Düşük dönüşüm sıcaklığının altında, nispeten düşük bir sıcaklıkta ferritik çelikler üzerinde gerçekleştirilen bir ısıl işlem; geleneksel bir yapısal karbon çeliğinde bu, 600-650°C civarında olacaktır. Sertliği azaltır, çekme mukavemetini düşürür ve sünekliği ve tokluğu artırır. Normalleştirilmiş çeliklerin çoğu kaynaktan önce temperlenir, tüm su verilmiş çelikler su verilmiş ve temperlenmiş durumda kullanılır.
Yaşlanma veya Yağış Sertleşmesi
Çökeltilerin doğru boyutunu ve dağılımını üretmek için tasarlanmış düşük sıcaklıkta bir ısıl işlem, böylece akma ve çekme mukavemetini arttırır. Genellikle öncesinde bir çözelti ısıl işlemi uygulanır. Çelik için sıcaklık 450-740 derece C arasında olabilir, bir alüminyum alaşımı 100-200°C arasında yaşlandırılabilir. Daha uzun süreler ve/veya daha yüksek sıcaklıklar, çökeltinin boyutunda bir artışa ve hem sertlikte hem de mukavemette bir azalmaya neden olur.
Stres Giderici
Adından da anlaşılacağı gibi, bu, kaynak büzülmesinden kaynaklanan artık gerilmeleri azaltmak için tasarlanmış bir ısıl işlemdir. Metalin sıcaklığı yükseldikçe akma dayanımının azalmasına ve kaynak ve ana metalin sünmesiyle artık gerilimlerin yeniden dağıtılmasına izin vermesine dayanır. Gerilim giderme sıcaklığından soğutma, zararlı termal gradyanların meydana gelmemesi için kontrol edilir.
Isı Sonrası
Ön ısıtmayı yaklaşık 100 °C artırarak ve bu sıcaklığı 3 veya 4 saat koruyarak kaynağın tamamlanmasından hemen sonra gerçekleştirilen düşük sıcaklıkta bir ısıl işlem. Bu, kaynaktaki veya ısıdan etkilenen bölgelerdeki herhangi bir hidrojenin bağlantı elemanı dışına yayılmasına yardımcı olur ve hidrojen kaynaklı soğuk çatlama riskini azaltır. Yalnızca hidrojen soğuk çatlamasının önemli bir sorun olduğu, yani çatlamaya çok duyarlı çelikler, çok kalın bağlantılar vb. olan ferritik çeliklerde kullanılır.
Kaynak Sonrası Isıl İşlem (PWHT)
Peki 'kaynak sonrası ısıl işlem' terimi ne anlama geliyor? Bazı mühendislere göre, kaynak tamamlandığında gerçekleştirilen herhangi bir ısıl işlemi tanımlamak için kullanılan oldukça belirsiz bir terimdir. Ancak diğerleri için, özellikle BS PD 5500, EN 13445 veya ASME VIII gibi basınçlı kap kodlarına göre çalışanlar için çok kesin bir anlamı vardır. Bir mühendis
kaynak sonrası ısıl işlem, tavlama, temperleme veya gerilim gidermeden bahsettiğinde bu nedenle tavsiye edilir.
Kaynak sonrası ısıl işlem, üç temel nedenden biri veya birkaçı nedeniyle yapılabilir:
Kaynaklanabilecek demirli ve demirsiz metaller ve alaşımlar aralığında bu üç hedeften bir veya daha fazlasını elde etmek için ısıl işlem yelpazesi, bu kısa İş Bilgisi makalelerinde ayrıntılı olarak ele alınamayacak kadar geniştir. Aşağıdaki bölümde, uygulama standartlarının gerektirdiği şekilde karbon ve düşük alaşımlı çeliklerin PWHT'si üzerinde durulacaktır, ancak kaynak mühendisinin demir alaşımlarında karşılaşabileceği diğer ısıl işlem biçimlerinden kısaca bahsedilecektir. İlgili iki temel mekanizma vardır, birincisi gerilim giderme ve ikincisi mikroyapısal modifikasyonlar veya temperleme.
Stres Giderme
Stres giderme işlemi neden gereklidir? Kaynaklı parçanın bir kısmının veya tamamının yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasını gerektiren pahalı bir işlemdir ve bazı alaşımlarda istenmeyen metalürjik değişikliklere neden olabilir. Yukarıda belirtildiği gibi bir veya daha fazla neden olabilir. Kaynaklı bir bağlantıya kilitlenen yüksek artık gerilimler, parça işlenirken veya hizmete girdiğinde kabul edilebilir boyutların dışında deformasyonun oluşmasına neden olabilir. Karbon ve düşük alaşımlı çeliklerdeki yüksek artık gerilmeler, çatlak ilerlemesi için bir itici güç sağlayarak gevrek kırılma riskini artırabilir. Artık gerilimler, doğru ortamda örneğin kostik hizmetindeki karbon ve düşük alaşımlı çelikler veya klorürlere maruz kalan
paslanmaz çelikler gibi stres korozyon çatlamasının oluşmasına neden olacaktır.
Bu yüksek artık gerilimlere ne sebep olur? Kaynak, esasen soğuk olan iki ana metal yüzey arasında erimiş metalin birikmesini içerir. Bağlantı elemanı soğudukça kaynak metali büzülür ancak her iki taraftaki soğuk metal tarafından kısıtlanır; bağlantı elemanındaki artık gerilim bu nedenle sıcaklık düştükçe artar. Gerilme yeterince yüksek bir değere ulaştığında (o sıcaklıktaki akma noktası veya dayanıklılık mukavemeti), metal bir sürünme mekanizması vasıtasıyla plastik olarak deforme olur, böylece bağlantıdaki gerilme akma mukavemetiyle eşleşir. Sıcaklık düşmeye devam ettikçe akma mukavemeti artar, deformasyonu engeller, böylece ortam sıcaklığında artık gerilme genellikle ispat kuvvetine eşittir.
Bu yüksek kalıntı gerilimi azaltmak için, bileşen yeterince yüksek bir sıcaklığa yeniden ısıtılır. Sıcaklık arttıkça, ispat gücü düşer, deformasyonun oluşmasına ve kabul edilebilir bir seviyeye ulaşılana kadar artık gerilmenin azalmasına izin verir. Bileşen, stabil bir duruma ulaşılana kadar bir süre bu sıcaklıkta tutulacak (ıslatılacak) ve sonra tekrar oda sıcaklığına soğutulacaktır. Bağlantı elemanında kalan artık gerilme, ıslatma sıcaklığındaki ispat kuvvetine eşittir.
Paslanmaz çelik, sıcaklık 500 derece C'yi geçene kadar pek etkilenmez. Bu nedenle, bağlantı elemanının mekanik özelliklerini olumsuz etkilemeden artık gerilimde kabul edilebilir bir azalma elde etmek için çeşitli alaşımlar için bir dizi ıslatma sıcaklığı vardır. Karbon manganlı çeliklerde bu sıcaklık 550-620 derece C, sürünme dirençli çeliklerde 650-750 derece C ve paslanmaz çeliklerde 800-850 derece C arasında olacaktır.
Bir sonraki makale, ferritik çeliklerin temperlenmesini ele alacak ve bunu diğer alaşımlar ve ısıl işlem faaliyetlerini uygulama ve kontrol etme yöntemleri hakkında daha fazla bilgi izleyecektir.
Temperleme
Temperleme, sadece çelikler için geçerli olan ve önceki ısıl işlemler sırasında oluşmuş olabilecek sert mikro yapıları yumuşatmak, sünekliği ve tokluğu artırmak için yapılan bir ısıl işlemdir. Temperleme ayrıca, gerekli mekanik özellikleri sağlamak için çökeltilerin oluşmasını ve bunların boyutunun kontrol edilmesini sağlar. Bu, özellikle sürünmeye dayanıklı krom-molibden çelikleri için önemlidir. Temperleme, çeliğin alt kritik sıcaklığın altındaki bir sıcaklığa ısıtılmasını; bu sıcaklık çeliğe eklenen herhangi bir alaşım elementinden etkilenir, böylece bir karbon-mangan çeliği için sıcaklık yaklaşık 650°C, 2¼CrMo çelik için 760°C civarındadır. Su verilmiş çelikler her zaman temperlenir. Normalleştirilmiş çelikler de genellikle temperlenmiş durumda tedarik edilir, ancak bazen düşük karbonlu karbon-manganez çelik sadece normalleştirilmiş durumda kaynaklanabilir, temperleme PWHT sırasında elde edilir. Tavlanmış çelikler, temperlenmiş durumda tedarik edilmez.
Takım çeliklerinin temperlenmesi 150°C'ye kadar düşük sıcaklıklarda yapılabilir, ancak kaynak mühendisinin endişesi olan yapı çeliklerinde temperleme sıcaklığı çeliğin bileşimine bağlı olarak genellikle 550-760°C arasındadır.
Kaynak Sonrası Isıl İşlem (PWHT)
PWHT hem gerilim gidermeyi hem de temperlemeyi kapsayan özel bir terimdir ve kaynak sonrası ısıl işlemlerle karıştırılmamalıdır. Bu tür işlemler, alüminyum alaşımlarının yaşlandırılmasını, östenitik paslanmaz çeliğin çözeltiyle işlenmesini, hidrojen salınımını vb. içerebilir. PWHT, belirli kriterler karşılandığında birçok kod ve spesifikasyonda zorunlu bir gerekliliktir. Kalıntı gerilimi azaltarak ve tokluğu artırarak kırılgan kırılma riskini azaltır ve gerilim korozyonu çatlaması riskini azaltır. Bununla birlikte, gerilmeler çoğunlukla sıkıştırıcı olmadıkça, yorulma performansı üzerinde çok az yararlı etkisi vardır.
ISO 15614 Kısım 1 ve ASME IX gibi tüm kaynak prosedürü yeterlilik şartnamelerinde temel bir değişkendir. Nitelikli zaman ve/veya sıcaklık aralıklarının dışında PWHT veya ısıl işlemin eklenmesi veya silinmesi, kaynak prosedürlerinin yeniden vasıflandırılmasını gerektirir.
Yukarıda belirtildiği gibi, PWHT, ana kriter kalınlık olmak üzere belirli kriterler karşılandığında zorunlu bir gerekliliktir. BS EN 13445 ve BSPD 5500, 35 mm kalınlığındaki derzlerin PWHT'd, ASME VII 19 mm'nin üzerinde olmasını gerektirir. Bununla birlikte, gemi stres korozyonunun olası olduğu bir durumda hizmete girecekse, kalınlıktan bağımsız olarak PWHT zorunludur. Islatma süresi ayrıca kalınlığa da bağlıdır. Çok genel bir kural olarak bu, 25 mm kalınlık için bir saattir; doğruluk için ilgili spesifikasyona atıfta bulunulmalıdır.
Spesifikasyonlardaki bu farklı gereklilikler, birden fazla spesifikasyona uyması amaçlanan bir prosedür yeterlilik testi yapılacaksa büyük özen gösterilmesi gerektiği anlamına gelir. Bir başka önemli nokta da, mukavemeti çelik için belirtilen minimumun altına düşürme riski olduğundan, PWHT sıcaklığının orijinal temperleme sıcaklığından yüksek olmaması gerektiğidir. Sadece çeliğin yeterli mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermek için mekanik testler yapılırsa, tavlama sıcaklığının üzerinde PWHT yapmak mümkündür. Test, açıkçası, yeni ısıl işlem durumundaki gerçek malzeme üzerinde yapılmalıdır.
350-400°C üzerindeki maksimum ve minimum ısıtma ve soğutma oranları da uygulama kodlarında belirtilmiştir. Çok hızlı bir ısıtma veya soğutma hızı, eşit olmayan ısıtma veya soğutma nedeniyle kabul edilemez bozulmaya neden olabilir ve çok yüksek oranda kısıtlanmış bileşenlerde ısıtma sırasında gerilim çatlaklarının oluşmasına neden olabilir.
PWHT Uygulaması
PWHT yöntemi bir dizi faktöre bağlıdır; hangi ekipman mevcut, bileşenin boyutu ve konfigürasyonu nedir, hangi ıslatma sıcaklığına ulaşılması gerekiyor, ekipman gerekli ısıtma hızında eşit ısıtma sağlayabilir mi? En iyi yöntem fırın kullanmaktır. Bu, kalıcı bir sabit fırın veya bileşenin etrafına dikilmiş geçici bir fırın olabilir, bu sonuncusu özellikle büyük hantal yapılar için veya sahada büyük bir bileşeni PWHT için kullanışlıdır. Kalıcı fırınlar, üzerine bileşenin yerleştirildiği tekerlekli bir fırın yatağı veya sabit bir ocak ve çıkarılabilir bir kapak kullanan bir silindir şapkalı fırın ile boji yüklenebilir. Tipik olarak, 150 tonluk bir basınçlı kabı ısıl işlemden geçirebilen bir fırın, yaklaşık 20 m uzunluğa, 5x5 m'lik bir kapıya sahip olacak ve saatte yaklaşık 900 cu/metre gaz tüketecektir.
Fırınlar elektrik, rezistanslı veya indüksiyonlu ısıtma, doğal gaz veya petrol kullanılarak ısıtılabilir. Fosil yakıtlar kullanılıyorsa, yakıtın kükürt gibi bazı alaşımlarda, özellikle bunlar östenitik çeliklerse veya nikel bazlıysa, örneğin korozyona dayanıklı kaplamalarda çatlama sorunlarına neden olabilecek elementler içermemesine özen gösterilmelidir. Hangi yakıt kullanılırsa kullanılsın fırın atmosferi, fırın atmosferinde yanmamış karbon nedeniyle aşırı oksidasyon ve ölçeklenme veya karbürizasyon olmayacak şekilde yakından kontrol edilmelidir. Fırın gaz veya petrol yakıtlıysa, alevin bileşene veya sıcaklık izleme termokupllarına dokunmasına izin verilmemelidir; bu, yerel aşırı ısınmaya veya PWHT sıcaklığına ulaşılamamasına neden olacaktır.
PWHT sırasında bileşenin sıcaklığının izlenmesi çok önemlidir. Modern fırınların çoğu, fırın içindeki bölgelerin sıcaklığını ölçen ve kontrol eden termokupllar ile bölge kontrolünü kullanır, kontrol bilgisayar yazılımı aracılığıyla otomatik olarak gerçekleştirilir. Bölge kontrolü, farklı çelik kalınlıklarına sahip bir bileşene PWHT uygulanırken ısıtma hızlarını kontrol etmek için özellikle yararlıdır. Bununla birlikte, bileşende doğru sıcaklıklara ulaşıldığını kanıtladığı için fırın sıcaklığının izlenmesi tavsiye edilmez. Bu nedenle, termokupllar genellikle belirli aralıklarla bileşenin yüzeyine yapıştırılır ve bunlar, ısıtma ve soğutma hızlarını ve emme sıcaklığını otomatik olarak kontrol etmek için kullanılanlardır, böylece tek tip bir sıcaklığa ulaşılır. Termokuplların sayısı ve yerleşimi ile ilgili katı ve hızlı kurallar yoktur, her bir öğenin ayrı ayrı değerlendirilmesi gerekir.
Daha önce bahsedildiği gibi, sıcaklık arttıkça akma dayanımı azalır ve bileşen PWHT sıcaklığında kendi ağırlığını destekleyemeyebilir. Bu nedenle aşırı bozulma gerçek bir olasılıktır. Isıl işlem sırasında bileşenin yeterince desteklenmesi ve bileşene uyacak şekilde şekillendirilmiş sehpaların düzenli aralıklarla yerleştirilmesi esastır. Bunların aralığı, öğenin şekline, çapına ve kalınlığına bağlı olacaktır. Basınçlı kap gibi bir silindirin içinde dahili destekler gerekebilir; eğer öyleyse, ısıl genleşme katsayılarının eşleşmesi için destekler benzer bir malzemeden olmalıdır.
Bir basınçlı kabın tek bir işlemde, tüm kabı barındıracak kadar büyük bir fırında ısıl işlem görmesi tercih edilen yöntem olsa da, bu her zaman mümkün değildir. Bu durumda basınçlı kap uygulama kodları, tamamlanmış bir kabın fırın içindeki bölümlerde ısıl işleme tabi tutulmasına izin verir. Isıtılmış bölgelerin üst üste bindirilmesi gereklidir – örtüşmenin genişliği genellikle kap kalınlığı ile ilgilidir. Örneğin BS EN 13445, 5√Re örtüşmesini belirtir; burada R = iç çap ve e = kalınlık; ASME VIII, 1,5 metrelik bir örtüşmeyi belirtir. Bu yapılırsa, kapta iki PWHT döngüsü yaşamış olacak (kaynakları içerebilecek) bir bölge olacağı ve bunun kaynak prosedürü kalifikasyon testinde dikkate alınması gerektiği unutulmamalıdır. Ayrıca bir endişe alanı vardır, bu, fırın içindeki ısıtılmış alan ile fırın dışındaki soğuk bölüm arasındaki bölgedir. Sıcaklık gradyanı, kap, ısı yalıtımlı battaniyelerle yeterince geciktirilerek kontrol edilmelidir ve gereklilikler uygulama kodlarında verilmiştir.
