ÇELİKLERİN KAYNAK KABİLİYETİ

ÇELİKLERİN KAYNAK KABİLİYETİ

Kaynakta soğutma işlemi neye benzer? Kaynak işleminde, birleştirilecek metalin ergime sıcaklığının biraz üzerine çıkılarak birleştirme gerçekleştirilir. Yapılan deneyler sonunda, bu sıcaklığa kadar ısıtılan metalin soğumasının çok hızlı olduğu tespit edilmiştir. Adeta metal, yüksek sıcaklığa kadar ısıtılıp, sonra suya daldırılarak soğutulduğu söz konusu olmaktadır. Adeta sertleştirme işlemi gibi bir şey. Bu nedenle kaynak bölgesinde karbon ve alaşım elementi miktarına bağlı olarak sert ve kırılgan bir yapı meydana gelir.

İyi kaynak kabiliyetine sahip çelikte karbon içeriği nedir? Kaynak metalinde genellikle sertleşme olmaz, sert ve kırılgan yapı kaynak metaline komşu olan ITAB da oluşur. Elektrot firmaları, çeliğe en uygun elektrot içeriğini hazırlayarak, ana metal ile ilave metalin karışması sonucu oluşan kaynak metalinde aşırı sertleşme görülmez. Bu nedenle uygun elektrotu seçmek her zaman önemlidir. Fakat ITAB da sıcaklık yükselip, tekrar belirli bir hızda soğuma olduğu için sertleşme ITAB içerisinde oluşur. Bu yüzden kaynak numunesi daima ITAB içerisinden kopar. ITAB ın sertleşme eğilimi, ana metalin kimyasal içeriği ile ilişkilidir. En önemli etkiyi gösteren elementler ise, çelikte C ve Mn dır. Alaşımsız bir çelikte, önlem alınmaksızın kaynak yapabilmek için, maksimum C oranının gazı alınmış çeliklerde % 0.25, gazı alınmamış çeliklerde ise % 0.22 0.30 olmalıdır.

ITAB ın maksimum sertliği ne olmalıdır? Düşük alaşımlı çeliklerde, ITAB ın sertliğini, ana metal içerisinde bulunan Mo, Cr, V, Mn gibi alaşım elementleri arttırır. ITAB ın gevrek ve kırılgan olması, kaynak sonrası çatlamaya sebep olduğu gibi, en ufak bir darbede bile bu bölgeden hasara uğrayabilir. Dolayısıyla ITAB sertliğinin probleme yol açmaması için 350 Hv sertliğini aşmaması tavsiye edilir.

ITAB ın sertliği nasıl azaltılır? ITAB içerisindeki sertliğin azaltılması için yapılabilecek en güzel metot, kaynak işlemi öncesi çeliğe ön tav uygulanmasıdır. Ön tav, kaynak esnasındaki hızlı soğumayı engelleyerek, metalin daha yavaş soğumasına sebep olmaktadır. ITAB içerisindeki sertliğin azaltılmasına yardımcı olacak ikinci bir metot ise, kaynak sonrası normalizasyon ısıl işleminin metale uygulanmasıdır. Normalize edilen çeliğin, ITAB içerisindeki martenzit yapısı giderilmiş olur ve sertlik düşüşü meydana gelir.

Sertliği etkileyen faktörler nelerdir? En önemli faktörler; metalin içerdiği C miktarı ve alaşım elementi oranıdır. ŞEKİL Normalizasyon işlemi, ön tavlama yapılmaksızın yapılırsa, çok büyük bir önem taşımaz. Çünkü martenzit yapısı oluştuktan sonra, kılcal çatlaklar da oluşur. Kılcal çatlaklar oluştuktan sonra, normalizasyon ısıl işlemini yaparak, yapının martenzitikten kurtulmasını sağlamak o kadar da önemli değildir. Kılcal çatlakları, normalizasyon işlemi gidermez. Ancak, ön tavlama işlemi bu çatlakların önlenmesinde yararlı olmaktadır.

Karbon Eşdeğeri ITAB içerindeki sertliğin 350 Hv değerini geçmemesi için, özellikle alaşımlı çeliklere mutlaka ön tavlamanın yapılması gerektiği üzerinde durulmuştu. Fakat ön tav sıcaklığının belirlenmesi oldukça önemlidir. Yapılan çalışmalar sonucunda çelik içerisindeki alaşım elementlerinin, sertliğe etkileri göz önünde bulundurularak, karbon eşdeğeri adı verilen formüller geliştirilmiştir. Karbon eşdeğeri formülünden elde edilen sonuca göre, çeliğe uygulanacak ön tav sıcaklığı belirlenmektedir.

Karbon Eşdeğeri Çeşitli karbon eşdeğeri formülü olmasına karşın, Milletlerarası Kaynak Enstitüsü nün kabul ettiği formül şu şekildedir: Ceş = C + Mn / 6 + Cr / 5 + Mo / 5 + V / 5 + Ni / 15 + Cu / 15

Karbon Eşdeğeri Formülden de görülebileceği gibi, karbon eşdeğerini hesaplayabilmek için, birleştirilecek metallin kimyasal içeriğinin bilmesi gereklidir. Karbon eşdeğeri ile ön tav sıcaklığı arasında şu ilişki vardır:

Karbon Eşdeğeri Karbon eşdeğeri (%) Ön tav sıcaklığı ( C) Ceş < 0.45 Normal atmosfer şartlarında gerek yoktur. 0.45 < Ceş < 0.60 100 200 C Ceş > 0.60 200 300 C

Karbon Eşdeğeri Tavsiye edilen bu ön tav sıcaklıkları, bazı çelikler için üst sınırları tercih edilmelidir. Örneğin; Ana metal Thomas çeliği ve gazı alınmamış çelik ise, Çelik kaba taneli ise, Birleştirilecek parçalar karmaşık şekilli ise, Birleştirme esnasında ince çaplı ince çaplı elektrot kullanmak gerekirse, İlave dolgu metali yeteri derecede tek değilse, örneğin, bazik elektrot kullanılmıyorsa, Kaynak işleminin yapıldığı yerin sıcaklığı çok düşük ise.

Karbon Eşdeğeri Karbon eşdeğeri, parça kalınlığı, elektrot çapı ve kaynak ağzı formuna bağlı olarak ön tav sıcaklıkları değişir. Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen bu değerler Tablo da gösterilmiştir. TABLO Soru:.

Karbon Eşdeğeri Karbon eşdeğeri 0.45 den büyük olan çeliklerin elektrik ark kaynağı ile birleştirilmesinde dikkat edilecek hususlar şunlardır: Seçilen ön tav sıcaklığı birleştirilecek parçaların tümüne uygulanmalıdır. Kaynak işlemi süresince, ön tav sıcaklığının sabit kalmasına dikkat edilmelidir. Eğer bazik karakterli elektrot kullanılıyorsa, mutlaka kaynak işleminden önce 300 C de kurutulmalıdır. Aksi halde, bazik elektrot içerisinde rutubet ile saklanan H2, kaynak bölgesine girer ve dikiş altı çatlaklarına neden olur.

Karbon Eşdeğeri Birleştirilen parçalara gerilim giderme tavlaması yapılacaksa, kaynaktan hemen sonra yapılmalıdır. Gerilim giderme tavlaması, genellikle şu şekilde uygulanır: Birleştirilen parça, kaynaktan hemen sonra fırına yerleştirilir ve 600 650 C ye kadar ısıtılır. Sonra her 25 mm kalınlık için 2 saat bekletilir. 300 C ye kadar fırında soğutulur ve fırından çıkartılarak sakin havada soğumaya bırakılır. ŞEKİLLLLL

Çeliklerde kaynak kabiliyeti Ceş < 0.45 düşük çelikler: Ön tav ve özel bir önlem olmaksızın, ergitme kaynak teknikleri ile birleştirilebilirler. Bu çeliklerin ITAB ında sertleşme olmaz. Sadece iri taneli bir mikroyapı oluşur. Karbon eşdeğeri % 0.45 in altında olan çelikler, kaynak kabiliyeti iyi olan çelikler olarak adlandırılırlar.

Çeliklerde kaynak kabiliyeti 0.45 < Ceş < 0.60 olan çelikler: Bu çeliklere kaynak öncesi ön tav uygulanmalı, hatta kaynak sonrası gerilim giderme tavlaması da yapılmalıdır. Bu çeliklerin birleştirilmesinde en uygun elektrot ve kaynak yöntemi seçimi de önem taşır. Karbon eşdeğeri % 0.45 0.60 arasında olan çelikler zayıf kaynak kabiliyetine sahip çeliklerdir.

Çeliklerde kaynak kabiliyeti Ceş > 0.60 olan çelikler: Bu tür çelikler yüksek sıcaklıklarda ön tav uygulanması gereken çelikler olup, kaynak işlemi esnasında da kontrollü bir soğutma işleminin yapılması gereken çeliklerdir. Özellikle, Ceş > 12den fazla olan çeliklerin ergitme kaynak teknikleri ile birleştirilmesinde ITAB ın sertleşmesinin önüne geçilmesi çok zordur. Bu tür çeliklere kaynak kabiliyeti kötü çelikler denilir.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi Çelik üretimi esnasında gaz giderme işleminin yapılıp yapılmaması, birleştirilecek çeliklerin kaynak kabiliyetini etkileyen bir faktördür.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi Gazı alınmadan dökülen çelikler (sakin olmayan çelikler): Thomas çeliklerinin üretiminde, çeliğin katılaşması esnasında, ingot merkezinde artan C oranının azalması için, C + FeO Fe + CO kimyasal reaksiyonu gerçekleşir. Böylece CO gaz halinde, sıvı metal içerisinden kabarcıklar halinde dışarı çıkar. Bu tür çeliklere gazı alınmamış çelikler denir.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi Gazı alınmamış çeliklerin merkezlerinde bir segregasyon bölgesi oluşur. Bu bölge kükürt ve fosfor içerir. İngot haddelense veya dövülse bile, bu segregasyon bölgesi ortadan kaldırılamaz. Gazı alınmamış bir çelik ergitme kaynağı ile birleştirildiğinde, bu segregasyon bölgesinde bulunan S ve P kaynak bölgesine geçer. Bu şekilde kaynak bölgesinde gözenek oluşumuna ve sıcak çatlama eğiliminin artmasına neden olunur. ŞEKİL

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi Gazı alınmamış çeliklerin birleştirilmesinde; Bindirme yüzey şekli tercih edilmelidir. Aşırı zorlamaya maruz konstrüksiyonlarda kullanılmaması gerekir. Elektrot Al, Ti, Cu, Si, Mg gibi deoksidasyon elementleri içermelidir.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi Kaynak esnasında meydana gelen sıvı kaynak banyosu içerisinde bu deoksidasyon elementlerinin O2 e karşı afiniteleri çok yüksek olduğundan, demir oksitten oksijeni kopartarak kendileri oksitlenirler.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi 3FeO + 2Al 3Fe + Al2O3 2FeO + Si 2Fe + Si2 reaksiyonları gerçekleşir. Oksitler bir arada sıvı bir cüruf oluşturarak, kaynak banyosu yüzeyine çıkarlar ve örtüye karışırlar.

Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler- Çelik üretimi T profillerinde reaksiyon bölgesi Şekil 338 de görüldüğü gibi meydana gelir. T profiline birleştirilen bir levhanın, problemsiz kaynak işlemi için, segregasyon bölgesinin ergitilmeden birleştirilmesi en uygun dizayndır. Bu nedenle T köşenin karşısına gelen levha kenarı kesilir ve bu gölge kaynakla birleştirilmez.

Problemsiz kaynak edilebilen çelikler TABLO 80 sayfa 350

Problemsiz kaynak edilebilen çelikler Genel yapı çeliklerinin kaynak kabiliyeti: Kaynağa uygun: St 37, St 44, St 52 Kaynağa sınırlı olarak uygun: St 50, St 60, St 70 St 33 ün kaynağa uygunluğu C ve Mn içeriğine göre değişir.

Ön tav uygulanamayan konstrüksiyonlarda tamir kaynaklarının yapılması Bazı konstrüksiyonların tamir kaynaklarında, konstrüksiyonun ön tavlaması yapılamayacak durumda ise dikkat edilmesi gereken şartlar: Mümkün olduğu kadar kalın çaplı elektrot kullanmak, Elektrot için önerilen kaynak akım değerinin üst sınırı seçilmelidir. Çünkü akım arttıkça, kaynağa verilen enerji artar ve böylece soğuma yavaşlar. Bazik örtülü östenitik elektrotlar kullanılmalıdır. Östenitik elektrotlar tok olduğu için, çatlak riski azaltılmış olur.

Ön tav uygulanamayan konstrüksiyonlarda tamir kaynaklarının yapılması Kaynak işlemi tek paso ile değil, çok pasolu olarak yapılmalıdır. Bir üst paso, altta kalan dikişin ITAB bölgesine temperleme etkisi yapar. Böylece alttaki dikişin ITAB ındaki gevreklik ve sertlik azalır. Çok pasolu kaynak işlemi bitince, en üstte ana metale değmeyen bir kapak paso çekilirse, alttaki dikişler üzerinde temperleme etkisi meydana getirir. Bu pasoya temperleme pasosu adı verilir.

Ön tav uygulanamayan konstrüksiyonlarda tamir kaynaklarının yapılması Kaynak esnasında elektrota mümkün mertebe hareket verdirilip, geniş bir dikiş elde etmeye çalışılmalıdır. Pasolar arasında ara vermeden kaynak işlemine devam edilmelidir. Kaynak işleminden sonra yavaş soğuyabileceği yerde üzeri örtülü olarak soğumaya bırakılmalıdır. Dikişin üzeri keçe bez ile örtülebilir.

Ön tav uygulanamayan konstrüksiyonlarda tamir kaynaklarının yapılması Soru 1: İki farklı malzeme için parametreler verilerek, t8/5, soğuma zamanı bulunur ve karşılaştırma istenerek yorum yapılması beklenir. Yorum: t8/5, süresinin azalması sertliğin ve mukavemetin artmasına sebep olur, fakat çatlama eğiliminin yükselmesine neden olur. Soru 2: t8/5, süresi verilerek en uygun akım şiddeti veya kaynak hızı istenebilir.

İNCE TANELİ YAPI ÇELİKLERİNİN KAYNAĞI - İnce taneli çeliklerin özellikleri İnce taneli çelikler, yüksek mukavemetli yapı çelikleridir. Otomobil sacları, yüksek basınçlı ve sıcaklığa dayanıklı kapların imalatında oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. İnce taneli çelikler iki türlüdür:

İNCE TANELİ YAPI ÇELİKLERİNİN KAYNAĞI Islah edilmemiş ince taneli çelikler: İnce taneli çeliklerde yapının ince taneli olabilmesi için, nitrür, karbür ve karbonitrür yapıcı Al, V, Nb, Ti, Cr, B gibi elementler ilave edilir. Bu nitrürler ve karbürler, 1100 C ye kadar çözünmedikleri için, östenit bölgesindeki sıcaklıklarda bile tane büyümesi önlenir. Böylece yüksek mukavemetli, ısıya dayanıklı bir malzeme oluşur. Özellikle V ve Nb akma sınırının yükselmesine etki eden ilave elementleridir.

İNCE TANELİ YAPI ÇELİKLERİNİN KAYNAĞI Islah edilmiş ince taneli çelikler: İnce taneli çelikler az miktarda C içerirler. Bu çeliklerde az C martenzit oluşturur ve böylece kaynak kabiliyeti bozulmadan, çeliğin akma ve çekme mukavemetleri arttırılır. Islah edilmiş ince taneli yapı çelikleri olarak adlandırılırlar. Bu çeliklerde martenzit başlama sıcaklığı (Ms), 400 C gibi yüksek bir sıcaklıkta bulunur. Bu sıcaklıkta oluşan martenzit, bu sıcaklığın altında yavaşça soğutulduğu zaman, çelik kendiliğinden temperlenir. Bu şekilde ıslah edilmiş bir içyapıda mukavemeti daha da yükselten ince dağılmış karbür çökeltileri meydana gelmiş olur.

İnce taneli çeliklerin kullanılmasındaki avantajlar Akma sınırı yüksek olduğu için, daha düşük et kalınlıklarına sahip malzemelerde kullanılabilir. Düşük et kalınlığı sayesinde, konstrüksiyonun ağırlığı azalır, ekonomik kazanç sağlanır. Kesit azalması, aynı zamanda kaynak masraflarını da azaltır.

Islah edilmemiş ince taneli çeliklerin kaynağında karşılaşılan problemler Bu çeliklerin kalınlıkları doğrultusundaki mekanik özellikleri zayıftır. Bu doğrultuda zorlanan birleştirilmiş metalde lameler yırtılmalar meydana gelir. ŞEKİL 340

Islah edilmemiş ince taneli çeliklerin kaynağında karşılaşılan problemler Lameler yırtılma tehlikesini azaltmak için yapılabilecek işlemler: Çelik vakum veya elektro cüruf yöntemi ile yeniden ergitilirse, kalınlık doğrultusunda süneklik arttırılır. Böylece lameler yırtılma tehlikesi azaltılır. Lameler yırtılmayı kolaylaştıran mangan sülfür ve bazı oksitlerin hadde doğrultusunda ince levhalar halinde çelik içinde yayılırlar. Eğer malzemenin kükürt miktarı azaltılırsa bu problem azaltılmış olur. Ayrıca kükürtle daha fazla afinitesi bulunan Zr, Ti ve Se gibi elementler ilave edilerek, mangan sülfür oluşumunun önüne geçilir. Böylece lameler yırtılma riski azalır. Bu özelliklere sahip elektrot seçilmesi de oldukça önemlidir.

İnce taneli çeliklerin kaynak kabiliyeti İnce taneli yapı çeliklerinde C ve alaşım elementlerinin miktarları sınırlı bir oranda bırakıldığı için, kaynak kabiliyeti oldukça iyidir. Kaynak işleminde: Uygun bir ön tav sıcaklığı kullanılmalıdır. Genellikle, 80 200 C arasındadır. Parça kalınlığına bağlıdır. Tek pasolu kaynak yerine çok pasolu kaynak tercih edilmelidir. Soğuma süresinin çok az olmamasına dikkat edilmelidir.

İnce taneli çeliklerin kaynak kabiliyeti Aşırı yüksek sıcaklıklardaki bir ön tav, ergime sınırına bitişik bölgede ferrit, yüksek C lu martenzit veya kaba beynit mikroyapısı oluşturur. Bu da kaynak bölgesindeki tokluğun azalmasına neden olur.

İnce taneli çeliklerin kaynak kabiliyeti Çok pasolu kaynakta, bir sonraki paso bir önceki paso üzerinde temper etkisi sağladığı için, kaynak bölgesinin özelliklerinde iyileşme olur. Bu çeliklerde, 500 800 C arasındaki soğuma süresi çok önemli olduğu için, üretici firmalar bu süreyi etiketlerde belirtirler. Çünkü bu süre azalırsa sertlik ve mukavemet artışına neden olur, çatlama riski yükselir.

İnce taneli çeliklerin kaynak kabiliyeti İnce taneli yapı çeliklerinin kaynağında dikkat edilecek hususlar: Kaynak ağzı mümkün mertebe küçük seçilmelidir. Geniş açılı kaynak ağızları, çarpılmalara ve çatlamalar neden olabilir. Çok pasolu kaynak yöntemi kullanılmalıdır.

İnce taneli çeliklerin kaynak kabiliyeti Kaynak pasoları mümkün olduğunca ince çekilmelidir. Kalınlığı 8 mm den fazla olan ince taneli çeliklere, montaj plakaları konulacaksa, ön tav sıcaklığı 150 C olmalıdır. Montaj yardımcı plakaları, düşük karbonlu çelikten seçilmelidir. Elektrot, ana metal üzerinde tutuşturulmamalıdır.