Kaynaklı Parçalarda Meydana Gelen Distorsyonlar 

Kaynak işlemi, bölgesel bir döküm işlemi olarak da adlandırılmaktadır. Yani bölgesel ısı artışları, birleştirilecek olan parçaların belirli kısımlarını ergiterek birbirlerine kaynamalarını sağlar. Bölgesel ısı farkları birleşmeyi sağlarken beraberinde bazı olumsuz durumları da getirir. Distorsyonlar da bu olumsuz durumlardandır.

Distorsyon, kaynak işlemindeki ısınma soğuma döngüsü nedeniyle meydana gelen istenmeyen bir durumdur. Isınma soğuma döngüsü sürerken metalin distorsyonuna pek çok faktör etki eder. Örneğin, kaynak alanının sıcaklığının artması, metalin ısıl geçirgenliği, ısı akışının düzensizliği distorsyonlara neden olur.
 

Kaynak sırasında meydana gelen gerilmeler ve çarpılmalar birçok faktöre bağlıdır. Bu faktörlerin başlıcaları şunlardır:

a. Isıtma gerilmeleri (ısıl gerilmeler) : Bir parçanın bölgesel olarak ısıtılması sırasında, uzamanın engellenmesiyle meydana gelen gerilmelere ısıtma gerilmeleri (ısıl gerilmeler) denmektedir. Bu gerilmelerin büyüklüğü aşağıdaki faktörlere bağlıdır.

Sıcaklık farkı (Verilen ısı miktarı ile ilgilidir)
Kaynak hızı
Özgül ısı
Isı iletme kabiliyeti
Radyasyonla ısı yayılımı
Parçanın hacmi ve formu
Elastiklik modülü
Isıl uzama katsayısı.

b. Konstrüksiyonun Rijitliği: Kaynak esnasında meydana gelen ısıl gerilmeler ve gerilmeler, düzgün olmayan soğuma nedeniyle konstrüksiyonda basma (reaksiyon) kuvvetleri oluşturur. Konstrüksiyonun rijitliğine göre bu basma kuvvetleri bir takım çarpılma ve kabarmalar meydana getirir. Burkulmaya karşı rijidite derecesi, konstrüksiyonun formuna bağlı olduğu gibi bilhassa sac konstrüksiyonlardaki sabitleme derecesine de bağlıdır. Düzgün olmayan haller çarpılmaya karşı rijiditeyi düşürür. Bunun için de sac konstrüksiyonlarda burkulma mukavemetini yükseltecek bazı takviyeler konur.

Isıl uzamaya karşı rijiditeyi arttırmakla, yüksek sıcaklıkta akma sınırı düştüğünden plastik bir yığılma olur. Soğuma sırasında da 600°C’nin altında akma sınırı yükseldiğinden, kendini çekme gerilmeleri meydana gelir. Kendini çekmeye karşı uygulanan rijidite derecesine ve soğuma şartlarına göre tek veya çok eksenli gerilmeler meydana gelir. Sonuncusu bilhassa akma sınırının azalmasına sebebiyet verir. Düşük rijitide soğuma sırasında büyük çarpılmalara neden olur.

Malzemenin Metalurjik Özellikleri: Kaynak dikişinin soğuması esnasında Ac3 noktasının üzerinde ısınan bölgede çeşitli iç yapılar meydana gelir. Soğumanın yavaş olması halinde, ostenitik yapı tamamen perlitik yapıya dönüşür. Çabuk soğuma esnasında da dikişin yanındaki bölgede malzemenin karbon miktarına veya alaşım derecesine göre trostitik veya sorbitik gibi ara yapılar yada daha kötü bir durum olan martenzitik bir iç yapı meydana gelebilir. Geçiş bölgesindeki bu ara yapılar, dikişin şekil değiştirme kabiliyetini azalttığı gibi, iç gerilmelerin de meydana gelmesine sebep olur. Bunun için özellikle alaşımlı veya yüksek karbonlu çeliklerde kalın kesitli parçalara büyük önem vermek gerekir. Parçaya kaynaktan önce bir ön tavlama uygulayarak sıcaklık alanlarını mümkün mertebe düzgün bir şekilde yaymak ve diğer tehlikeleri önlemek mümkündür.


Kaynak Gerilmeleri

Metalin bölgesel olarak yumuşayıncaya kadar her tavlanması, soğumayı müteakip gerilmelerin ortaya çıkmasına neden olur. Gerilme içermeyen bir kaynağın yapılması hemen hemen imkansızdır.
Kaynak Gerilmeleri: Kaynak işleminin yapılışı sırasında oluşan gerilmelerdir. 
Kalan Kaynak Gerilmeleri: Kaynak birleştirmesinin soğumasına müteakip, kaynak işlemi tarafından verilen gerilmelerdir. 
Kalan Gerilmeler: Mekanik, termik veya diğer bir işlem sonucunda parçada kalan gerilmedir. 
Enlemesine Gerilmeler: Dikiş düzlemine dikey ve parça yüzeyine paralel düzlemdeki gerilmeler. 
Boylamasına Gerilmeler: Dikiş düzlemine ve parça yüzeyine paralel bir düzlemdeki gerilmeler. 
Derinlemesine Gerilmeler: Dikiş ve parça yüzeyine dikey bir düzlemdeki gerilmeler.

Enlemesine Gerilmeler

Engellenmiş kendini çekmeler nedeniyle, dikişe dikey olarak oluşan dış enine gerilmeler (dış engellemeden ötürü) boylamasına kendini çekme kuvvetlerinin meydana getirdiği kendini çekmelerle birleşir.

Sıcaklık alanının kaynak yerinden başa doğru düzgün olarak yayılması, dikiş boyunca oluşan enine gerilmelerin azalmasını sağlar. Bunun için enine gerilmeler, sıçrama (atlama) ve geri adım kaynak usulleriyle azaltılabilir. Bu usuller, bilhassa az kaynak metalinin yığılması ve ısının çabuk yayılması dolayısıyla artan çatlama tehlikesinden ötürü, kök pasolarının kaynağı için çok elverişlidir. Yüksek kaynak hızı ile çalışmak enine gerilmeleri azaltır.

Boylamasına Gerilmeler

Eğer konstrüksiyon sıkı bir şekilde sabitlenmemişse, dikişteki boylamasına çekme kuvvetleri, boylamasına ve enlemesine gerilme tesiri meydana getirir. Dikiş boyunca, dikişe ait bölgelerde boylamasına büyük çekme gerilmeleri oluşur. Söz konusu basma reaksiyonu gerilmeleri, yeterli miktarda tavlanan kısımlarda ortadan kalkar. Dikişin sonlarında (uçlarında) bir basma, ve ortasında bir çekme (ayrılma) etkisi meydana çıkar. Bu da, hemen enine bir gerilmenin doğmasına neden olur.

Boylamasına gerilmelerin en büyük olduğu yer, kaynak metalinin hemen yanındaki tavlanan dar bölgedir (Özellikle sertleşme eğilimi olan esas metalde). Bu gerilmeler dikişte enine çatlaklar oluşturabilir. Yavaş kaynak yaparak veya bir ön tavlama uygulayarak (tavlanan bölge genişlemiş olur) boylamasına gerilmeleri azaltmak mümkündür. Fakat böylece sacdaki reaksiyon (basma) gerilmelerinin miktarı yükselmekte ve bu da kamburlaşma (bombeleşme) tehlikesini doğurmaktadır.

İç Köşe Dikişlerinde Kendini Çekme Gerilmeleri

Parçanın yalnızca yüzeyi eridiği zaman, genleşme ve kendini çekme, boylamasına ve enine yönlerde kuvvetli bir sınırlamayla karşılaşır. Sabitlenmiş çift taraflı iç köşe dikişinde, birinci köşe dikişi enine istikamette bir etki yapar. Böylece büyük kısmı dikişte toplanan üç eksenli gerilme hali meydana gelir. Bunun bütün dikiş kesidince, her tarafında çekme etkisi yapan, hacimsel bir gerilme hali ortaya çıkardığı tahmin edilmektedir.

Distorsyon temelde 7 ana şekilde incelenir. En çok görülen ilk üç distorsyon tipi boyuna, enine ve açısal distorsyondur. Kalınlık distorsyonu o kadar küçük miktarlarda olur ki çoğunlukla ihmal edilir.

a. Enine Distorsyon: Parçada kaynak dikişine dik eksen boyunca meydana gelen çekmedir. 
b. Boylamasına Distorsyon: parçanın kaynak dikişine paralel eksen boyunca meydana gelen çekmedir. 
c. Açısal Distorsyon: Enine distorsyonun özel bir şeklidir. Parçalar başlangıç durumuna göre α kadar bir açı yaparlar. 
d. Kalınlık Distorsyonu: Parçanın kendi kalınlığı üzerinde meydana gelen çekmedir. Çok küçük bir değer olduğu için pratikte bir önem taşımaz. 
e. Eğilmeler 
f. Burkulmalar 
g. Kıvrılmalar

Enine Distorsyonlar

Alın Birleştirmelerde Enine Distorsyonlar

Enine çekme kaynak doğrultusuna dik yönde meydana gelen boyutsal azalmadır. Bu durum, kaynak oda sıcaklığına soğuduğu zaman ortaya çıkar. Tavlanan kaynak ağzı, kaynak esnasında genleşerek (uzayarak) ağız formunu daraltır. Ve kaynaktan sonra enine distorsyon oluşur. Bu distorsyon %90 - %95 oranında esas metalin termik uzamasından, %5 - %10 oranında kaynak metalinin kendini çekmesinden dolayı meydana gelir. Enine distorsyonun büyüklüğü kaynak yerine verilen ısı miktarına, ortalama yüzey genişliğine ve dikişin boyuna bağlıdır.

Şu hususlara uyarak enine distorsyon azaltılabilir: Kaynak dikişi muntazam şekilde puntalanmalı. Atlayarak ya da geri adım tekniği ile kaynak yapılmalı. Önerilen makale: gazaltı kaynağı fiyatları hakkında detaylı bilgi almak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz. Kaynak hızı yükseltilmeli İnce çaplı elektrotlarla çok paso ile kaynak yapmak. Ancak bu durumda kök pasonun çatlama riski ve açısal distorsyonun artma riski göz önünde bulundurulmalıdır. Kaynak ağzı düzgün hazırlanmalı ve ağız boyunca aynı aralığı muhafaza etmeli.

İç Köşe Birleştirmelerde Enine Distorsyonlar

İç köşe birleştirmelerde çekme, alın birleştirmelere oranla daha küçük olup, yatay sacın tavlanan kısımlarının genleşmeyi sınırlaması enine distorsyonların oluşmasına neden olmakta ve büyüklüğü aşağıdaki gibi ifade edilmektedir.

Dikişin kalınlığı / Sac kalınlığı = a / s = 0,3 ise distorsyon azdır. a / s = 0,5 ise distorsyon normaldir. a / s = 0,8 ise distorsyon fazladır.

İç köşe dikişlerinde enine distorsyon, genel olarak alın dikişlerindekinden daha küçüktür.

Boyuna Distorsyonlar

Kaynak yönüne paralel yönde olan boyutsal azalmalardır.

Alın Birleştirmelerde Boyuna Distorsyonlar

Kaynak metalinin erimesi esnasında dikişin civar bölgeleri genleşmek (uzamak) ister. Soğuk haldeki civar bölgeler (dikişin yanındaki) boylamasına uzamayı sınırlandırır ve plastik bir yığılma meydana gelir. Bu da boylamasına distorsyon ve gerilmelerin oluşumunun esas nedenidir. Ölçülebilen boylamasına distorsyon miktarı azdır ve pratik olarak yalnızca dikişin sonlarında kısalma olur. Dikişin boyu uzadıkça metre dikiş boyuna düşen çekme miktarı azalır. Alın kaynaklarında bu oran 0,1 ile 0,3mm/m’dir. Bununla birlikte dikişte yüksek miktarda uzunlamasına çekme gerilmesinin meydana gelmesi halinde, bütün kendini çekme kuvvetleri bilhassa ince saclarda dikişlerin arasındaki bölgelerde bombelikler (kabartılar) oluşturur. Ölçülebilen mertebedeki boylamasına distorsyonlar, kaynak hızını yükselterek (dar tavlama bölgesi) veya kaynağa ara vererek azaltılabilir.

İç Köşe Birleştirmelerde Boyuna Distorsyonlar

Isınan bölgede oluşan yığılmalar çekmelerin ana bileşenleridir. İnce malzemelerde büzülme kuvvetlerinden distorsyonların gözlemlenebilmesine karşın, kalın malzemelerde bu distorsyonlar ölçülemez boyutlardadır. Köşe kaynaklarıyla gerçekleştirilen birleştirmelerde çekmeler, profil kesidi ile kaynak dikişi kesidinin arasındaki orana bağlı olarak ortaya çıkar.

Açısal Distorsyonlar

Enine distorsyonun özel bir şekli olup, parçanın başlangıçtaki açısına göre kendini (α) açısı kadar çekmesidir. Açısal distorsyon, birleşmenin şekline, boyutlarına, levha kalınlığına ve kaynak yöntemine bağlıdır. Bu distorsyon türü tek taraflı veya simetrik olmayan kaynak dikişleri için söz konusu olup, çift taraflı ve simetrik kaynakta oluşmamaktadır.

Alın Birleştirmelerde Açısal Distorsyonlar

Meydana gelen açısal distorsyonun mertebesi kaynak ağzının şekline, pasoların atılış tarzına ve sac kalınlığına bağlıdır. Açısal distorsyonu, distorsyona ters yönde bir eğim vererek veya kök pasosunu ters taraftan rendeleyerek (oyarak) yeniden paso çekmekle minimuma indirmek mümkündür. Kaynak sırasında parçaların sıkı bir şekilde sabitlenmesi de açısal distorsyonu azaltır. Tek taraftan ve özellikle V kaynak ağzı ile kaynaklanan sacların üst yüzeyleri daha çok ısındığı için, yüzeyin çekmesi daha fazla olur ve açısal distorsyon meydana gelir.

İç Köşe Birleştirmelerde Açısal Distorsyonlar

Açısal distorsyona, tek taraflı tavlama sonucunda sacda oluşan sıcaklık farkları neden olur. İnce saclarda, sac kalınlığı boyunca sıcaklık farkı az olduğu için, kuvvetli enine ve hafif açısal distorsyonlar ortaya çıkar. Kalın çaplı bir elektrot ile tek paso halinde kaynak yapıldığı zaman meydana gelen açısal distorsyon, aynı dikiş yüksekliği için ince çaplı elektrotla çok pasolar halinde yapılan kaynağa nazaran daha azdır. Düzgün olmayan temas halinde, iki parça arasındaki mesafenin büyümesi açısal distorsyonu fazlalaştır. Taşıyıcı kirişlerin kaynağında, yatay parçaya daha önceden ters tarafa doğru bir şekil verilirse kaynaktan sonra oluşacak olan açısal distorsyon önlenmiş olur. Alın birleştirmelerdekine benzer olarak kaynak konstrüksiyonun kalınlığı boyunca üniform olmayan ısısal daralmalar nedeni ile konstrüksiyonun ağırlık merkezi (nötr ekseni) etrafında oluşan moment açısal distorsyona neden olur.
 

Kaynak işleminde meydana gelen distorsyonları, uygun konstrüktif ve teknolojik önlemlerle azaltmak mümkündür. Çoğu kez kaynaktan önce alınacak önlemler, kaynak sonrasında yapılacak işlemlerden daha etkili sonuçlar vermektedir.

Konstrüktif Önlemler 

a. Kaynak tekniğine uygun dizayn yapılmalıdır 
b. Kaynak dikişleri ölçüden fazla olmamalı, yapılan hesapların verdiği veya standartlardan alınan değerlerin üstüne çıkılmamalıdır. Aşırı kaynaktan uzak durmak gerekir. Yığılmış kep distorsyonu arttırır.
c. Eğer mümkünse, özellikle ince saclarda iç köşe dikişleri kesikli biçimde düzenlenmelidir. (Dinamik zorlamalara maruz kalmayan konstrüksiyonlar için)
d. Kaynak dikişleri ya konstrüksiyonun ağırlık merkezi eksenine denk getirilmeli yada simetrik olarak düzenlenmelidir.
e. U kaynak ağzı ya da X kaynak ağzı ısı girdisini azaltacağı için distorsyonları da azaltacaktır. V kaynak ağzı kullanılacaksa açının 30° den az olması sağlanmalıdır. 
f. Kuvvet hatlarının akışı açısından, alın birleştirmeler kullanılmalıdır. 
g. Kuvvet akışlarının keskin yön değiştirmelerinden kaçınılmalıdır.
h. Çok eksenli gerilme halinin meydana çıkması önlenmelidir. Çeşitli kaynak dikişlerinin aynı yerde toplanması halinde, parçanın bazı kısımları ayrılarak gerekli tedbirler alınmalıdır. 
i. Kaynak dikişleri birbirine çok yakın olmamalıdır. Alın kaynak dikişleri arasında en az 200mm’lik bir mesafe bırakılmalıdır. 
j. İnce sac konstrüksiyonlarda burkulma mukavemeti, konstrüktif tedbirlerle takviye edilmelidir. 
k. Olabildiğince iyi şekil değiştirme kabiliyetine sahip malzemeler kullanılmalıdır. 
l. Konstrüksiyon, kaynak esnasında mümkün mertebe uzun müddet kendini serbest olarak çekebilecek tarzda dizayn ve monte edilmelidir. 
m. Bir konstrüksiyonun rijiditesi, kaynak esnasındaki uzama imkanı ile az tutulmalıdır.

Teknolojik Önlemler

a. Elektrot çapı ve akım şiddeti, kaynak ve gerilme tekniği bakımından uygun tespit edilmelidir. Böylece parçaya gereksiz miktarda fazla ısının verilmesi engellenmiş olur.
b. Uygun kaynak sırası hazırlanmalıdır. 
c. Kök pasosunda meydana gelecek çatlakların önlenmesi için, bu paso kalın bir elektrot ile kaynak yapılmalıdır. 
d. Minimum gerilme uçlarının meydana gelmesi için, genel olarak kalın çaplı elektrot kullanılmalıdır.
e. Açısal distorsyonu azaltmak için, kaynak ağızları mümkün mertebe kalın tabakalar halinde doldurulmalıdır. 
f. Tabaka halindeki kaynak, dar pasolar halinde kaynaktan daha iyidir. 
g. Kaynak ağzının dar pasolarla doldurulması halinde, kaynağa önce ağzın kenarlarından başlanmalı ve sonra ortadaki paso kaynak yapılmalıdır. 
h. Üst pasolar gerilme uçları oluşturduğundan, tek taraflı ağız şekillerinde, çok sayıda dar paso ile kaynak yapmaktan kaçınılmalıdır. Her paso ısı girdisi anlamına gelmektedir.
i. Açısal distorsyonu azaltmak için, simetrik dikişler sıralı şekilde atılmalıdır.
j. İmkanlar nispetinde sıçrama veya geri adım tekniğinde kısa dikişler çekerek kaynak yapılmalıdır.
k. Takviyeler, mümkünse en sonda kaynak edilmelidir. 
l. Bir yama ve deliğin kaynağında, enine gerilmeleri azaltmak ve çatlama tehlikesini önlemek için, yamaya hafif bombelik verilmelidir. 
m. Kaynak sonrasında oluşması muhtemel açıyı kaynaktan önce eğri çatarak oluşturup, kaynak sonrası normal formunu bulmasını sağlanmalıdır.
n. Bağlama elemanları içerisinde, kaynak yapılması mümkün olmayan parçalar, enine kendini çekme istikametinde belirli bir hareket miktarına izin verilecek şekilde, el mengeneleri ile sabitlenmelidir.
o. Kirişlerin dikey kısımlarının birbirine alın olarak birleştirilmesinde, dikey levhanın kendini iyice çekebilmesi için, önce boğaz kirişleri 300mm kadar açık bırakılmalıdır. 
p. Kaynak sırasında geçiş bölgesi sertleşen malzeme veya kalın kesitlerde, bir ön tavlama uygulanarak ya da kalın bir elektrot seçerek gerekli tedbirler alınmalıdır.