa neden olmutu. Her ne kadar "gevrek" ve "sünek" tabirleri mühendislerce malzemenin kırılma tipini tarif etmekte kullanılmakta iseler de aslında bunlar malzemenin, iki kısmın birbirlerinden ayrılmasından önceki davranıını anlatırlar. Bildiimiz gibi sünek kırılmada parçalar birbirlerinden ayrılmadan önce önemli plastik ekil deitirme vaki olur, gevreklik de sünekliin tersi olarak, kırılmadan önce hiçbir plastik ekil deitirmeye olanak salamaz. Gerçekte, bahis konusu olan yumuak konstrüksiyon çeliklerinde bir miktar plastik ekil bozulması vaki olursa da bu ekil bozulması, malzemenin sünek davranıınkinin yanında küçük kalmaktadır. Çou kez baka terimler de bu iki hali ifade etmek için kullanılmaktadır. Bunlardan örnein "klivaj" ile "kesme" ("shear") ya da "kristalli" ile "elyaflı" (''fibrous"), çeliklerin gevrek ya da sünek kırılma hallerinin sair tarifleridir. Klivaj ile kesme, malzemede münferit kristal veya tanelerin kopma mekanizmasını tarif eden kristallografik tabirlerdir. Klivaj kırılması kristallerin özgül düzlemler boyunca ayrıması eklinde vaki olup kırılma yüzeyinde parlak façetalı veya kristallin bir görünü bırakır. Kesme kırılmasında ise, kristaller distorsiyona urayıp elyaflı bir kırılma yüzeyi gösterecek ve dıarı taacak ekilde, çeitli düzlemler boyunca kaymalar bahis konusudur. Bir sünek kırılma malzemenin esas kristal dokusunu hiçbir surette arzemez. Buna karılık gevrek kırılma tane mikrostrüktürünü açıkça ortaya koyar. Bu da yukarda hikâye ettiimiz yanlı kavramların nedeni olmutur. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

27 Gevrek kırılma, karakteristik bir görünümle kendini belli eder (ek. 14,a). Kırık yüzeyi hayli deiik olabiliyor : parlak ve tanecikli olmakla birlikte pürüzsüz ve az çok ekilsizden kaba ve pürüzlüye kadar farkedebiliyor. Çou kez çok belirli bir V motifi görülür; V'nin sivri tarafı kırılmanın baladıı yöne dönük oluyor: Kırılma yüzeyinin kenarları boyunca hasıl olan küçük, 45 lik kesme dudaklarının varlıı, muayyen bir süneklik ya da akmanın bulunduuna delil tekil eder. Bu dudaklar birdenbire büyüyüp kalınlıkta tam bir 45 lik ev arzedebilir ki, bu da kırılma eklinin düz'den yatık'a dönütüünü gösterir. Bu dönüümün nedenlerini aaıda izah edeceiz. Ancak imdiden bir kere harekete geçmi bir kırılmanın durup duramayacaının saptanması bakımından bunun özel bir önem taıdıını belirtelim. Bunun geni ölçüde bir strüktürde bulunan enerjiye ve kırık ilerledikçe bu enerjinin daılma hızına balı bulunduu gösterilecektir. Yani evvelce söylediklerimize (G) dönmü olacaız. Bir gevrek kırılmanın harekete geçebilmesi için en az malzemenin akı sınırına eit bir gerilmenin varlıının art olduu genellikle kabul edilir. Bu, kırılmanın vaki olması için bir konstrüksiyonda gerilmelerin genel seviyesinin akı sınırı mertebesine varmı olmasının gerektii anlamında deildir. Ancak, anlatacaımız gibi, bazı koulların durumu bu hale indirgemesi bahis konusudur. Hemen izah edelim: Önce, bir gevrek kırılmanın, daha evvel mevcut bir çatlak veya sair kusurdan hareket ettiini önemle belirtelim (çentik etkisinin anlamı hemen meydana çıkar). Bir yeknasak (üniform) çekme gerilmesine maruz bir elementi nazarı itibare alalım. Bu elementin içinde bir çatlak bulunsun (çatlaın nedeninin u anda önemi yok). Çatlaın varlıı kesitte devamlılıı engellediinden herhangi bir gerilme bu çatlaı aamaz ve dolayısiyle yüzeyin taımak zorunluluunda bulunduu yük, çatlaktan geri kalan kesite daılacaktır. Ancak, bu daılım, önceden tahmin edildii gibi üniform ekilde olmayacak, çatlak yüzeyinin hissesine düen gerilim miktarı çatlaın sınırlarında kümelenecek, buralarda yüksek bir mevziî gerilme hasıl edecektir ki ite bu gerilme, yukarda sözünü ettiimiz akı haddini geçmi, ya da en azından ona varmı olacaktır. Çatlak ne kadar uzun olursa kenarında biriken gerilme ve bunun hasıl ettii ekil bozulması da o nispette fazla olur. Çatlak ucundaki mezviî gerilme aynı zamanda, uygulanmı nominal gerilmenin bir fonksiyonu olup uygulanan nominal gerilme artınca, mevziî gerilme de artıp hızla malzemenin akı sınırına varır. Bu noktada, normal sünek davranı altında çatlak ucunda küçük bir malzeme hacmi plastik olarak ekil deitirmeye balar, böylece mevziî gerilmenin ciddî bir artıını sınırlar, çatlak yüzeyleri de birbirlerinden ayrılmaya balar. Yükleme arttıkça bu süreç devam eder ve plastik bölgenin boyutları, akıa kadar, artar ve net kesitin tümü üzerinde daha üniform bir gerilim daılımı hasıl olur. Nihaî kırılma normal plastik uzamadan sonra meydana gelir. imdi de evvelce gördüümüz üç eksenli çekme gerilmesi sistemini pratik yönüyle açıklayalım. Akıın vaki olabilmesi için kesit yüzeyinde bir azalma meydana gelmelidir; ilk çatlak ya da sair kusur burada dier etkisini gösterir. Çatlaın alt ve üst yüzeylerine komu bulunan malzeme, çatlak arasından hiçbir yük geçmediinden, uygulanmı yük yönünde bir Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

28 gerilmeye maruz bulunmamaktadır. Bunun sonucu olarak, bu malzeme kısmı herhangi bir yüzey azalmasına gitmeye niyetli deildir ve çatlak ucundaki küçük alan akmaya yeltendiinde ibu sözünü ettiimiz malzeme kısmı, nispeten gerilimden arınmı bulunduundan, buna engel olur. Bu engelleme, uygulanmı nominal gerilme yönüne dikey yönlerde, çatlak ucu çizgisi boyunca ve çatlak yüzeylerine paralel tali gerilmeler hasıl eder. Böylece de çatlak ucunda, küçük bir hacim içinde, batan beri görmü olduumuz üç eksenli çekme gerilmesi sistemi meydana çıkmı olur. Malzemenin kalınlıı yönünde büzülme ya da ekil bozulmasına müsaade etmeyen üç eksenli (triaxial) hal, düz ekil bozulma için gerekli koul olarak bilinir. Özetlemek gerektiinde, aaıdaki sonuç çıkarılabilir: bir çentik ya da çatlak bir üç eksenli çekme gerilmesi sistemini ortaya çıkarır, bu sistem de çentik ya da çatlaın ucundaki küçük hacimde akma gerilmesini yükseltir ve bunun sonucunda da bu hacmin süneklii azalır. Bir çatlaın ucunda düz ekil bozulma koullarının hasıl olması burada mutlaka gevrek kırılma vaki olacak demek deildir. Ancak, bunun vaki olma ihtimali çok artmaktadır. Kesit ne kadar kalın olursa, sözünü ettiimiz düz ekil bozulma kouluna götüren gerilmelerin teekkülü o kadar kolaylaır. Böylece de gevrek kırılmanın daha çok kalın kesitli konstrüksiyon çelii profillerinde görülmesi izahını bulmu olmaktadır. Yüksek mukavemetli ve süneklii az çeliklerde bu koula çok daha ince kesitlerde eriilir. Yükleme hızı da fazla olacak olursa normal kayma süreci vaki olabilmek için yeterli zaman bulamaz, malzeme elastik olarak çalımaya devam eder ve gerilmenin akı sınırının üstüne çıkmasına olanak salar. Darbe veya ani yüklemelere maruz konstrüksiyonlâra uygulanabilecek ekil bozulma derecesi yine bir çentik ya da kusurun varlıında anlam taır: nominal gerilme ve ekil bozulma konstrüksiyon içinde mevziî olarak çentik ucunda arttıından ekil bozulma hızı da bu bölgede artar ve sonuç olarak da süneklik azalır. Konstrüksiyon çeliklerinde bu hadise, bir kere balamı gevrek kırılmanın nispeten kolaylıkla yayılabilmesini izah eder : çentik veya çatlak ucundaki küçük hacim dayanamayıp kırılınca hasıl olan yeni çatlak ucu da aynı duruma düecektir. Konstrüksiyon büyük hızla felâkete sürüklenir. Geçen sayımızda, malzemenin kırılmaya dayanıklılıı ve geçi sıcaklıı üzerinde mikrostrüktü-rün etkilerinden yeterince söz etmitik. Bu mikrostrüktür, çeliin bileimine olduu kadar imal yöntemine de balıdır. Çeliin tabi tutulduu ısıl ilem, mekanik ekil verme vs. sünekliin azalıp artmasını etkileyen faktörlerdir. Bir gevrek kırılmanın balayıp yayılması için gerekli enerji, bir çatlak veya sair kusurla birlikte etki yapan bir çekme gerilmesinden türer. Çekme gerilmesi ya dıtan bir yük, ya konstrüksiyonun içinde kalmı bakiye gerilme sistemi, ya da bunların müterek etkisinden hasıl olur. Kaynak ileminin nasıl iç gerilmeler meydana getirdiini geçen sayımızda görmütük. Konuya yine döneceiz. Sözü, kırılma mekaniine tekrar deinerek özetleyeceiz. ek. 17, sonsuz boyutta bir σ gerilme alanına dikey yönde ve 2a uzunluunda bir çatlaın ucundaki σ y gerilmesinin, çatlak ucuna x mesafesinin fonksiyonu olarak deimesini gösterir, fadedeki K, evvelce sözü geçen Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

29 gerilme iddeti katsayısı'dır. u K parametresi önemli olup kırılma karakteristiklerini tarifte kullanılır. Kendisi uygulanan gerilme ve çatlak geometrisinin bir fonksiyonu olup bahis konusu durumda, yani 2a uzunluunda çatlak ile sonsuz boyutta levha halinde K = σ πa ifadesiyle gösterilir. Gömülü veya yüzeydeki çatlak tipleri,belli sınırları olanları da içine alan çeitli gerilme alanlarına göre de K için baka ifadeler verilmitir. Kırılmaya dayanıklılıın ölçüsü olarak da çatlak aralıı yer deitirmesi (COD-Crack opening displacement) kavramı vardır. Görmü olduumuz gibi çatlak ucunda plastik ekil deitirme vaki olduunda, çatlaın yüzeyleri birbirlerinden açılırlar fakat bu sırada çatlak ilerlemez, te çatlaın bu hareketi COD adını almıtır ki bu, kırılmadan önce akan malzemelerde kırılmaya dayanıklılıın ölçüsü olmaktadır. Önümüzdeki yazıda kırılmalara götüren çatlak, iç gerilme ve sair kusurların meydana gelmesinde kaynaın rollerini tahlil edeceiz. KAYNAK HATALARI (3) Kaynaın, kırılmayla sonuçlandıran çatlak, iç gerilme ve bunlar gibi kusurların meydana gelmesindeki rolünü iyice kavrayabilmek için kırılmanın fiziksel mekanizmasını biraz tetkik edip bunun mekanii hususunda da bazı tamamlayıcı bilgiler vereceiz. ATOM DÜZEYNDE KIRILMA Bilindii gibi metaller genellikle basit alı bir ebekenin düüm noktalarında bulunan atomlardan oluurlar. Atom düzeyinde kırılma, atomlar arasındaki balantıların kopması demektir. Bu kırılma iki ekilde olabilir: ki atomik düzlem birbirinden uzaklaır; buna klivaj Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

30 kırılması denir. Veya iki düzlem birbirine paralel olarak yer deitirir ki bu da makaslama kırılması adını alır (ek. 18). Klivajlar mutlaka en uzak atomik düzlemler boyunca meydana geleceklerdir. Bu düzlemler en youn olanlardır. Klivaj, gevrek tipte bir kırılma olup önemli bir plastik ekil deitirme tarafından meydana getirilen makaslama kırılmaları sünek kırılma sınıfına girerler. Bir metali klivaja tabi tutmak için gerekli zorlama kuramsal olarak hesaplanabilir. Young modülünün onda biri mertebesinde çıkan çok yüksek deerler bahis konusu olur. örnein çelikte, teorik kırılma zorlaması 2000 kg/mm 2 mertebesinde olacaktır. Oysa ki 200 kg/mm 2 lik bir kopma mukavemetinin elde edilmesi bile güçtür. Bu nedenle taneler içinde, teorik kopma mukavemetine erimek için çok heterogen (homogen olmayan) plastik ekil deitirmelerin yeteri kadar kuvvetli younlamalar meydana getirdiini düünmek gerekir. Bu ekil deitirmeler (deformasyonlar) kaymalar ya da aynı cinsten olup da farklı ekilde yönelmi ve kısmen birbirine girmi iki veya daha fazla kristallerden ileri gelir. Çou kez böyle bir yapının baında klivaj çatlaına rastlanır. Bu itibarla klivaja heterogen plastik deformasyon arzeden metallerde rastlanır. Merkezli kübik (Fe, V, Mo, Nb..) ve altı köeli metallerde (Zn, Be..) alçak sıcaklıkta görülür. Buna karın merkezli yüzeyli kübik metallerde (Al, Cu, Au, Ag, Ni..) mikroskopik deformasyon klivajı olanaksız kılacak kadar homogendir. Klivaj, gevrek kırılma tipinde bir ekil olup önemli plastik ekil deitirme tarafından meydana getirilen kırılma, sünek tipte bir kırılmadır. MKROSKOPK DÜZEYDE KIRILMA Klivaj yoluyla kırılma Bir klivaj çatlaı, bir birleme noktasına varmaya kadar tane içinde ilerler. Daha ileriye yürüyebilmek için bundan böyle yön deitirmek zorundadır, zira komu tanenin yönü aynı Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

31 deildir. Bu düzlemler arasında balantı, basamaklar tekilini gerekli kılar. Bunlar kırılma yüzeyinde, klivajın gelime yönünde akan derelere benzer bir karakteristik ekil arz ederler. (ek. 19) Sünek Kırılma Çekmeye zorlanmı merkezli yüzeyli kübik bir metalin tek bir kristalini göz önüne getirelim. Klivajlar meydana gelemez, bu itibarla kristal en kuvvetli ayrılmalara maruz düzlemler üzerinde kaymalarla plastik olarak ekil deitirir. Sonuçta deney çubuunun orta kısmında bir boulma vaki olup kırılma (kopma), ek.20'de görüldüü gibi, kesit sıfıra indiinde, makaslama yoluyla meydana gelir. imdi de çok saf polikristalli bir deney çubuunu düünelim (yukarda bahis konusu edilen kaymalar bu kez taneler içinde meydana gelecek ve tam boulma ile kopmaya götürecektir (ek. 20c) Bununla birlikte bu hal nadirdir ve metale genellikle bazı yabancı madde girmesi vaki olur. Deformasyon sırasında bir boulma meydana çıkar, deformasyon da bu bölgede younlaır. Bu takdirde çatlaklar bu yabancı maddeler üzerinde belirir. Nedeni de bunların gevrek olmalarıyla klivaja uramaları ya da ana metalle balantının kendini bırakması eklinde izah edilir (ek. 21). Plastik deformasyon devam ettiinden çatlaklar yuvarlaklaır ve oluan delikler uzar. Bu delikler arasında kalan kısım bir küçük deney çubuu gibi davranır ve kopma da mevzii boulmayla meydana gelir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

32 Taneler arası arası Kırılma Bazı hallerde tane birleme yeri tanenin kendisinden daha gevrek olur ve çatlak da birleme yerini takibeder. Taneler arası kırılma ya bir gevrek klivaj mekanizmasıyla, ya da yabancı madde girileri ve aradaki bölümlerin deformasyonuyla vaki olur. Yukardaki kırılma tiplerinin beraberce bulunması Tek bir nedene balı kırılmaya sık rastlanmaz. Genellikle birçok neden beraberce bulunur, Örnein kırılma bazı tanelerde klivaj, bazılarında da makaslama yoluyla meydana gelir; bundan ayrı olarak da çatlak kısmen taneler içinde, kısmen de bunların birleme sınırlarında geliir (ek. 22). Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

33 KIRILMA ENERJLER Çatlaın ilerlemesi sırasında bir taraftan atomik balantıların koparılmasının, öbür taraftan da çatlaın civarındaki metale plastik olarak ekil deitirtilmesinin gerektiini gördük. Bu süreçler enerji sarfederler ve plastik ekil deitirmeye tekabül edeni, en önemli bölümü oluturur. Bu enerji kabaca elastik sınırla plastik deformasyonun çarpımı ile orantılıdır. Çatlak baında plastik olarak deformasyon bölgesinin yaygınlıı oranında bu enerji önemli olur. Bundan bazı sonuçlar çıkarılabilir. Süneklik ve Çentie duyarlılık Önemli bir boulma fakat ılımlı bir kopma uzaması arzeden bir metal, boulması az, fakat uygun bir uzama arzedene göre çentik etkisine daha az duyarlı olabilir. Gerçekten, birinci metal, ikincisine göre kopmak için daha çok enerji sarfeder: boulma bölgesinde büyük ölçüde plastik deformasyon olmutur. Elastik sınır ne kadar yüksek olursa çatlak baına plastik olarak deformasyon bölgesi o kadar az yaygın olur. Bu nedenle de yüksek elastik sınırı haiz alaımlar, çatlakların ilerlemesine özellikle az dayanırlar. Ani kırılma bu metaller için ciddi bir sorundur. Tane büyüklüünün etkisi Tane boyutu büyüdükçe ekil deitirmenin heterogenlii de artar. Bu nedenle küçük taneli bir metal büyük taneliden daha sünek olup bunun bir gevrek-sünek geçi sıcaklıını haiz olması halinde, bu sıcaklık tane boyutuyla aynı yönde artar. Sonuç olarak denebilir ki kırılma ekli esas itibariyle çatlakların civarında hasıl olan plastik ekil deitirmenin bir fonksiyonudur. Tane büyüklüü düzeyinde bu ekil deitirme ne kadar çok heterogen olursa o kadar klivaj meydana getirir. Parçanın boyutları düzeyinde de plastik olarak ekil deitirme bölgesinin yaygınlıı süneklii tayin eder. Endüstrinin çeitli dallarında, uygulanan zorlamalara daha büyük mukavemet gösteren, fakat buna karılık da daha az sünek malzeme kullanılmasıyla mühendis, iletme sırasında ani kırılmalarla karılamaktadır; her ne kadar parça tümüyle elastik olarak yüklenmise de (tek yönlü çekme ile saptanmı mekanik karakteristikler), ilk halini korumaz. Bu olayın anlaılması ve çaresinin bulunması için mühendisin elindeki alet ite bu "kırılma mekanii"dir. Bu kuram, malzemenin "tenasite"si kavramını ortaya çıkarmı olup kusurların Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

34 kabul edilebilir boyutları hakkında bilgi verir. Gerçekten, bütün önlemlere ramen, imalâtta kullanılan malzemeler birçok kusuru da beraberlerinde taırlar: yabancı madde girmeleri, mikro çukurluklar, mikro çatlaklar vb...; baka kusurlar da kaynaktan sonra, zor altında korozyon ya da yorulma suretiyle meydana çıkar. Birçok parametrenin olayda rolü vardır. Bunların ayrıntılarına girmeyip daha fazla bilgi için bu yazı serisinin sonunda vereceimiz bibliografyaya müracaatı salık veririz. KAYNAKLI STRUKTÜRLER VE DÖKME PARÇALARDA GERÇEK SÜNEKLK Kaynaklı ve dökme parçaların plastik davranıı geni ölçüde uygulanan zorlama ve genellikle var olan heterogenliin cinsi tarafından etkilenir. Bu tür parçalar nadiren homogen olurlar. Dökme parçalarda sık sık boluklar, metalik olmayan yabancı madde girileri ve kimyasal mikro ya da makrosegregasyonlar (bazı homogen bölümlerin kısmî ayrılması) görülür. Kaynaklı parçalarda da, özellikle kaynak ya da sert lehim birlemelerinin içinde veya civarında strüktür, bileim, özellik gradienleri, yani süreksizlik vardır. Ayrıca bu parçalar, nitelikleri saptanırken genellikle vaki olan zorlanma hali olmasına ramen nadiren iletmede uniaksiyal (tek eksenli) gerilmeye maruzdurlar. Gerçek gereksinim, heterogen malzemeye karmaık gerilme alanları uygulandıında bunun akıtan sonraki davranıı hakkında veri ve bilgi edinebilmektir. Böylece de sert lehimliler gibi yeknasak metal parçalar içinde kusurların etkisinin daha gerçekçi bir deerlendiımesine olanak salanmı olur. Çou kez ne kadar sünekliin gerektiini saptamak da zordur. Uygun bir süneklik derecesinin tayini ister istemez bu sünekliin nasıl ölçülebileceinin, heterogenliin beklendiinin ve iletmede parçanın maruz bulunduu gerilme durumunun bilinmesine götürür. Çok eksenli (multiaksiyal) gerilim alanlarında plastik akı çou kez boluk ve yabancı madde girileri yakınında younlaır. Bu, gerilim durumunun biaksiyal (iki eksenli) ya da triaksiyal (üç eksenli) olması halinde mutlaka dorudur. Bu koullarda bir metalik parçada mukavemeti sınırlayıcı faktör, kırılma balangıcı olmadan müsaade edilebilecek yerel plastik akıtan ibarettir. Boluklar içeren bir sünek malzeme triaksiyal gerilme altında harabolana kadar yüklenirse kırılma, hiç deilse kısmen gevrek klivaj eklinde olur. Baat sıcaklık yeniden kristalleme sıcaklıının üstünde ise bir boluun yüzeyindeki malzeme, triaksiyal çekme uygulandıında meydana gelen yerel (mevzii) makaslama gerilmesine uzun süre karı koyamaz. Dolayısiyle boluk büyür. Biaksiyal gerilmeye maruz malzemelerin plastik davranıı Levha ve yassı malzeme ürünlerinde baat gerilim durumu çou kez biaksiyal gerilme halidir. Bu nedenle bu tür gerilmeye maruz kaynak malzemesinin davranıı özellikle ilginçtir. Bu davranıın saptanması için ek.23'te görülen deney çubuu meydana getirilmitir. Bunda iki taraflı çentik açılmı olup malzeme ister istemez bu çentiin dibinden plastik akıa urayacaktır, bu bölgenin plastik hale gelmesine yeterli yüklemeye varıldıında gerilme durumu Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

35 biaksiyal gerilme ekli olup bunda yükleme yönündeki (yani çentie dikey) gerilim, çentie paralel yöndekinin iki katıdır. 2:1 biaksiyal gerilme durumunun sadece aaıdaki çentik ölçülerinde meydana geldii deneyle saptanmıtır: a) Çentiin dibindeki kalınlık orijinal levha kalınlıının %60'dan az olacak, b) Çentiin genilii çentik dibi kalınlıının üç katından az olacak, c) Çentiin uzunluu, geniliinin on katından büyük olacak. Bu üç koulun yerine getirilmesi halinde çentik dibindeki malzeme yanal büzülmeden alıkonulmu olur, dolayısiyle burada çentie paralel yönde bir çekme gerilmesi meydana gelmi olur. Azami distorsiyon-enerji kuramına göre 2:1 biaksiyal gerilim durumu akı sınırını %15 kadar artırması gerekir ki deneysel veriler bunu kanıtlamılardır. Gerçekten, önemli ilenme sertlemesi arzeden nispeten yumuak malzemeler dıında, ısıl ileme tabi tutulmu çelikler ve alüminyum alaımları dahil birçok iyice izotropik malzeme üzerinde uygulanmı bu deney, %15 kadar bir nihayi mukavemet artıının meydana geldiini göstermitir. Bu yüzde mukavemet artıı, özellikle yüksek mukavemet düzeylerinde çelik kaynak metalinin iyice farkettlrici bir nitelii olmaktadır. Birkaç örnek aaıdaki tabloda verilmitir. AISI 4340 çeliinde, kısa devreli ark kaynaı (OERLIKON-ARK KAYNAI EL KTABI, ek. 14'e bakınız) biaksiyal kuvvetlenme bakımından ana malzeme ile aynı mertebelerde bir kaynak metali vermektedir. TIG kaynaı ise biraz daha aaı sonuç verir gibidir. H11 takım çeliinde (Osborn Steel Ltd x 38 CrMoV 51) elektron huzme kaynaı TIG'den açıkça üstün görünmektedir. Keza 18 Ni-8 Co maraging çeliinde kısa devre ark kaynaı TIG kaynaına üstün gibi görünmektedir; her ikisi de az çok ana metalinkine yakın biaksiyal güçlenme arzetmektedlr. Bu deney sonuçları ince cidarlı kaynaklı basınçlı kapların patlama davranılarına yansır. Bazı tipik sonuçlar aaıdaki tabloda verilmitir. En yüksek patlama mukavemetleri genellikle biaksiyal güçlenme için yüksek olanak salayan kaynak usulüne balıdır. Patlamı basınçlı Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

36 kapların bazıları ek. 24 ilâ 27'de görülür. ek. 24'te 4340 çeliinden basınçlı kabın uzunlamasına kaynaı kısa devre ark kaynaı olup kırılma ne uzunlamasına, ne de çevre kaynaklarıyla ilgilidir. ek. 24 ile 25'in hali arasındaki fark doruca kaynak metalinin bir biaksiyal güçlenme kabiliyetine balıdır. Kaynakların biaksiyal özellikleri Alaım Kaynak ekli Nihayi çekme mukavemeti kg/mm 2 Ana metal özellii TIG 171 Kısa devre ark 176 TIG 202 H11 Elektron hüzme 190 Elektron huzme 185 Ana metal özellii Ni-8 Co TIG 167 Kısa devre ark 163 Biaksiyal nihayi çekme mukavemeti kg/mm Biaksiyal güçlenme % Biaksiyal güçlenme ve patlama çemberi gerilimi Alaım Kaynak ekli Biaksiyal güçlenme (%) 4340 TIG 10 Kısa devre ark 16 H11 Elektron huzme 36 TIG 7 Patlama çemberi gerilimi kg/mm Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

37 Bu kabiliyeti klasik uniaksiyal genilemesine çekme deneyi vermez. ek. 26'da çok yüksek bir mukavemet düzeyine ısıl ileme tabi tutulmu ve TIG kaynaı ile kaynak edilmi H11 takım çeliinden bir basınçlı kabın kırılması görülür. Burada kırılma iyice alçak gerilim düzeyinde olup kaynak metalinde balamıtır. Yine H11 'den bir baka kap da elektron huzme kaynaı ile kaynak edilmi, bu kere çok daha yüksek mukavemet düzeyince patlamıtır (ek. 27). Her ne kadar bu sonuncusu muhakkak bir gevrek kırılma ise de kırılmanın kaynakta balamadıı tespit edilmi olup böylece elektron huzme kaynak metalinin yüksek biaksiyal mukavemeti bir kez daha belirmi olur. Çeitli kaynak yöntemlerini kıyaslamak üzere biaksiyal deneyin baarı ile kullanılması boluk ve/veya metalik olmayan girmelerin adet, ekil ve daılıına duyarlılıı ile kaynak metalinin bu süreksizlikleri sünek ekilde ayarlama kabiliyeti itibariyle dikkat nazara alınmaktadır. Bu anlamda, biaksiyal güçlenme, her ne kadar plastik akıın doruca ölçülmesine deil de sadece mukavemetin saptanması üzerine oturuyorsa da, bir bakıma bir süneklik ölçümü olarak kabul edilmektedir. Daha dorusu, biaksiyal çekme deneyi bir malzemenin kaynaklı Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

38 konstrüksiyon veya dökümde daima mevcut küçük süreksizliklerinden etkilenmeyecek kadar süneklik arzedip etmediini tefrik eder. Pratik yönden bu tertip kaynak özelliklerini tetkikte bilhassa faydalıdır zira akı ile kırılma çentiin dibindeki malzemeye inhisar ettirilmi olup çentik, dizayn itibariyle, kaynak metali ya da ısıdan etkilenmi bölge veya sair bir ilginç noktada yerlemi olabilir. Sonuç itibariyle dökme veya kaynaklı parçalar veya heterogenlii bünyesinde taıyan strüktürlerde süneklik hiç bir zaman bir özgül nitelik olarak tarif edilemez. Aksine, etkili süneklik, ana malzeme özelliklerini içeren fakat hiç bir surette bununla sınırlı olmayan koulların bir sonucudur. Süreksizlikler ve yeknesak olmayan özellik daılıları, uygulanmı gerilme durumu ile birlikte, bir mühendislik mamulünün faydalı sünek davranı arzedip edemeyeceini geni ölçüde tayin eder. KAYNAKLI KAZANCILIKTA KOROZYON TEHLKES Çelik ve özellikle paslanmaz çelikten kaynaklı birlemelerde korozyon tehlikeleri üzerine yeterince eilinmesi gerekir. Gerçekten çeitli faktörler korozyon hadisesini meydana getirir ya da bunu hızlandırır. Bunlar arasında pislik veya cüruf girmeleriyle metalin doku ve kimyasal bileimi, mekanik zorlama ve sürtünme etkileri, ısıl deimeler, yüzey durumu vs. vardır. Buna bir de kaynaın kendi tutumu eklenir. Hal böyle olunca genel korozyon dıında karılaılabilen korozyon tipleri unlardır: süngerli veya oyuklu korozyon, taneler arası korozyon, paslanmaz çeliklerin birçounun duyarlı oldukları taneler arası zorlama altında çatlama yoluyla korozyon; özellikle kuvvetli asit ortamlarda, çokça sıcak nitrik asitle kaynak dikiinin hizasında beliren bıçak azı korozyon ve nihayet kaynakta heterogenlik dolayısiyle veya kaynakla ana metal arasında galvanik korozyon. Birletirilen malzemelerin korozyon kabiliyeti tabi tutuldukları ilemlere balı bir doku durumuna tabi ise kaynaın ısıl devresi korozyon hasıl edebilir. Uzun süre 600 ile 900 C sıcaklıkta tutulmu austenitik paslanmaz çelikler dane birleme yerlerinde veya içerisinde krom karbürü çökeltebilirler. Bu taktirde çok düük karbonlu çeliklerin kullanılması çok önemlidir. Az bir mekanik zorlama ile çatlaklar meydana gelebilir, korozyon da taneler arasında veya içinde veya her ikisinde ilerleyebilir. Oyuklu korozyon :fena doldurulmu bir diki, intizamsızlıklar, oksitlenmi yüzey üzerinde diki bu tip korozyona sebep olabilir. Ayrıntılarına girmediimiz her durumda, çözülmesi mümkün bir sorun çıkar. Zorlama etkisi de sık görülen kusurlara yol açar. ç gerilmeler, ısıl çekme ve ekil deitirme gerilmeleri sonunda çatlak meydana gelebilir, buralarda da korozyon özellikle faal olur. Galvanik korozyondan kaçınmak için de mümkün olduu kadar ana metala yakın bileimde kaynak malzemesi kullanılmalıdır. Daha projelendirme safhasında, korozyonu kıkırtmayan birleme ekilleri tasarlamak suretiyle bu kusurdan geni ölçüde kaçınılabilir. Bu arada yüksek mukavemetli ince dokulu imalat çeliklerinin kaynak kabiliyeti ve gevrek kırılmaya karı koymaları bakımından Mn/C oranının etkisi göz önünde bulundurulmalıdır. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

39 KAYNAKLI KONSTRÜKSYONLARDA LAMELLER YIRTILMA Lameller yırtılma kaynaın altında meydana gelen ve genellikle hadde mamüllerinde görülen bir çatlama olayıdır (ek. 28). Yırtılma daima ana metal içinde, çou kez görülebilir ısıdan etkilenmi bölge dıında ve genellikle kaynak ergime sınırına paralel olarak vaki olur. Bunun için de üç koulun gerçeklemesi gerekir: a) ekil bozulmaları levhanın dar eni yönünde geliecektir. Bu ekil bozulmaları birleme yerinde kaynak metalinin ısıl çekmesinden meydana gelmekle birlikte tespit edilmi strüktür içinde dier birlemelerle etkiden dolayı geni ölçüde artabilir; b) kaynak yönü, ekil bozulması levha kalınlıı arasından etkili olacak ekilde, yani ergime sınırı levha yüzeyine kabaca paralel olacaktır; c) malzeme yırtılmaya müsait, meselâ ek. 28'deki yatay levhanın dar en yönündeki süneklii zayıf olacaktır. Çatlak, uzun yatay kısımlı ve kısa dikey basamaklı kademeli bir ekil arzeder. Tamamen yüzeyin altında olabilecei gibi tahribatsız muayene yöntemleriyle bile güçlükle seçilebilir. Çatlaın yüzeyleri elyaftı, pürüzlü olup alçak sünekli kırılmalara özgü bir görünüe sahiptir. Her zaman, hidrojen difüzyonuna balı ısıdan etkilenmi bölge çatlaı ile birlikte bulunmaz. Bazı hallerde çatlak hayli uzun olup saçın kenarlarından görülebilir. Bazen de "çekip koparma" tipi kırılmaya götürebilir (ek. 29). Konstrüksiyonun ekli itibariyle hareket sınırlamasının dıında lameller yırtılmanın en önemli sorumlusu haddelenmi saçın dar en yönünde sünekliliinin zayıflııdır. Bu sonuncusuna neden olarak da levhanın içerdii yabancı madde girmeleridir.her zaman kaynaklı konstrüksiyon ve basınçlı kap imalinde kullanılan bütün çelikler önemli sayıda bu girmelerden içerir; bunlar manganez sulfit, manganez silikat ve oksit tipindedirler. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,

40 Levha haline getirilmek üzere ingot haddelendiinde bu girmeler saçın yüzeyine paralel olarak yassılırlar, bazıları da bu arada kırılabilir, ite bu uzamı ve/veya parçalanmı girmeler bu süneklik zayıflıını meydana getirip lameller yırtılmaya götürürler. Her ne kadar bütün çelikler bunlardan içerirlerse de ancak çelik levhaların çok küçük yüzdesi lameller yırtılmaya müsaittir. Burhan Ouz, KAYNAK BLM, OERLIKON Yayını, Sayı : 1,