BÖLÜM 4 KAYNAK METALURJİSİ
Kaynakta Oluşan Metalurjik Bölgeler
Kaynakta Oluşan Metalurjik Bölgeler
Kaynak Metalinin Katılaşması
Kaynak Metalinin Katılaşması
Kaynak Metalinin Katılaşması Tek pasoda yapılmış bir kaynağın katılaşma yapıları.
Kaynak Metalinin Katılaşması (a) (b) (a) Yüzeysel (b) Derin armut şekilli kaynağın kolonsal yapısı. Bir alın ve köşe birleştirmesinde segregasyon bölgesi (siyah olarak gösterilen kısımlar)
Azot ve hidrojenin sıcaklığa bağlı olarak çözünürlüğü
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) Bu bölgedeki sıcaklıklar katı halde mikroyapısal değişime neden olabilecek mertebede yüksek, fakat ergimeye neden olmayacak mertebede düşüktür. Pratik açıdan ITAB, kaynak sırasında sıcaklığı mikroyapısal değişime neden olabilecek ısınan bölgeleri içerir. Örneğin 315 O C de temperlenmiş martensitik çeliklerde 315 O C nin üzerindeki sıcaklıklara ısınan bölgeler ITAB kapsamındadır.
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB)
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) Bir ark kaynağında ısı tesiri altında kalan bölgede çeşitli konumlardaki ısıl çevrimler.
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) Pik sıcaklığının kaynak metalindeki değişimi: T P : Erime sınırından Y mesafe uzaklıktaki bölgenin pik sıcaklığı ( o C) T o : Ana metalin kaynak bölgesi sıcaklığı ( o C) T m : Ana metalin ergime (likidüs) sıcaklığı ( o C) : Metalin yoğunluğu (gr/mm 3 ) C : Metalin spesifik ısısı (joule/gr o C) c:volumetrik spesifik ısı (joule/mm 3 o C) c: 0.0044 (joule/mm 3 o C) çelikler için h : Kaynaklanacak metalin kalınlığı (mm) Y : ITAB genişliği H : Ana metalin kalınlığı H net : Net kaynak ısısı
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) Net kaynak ısısı (H net ): f 1 : Isı transfer hızı E: Voltaj I: Akım v: Isı kaynağının hareket hızı
Örnek Soru: Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) HT 80 kalite az alaşımlı 10 mm kalınlığındaki plakalar kaynak ağzı tek pasoda doldurularak manuel ark kaynağı ile birleştirilmişlerdir. E: 40 V I: 180 A v: 24 cm/dk = 4 mm/sn h: 10 mm f 1 : 0.9 c: 0.0044 joule/mm 3 o C T m : 1510 o C T o : Oda sıcaklığı (a) Y= 5 cm iken T P =? Y= 10 cm iken T P =? (b) ITAB ın genişliğini (Y) bulunuz. Tp=725 0 C (c) Eğer bu çelik kaynak öncesinde 200 o C ye ısıtılmış olsaydı ITAB ne olurdu?
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) (a) T P = 836 o C (Y= 5 mm için) T P = 582 o C (Y= 10 mm için)
Isı Tesiri Altında Kalan Bölge (ITAB) (b) Y= 6.7 mm (c) Y= 10.2 mm Sonuçta T o ın artmasıyla ITAB genişliği (Y) artmaktadır.
Tek Fazlı Malzemelerde ITAB Kaynak metalinin hemen altında yüksek sıcaklığa erişen bölgedeki iri taneli yapının teşekkülü.
Tek Fazlı Malzemelerde ITAB Paslanmaz çelikde kaynak bölgesinin bozulması
Çökelmeyle Sertleştirilen Malzemelerde ITAB Kaynak ısıl çevriminin çökelmeyle sertleşmiş bir alaşıma etkisi. Soldaki şekil: Isı tesiri altındaki kaynak bölgesi. Sağdaki şekil: Bu alaşım için bölgelere tekabül eden pozisyonların faz diyagramı üzerinde gösterimi.
Transformasyonla Sertleştirilen Malzemelerde ITAB Bir kaynağın farklı bölgelerindeki pik sıcaklıkları arasındaki ilişki ve bu ilişkinin demir-karbon faz diyagramına yansıması.
eformasyonla Sertleştirilen Malzemelerde ITAB Soğuk işlenmiş taban metalinin kaynak çevresinin yeniden kristalleşmesi A: Soğuk işlenmiş metal (uzamış taneler). B: Yeniden kristalleşmiş metal (eş taneler). C: Kaynak metali (sütunsal taneler). Üstteki şekil: Faz değişikliği olmaksızın alaşımlarda kaynak. Alttaki şekil: Demir veya çelikte kaynak.
Transformasyonla Sertleştirilen Malzemelerde ITAB Bir kaynakta ısı tesiri altındaki bölgenin gelişimi. (a) Herhangi bir noktadaki maksimum sıcaklık, (b) maksimum sıcaklıktaki yapı, (c) düşük sertleşebilirliğe sahip bir çelikte soğumanın ardından meydana gelen yapı, (d) yüksek sertleşebilirliğe sahip bir çelikte soğumanın ardından oluşan yapı.
Transformasyonla Sertleştirilen Malzemelerde ITAB
Transformasyonla Sertleştirilen Malzemelerde ITAB
Kalın plakalar için: ITAB de Soğuma s: Soğuma hızı k: Metalin termal iletkenliği (çelik için 0.028 joule/mm 3 o C) T i : Soğuma hızının hesaplandığı sıcaklık T o : Kaynak öncesi ana metalin sıcaklığı f 1 = 0.7 TIG için f 1 = 1 Ark kaynağı için Kaynak ağzı 6 veya daha az pasoda doldurulursa kalın plaka çözümündeki soğuma hızı kullanılır.
İnce plakalar için: ITAB de Soğuma c = Volumetrik spesifik ısı = 0.0044 joule/mm 3 o C h = Metalin kalınlığı Kaynak ağzı 4 veya daha az pasoda doldurulursa ince plaka çözümündeki soğuma hızı kullanılır.
ITAB de Soğuma h b 0.9 ise kalın plaka çözümü kullanılır h b 0.9 ise ince plaka çözümü kullanılır
Örnek Soru: ITAB de Soğuma HT 80 kalite sade karbonlu alaşımsız çelik 10 mm kalınlığındaki plakalar kaynak ağzı tek pasoda doldurularak örtülü metal ark kaynağı ile birleştirilmişlerdir. Soğuma hızını bulunuz. (T i = 800 o C f 1 = 0.9, E = 40 V, I = 180 A, v = 24 cm/dk) H net = 1620 J/mm
ITAB de Soğuma h b = 0.46 0.9 ince plaka çözümü kullanılır s = 2.71 o C/sn 800-550 o C lerdeki soğuma hızları önemlidir T = 800-550 = 250 o C t = 250 / 0.017 = 92.3 sn.
. ITAB de Soğuma (a) Yumuşak çelik ve (b) HT 80 çeliğinin TTT diyagramları. O: Ostenit, F: Ferrit, P: Perlit, B: Beynit, M: Martensit.
Karbon Eşdeğerinin ITAB ne Etkisi Çeliklerde alaşım elementleri genellikle malzemenin sertleşme kabiliyetini arttırırlar. C, Mn, Mo, Cr, V, Nb ve Si sertleşme kabiliyetini arttıran en önemli elementlerdir. Bu elementler ITAB da martensit dönüşümünü neden olurlar ve çatlak oluşma ihtimalini arttırırlar. Alaşım elementlerinin martensit oluşumunu ve çatlama ihtimalini arttırması karbon eşdeğeri ile kontrol edilir.
Karbon Eşdeğerinin ITAB ne Etkisi Yapı çelikleri için: C eş < 0.45 ise ön ısıtmaya gerek yok 0.45 < C eş < 0.6 T ön = 100-200 o C C eş > 0.6 T ön = 200-300 o C Cc 360C 40(Mn Cr) 20 Ni 28Mo 360 Bu bağıntı karbon oranı % 0.25 e kadar olan çeliklere uygulanmaktadır.
Karbon Eşdeğerinin ITAB ne Etkisi Örnek Soru: % 0.25 C, % 0.8 Mn, % 1 Cr ve % 0.25 Mo içeren 12 mm kalınlığındaki plakanın ön ısıtma sıcaklığını bulunuz. C 360C 40(Mn Cr) 20 Ni 28Mo 360 c C 360 0.25 40(0.8 1) 20 0 28 0. 25 360 c Tön 350 0.497-0.25 o C