Kaynak Sonrası Isıl İşlemler

Isıl işlem teriminden, metal malzemelerde katı halde sıcaklık değişmeleri ile bir ya da birbirine bağlı birkaç işlemde, amaca uygun özellik değişmeleri anlaşılır. Isıl işlemde bu tanıma uygun olarak, parçaların belirli bir sıcaklığa ısıtılması "ısıtma", bu sıcaklıkta uygun süre tutma "bekleme" ve belirli bir programa uygun olarak sıcaklığın uygun süre tutma "bekleme" ve belirli bir programa uygun olarak sıcaklığın oda sıcaklığına düşürülmesi "soğutma" ile üç kademede özellik değişmeleri sağlanır.

Isıtma, parçanın sıcaklığını, oda sıcaklığında ısıl işlemde öngörülen belirli bir sıcaklığa yükseltme işlemidir. Parçanın işlem sıcaklığına gelmesine kadar geçen süre bekleme süresi olarak adlandırılır. Soğutma işlemi, parçanın ısıtma ortamında bırakılarak ortamla birlikte açık havada ya da diğer yollarla yapılan bir işlemdir.

Fiziksel bir kural olarak malzemenin mukavemeti sıcaklıkta azalır. Isınan malzemenin akma dayanımı mevcut iç gerilmelerin düzeyine indiği zaman kalıcı deformasyon başlar. Bu ise, içeride hapsolmuş gerilmelerin çözülmesi, malzemenin rahatlaması, yumuşaması demektir.

Sıcaklık uygulandıkça kalıntı gerilmeleri azalır.

Isıl işlemden sonra malzemenin soğutulması yavaş yapılmalıdır. Hızlı ısıtma ve hızlı soğutma malzemenin mekanik özelliklerini bozar. (Çarpılmalar, çatlamalar vb.) bunlara dikkat edilmesi zorunludur. Aksi takdirde ısıl işlemin amacı kalmaz. 

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

Gerilim Giderme Tavlaması 

Gerilim giderme tavlaması, tanımlama olarak, malzemeyi At alt kritik sıcaklığın altında bir sıcaklığa kadar ısıtmak, o sıcaklıkta belli bir süre tutmak ve yavaş soğutmaktan ibaret bir kaynak sonrası ısıl işlemdir.

Kaynak Sonrası Gerilim Gidermeyi Gerektiren ve Gerektirmeyen Malzemeler 

Gerektiren Malzemeler 

a- Ferritik çelikler 
b- Karbonlu çelikler 
c- Düşük alaşımlı çelikler 
d- Yüksek alaşımlı (paslanmaz) çeliklerin martenzitik türleri 

Gerektirmeyen Malzemeler 

a- Austenitik (paslanmaz) çelikler 
b- Nikel ve alaşımları
c- Alüminyum ve alaşımları
d- Bakır ve alaşımları
e- Titanyum ve alaşımları

Cidar Kalınlığıyla Gerilim Gidermenin İlişkisi

Cidar kalınlığı çeliğin, özellikle karbonlu çeliğin, soğuğa dayanımı üzerinde birinci derecede rol oynar. Cidar kalınlığı azaldıkça karbonlu çelik daha derin soğukluklara tahammül edebilir. Diğer taraftan kaynak sonrası gerilim giderme işlemi de korbonlu çeliğin soğuğa tahammülünü önemli ölçüde artırır. 
 

Düşük alaşımlı çeliklerin kaynağında elde edilen sertlik, yalın karbonlu çeliklerin kaynağına göre daha fazladır. Çünkü alaşım elementleri kaynak metalinde sertleştirmeyi meydana getirir. Ve buna bağlı olarak da karbon eşdeğerinin alaşım elementlerini tayin eden bir özelliktir.
 
Karbon eşdeğeri artıkça ısıl işlem gereksinimi de artmaktadır. Alaşımlı çelikler için bazı özel işlemler önerilir. 

% 0,1 cr ve %0,5Mo’li çelikler ⇒ 1 saat 620-660 °C'ta gerilim giderme 
% 2,25 Cr ve % 1 Mo’li çelikler ⇒ 2 saat 600-690 °C'ta gerilim giderme 
% 0,5Mo + % 0,25 V + %1 Cr’lu çelikler ⇒ 6 saat 680-710 °C'ta gerilim giderme
 

Martenzitik paslanmaz çelikler tavlanmış, yan sertleştirilmiş, gerilim giderme tavlamasına tabi tutulmuş veya temperlenmiş durumlarda kaynak edilebilir. Isıl işlem durumu ITAB'nin sertliğine ve dolayısıyla kaynak kabiliyetine minimum ölçüde etkilidir. Bu tür çeliklere ihtiyaçlar çerçevesinde 650 °C’de gerilim giderme tavlaması uygulanabilir. 

Martenzitik paslanmaz çeliklerin kaynağında başlıca etkili element karbondur. Karbon miktarı, ITAB'nın sertliği üzerinde etkilidir ve bu bir dereceye kadar kaynak yöntemi ile kontrol edilebilir. ITAB'nın sertliği artarsa soğuk çatlamaya hassasiyet artar ve tokluk azalır. Bu bakımdan, az karbon içeren martenzitik paslanmaz çelikler, bir takım önlemler alınarak kaynak edilebilirler, yüksek karbon içerenler ise mümkün olabildiği kadar kaynak edilmemelidirler. 

Az karbonlu martenzitik paslanmaz çeliklerde, martenzit nispeten daha az serttir ve dolayısıyla çatlamaya karşı eğilimleri daha zayıftır. Normal olarak bu çelikler kaynaktan önce bir ön tavlamaya tabi tutulurlar, burada uygulanan ön tavlama yüksek karbon eşdeğerli çelikler halinde olduğu gibi ITAB'de bir sertlik azalması oluşturmaz, sadece oluşan ısıl gerilmeleri azalttığından çatlama olasılığını azaltır. Bu tür çelikler için uygulanan ön tav sıcaklığı 200-400 °C arasındadır. 

Kaynak bölgesinde daha tok bir yapı elde etmek ve servis esnasında parçalarda ortaya çıkabilecek çatlama olasılığını ortadan kaldırmak amacıyla parçalar mümkün olan hallerde, hemen kaynaktan sonra, paça soğumadan bir gerilme giderme tavlamasına tabi tutulur. 

En iyi süneklik ve tokluk parçanın 800-820°C de dört saat süreyle tavlanarak ve çok yavaş bir şekilde tercihen fırında soğutulması sonucunda elde edilir. 
 

Serbest Genleşmenin Sağlanması

Gerilim giderme işleminde çelik ister istemez genleşecektir. Bu genleşme kontrol altına alınmazsa yeni gerilmeler oluşacaktır. Oluşan bu gerilmelere "ısıl gerilmeler" adı verilir. Isıl gerilmelerin malzemenin akma sınırını aşması halinde çarpılma, çekme veya basma dayanımım aşması halinde de Çatlama meydana gelir. Yerel ısıtmada genleşme olayı nispeten az hissedilir. Böyle ani sıcaklık değişimi minimuma inecektir. 

Isıtılan Kesitin Yüklerden Korunması

Gerilim giderme işlemi sırasında ısıtılan kesimin yük almaması şarttır. Örneğin rafineri, petrokimya fabrikalarında öngörülen ve yükseklikleri minare boyutlu aşabilen proses kulelerinde genel veya yerel gerilim giderme son derece kritik bir olaydır. Küçük bir hareketle felâketler meydana gelebilir. (Rüzgârın etkisi vb.) 

Isıtma 

Gerilim giderme tavlamasının en uygun olacağı yer fırınlardır. Çünkü fırında üniform bir ısıtma vardır. Sıcaklık her yerde aynıdır. Dolayısıyla ısıl gerilme ve çatlama olasılıkları en aza iner. Ve yine oksitlenmede önlenmiş olunur. 

Yukarıda bahsedildiği gibi yerel ısıtmada olumlu sonuçlar verir. Yine bunda dikkat edilecek husus, ısıtmanın simetrik olmasıdır. Aksi takdirde yeni gerilme ve çarpılmalar meydana gelir. 

Kaynak Isısının Ölçülmesinde Kullanılan Isıl Çiftler 

Farklı metal veya alaşımda yapılmış iki tel birer uçlarından birleştirilir ve bu ek yeri ısıtılırsa, tellerin serbest kalan diğer uçlan arasında elektirksel gerilim farkı doğar. Bu etkinin ölçülebilecek derecede belirginleştiği tel çiftlerine ısıl çift adı verilir. Kaynağın ısıl işleminde k tipi ısıl çift kullanılır. Gerilim giderme ısıl işleminin 600-750 °C arası sıcaklıklarına uzun süre dayanabilen ve aynı zamanda yüksek milivoltlar (gerilim) üreten bu tip ısıl çifttir.
Normalizasyon Tavlaması

Normalizasyon tavlamasında çeliğin üst dönüşüm noktasından 40°C daha yüksek bir tav sıcaklığı kullanılır. Burada amaç kaynak dikişindeki ve geniş bölgesinde aşın ısınmış kaba yapıyı homojen ince taneli bir yapıya dönüştürecek tane oluşumunu sağlamaktır. 600°C ye kadar yeterince ince bir tane ve kâfi mukavet elde edilene kadar yavaş yapılmaktadır. 600°C'nin altında ise yeni iç gerilmeler oluşmayacak şekilde yavaş soğutulmalıdır. 

Ayrıca normalizasyon tav sıcaklığında çeliğin çok küçük bir mukavemete sahip olduğu ve bunun sonucu eğer yeteri kadar desteklenmezse parça fırında kendi ağırlığı ile aşırı bir şekil bozulmasının ortaya çıkabileceği unutulmamalıdır. 

Yine yumuşatma tavlamasındaki maksat karbonun ayrışıp birikmesini azaltmak olabilir. Alaşımsız çeliklerde bu tavlamanın en uygun sıcaklığı;

% 0,10'dan az karbonlu çeliklerde 900 °C
% 0,10 ila 0,25 karbonlu çeliklerde 880 'C 
% 0,25 ila 0,35 karbonlu çeliklerde 850 °C dir. 

Bu sıcaklıklarda tutma süresi dakika olarak 1,5 t dir. ( t mm cinsinden cidar kalınlığıdır) 

Normalleştirme tavı sırasındaki yüksek sıcaklıklar kaynaklı kısımların özgül ağırlığına göre biçim değişmelerine sahip olabilir. Bunun için parça tavlanmadan önce iyi yataklanmış ve desteklenmiş olmalıdır. Normalleştirme tavizini maliyeti gerginlik tavına göre oldukça yüksektir. 

Temperleme Tavlaması

Temperlemenin diğer bir ismi menevişlemedir. Menevişleme işlemi A1 (kritik alt sıcaklığı) sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta yapılan bir ısıl işlemdir. Bu ısıl işlemdeki maksat su verilmiş çeliğin ve kaynaktan sonra meydana gelen sert yapının gerilmelerini azaltmak içindir. 

Eğer az ya da çok sertleşebilen çeliklerde kaynak dikişi ve geçiş bölgesinin bir tane dönüşümü isteniyorsa bu durumda ya arkasından gelen bir temperleme işlemiyle birlikte bir normalizasyon tavı veya sertleşme sıcaklığına kadar ısıtarak ardından yağda veya suda su vererek ve bunu takip eden temperlemeden oluşan bir ıslah işlemi öngörülebilir. 

Bu işlem sadece alaşımlı ıslah çekleri ve durumuna göre % 0,3'den fazla karbon içeren karbonlu çelik için söz konusu olur. Fakat bu elverişsiz durumlarda sınırlı kalmalıdır. Genellikle ıslah çeliklerinde kaynaktan sonra basittir temperleme kafidir.