HASAR ANALİZİ Prof. Dr. Akgün ALSARAN 11
Giriş Hasar nedir? Teknolojik hatalar Hasar Sebepleri Hasar Mekanizmaları Hasar analiz raporu Tahribatlı ve Tahribatsız Muayeneler Ana Hatlar 22
Haftalar Konular 1 Hasar analizi ve temel kavramlar 2 Teknolojik hatalar 3 Hasar analizinin safhaları ve tipleri 4 Hasar analizinde kullanılan test yöntemleri 5 Distorsiyon ve kırılma hasarları 6 Yorulma hasarı 7 Korozyon hasarı 8 Hidrojen gevrekliği hasarı 9 Sürünme hasarı 10 Aşınma hasarı 11 Kesici takımlarda karşılaşılan hasarlar 12 Hasar raporu örnekleri 13 Hasar raporu örnekleri 14 Hasar raporu örnekleri Ders İçeriği 33
Etkinlik Adet Yüzde (%) Ara Sınav 1 25 Kısa Süreli Sınavlar - - Değerlendirme Ölçütleri Ödevler 6 25 Dönem Ödevi/Projesi 1 10 Laboratuvar - - Diğer - - Dönem Sonu Sınavı 1 40 Ödev sayısı değişebilir... Dönem projesi bölüm çevirisi veya anlatım şeklinde olacaktır. Değerlendirme 44
Hasar, bir yapının veya yapı elemanının kendisinden beklenen işlevleri yerine getiremez hale gelmesidir. Günlük yaşantımızda kullandığımız çeşitli malzemelerden yapılmış parçaların veya teknolojik uygulamalarda kullanılan sistemlerin titizlikle yapılan tasarım ve uygun malzeme seçiminde kullanılan malzemelerin özelliklerinin iyi bilinmesine rağmen yine de servise sunulması başında veya servis süresince fonksiyonlarını yitirip beklenen performansı sağlayamadıkları durumlarla karşılaşılmaktadır. Hasar nedir? 55
Bir sistem veya parça aşağıdaki durumlarda fonksiyonlarını kaybeder: Tamamen kullanılmaz hale gelmesi, Kullanılacak durumda olmasına rağmen beklenen performansı yeterli ölçüde gösterememesi, Ortamdan kaynaklanan ciddi hasar sonucu kullanılmasının tehlikeli olması durumu. Bu durumlarda fonksiyonlarını kaybeden parça veya sistem tamir edilerek veya yenisi ile değiştirilerek uğranan zararın giderilmesi sağlanır. Hasar nedir? 66
Hasar nedir? 77
Hasar analiz uzmanının değişik disiplinlerden (örneğin, mukavemet, elastisite, plastisite, konstrüksiyon, makine elemanları, malzeme bilimi, imal usulleri, metalografi, kırılma mekaniği, hasar analizi) teorik ve pratik bilgilerle donanmış olması, hasar analizi konusunda çok ve çeşitli deneyimlerden geçmiş olması gerekir. Bu özellikler, analizin doğru bir biçimde, kısa zamanda, basit ve ucuz bir biçimde yapılmasını mümkün kılar. Diğer taraftan çoğu zaman analiz için deney gerektiğinden, kişinin yeterli şekilde donanmış laboratuvar desteğine ihtiyacı vardır. Hasar Analiz Uzmanı 88
Hasara sebep olan mekanizmayı belirleyip teknolojik hatayı bulmak. Amaç 99
Hasar aşağıdaki teknolojik hatalar sebebi ile ortaya çıkar. Teknolojik hatalar, hasarın korozyon ve aşınma gibi hasarlarla, elastik veya plastik distorsiyon ve kırılma da dahil olmak üzere muhtelif hasar tiplerinden biri veya birkaçının meydana gelmesi ile ortaya çıkar. Tasarım sırasında yapılan hatalar: Bu gruba, tasarlanan parça geometrisinde çok şiddetli gerilme yığılmalarına neden olan süreksizliklerin mevcut olması, karmaşık parçalarda rasyonel gerilme hesaplarının mümkün olmayışı veya yetersiz gerilme analizi, oluşması muhtemel hasar tipinin her biri için, malzemenin bu hasara karşı direncinin bir ölçüsü olan etkin malzeme parametrelerini kullanmak yerine daha başka özellikleri göz önüne alarak tasarım yapmak, çalışma şartlarına veya öngörülen imal usullerine uygun olmayan malzeme seçmek gibi hatalar girer. Teknolojik hatalar 10
Malzeme içerisindeki hatalar: Metal olmayan kalıntılar ve yapıyı gevrekleştirici fazlar oluşturan kimyasal bileşim ile malzemenin yarı mamul hale getirilmesi safhasındaki döküm ve plastik şekil verme sırasında oluşan segregasyon, gözeneklilik, kendini çekme boşluk ve çatlakları, katmerler, homojen olmayan iç yapı, artık gerilmeler, aşırı yerel plastik deformasyonlar bu sınıfa girer. Teknolojik hatalar 11
İmalat sırasında yapılan hatalar: Malzeme tasarımda ön görülen son şeklinin verilmesi sırasında kullanılan imal usullerinin uygulanması sırasında kullanılan imal usullerinin uygulanması sırasında ortaya çıkan hatalarla ısıl işlem ve yüzey işlemleri sırasında ortaya çıkan hataları kapsar. Teknolojik hatalar 12
Montaj hataları: İmalatçı ve alıcının muayenesi sırasında tespit edilmemiş montaj hataları, yapının başlangıçtaki çalışmasını görünür bir şekilde engellemese de daha sonra yapıda hasara neden olur. Montaj hataları, tasarımda göz önüne alınmamış ilave gerilmeler ve değişik yükleme şekilleri oluşturarak aşınma, yorulma ömrünün azalması distorsiyon ve benzeri hasarlara neden olur. Montaj hatalarına örnek olarak perçin deliklerindeki eksen kaçıklıkları, mil, dişli, yatak ve kaplinler deki eksen kaçıklıkları, somunların uygun torkta ve uniform biçimde sıkılmamaları verilebilir. Teknolojik hatalar 13
Uygun olmayan çalışma şartları: Yapının tasarımında öngörülen çalışma şartlarından farklı şartlarda çalışması sonucu da hasar meydana gelebilir. Bunlara örnek olarak aşırı yükleme, çalışma ve ortam koşullarındaki ani ve beklenmedik değişmeler, uygun olmayan işletme ve bakım koşulları verebilir. Teknolojik hatalar 14
Bazı mühendislik dallarında karşılaşılan hasar sebepleri Hasar sebepleri % Yanlış malzeme seçimi 38 Üretim 15 Hatalı ısıl işlem 15 Tasarım hatası 11 Beklenmeyen çalışma şartları 8 Uygun olmayan çalışma şartları 6 Kalite kontrol eksikliği 5 Malzeme karışması 2 Hasar sebepleri 15
Bazı mühendislik dallarında karşılaşılan hasarların mekanizmaları Hasar mekanizmaları % Korozyon 29 Yorulma 25 Gevrek kırılma 16 Aşırı yükleme 11 Yüksek sıcaklık korozyonu 7 Gerilmeli korozyon 6 Sürünme 3 Aşınma 3 Hasar mekanizmaları 16
Kırılma sonucu ise, gevrek mi? Sünek mi? Yorulma sonucu ise, uzun ömürlü mü? Kısa ömürlü mu? Sürünme sonucu ise, hangi yük ve sıcaklıkta? Deformasyon sonucu ise bükme mi? Plastik deformasyon mu? Korozyon sonucu ise, normal korozyon mu? Gerilmeli korozyon mu? Yorulma sonucu korozyon mu? Aşınma sonucu ise, nasıl bir aşınma? Hasar nasıl teşhis edilir 17
1. Olayla ilgili ön bilgi toplama Mekanik, termal kimyasal işlem uygulanıp uygulanmadığı Çalışma koşulları Yükleme tipi, sıcaklık, korozyon etkileri 2. Olayla ilgili ön inceleme Kırılma fotoğrafı Kırık parça yeri tespiti 3. Numune seçimi Kırılan parçanın sağlam kısmının belirlenmesi İmalat hatasıi çalışma şartları gibi etkenlere göre seçim 4. Gözle inceleme Renk değişikliği Pislik, kirlilik 5. Numunelerin ön temizliği 6. Mikroskobik inceleme Hasar analizi aşamaları 18
1. Olay hakkında bilgileri 2. Hasar anında işletme şartları 3. Hasara uğrayan parçanın geçmişi ile ilgili servis kayıtları 4. Parçanın kimyasal bileşimi 5. Parçanın mekanik özellikleri 6. Hasarlı parçanın mekanik ve metalürjik incelemeleri 7. Hasarın mekanizması ve hasar sebebi 8. Tavsiyeler Hasar analiz raporu 19
Malzeme Muayenesi Tahribatsız Muayene Tahribatlı Muayene Ultrasonik Muayene Çekme Testi Penetrent Yorulma Manyetik Patiküller Sertlik Radyografi Çentik Darbe Eddy akımları Burulma Eriksen Çökertme Metalografi Malzeme muayenesi 20
Özel muayene başlıkları vasıtasıyla, ultrases dalgaları üreterek malzemelerin iç kısımlarında görünmeyen hataları tespit etme işlemidir. Ayrıca kalınlık tespiti, elastisite modülü ve tane yapısını belirlemek içinde Ultrason kullanılabilir. Ultrason veya ultrases, ses ötesi anlamına gelir. Titreşim frekansı 20 khz den büyük olan seslere denir. Bu sesler insan kulağı tarafından duyulamaz. Ultrases titreşim frekansı ile doğar, titreşim hareketi olarak yayılır ve algılanır. Quartz kritali gibi özel malzemelere elektriki gerilim uygulandığında boylarında uzama ve kısalma görülür. Böylelikle ultrases üretilerek malzeme içerisine gönderilir. Ultrasonik dalgalar malzeme içerisinde doğrusal olarak yayılırlar, ancak malzeme içinde farklı özelliklere sahip bölgeler var ise (boşluk, çatlak gibi) bu bölgelerin sınır yüzeylerinden yansıma ilerleyen dalga şiddetinde azalma meydana gelir. Bu bilgiler alınarak osiloskop ekranında değerlendirilir. 0 2 4 6 8 10 Ultrasonik muayene 21
Yüzeyde oluşan çatlaklara penentrent sıvının uygulanması ve sıvı yüzeyden uzaklaştırıldığında hata içerisinde kalan sıvının dışarı çıkarılması sonucunda çatlakların tespit edildiği yöntemdir. Penentrentle muayene daha çok sızıntı ve çatlak tespitinde kullanılır. Bu işlem basit, ucuz ve her türlü malzemeye uygulanabilirliği ile kullanışlı bir yöntemdir. Penentrent tatbiki Developer tatbiki İnceleme Penentrent ile muayene 22
Herhangi bir mıknatısın bir noktasına çentik açılırsa manyetik kuvvet çizgileri bu çentiğin etrafını dolaşarak yoluna devam edecektir. Çünkü elektrik kendine en az direnç gösteren yolu tercih eder. Eğer çentiğin açıldığı bölgeye demir tozu dökülecek olursa, çentiğin olduğu bölgede mıknatıslanma söz konusudur. Burada demir tozları elektrik akımının geçmesine bir köprü vazifesi görmektedir. Deney sonucu malzeme üzerinde demir tozu kalan kısımlar hatalı bölgelerdir. Manyetik partiküller ile muayene 23
Radyografi testinde kullanılan radyasyon düşük dalga boylu-yüksek enerjili elektromanyetik dalgadır. Radyasyon X-ray tüpü vasıtasıyla sağlanır. Yüksek elektrik potansiyeli + Elektronlar - X-Ray tüpü Radiation Penetrate the Sample Exposure Recording Device Radyografi ile muayene 24
Eddy akım testi bir test bobini tarafından oluşturulan değişken manyetik alanın iletken malzemeler üzerinde Eddy akamı denen küçük dairesel akımlar oluşturması temel ilkesine dayanır. Malzemenin özellikleri oluşan bu akımı etkiler. Eddy akımları bir manyetik alan oluşturur ve test bobini tarafından oluşturulan manyetik alanı etkiler. Amaç malzemenin iletkenliğinde etkin işlemleri belirlemek. Bobin Bobinin manyetik alanı Eddy akımlarını oluşturduğu manyetik alan Eddy akımları İletken metal Eddy akımları ile muayene 25
Çekme test makinesi Çekme numunesi Yük hücresi extensometre numune Hareketli karşı çene ölçü uzunluğu Çekme testi ile muayene 26
Optik mikroskop 2000 büyütmeye kadardır Yüzeydeki çizikler parlatma ile giderilir Dağlama ile yönlenmeler ortaya çıkar. Mikroskop Mikroskop parlatılmış yüzey Parlatılmış ve dağlanmış yüzey (a) Yüzey ayrışması Tane sınırı Fe-Cr alloy 0.75mm (b) Metalografiile muayene 27
Malzemenin çizilmeye, plastik deformasyona gösterdiği dirençtir. Büyük sertlik; --plastik deformasyona yada basınç altında çatlamaya dirençlidir --aşınma özellikleri daha iyidir manasına gelir. örneğin 10 mm küre Kuvvet uygulanır Yük kalktıktan sonra İz büyüklüğü ölçülür D d Küçük boyutlu İz büyüklüğü Setlik yüksek manasına gelir Çoğu plastik pirinç Kolay işlenebilen Al alaşımlarıçelikler sertlik artar Yüksek C lu Kesici takımlar çelik nitrürlenmiş çelikler elmas Metalografi ile muayene 28
Ölçek (Charpy) Gösterge Başlangıç pozisyonu Çekiç Numune Çentik Darbe Son yükseklik Örs Başlangıç yükseklik Çentik darbe testi ile muayene 29
Değişken gerilmelere maruz makine elemanlarında hasar statik mukavemet sınırların çok altında gerçekleşir ve hasara yorulma hasarı denir. Mekanik hasarların %90 ının sebebi yorulmadır. numune Üstte bası yük yük motor sayıcı Altta çeki kaplin Çatlak başlangıcı Yorulma testi ile muayene 30
Sürünme testi ile muayene 31
Dış devre e - akışı Anot Korozyona uğrayan malzeme Katot Elektron dağıtım merkezi Elektrolit Korozyon ile muayene 32