KAYNAK TEKNOLOJİSİ GİRİŞ 2

1. KAYNAK TEKNOLOJİSİ GİRİŞ 2

2. Kaynağın Fiziği İki yada daha fazla metal veya plastikten parçayı, ısı veya basınç etkisi altındailave parça ( elektrot ) kullanımı ile veya kullanmadan kalıcı birleştirme şekil verme işlemi olan kaynaklı birleştirmeyle üretilen ürünlerin birleşim bölgeleri özellikleri nasıl olsun istenmelidir? Bu sorunun en basit cevabı; kaynak bölgesinin yerel özelliklerinin birleştirilen parça mekanik ve teknolojik özellikleri ile aynı olması istenir olmalıdır. Bu nedenle, kaynak bölgesinde kaynaklı birleştirme öncesi, süresince ve sonrası oluşumların dikkate alınması gerekir.

3. Kaynaklı birleştirmelerde, birleşmeyi sağlayan en etkin yöntem eritmedir. Eritme yüksek yoğunluklu ısı enerjisi uygulanmasıyla sağlanır. Eritmeyi oluşturmak için, temas eden yüzeylere yüksek yoğunlukta bir ısı enerjisi uygulamak gerekir, böylece oluşturulan sıcaklık esas metallerin (ve kullanılmışsa ilave metalin) yerel olarak erimesine yol açar. Bu nedenle, yerel ısı girdisi sonucu kaynak bölgesinin kaynak öncesi durumu, kaynak sırası oluşumlar ve soğuma sırasındaki oluşumlar kaynaklı birleştirmenin özellikleri üzerinde belirleyici unsurlardır. Bu durumda ilk akla gelenler: Birleştirilecek yüzeylerin temizliği, esas malzemelerin ve elektrotların yüksek sıcaklıktaki özellikleri, bu yüksek sıcaklıklarda kaynak bölgesinde oluşabilecek reaksiyonlar ve kaynak bölgesi birleşme sonrası soğuma hızıdır.

4. Bu oluşumların kontrolü kaynak bölgesinde neleri etkiler? Genel olarak; kaynak bölgesi mikro yapısını, kalıntı gerilmeleri ve distorsiyonları, kaynak dikişi hatalarını etkiler. Bu nedenlerle; kaynağın fiziği konusu içeriğinde ısının değerlendirmesi, kaynak kabiliyeti, ısının etkisi altındaki bölge ve soğuma sonucu oluşan kalıntı gerilmelerin neden olduğu şekil değişimlerini ifade eden distorsiyonkonuları incelenecektir. Isı Yoğunluğu Birim yüzey başına parçaya aktarılan güç (güç yoğunluğu), W/mm2

5.  Eğer güç yoğunluğu çok düşükse, ısı enerjisi esas metale yayılır ve bölgesel erime sağlanamaz.  Eğer çok yüksek olursa, bölgesel sıcaklık çok yükselerek metalin buharlaşmasına neden olabilir.  Kaynak işleminin güç yoğunluğunun en uygun aralıkta olması gerekir. Kaynakta ısı enerjisi yoğunluğunun yüksek, harcanan enerjinin ise mümkün olan en az düzeyde olması tercih edilir. 􀂃 Oksi-yanıcı gaz kaynağı geniş ısı miktarları üretir, ancak bu ısı geniş bir alana dağıldığından ısı yoğunluğu göreceli olarak düşüktür. 􀂃 Oksi-asetilen gazı, en sıcak olanıdır; 3500°C’lik bir maksimum sıcaklığa ulaşır. 􀂃 Ark kaynağı, yerel sıcaklıkları 5500° ila 6600°C’ye ulaşan, dar bir alanda yüksek enerji üretir.

6. Daha büyük ısı yoğunlukları, − daha derin nüfuziyete (penetrasyon), − daha yoğun ısı bölgesine, − metalurjik yapıda daha az değişiklik ve − kaynak dikişinde daha düşük gerilmelere yol açar. 􀂃 Alüminyum ve bakır gibi yüksek ısıl iletkenliğe sahip metaller, temas alanından ısının hızlı dağılması nedeniyle kaynakta problem oluştururlar.

7. Isı gücü – parça kalınlığı ilişkisi? Kalın parçaların kaynağında daha derin nüfuziyete ihtiyaç vardır. Aynı zamanda, parça kalınlığıyla ilave malzeme kalınlığı artışı gerekir. Büyüyen kütlenin ergitilmesinde daha büyük enerjiye ısı gücüne ihtiyaç duyulur. Kaynak kabiliyeti • “Bir metalik malzeme, verilen bir usul ile bir dereceye kadar kaynak yapılabilir diye kabul edilir. Uygun bir usul kullanarak kaynaklı metalik bağlantı elde edildiği zaman, bağlantı lokal özellikleri ve bunların konstrüksiyona etkileri bakımından önceden tayin edilmiş şartları sağlamalıdır.” (IIW Commission IX)

8. Kaynak kabiliyeti yalnız malzemeye ait bir özellik değil, aynı zamanda kaynak usulüne ve konstrüksiyona da bağlıdır. • Bir metal veya alaşım yüksek bir kaynak kabiliyetine sahip dendiği zaman, hiçbir özel tedbire başvurmadan, her türlü çalışma şartları altında, tatminkar bir kaynak kalitesi elde edilebileceği anlamına gelir. • Alüminyum ve paslanmaz çelikler oksi-asetilen yönteminde zayıf bir kaynak kabiliyeti göstermelerine karşın gazaltı (MIG veya TIG) yöntemlerinde iyi bir kaynak kabiliyetine sahiptirler.

9. Pratikte kaynak yeteneğinin ifadesi olarak “iyi kaynak edilebilir”, “kaynak edilebilir” ve “şartlı kaynak edilebilir” deyimleri kullanılır. Bu deyimlerin anlamları çelik malzemeler için şöyle ifade edilebilir: 􀁺İyi kaynak edilebilir: Malzemenin hiçbir ön ve son tavlamaya gerek olmadan kaynak edilebileceğini ifade eder. 􀁺Kaynak edilebilir: Kaynak yapılacak malzemenin kalınlığı arttıkça, bir ön tavlama gerekir. 􀁺Şartlı kaynak edilebilir: Bu tür malzemede ya karbon oranı yüksektir yada bileşiminde çeşitli alaşım elemanları vardır. Kaynaklı bağlantının geçiş bölgesinde sertleşme ve çatlama nedeniyle özel tedbirler alınmalıdır.

10. Kaynak Kabiliyetini Etkileyen Faktörler

11. Bir malzeme, eğer belirli konstrüksiyon ve imalat şeklindeki özellikleri, kendisinden beklenen her talebe uygun bir kaynak kalitesine ulaşabiliyorsa, o malzeme kaynağa uygun demektir. Bir konstrüksiyon, eğer belirli bir malzeme ve imalat yöntemleri ile oluşturulduktan sonra, önceden tesbit edilmiş işletme şartları altında kendisinden beklenen fonksiyonları yerine getirebiliyorsa, kaynak emniyetine sahip demektir. Bir kaynaklı imalat, belirli malzemelerden oluşturulmuş bir konstrüksiyon halinde, önceden tespit edilmiş imalat şartları altında kolayca imal edilebiliyorsa kaynak yapılabilirliğe sahip demektir.

13. Kaynak Kabiliyetini etkileyen faktörler

15. Çeliklerin Kaynak Kabiliyeti Yapı çeliklerinin kaynağında en önemli problem, sertlik artışı ve buna bağlı çatlama eğilimidir. Sertlik artışı öncelikle yapıdaki karbon içeriğine bağlıdır. Isıl çevrimin sonucu olarak ITAB’da farklı mekanik özelliklere sahip malzeme bölgeleri ortaya çıkar. Kaynak dikişi geçiş bölgesinde martenzit oluşumu nedeniyle sertleşme ve dolayısıyla soğuk çatlaklar görülebilir. Bu durumu etkileyen en önemli faktörler: 􀁺Karbon içeriği 􀁺Alaşım elemanlarının içeriği 􀁺Kaynak dikişi geçişindeki ısıl çevrim 􀁺Hidrojen içeriği

16. Alaşımsız yada hafif alaşımlı yüksek mukavemetli bir çeliğe iyi bir kaynak yeteneğine sahiptir diyebilmek için aşağıdaki iki şartın bir arada bulunması gerekir: 1.Kaynaktan önce ve sonra iyi bir sünekliğe sahip olmalıdır. 2.Kaynak metali esas metal ile karıştığı zaman gevrek olmayan bir kimyasal bileşim sağlamalıdır. Yapı çeliklerinin kaynağında, kaynağın sonucuna etki eden en önemli faktör esas metalin bileşimidir. Özellikle bileşimindeki karbon ve manganez oranı kaynak yeteneği bakımından çok önemli olup maksimum karbon oranı %0,25 olarak tavsiye edilmiştir. Manganez ve diğer alaşım elemanlarının kaynak yeteneği üzerindeki etkileri, karbon cinsinden ifade edilerek “karbon eşdeğeri” terimi ortaya atılmıştır.

17. Karbon eşdeğeri çeşitli şekillerde ifade edilmiştir. Uluslararası kaynak cemiyetinin karbon eşdeğeri aşağıdaki ifadeyle verilmektedir: Karbon eşdeğerinden faydalanılarak bir yapı çeliği için gerekli ön tavlama sıcaklığı aşağıdaki tabloda olduğu gibi tavsiye edilmiştir: Karbon eşdeğeri (%) Ön tavlama sıcaklığı(oC) 0,45’e kadar gerek yok 0,45-0,60 arası 100-200 0,60’dan yukarı 200-300 Diğer bir görüş: Kaynak yapılan çeliğin karbon eşdeğeri % 0,3’ten yüksekse, ön tavlama uygulamak gerekir.

18. Kaynak Metalürjisi • Eritme kaynağında ilave metalle birlikte esas metalin de eriyip katılaşması, değişik metalurjik olaylara neden olur. • Esas metal ile ilave metalin özelliklerinin farklı oluşu, kaynak metalinin özelliklerini de etkiler. • Eritme kaynağı, metal kalıba döküm olarak düşünülür. A ve B levhalarının, C altlığı ve D elektrodu ile kaynak yapılmasının şematik görünüşü.

19. Çeliklerde Kaynak Bölgesi • Kaynak bağlantısının bulunduğu ve kaynak esnasında tatbik edilen ısıdan etkilenen bölgelerin tümüne kaynak bölgesi ismi verilir. Bu bölge erime bölgesi ve ITAB olmak üzere iki kısımdan meydana gelmiştir • Erime bölgesi kaynak esnasında uygulanan ısının tesiri ile eriyen ve kaynaktan sonra katılaşan bölgedir. ITAB’dan erime çizgisi adı verilen, kaynak esnasında erimiş ve erimemiş kısımlar arasındaki sınırla ayrılır. Bu sınır parlatılmış ve dağlanmış bir kaynak bağlantısı enine kesiti üzerinde çıplak gözle dahi görülebilir.

20. Eritme Kaynağında Seyrelme • • Şekil, küt alın ve V-alın kaynaklarında, kaynak banyosunun esas metalle seyrelme oranlarını karşılaştırmaktadır. • üstte kaynak banyosunun büyük yüzdesi esas metalden oluşmaktadır. • altta ise kaynak banyosu büyük oranda ilave metalden oluşmaktadır.

21. Çeliklerde kaynak bölgesinin Fe-Fe3C diyagramıyla açıklanması

23. Isının Tesiri Altındaki Bölge ( ITAB ) Erime sınırına bitişik esas metal, yüksek sıcaklıklara maruz kalır ve yapı ve özellikleri Isının Tesiri Altındaki Bölge’de (ITAB) değişir. Ergiyen bölgenin katılaşması kendini çevreleyen metale ısı iletimi ile sağlanır. Ergiyen bölgenin tane yapısı kolon şekline benzeyen iri tanelerden meydana gelmektedir.

24. İlave metalin katıldığı tipik eritme kaynak bağlantısı aşağıdakilerden oluşur: 􀂃 Erime bölgesi 􀂃 Kaynak ara yüzeyi 􀂃 Isının Tesiri Altındaki Bölge (ITAB) 􀂃 Etkilenmemiş esas metal bölgesi bağlantıdaki bölgeler

25. tane yapısı Eriyen bölgenin bitiminden başlayarak içeriye doğru uzanan ve ısı etkisiyle mikro ve makro yapısında önemli değişikliklerin meydana geldiği bölge Isının Tesiri Altındaki Bölge olarak adlandırılmaktadır. Çelik malzemelerde bu bölgedeki sıcaklık 700-1400°C arasında değişmektedir.

27. Çökelme sertleşmeli bir malzemenin kaynağında, kaynak bölgesi daha zayıf ve daha az sünektir.

28. Ostenitik sıcaklık bölgesine ısıtma, karbon çeliklerinde martenzit oluşumuna ve süneklik düşümüne neden olabilir.

31. Yüksek sıcaklıklarda kaynak bölgesinde oluşabilecek reaksiyonlar? Yüzey kirlilikleri birleşme hatalarına ve gaz gözeneklerine neden olabilir. Yüzey kirliliklerinin kaynak bölgesini çevreleyen atmosferle etkileşimi, vakum, koruyucu bir atmosfer veya bir cüruf ile önlenebilir. Dökümde olduğu gibi, bir dekapanda oksitlerin çözünmesiyle cüruf oluşur. Kaynak sırasında oluşan gazlar (örn. CO), kaynağı zayıflatan ve gerilme yükseltici olarak etkiyen gözeneğe neden olabilir. Hidrojen özellikle önemlidir. Yüzey, malzeme ve ortam yüksek sıcaklık koşullarında kaynak dikişi kalitesini etkiler. Diğer bir ifadeyle, kaynak hatalarına neden olur. Bu nedenle, kaynak öncesi yüzey hazırlama ve kaynak bölgesinin korunması için farklı uygulamalar geliştirilmiştir. Bunun sunucu, farklı isimlerde kaynak yöntemleri ortaya çıkmıştır.

32. Kaynak bölgesi birleşme sonrası soğumanın etkileri? Isı girdisinin kontrol edilmemesi, iç ve dış hatalara neden olabilir. Kısaca bu hataları; iç ve dış çatlaklar, malzeme yapısı özellikleri ve kalıntı gerilmeler sonucu distorsiyonlar şeklinde sunabiliriz.

35. Isının Neden Olduğu Artık Gerilmeler • Kaynakta en çok, maksimum ısının oluştuğu eritme kaynağında artık gerilmeler oluşur. • Artık kaynak gerilmeleri, kaynak yapılan parçalardaki ısıl genleşme ve büzülmenin sınırlanmasıyla oluşur. Bir eritme kaynaklı küt alın dikişinde boylamasına artık gerilmelerin şematik görünüşü.

36. Kaynak Artık Gerilmeleri Artık gerilmeler, kaynak hattına hem paralel hem de dik yönde oluşur. Malzemenin etkiyen gerilmelere cevap vermesi sırasında, tipik bir küt kaynağın (a) enine ve (b) boylamasına büzülmeleri. Sınırlanan enine hareket, tüm dikişte enine gerilmeye neden olur.

37. Isıl Gerilmelerin Etkileri • Kaynağın neden olduğu ısıl gerilmelerin en yaygın sonucu parçanın Distorsiyon’udur. • Distorsiyonların en düşük seviyede tutulması için: – Kaynak işlemi en az ısıyla yapılmalıdır – Kaynaklar, birleşimi oluşturacak en az miktarda olmalıdır – Kaynak sırasında paso sayısı düşük tutulmalıdır – Kaynak işlemi, sınırlanmış bölgelerden serbest bölgelere doğru yapılmalıdır – Ters distorsiyon uygulanmalıdır – Kaynaktan hemen sonra çekiçleme uygulanmalıdır – Kaynak dikişleri simetrik düzenlenmelidir.