Farklı Ferritik Çeliklerin Kaynağı

 

Farklı ferritik çeliklerin birbirleriyle birleştirilmesi sırasında ortaya çıkan problemler çözülemez ağırlıklı değildir. Ancak yine de çatlama riskini ve gereksiz yere özel dolgu malzemeleri kullanımını önlemek amacıyla aşağıda belirtilen esaslara dikkat edilmesi gerekmektedir.

a) Yöntem seçimi
b) Dolgu malzemesinin belirlenmesi
c) Kaynak işlemi
d) Isıl işlem
 

Birleştirilecek çeliklerden birinin kimyasal bileşimi çatlama riskini arttıracak ya da kaynak metalinin özelliklerini kötü yönde etkileyecek durumda ise göreceli küçük metalsel banyolu bir kaynak yönteminin seçilmesi gerekmektedir. En çok incelenen iki çelik türü orta ve yüksek karbonlu çelikler olup örneğin mühendislik çelikleri ve yüksek kükürt içeren otomat çelikleri bu gruba girmektedir. 

Yüksek karbonlu çeliklerde; tozaltı kaynağı, elektrocüruf ve MIG (sprey ark) kaynak yöntemleri yüksek seyretme seviyelerine neden oldukları için kaynak metalindeki karbon miktarının yükselmesine yol açar. Bunun sonucunda sıcak kırılganlık riski artmakta ve kaynak metalindeki hidrojen çatlağı olasılığı ortaya çıkmaktadır. Benzer şekilde otomat çeliklerindeki kükürt eğer kaynak metalinde yüksek seviyelerde seyreliyorsa sıcak kırılganlık riski yine artar. Bu tür çeliklerin kaynağı için önerilen kaynak yöntemi düşük akım seviyelerinde kullanılan bazik elektrotla MMA' kaynağıdır. Düşük akım seviyesi zararlı seyrelmeyi azaltmakta, bazik örtü ise kaynak dikişindeki kükürt içeriğini düşürmektedir. 

Her iki çeliğin kaynağında da kaynağı daha zor olan çeliğe ön kaplama yönteminin uygulanması problemi büyük ölçüde azaltabilmektedir. 

Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik kare profil nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.


Ön Kaplama Yöntemi 

Kaynak kabiliyeti az olan çeliklerin ön kaplama adı verilen bir teknik kullanılarak kaynak edilmesiyle oldukça başarılı uygulamalar elde edilmiştir. Bu işlemin temelinde kaynak ağzının, dönüşüme uğrayan bölgesinden (ki bu bölge genelde IEAB'dır) daha kalın ve yumuşak çelikten bir tabaka ile örtülmesidir. Bu yöntem genellikle serbest saclara uygulandığı için istenmeyen gerilmeler oluşmamakta ve prensipte çatlaklarla karşılaşılmamaktadır. Birleştirme işlemi ise yumuşak çelik tampon üzerine yüksek mukavemete sahip bir elektrot ile gerçekleştirilir. Bu yöntem sayesinde kaynağı zor olan çeliğe ön kaplama işlemi uygulandıktan sonra diğer pasolar daha yüksek akım seviyelerinde gerçekleştirilebilmektedir. 

Bazı özel durumların dışında, dolgu malzemesinin mukavemeti çeliklerden düşük mukavemetlisine uygun olacak şekilde seçilmelidir. Bağlantıda bundan daha yüksek bir mukavemete gerek duyulmaz ve mukavemeti daha yüksek bir kaynak metalinin kullanılması çatlama riskini, özellikle kaynak metalinde hidrojen çatlağı riskini kaçınılmaz şekilde arttırır. Çatlama riskini en aza indirmek ve daha yüksek bir tokluk sağlamak için düşük hidrojenli bazik elektrotlar kullanılarak MMA kaynağı uygulanmalıdır. Yumuşak çelikler ya da çekme dayanımı 500 N/mm²'ye kadar olan C-Mn çeliklerinin MMA kaynağı için E7016 veya E7018 elektrotları uygun olup bunlar mukavemet değeri daha yüksek çeliklerin birleştirilmesinde kullanılan ve daha yüksek dayanımlı kaynak metali veren elektrot tiplerinden daha düşük maliyetlidir. Bu duruma uymayan tek uygulama, ferritik elektrotların kullanıldığı ve normalleştirme ya da sertleştirme gerektiren bağlantılarda bu işlemler sonucunda kaynak metalinde mukavemet kaybı olan uygulamalardır. Bu tür uygulamalarda eğer bazı ısıl işlemler yapılmışsa ısıl işlem sonrası bağlantının mukavemetinin uygun olup olmadığı veya özel dolgu malzemelerine ihtiyaç duyulup duyulmadığının belirlenmesi amacıyla testler yapılmalıdır. 

Orta ya da yüksek karbonlu çeliklerin kaynağında ön ısıtma işlemini ve elektrotun kurutma gereksinimlerini azaltmak amacıyla yaklaşık 750 daN/mm² çekme mukavemetine sahip ostenitik tip elektrotlar sık olarak kullanılır. Bazı elektrotlar hidrojen çatlağına neden olurken karbon içeriğinin % 0,3'ü geçtiği çeliklerde çoğu zaman yaklaşık 150° C gibi bir ön ısıtma yapılması gerekir. 
 

Normal şartlarda, dolgu malzemesi mukavemetinin kaynak edilecek iki çelikten daha zayıf olanına uyacak şekilde seçilmesine rağmen kaynak yöntemi bu iki çelikten daha çok çatlak ihtimali yaratabilecek olanına yani daha mukavemetli olanına göre seçilmelidir. Aynı zamanda her iki çeliğin de IEAB'sindeki tokluklarını koruyacak şekilde bir ön ısıtma, pasolar arası sıcaklık ve ısı girdisinde bazı sınırlamaları dikkate almak gerekmektedir. 

Maksimum karbon eşdeğeri 0,49 olan bir C-Mn çeliği ile düşük alaşımlı yüksek mukavemetli (800 N/mm²) çeliğin kaynağında bazı problemler ortaya çıkabilir. Hidrojen çatlağını önlemek için C-Mn çeliği yüksek mukavemetli çeliğin gerektirdikleri de dikkate alınarak kaynak edilmiştir. Bu işlem sırasında ön tav sıcaklığı 120° C'ı geçmemiş, pasolar arası sıcaklık 150° C ile sınırlanmış ve ısı girdisinin 2,2 kj/mm'yi aşmaması sağlanmıştır. Orta seviyede hidrojen içeren dolgu malzemeleri ile örneğin nispeten kötü koşullarda ve kurutulmamış bazik karakterli MMA elektrotları ile yaklaşık 80 mm'yi geçen bağlantı kalınlıklarında güvenli bir kaynak işlemi seçmek mümkün değildir. Bu durum, özellikle C-Mn çeliğinin gerektirdiği 150° C'ı aşan ön ısıtma ya da 2,2 kJ/mm'den daha yüksek ısı girdisi ile yapılan kaynak koşullarının sağlanamaması nedeninden kaynaklanmaktadır. 

Çok düşük hidrojen içeren dolgu malzemeleri kullanılarak C-Mn çeliği tüm kalınlıklarda ve yüksek mukavemetli çeliğe de uygun olacak şekilde çok düşük ısı girdisiyle emniyetli bir şekilde kaynak edilebilmektedir. 
 

Farklı kimyasal bileşimde olan ferritik çelikler arasındaki bağlantıların, kaynak sonrası ısıl işlemleri sırasında uygun bir gerilim giderme işlemi gerçekleştirmek ya da çeliklerden birinin sürünme direnci ve tokluğunu olumsuz yönde etkileyebilecek sert bir IEAB'yi temperlemek amaçlanır. İki çeliğin maksimum kaynak sonrası ısıl işlem sıcaklıkları arasındaki farklılık 20° C'dan fazla değilse bir uyum söz konusudur. 

BS 1501-224 kalite bir C-Mn çeliği ile BS 1504-245 kalite bir C/0,5 Mo çeliği arasındaki bağlantının ısıl işleminde bağlantının C/0,5 Mo tarafı daha büyük önem taşır. C/0,5 Mo çeliğinin kaynak sonrası ısıl işlem alt limit sıcaklığı C-Mn çeliğininkinin üst limitinden sadece 10° C yüksektir. Bu nedenle amaçlanan ısıl işlem sıcaklığı C/0,5 Mo'nun alt limit sınırına doğru 640° C olacak şekilde seçilecektir. Eğer C/0,5 Mo ile 1 Cr/0,5 Mo çelikleri kaynak edilecekse ısıl işlem sıcaklığı her iki çeliğin de ısıl işlem sıcaklık aralığının dışına çıkmadan 660° C olarak seçilebilir. 

Cr-Mo'li basınçlı kap çeliklerinin yumuşak çeliğe veya yüksek mukavemetli su verilmiş ve temperlenmiş çeliklere kaynağında düşük temperleme sıcaklıkları kullanılır. Bu tür çeliklerin kaynak sonrası ısıl işlem sıcaklıkları arasında büyük farklılıklar vardır. 

700° C gibi yüksek temperleme sıcaklığına sahip 5 Cr/0,5 Mo çeliklerine yumuşak çelikten bir ön kaplama tabakası uygulandığında kaynak sonrası uygulanan ısıl işlem sonucunda aşırı derecede yumuşama görülecektir. Pratikte bu durum çok önemli değildir. Çünkü ilk kaplama tabakasında ana metalden Cr ve Mo seyrelmeyi olacak ve bu bölge temperleme işlemi sonrası yeterince mukavemetli kalacaktır. 

İkinci kaplama tabakası da yine bir miktar krom içerecektir. Cr kalıntılarının çoğu yeniden ostenite dönüşecek ve kaynağın kendisi bir IEAB olacaktır. 

Yüksek mukavemetli su verilmiş ve temperlenmiş çeliklerin kaynağında herhangi bir kaynak sonrası ısıl işlem uygulamasında çeliğin temperleme sıcaklığının aşılmamasına özen gösterilmelidir. 

Sonuç olarak, ostenitik elektrotların hidrojen çatlağı riskini azaltmalarına karşın daha yumuşak bir IEAB vermediklerini unutmamak gereklidir. IEAB ısıl işlem sırasında temperlenerek yumuşatılabilir ancak ostenitik kaynak metalinin ve ferritik ana metalin ısıl genleşme katsayıları arasındaki farklılık nedeniyle verimli bir gerilim giderme işlemi gerçekleştirilemez. Tüm bunlar gerçekleştirilirken seçilen ısıl işlemin sigma fazı çökelmesine neden olarak kaynak metaline zarar vermemesi için gerekli önlemler alınmalıdır.