MANGANEZLİ ÇELİKLERİN KAYNAĞI Manganez, Karbondan sonra çeliğin en önemli alaşım elementidir. Alaşımlı çeliklerde, manganezin alt sınırı % 0.8 dir; bu element çeliklerde ostenit alanını genişletir ve miktarı % 12 yi aştıktan sonra çeliği tamamen ostenitik yapar. Manganezin diğer bir önemli özelliği de çeliğin kritik soğuma hızını düşürmesidir. Manganezli çelikler içerdikleri manganez miktarına bağlı olarak çeşitli iç yapılar gösterirler. Bunlar martenzitik, perlitik ve ostenitik olmak üzere üç tiptirler; endüstride ise martenzitik iç yapılı manganezli çelikler kullanılmadığı için, manganezli çelikler iki ana grupta incelenebilir. Bunlardan birinci gruba % 3 e kadar, ikinci gruba ise % 12-15 manganez içeren çelikler girmektedir. Endüstride kullanılan, aşınmaya dayanıklı manganez sert çeliği % 10.5-14 Mn, % 0.8-1.6 C içerir. Bazı hallerde ilave bir takım özellikler elde etmek gayesi ile bir miktar krom (% 3 e kadar) ve Nikel (% 5 e kadar) de ilave edilir. 1150 0 C ye kadar ısıtılıp aniden suda soğutuldukları zaman ostenitik bir yapıya sahip olurlar. Bu çelikler bilhassa aşınmaya dirençleri ve toklukları nedeniyle hafriyat makinelerinin kazıcı uçlarında, değirmen plakalarında geniş çapta kullanılırlar
Manganezli perlitik çelikler aynen alaşımlı çelikler halinde olduğu gibi uygun bir ön tav yardımı ile kaynak edilebilirler. Manganezli ostenitik çeliklerin kaynağında ise, gerekli önlemler alınmaz ise, krom nikelli ostenitik çeliklerde olduğu gibi karbür çökelmesi meydana gelir, burada karbür çökelmesi neticesinde kırılgan bir yapı ortaya çıktığından bağlantının emniyeti azalır. Ostenitik manganezli çelikler 350 0 C ila 900 0 C arasında uzunca bir süre tutulurlarsa karışık bir karbür ayrışması meydana gelir. Ostenitik manganezli çeliklerin tamirinde yani doldurma ve birleştirilmelerinde örtülü elektrotlarla elektrik ark kaynağı ve tozaltı kaynağı kullanılmaktadır. Doldurma işlerinde % 13 civarında manganez içeren elektrotlar kullanılır, birleştirme işlerinde ise krom nikelli ostenitik elektrotlar tercih edilir. Elektrik ark kaynağında yüksek sıcaklıklarda kalma süresi az olduğundan % 1.1 den az karbon içeren ostenitik manganezli çeliklerde karbür ayrışması meydana gelmez; bu miktardan daha fazla karbon içeren manganezli çeliklerin kaynağında, kaynak bölgesinin çabuk soğuması sağlanarak karbür ayrışmasına mani olunur. Manganlı çeliklerin kaynağında kaynak gerilmelerinin oluşturduğu çatlaklara mani olmak için dikişin çekiçlenerek gerilmelerin azaltılması tavsiye edilen bir husustur.
TAKIM ÇELİKLERİNİN KAYNAĞI Takımların imalinde kullanılan çelikler çok çeşitlidir, günümüz endüstrisinde takım imali için kullanılan çelikler şunlardır: Suda sertleşen takım çelikleri Yağda sertleşen, soğuk iş takım çelikleri Havada sertleşen, orta alaşımlı soğuk iş çelikleri Yüksek karbon ve yüksek kromlu soğuk iş çelikleri Sıcak iş takım çelikleri Tungstenli yüksek hız takım çelikleri Molibdenli yüksek hız takım çelikleri Darbeye dayanıklı takım çelikleri Karbon-tungstenli özel takım çelikleri Az alaşımlı özel takım çelikleri Az karbonlu döküm çelikler
Takım çelikleri genel olarak önemli miktarda alaşım elementi içerirler ve kullanılmadan önce özellikle bir sertleştirme işlemine tabi tutulurlar. Takım çeliklerinin kaynağı sadece ekonomik nedenlere dayanır, burada imalat kaynağı değil, tamir kaynağı uygulanır. Takımlara kaynak şu hallerde uygulanır: Dizayn ve imalat hatalarının giderilmesi Dizayn değişikliği dolayısı ile takım konturunun tadili Tahrip olmuş takım yüzeylerinin tamiri Aşınmış kısımların doldurulması Kompozit takım imali Takım çeliklerin kaynağında bir çok bilinen kaynak usulü tatbik edilebilir, fakat genellikle şu üç usul tercih edilmektedir: Oksi-asetilen kaynağı Örtülü elektrot elektrik ark kaynağı TIG kaynağı
Oksi-asetilen kaynağı sadece ufak tamir işleri için kullanılır, burada kullanılan alev hafif karbonlayıcı, asetilen miktarı biraz fazla, ve kullanılan elektrot ise bileşim bakımından kaynak yapılan çeliğe uygun olmalıdır. Takım çeliklerinin TIG kaynağında argon gazı ve çeliğin bileşimine uygun elektrot kullanılır. Standart kaynak donanımı ve bilinen kaynak usullerinin uygulanması ile takım çelikleri kolaylıkla kaynatılabilir. Takım çeliklerinin kaynağında en sık uygulanan usul örtülü elektrot ile elektrik ark kaynağıdır. Bu malzemelerin kaynatılması için bir doğru akım kaynak makinesine ve usta bir kaynakçıya ihtiyaç vardır; ayrıca bu tür çeliklerin kaynağında uygun bir ön tav ve kaynağı takiben bir temperleme gerektiğinden, bu ısıl işlemlerin gerçekleştirilebileceği donanımlara da ihtiyaç vardır.
Takım çeliklerinin kaynağı şu sırayı takip ederek yapılmalıdır Esas metalin bileşiminin tespiti Esas metal bileşimine uygun elektrotun seçilmesi Parçanın yüzeyinin temizlenmesi ve kaynak ağızlarının hazırlanması Kaynak makinesinin uygun akım şiddetine ayarlanması ve parçanın ön tav sıcaklığına kadar ısıtılması Arkın tutuşturulup kaynağa başlanması Her pasonun cürufunun temizlenmesi ve dikişin sıcak halde uygun bir şekilde çekiçlenmesi Parçanın temperlenmesi Kaynak dikişinin temizlenmesi ve işlenmesi Önemli bir husus ön tav sıcaklığının seçimidir, bu hususta genellikle aşağıdaki sıcaklık dereceleri uygulanmaktadır: Suda sertleşen takım çelikleri : 100-250 0 C Yağda sertleşen takım çelikleri : 100-300 0 C Havada sertleşen takım çelikleri : 150-500 0 C Sıcak iş çelikleri : 400-600 0 C Hız çelikleri : 500 0 C
DÖKME DEMİRLERİN KAYNAĞI Kır Dökme Demir: İçerdiği karbonun % 65 ila % 100 ü grafit lamelleri halinde içyapıya dağılmış olan dökme demir türüdür. Kırıldığı zaman yüzeyi gri mat bir görünüş arz eder ve bundan ötürü kır dökme demir diye isimlendirilir. Beyaz Dökme Demir: İçerdiği karbonun büyük bir kısmı içyapıda sementit (Faz yapısı-fe 3 C) halindedir, çok sert ve kırılgandır, ancak taşlanarak şekillendirilebilir; kırığı beyaz renkte olduğundan beyaz dökme demir diye isimlendirilir. Temper Dökme Demir: Beyaz dökme demirin, özel bir ısıl işleme tabi tutulması neticesinde elde edilen bir dökme demir türüdür. İhtiva ettiği karbonun büyük bir kısmı topaklar halindedir. Küresel Grafitli Dökme Demir (Sfero Dökme Demir): Sıvı haldeki dökme demir içine Mg veya Ce gibi metallerin ilave edilmesi ile, içerdiği karbonun büyük bir kısmının ufak kürecikler halinde iç yapıya dağılması sağlanmış bir dökme demir türüdür. Alaşımlı Özel Dökme Demirler: Bunlar kullanma amacına uygun özellikler göstermesi için çeşitli alaşım elementleri ilave edilmiş dökme demirlerdir.
Kir Dökme Demirin Kaynak Kabiliyeti: Makine konstrüksiyonlarında en çok kullanılan metalsel malzeme olan kır dökme demirin kaynağını iki önemli husus şiddetle etkiler. Bunlar malzemenin plastik şekil değiştirme kabiliyetinin olmaması ve yüksek karbon içeriğidir. Kır dökme demirin kaynağında kaynak banyosu ve kaynak banyosuna bitişik olan bölge, kaynaktan sonra normal şartlarda soğumaya terk edilirse, tüm kaynak bölgesinde sert ve kırılgan bir yapı meydana gelir ve bu yapı genellikle ısınmayı müteakip soğuma dolayısıyla oluşan gerilmelere dahi dayanamayarak çatlar. Bu durumun iki genel çözümü vardır: 1-Parçaya bir ön ısıtma tatbiki halinde, parçanın ve kaynak yerinin sıcaklıkları arasındaki fark azalacağından, kaynak bölgesine tatbik edilen ısı hızla çevre metale yayılamayacağından soğuma yavaşlar ve dolayısıyla da sert bölgenin oluşumuna mani olunur. Sıcak kaynak usulü diye isimlendirilen bu usulde parçalar duruma göre 600 0 C lik bir sıcaklığa kadar çok yavaş ve üniform bir şekilde ısıtılırlar. Bu husus bilhassa büyük kalın kesitli ve karışık şekilli parçalar halinde çok önemlidir, çok büyük parçalarda ısıtma süresi 12 saate kadar çıkabilir, soğuma süresi ise genellikle ısınma süresinin 2 ila 3 katı olacak tarzda gerçekleştirilmelidir. Kaynak usulü olarak bu tarzda tavlanmış parçalara oksiasetilen veya elektrik ark kaynağı tatbik edilebilir. 2-Kaynağa bitişik bölgede sementit ve martenzit oluşumuna ve parçada da ısıtma esnasında kırılmayı meydana getirebilecek şiddette bir gerilme oluşumuna meydan vermemek için, kaynak bölgesine mümkün olduğu kadar az ısı tatbik etmek ve demir karbür yani sementit meydana getirmeyen bir dolgu metali kullanmaktır. Soğuk kaynak usulü diye isimlendirilen bu kaynak işlemi esnasında dikişler mümkün mertebe kısa çekilir ve dikişten sonra parça soğumaya terk edilir. Bu usulde, kaynak dolgu malzemesi olarak genellikle nikel, bakır-nikel, demir-nikel gibi metal veya alaşımlar kullanılır.
Dökme demirin kaynağında en önemli hususlar, uygun bir kaynak metalinin seçilmesi ve kaynak bölgesine mümkün olduğu kadar düşük bir ısı tatbik edilmesidir. Tatbikatta genellikle küçük parçalar için gaz eritme kaynağı veya lehim kaynağı kullanılmaktadır. Yapı üniformluğun önemli olmadığı büyük parçalarda ise nikel veya ferro-nikel elektrotlarla elektrik ark kaynağı usulü tatbik edilmelidir. Gaz Eritme Kaynağı: Doğru bir şekilde tatbik edilen oksijen kaynağı ile esas metalin yapısına, çok yakın veya aynı özellikleri haiz kaynak dikişleri veya doldurma tabakası elde edilebilir. Bu usulün en büyük dezavantajı, iç gerilmelerin ve sert yapının teşekkül etmemesi için bir ön tavlama (650 o C) uygulanmasıdır. Kaynak esnasında yumuşak bir alev kullanılır. kaynaktan sonra parçanın yavaş olarak soğumasını sağlamak için parça kuma veya küle gömülür. Bir dekapana ihtiyaç vardır. Dekapan banyonun üzerinde oluşan demir silikat esaslı cürufun akıcılığını temin eder
LEHİM Lehim kaynağı gaz eritme kaynağına nazaran bir çok üstünlükleri haizdir. İlave metalin 300 o C daha düşük bir sıcaklıkta erimesi, kaynağa tatbik edilmesi gereken sıcaklığı oldukça düşürmektedir. Ön tavlama sıcaklığı takriben 400 o C ve çalışma sıcaklığı ise 900 o C ve minimum ıslatma sıcaklığı ise 775 o C dir; bu şekilde iç gerilmelerin ve çatlakların meydana gelme tehlikesi büyük ölçüde ortadan kaldırılmaktadır. Yumuşak lehimleme genellikle gaz kabarcıklarının doldurulmasında ve mekanik zorlamalara ve yüksek sıcaklıklara maruz olmayan ince kesitli perde ve kanatlar üzerindeki ufak çatlakların parça serviste iken tamirinde kullanılır. (yağ kapları, su zarfları gibi) Sn-Pb-Zn alaşımları lehim metali olarak iyi neticeler vermektedirler.
Elektrik Ark Kaynağı Kır dökme demirin elektrik ark kaynağında genellikle bakır alaşımlı elektrotlar, nikel veya ferro-nikel elektrotlar ve kır dökme demir elektrotlar kullanılır. Bronz (% 5-8 Sn) ve alüminyum bronzu elektrotlar kır dökme demiri bakır alaşımları ile birleştirmek için kullanılırlar. Bugün endüstride en fazla nikel ve ferro-nikel elektrotlar kullanılmaktadır. Genellikle bir ön tavlama gerektirmez. Kır dökme demirin soğuk kaynağında kullanılan özel elektrotları şu tarzda sınıflandırabiliriz: Saf Nikel çekirdekli elektrotlar Ferro-Nikel çekirdekli elektrotlar Cr-Ni li ostenitik çelik çekirdekli elektrotlar Soğuk Kaynak Bazı hallerde de ön ısıtmalı kaynağın gerektirdiği zorluk ve masrafları azaltmak gayesi ile de soğuk kaynak diye isimlendirilen, ön tav tatbik etmeden yapılan kaynak usulü tercih edilir. Kaynak bölgesi homojen bir metalsel yapıya haiz değildir, zira kaynak metali ve esas metal farklı bileşimdedirler. Kaynaktan sonra, kaynak bölgesinde dökme demirin karakteristik özellikleri yeniden oluşmaz. Kaynak işleminin gereği olan sıcaklık dereceleri geçiş bölgesinin iç yapısını değiştirir ve dökme demirden daha sert ve kırılgan bir yapı meydana gelir. Tamir işlerinde kullanılır.
Bu kaynak usulü sıcak kaynak usullerinden çok daha kolay ve süratlidir, bu bakımdan kırılmış kır dökme demir parçaların büyük bir kısmı bu usul ile kaynak edilir. Bu usulde kullanılan elektrotların tatbiki büyük bir ustalık gerektirmez ve her pozisyonda kullanılmaları mümkündür. Ekseri hallerde bir ön tavlamaya ihtiyaç olmadan kaynak yapılabilir; bununla beraber değişik kalınlıklardaki parçaların birbirlerine birleştirilmesinde veya zor kaynak edilen dökme demirlerin kaynağında, iyi bağlantılar elde edebilmek için 200 0 C lik bir ön tavlama tavsiye edilir. 1-Küçük çaplı elektrot ve düşük akım şiddeti kullanarak kaynağa tatbik edilen ısıyı mümkün mertebe azaltmak, 2-Esas metalin aşırı ısınmaması için mümkün mertebe kısa dikişler çekmek, dikiş boylarını azami 25 mm ile sınırlamak, 3-Her dikişten sonra bombe başlı bir çekiçle dikişi, daha tamamıyla soğumadan döverek kaynak metalinin kendini çekmesi dolayısıyla parçaya tatbik ettiği gerilmeleri azaltmak, 4-Her dikiş arası kaynağa ara vererek parçanın el ile dokunabilir bir sıcaklık derecesine kadar soğumasını sağlamak, 5-Yeni dikişe başlarken elektrotu muhakkak bir evvelki dikiş üzerinde tutuşturulmalıdır. Ark daima yığılan metale doğru yönlendirilmelidir, söndürülürken evvela dikiş üzerinde bir miktar geri gidilmeli ve sonra yavaşça elektrot çekilmelidir.
Gerekli tedbirler alınarak, yukarıda belirtilmiş olan hususlara harfiyen uyulduğunda, tatminkar kaynak bağlantıları elde etmek mümkündür. Çatlakların kaynakla tamirinde meydana gelen gerilmelere mani olmak için enteresan bir usul de çatlağa kaynaktan evvel ters yönde bir gerilme tatbik ederek kaynaktan sonra meydana gelecek olan kendini çekme gerilmelerini karşılamaktır. Bu elektrotlar doğru akımla negatif kutupta veya alternatif akımla kullanılabilmektedir 4 mm tel çapındaki bir elektrot için akım şiddeti takriben 120 A., 6 mm tel çapındaki bir elektrot için ise 170 A kadardır; ark gerilimi 20 ila 30 V arasındadır. Kaynak özellikleri iyidir, arkın stabilitesi düzgündür, metalin geçişi iri damlalar halinde olmaktadır.
SONUÇLAR Bütün kır dökme demir çeşitleri ile özel dökümlerin büyük bir kısmının gerekli tedbirler alınarak kaynak edilmesinin mümkün olduğu belirtilmiştir. Malzemenin heterojen yapısının arz ettiği zorluklar, mümkün olan minimum kaynak enerjisi tatbiki ile geniş çapta yok edilebilmektedir. Bu suretle iç gerilmelerin oluşumu tehlikesi, çatlak ve sert kırılgan bölgelerin oluşumu ihtimali en aza indirilmektedir. Bugün kır dökme demirin kaynağı o kadar yaygın bir şekilde tatbik edilmektedir ki kolaylıkla bir standart metottan bahsedilebilmektedir. Genel bir kaide olarak kolaylıkla tavlanabilen küçük parçalar oksiasetilen ile kaynatılır veya lehimlenir; büyük ve karışık şekilli parçalar ise nikel veya ferro-nikel elektrotlar kullanarak elektrik ark kaynağı yardımı ile tamir edilebilmektedirler.
Yapı ve renk üniformluğun önemli olduğu haller için geliştirilmiş olan dökme demir ve sfero dökme demir çekirdekli elektrotlar ile yapılan kaynaklar da uygun neticeler vermektedir; yalnız burada bu usulün ancak ön tav tatbik etmenin mümkün olduğu hallerde tatbik edilebileceği husus gözden uzak tutulmamalıdır. Çözüm kır dökme demir için sert lehimle birleştirme en uygun çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Uygulamadan örnekler göstermiştir ki, endüstrinin talepleri çok geniş bir dağılım arz etmesine rağmen, en değişik ve karışık bir görünüş arz eden problemler dahi, belirtilmiş olan usuller yardımı ile kaynakla tamir edilebilmektedir.
SFERO (KÜRESEL GRAFİTLİ) DÖKME DEMİRİN KAYNAĞI Günümüz endüstrisinde sfero dökme demirin yaygın bir şekilde kullanılmaya başlaması, bu malzemenin kaynakla birleştirilmesi konusunu çok aktüel bir hale getirmiştir. Bu konuda halen çalışmalar devam etmektedir. Genellikle, kır dökme demire tatbik edilebilen bütün kaynak teknikleri sfero dökme demir için de kullanılabilmektedir. Gaz Eritme Kaynağı: Parçanın durumuna ve arzu edilen kaynak bağlantısı özelliklerine göre kır dökme demir veya sfero dökme demir kaynak çubuğu ile oksijen kaynağı, lehim kaynağı, sert ve yumuşak lehimleme usullerinden birisi tatbik edilebilir. Elektrik Ark Kaynağı: Elektrik ark kaynağının tatbiki halinde de, kaynak dikişinden beklenen özellikler, kaynak usulünün seçiminde baş rolü oynar. Ferro-Nikel Elektrotlarla Elektrik Ark Kaynağı: Kaynak dikişinin esas metal ile aynı yapıyı ve aynı mukavemeti haiz olmasının bir önem arz etmediği hallerde, ferro-nikel elektrotlar kullanılır. hafif bir ön tavlama ile (200 0 C) en kötü şartlar altında bile çatlak ihtiva etmeyen kaynak dikişleri elde edilir. Sfero Dökme Demir Çekirdekli Örtülü elektrotlarla doğru akımda (elektrot negatif kutupta) veya alternatif akımla kullanılabilmektedir.
TEMPER DÖKME DEMİRİN KAYNAĞI Beyaz Temper Dökme Demirin Gaz ve Elektrik Kaynağı: Bu malzemenin kaynak kabiliyetini tayin eden husus parçanın kalınlığıdır. Bilindiği gibi 4 mm kalınlığa kadar kesitler, karbon miktarı % 0.3 ü aşmayan ferritik ve hafifçe ferritik perlitik bir yapılıdır. İç kısımlara doğru yapının tamamen perlitik olduğu ve temper işemi nedeniyle doğan karbon topakçıklarının bulunduğu kalın kesitlerde, karbonun gerek kaynak metali ve gerekse de ısının tesiri altında kalan bölgede sementit haline geçmesi, kırılgan bölgelerin oluşmasına ve kaynak kabiliyetinin kötüleşmesine yol açar. Buna ilaveten kaynak dikişinin gözenekli olmasına yol açar. Yüksek miktarda kükürt ihtiva eden temper dökme demirler hiçbir şeklide kaynak edilemezler.
Temper Dökme Demirin Sert Lehimlenmesi: Sert lehimleme temper dökme demir parçalarının birleştirilmesi için en uygun usuldur. Bu konuda sert lehim alaşımları geliştirilmiştir. Lehimleme esnasında parçalara 300 ila 500 0 C lik bir ön tav vermek gerekmekte, dekapan olarak da bor bileşikleri kullanılmaktadır. Beyaz temper dökme demir halinde bağlantının çekme mukavemeti takriben esas metalinkine yaklaşmaktadır, yorulmaya karşı mukavemeti ise esas metalin % 55 i kadardır. Ferritik siyah temper dökme demir için de neticeler benzerdir, perlitik yapı içeren siyah temper dökme demirlerde, perlit miktarının artması sonuca olumsuz tesir etmektedir.
TIG Kaynak Usulünün Dökme Demirlere Tatbiki: Son senelerde TIG kaynak usulü dökme demirlerin kaynağında oldukça iyi bir tatbikat sahası bulmuştur. Argon ve Helyum atmosferi kaynak metalinin oksitlenmesine mani olmakla kalmayıp, dekapan gerektirmediğinden dikiş üzerinde çok az bir curuf teşekkül etmekte ve dolayısı ile kaynak sonrası temizleme ve taşlama işleri kolaylaştırmaktadır. Elde edilen kaynak dikişinde gözenek ve curuf kalıntıları bulunmadığı gibi, oksitlenme ve yanma da mevcut olmadığından, kaynak teli bileşimi ile dikişin bileşimini tamamen kontrol altında tutmak mümkün olmaktadır. Bu bakımdan özelikle bileşimin çok önemli olduğu sfero dökme demirin kaynağı için çok uygun olmaktadır. Sıcak olarak (ön tav vererek) tatbik edilen bu kaynak usulü, oksi asetilen usulünden çok daha süratli ve aynı zamanda daha kolay olarak tatbik edilebilmektedir. Bu usulün bir özelliği de yatay pozisyondan başka pozisyonlar için de uygulanabilirliğidir. Kaynak bölgesinde maksimum işlenebilme kabiliyetinin elde edilebilmesi için, düşük ön tav sıcaklıkları tatbik edilerek yapılmış kaynak dikişlerinde, kaynaktan sonra tekrar bir ısıtma ve kontrollü yavaş bir soğutma gereklidir.