Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Kaynağı

Küresel grafitli dökme demir 1946 yılında üretime başlayan ve her sene üretimi artış gösteren bir demir alaşımıdır. Diğer dökme demir türlerinde olduğu gibi küresel dökme demir parçaları da sadece döküm yoluyla üretilmektedir. Küresel grafitli dökme demir, çeliğe benzer bir matris içerisinde dağılmış küre geometrisinde grafitlerden oluşan mikro yapıya sahiptir. Bu tip dökme demire sfero, sünek veya nodüler dökme demir adları verilmiştir.

Nikel ve krom ilavesi ile alaşımlı veya ostenitik küresel dökme demir türleri de üretilmektedir. Küresel dökme demirler, gri dökme demirin bütün avantajları (düşük ergime sıcaklığı, iyi akışkanlık, kalıp doldurma üstünlüğü, üstün talaş kaldırma kabiliyeti ve düşük kendini çekme) ile çeliklerin avantalarını yüksek mukavemet, süneklik, tokluk ve ısıl işlem kabiliyetini birleştiren bir malzeme türüdür.

Küresel grafitli dökme demirler ülkemizde de üretilen bir dökme demir türüdür. Bu dökme demir türünde de kaynak kabiliyeti diğer dökme demirlerde olduğu gibi düşüktür. Bu nedenle döküm yoluyla üretilen parçalar genellikle kaynak edilmeden konstrüksiyonlarda yer alır.

Küresel dökme demir üretimi için en fazla kupol ocaklarından ve endüksiyon fırınlarından faydalanılmaktadır. Çelik hurdası, pik ve küresel grafitli dökme hurdası şarj olarak fırında ergitilmektedir. Ergiyen sıvı metalin kükürt oranı yüksek ise, ilk önce kükürt giderme işlemi yapılır. Kükürt giderme işleminde en fazla kireç taşı (CaO), kalsiyum karbür(CaC₂) veya soda külü (NaCO₃) kullanılır. Daha sonra sıvı metale grafitleri küreleştirme amacı ile ilave yapılır. Bu amacı gerçekleştirecek elementlerin arasında magnezyum en etkilisi ve en ucuza olduğundan yaygın olarak kullanılmaktadır.

Küreleştirme için gerekli magnezyum miktarı sıvı demirin kükürt ve oksijen miktarına büyük ölçüde bağlıdır. İlave sırasında sıvı metal 1550 °C olup magnezyumun buharlaşma sıcaklığının üzerindedir. Bu nedenle magnezyum alaşımlar halinde metala ilave edilir. Magnezyumun bir kısmı oksijen ve kükürdü bağlamak için harcanır, bir kısmı reaksiyona girmeden buharlaşarak uçar, kalan kısmi grafitleştirmesi için bileşime girer. İlave işlemi sonunda kimyasal bileşimde %0.015-0.050 magnezyum kalması istenir.

Küresel grafitli dökme demirlerde grafit kürelerinin şekli ve dağılımı ile matris mikroyapısı mekanik özelliklere tesir eder. Grafitlerin kürelikleri bozuldukça mekanik özelliklerde düşme olur. Küresel olmayan grafit miktarı arttıkça akma gerilmesi, çekme gerilmesi, süneklik, elastisite modülü ve darbe dayanımı azalır. Üretim şartlarına ve kimyasal bileşimine bağlı olarak matris mikro yapısı, ferrit, perlit veya perlit-ferrit karışımı olur. Ferrit miktarı ile süneklik artarken mukavemet azalma gösterir. 

Küresel dökme demir parçalar otomotiv sanayiinde, tarım makinalarında, konstrüksiyon ekipmanların-da, makina takımlarında tek parça veya birleştirilmiş (cıvata ile, kaynaklı v.b.) halde kullanılmaktadır. 

Önerilen Makale: Çelik boru malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik konstrüksiyon boruları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Küresel grafitli dökme demirlere uygulanan kaynak yöntemlerini, bakım onarım ve üretim kaynakları olarak kabaca iki guruba ayırmak mümkündür. Örtülü elektrotlarla yapılan elektrik ark kaynağı iki gurubuna girmektedir. Bu sebeple, yapılan sınıflandırmanın kesin olmadığı, kaba bir sınıflandırma olduğu anlaşılmaktadır. 

Döküm parçalarındaki porozite, kum inklüzyonları, gaz ve çekme boşlukları ile servis sırasında meydana gelen çatlak ve aşınma gibi hataları gidermek için yapılan kaynak işlemlerine bakım onarım kaynağı adı verilmektedir. Küresel grafitli döküm parçalarının çelik veya dökme demirlerle seri parça maksatla kaynaklı birleştirme işlemleri ise üretim kaynağı olarak kabul edilmektedir. Küresel grafitli dökme demirlere endüstriyel olarak uygulanan kaynak yöntemleri şunlardır: 

1- Oksi asetilen kaynak yöntemi 
2- Toz kaynak yöntemi 
3- Örtülü elektrotlu elektrik ark kaynak yöntemi 
4- Kısa ark boyu ile MIG kaynak yöntemi 
5 - Özlü elektrotlarla elektrik ark kaynak yöntemi 
 

Dökme demirlerin kaynaklı birleştirmelerinde bir birinden farklı mikroyapıda ve mekanik özelliklerde bölgeler meydana gelir. Kaynak yapılırken meydana gelen termal gradyene bağlı olarak bu farklı bölgeler oluşmaktadır. Başlıca beş bölge mevcuttur. Bu bölgelerin elektro-kimyasal potansiyelleri farklı olmasına rağmen korozyon özellikleri uygulamada birbirine yakın olduğu bulunmuştur. Bu bölgelerin özellikleri aşağıda detaylı olarak açıklanmıştır. 

Kaynak Metali 

Kaynak metalinin mikroyapısı ve özellikleri direkt olarak kaynak için kullanılan elektrot veya telin özelliklerine bağımlıdır. Kaynak sırasında sıvı metalde karıştırma olduğundan kaynak metali kimyasal bileşimi oldukça uniform olur. Kaynak işleminden sonra genellikle kaynak metaline talaş kaldırma uygulanacağından sertliğin 300 Brinell den daha az olması istenir. Kaynak metali ile ana metalin renk uyumu istendiği hallerde sarf malzemesinin bileşimi uygun olarak seçilmelidir. 

Karbür Bölgesi 

Bu bölge kaynak metali sınırındaki bölgedir. Likidüs sıcaklığı üzerine ısınan dökme demir ergiyip sıvı kaynak metaline katılır ve beyaz dökme demir olarak katılaşır. Bu bölgede magnezyum küreleştirici etkisi yok olmuştur ve soğuma hızı çok yüksek olduğundan demir karbür şeklinde katılaşma meydana gelmiştir. Demir karbürler genellikle sürekli bir ağ şeklinde veya masif halde bulunurlar. Kaynak ön tavlama sıcaklığı karbür bölgesi kalınlığı üzerinde önemli rol oynar. Tavlama sıcaklığı arttıkça karbür bölge kalınlığı azalır. Ön tavlama sıcaklığı 1100 °C üzerine çıktığında bu bölge yok olur. Endüstriyel uygulamalarda ön tavlama genellikle 300 °C’nin altında yapıldığından bu bölge kaynaklı birleştirmelerde her zaman mevcut olmaktadır.

Kısmı Ergime Bölgesi 

Kaynak sırasında likidüs ile solidüs sıcaklığı arasında ısınan bölgede kısmi ergime meydana gelmektedir. Kaynak sırasında primer küresel grafitlerin çevresindeki matris ergir. Geri kalan matris yüksek sıcaklığa ısındığından kaba ostenite dönüşür. Grafit nodüllerin kısmi çözünmesi de meydana geldiğinden hem sıvının hem de ostenitin karbon oranı yükselir. Sıvı metalin kimyasal bileşimi ötektik dökme demir bileşimine yaklaşır. Soğuma sırasında sıvı metal masif demir karbür ihtiva eden beyaz dökme demir olarak katılaşır. Kaynak ısı çevriminde hızlı soğuma gerçekleştiğinden sıvı metal beyaz dökme demir olarak katılaşmaktadır. Eğer çözünen grafit miktarı yüksek olursa demir karbür sürekli bir ağ şeklinde olur. Yüksek karbonlu ostenitin sertleşme kabiliyeti yüksek olduğundan soğuma sırasında ostenit kaba martanzite dönüşür. Ostenitin bir kısmı kalıntı ostenit olarak dönüşmeden mikro yapıda yer alır. Ön tavlama sıcaklığı arttıkça kısmi ergime bölgesi kalınlığı azalır. Karbür bölgesinin her ikisinde de karbür mevcut olduğundan birçok araştırmacı iki bölgeye de karbür bölgesi adını verdiğini literatürde görmekteyiz. 

Küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında karbür ve kısmi ergime bölgeleri sert karbür içerdiğinden yüksek sertliğe ve düşük sünekliğe sahiptir. Bu bölge kaynağın mekanik özelliklerini menfi olarak etkilemektedir. Kısmi ergime bölgesinin kalınlığı çok daha fazla olduğundan tesiri de daha büyük olacaktır.

Küresel dökme demirlerin kaynağında çatlaklar solidüse yakın sıcaklıklarda ve 800-500 °C katı hal dönüşüm sıcaklık arasında meydana gelir. Yüksek sıcaklıklarda empuritelerin segregasyonu ile tane sınır mukavemeti azalmakta ve kaynak gerilmeleri ile çatlak oluşmaktadır. Fosforun tesiri yüksek sıcaklarda belirgin olarak görülmektedir. Fosfor demir ile çok sert ve seyrek bir ötektik faz oluşturur ve geri kalan alaşımından 200 °C daha düşük sıcaklıkta katılaşır. Böylece kaynakta sıcak çatlamaya yol açar. Kaynak edilecek küresel grafitli dökme demirlerde fosfor miktarı %0,10, hatta mümkün ise %0,05 oranından daha az olmalıdır. Kaynak Sırasında kısmi ergime bölgesinin maksimum sıcaklığı, bu sıcaklıkta kalma süresinin azalması, kaynak ısı girdisi, ön tavlama, pasolar arası sıcaklığın dikkatli kontrol edilmesi katı hal dönüşüm sıcaklık aralığında meydana gelen çatlamaları önler. Düşük ergime sıcaklığındaki sarf malzemesi kullanımı, kaynak ısı girdisinin azaltılması, ön tavlama sıcaklığının yükseltilmesi çatlama ihtimalini azaltır.
 
Bu tedbirler ostenitin kabalaşmasını ve karbonca zenginleşmesini önlediği gibi soğuma hızını azaltarak ostenitin sert, kırılgan mikroyapıya dönüşümünü engelleyerek çatlama ihtimalini azaltmaktadır.

Dönüşüm Bölgesi 

Bu bölge A1 kritik sıcaklığı ile solidüs sıcaklığı arasına ısınan bölgedir. Isınma sırasında ostenit teşekkül eder. Ostenitin karbon homojenliği, tane boyutuna, ısınma sıcaklığına ve ısınma süresine bağlıdır. Kaynak ısı çevrimine bağlı olarak ostenit kaba veya ince martansit veya perlite dönüşür. Ferritik dökme demirlerde az, fakat perlitik dökme demirlerde çok miktarda martensit dönüşümü meydana gelir. Mikroyapı dönüşüm bölgesinde heterojen şekilde olur. 

Ana Metal 

Kaynak ısı çevriminden etkilenmeyen, en fazla A1 kritik sıcaklığına kadar ısınan bölgedir. Bu bölgenin mekanik özelliklerinde hemen hemen hiç bir değişme görülmez.

Kaynak Edilecek Parçaların Hazırlanması 

Her hangi bir kaynak işleminden elde edilecek başarı kaynak öncesinde parçaların hazırlanma ve temizleme verimine doğrudan bağımlıdır. Küresel grafitli dökme demir kaynak parçalarının döküm kabuğunun giderilmesi ve yüzeyde mevcut olan pas, boya, yağ, oksit, kum gibi maddelerin uzaklaştırılması kaynak işleminin ilk adımıdır. 

Kaynak yüzeyine püskürtme ile temizleme yapıldığında döküm kabuğunun yüzeye batma ihtimali olduğundan talaş kaldırma, taşlama, arklı veya alevli oluk açma ile yüzey temizlenir. Taşlama sırasında fazla basınç uygulanırsa yüzeyde hızlı ısınma ve oksitlenme olur. Ayrıca yüzeyde sıcaklık derecesi o kadar artar ki hızlı soğuma ile martensit dönüşümüne bağlı olarak yüzey sertleşir ve çatlamalar oluşur. Alevli veya arklı oluk açma işleminde ise kesilen yüzeye komşu bölgeler hızla ısınıp soğuyarak sertleşir. Bu sertleşen bölgelerde çatlama meydana gelebilir. Bu sebeple oluk açma işleminden mümkün olduğu kadar kaçınılmalıdır. Eğer oluk açma gerekli ise ön taşlama yapılmalı ve işlem sırasında sertleşen veya oksitlenen bölgeler talaş kaldırma yöntemi ile temizlenmelidir. 

Kaynak yüzeyinde kalan yağlar kaynak bölgesinde gözenek oluşumuna yol açacağı için temizlenmelidir. Yüzey kimyasal temizleme yöntemlerle kaynak yüzeyi temizlendiği gibi bir kaç dakika 350-400 °C ile yüzeydeki bu problem önlenebilir. 

İş Parçalarına Kaynak Ağzı Açma
 
Ağız açısı V kaynaklarında 75-90° iken U birleştirmelerinde 20-30° alınacaktır. Kaynak parçası kalınlığı 12 mm üzerine çıktığı zaman tek V yerine çift V ağzı açmak daha iyi kaynak neticesi vermektedir. Çift V ağızlı kaynaklarda elektrot tüketimi ve distorsiyon azalmaktadır. V kaynaklarında, U kaynaklarına nazaran daha üstün mekanik özellikler elde edildiği için V kaynakları tavsiye edilmektedir. 

U ve V kaynak birleştirmelerinde kök kısmı kaynağın en hassas bölgesidir. Kök pasolarda ince elektrotlar veya ince tel kullanıldığından kaynak ısı girdisi az olmakta ve kaynak metaline komşu bölge hızla soğuyarak diğer pasolara nazaran daha kalın bir karbür tabakası meydana gelmektedir. Bu fazla karbür teşekkülünü önlemek için yeterli kaynak sağlayacak minimum kök yüzey genişliği ve tavsiye edilmektedir. Çelikler ile küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında çekilen kök pasoların farklılığı bu şekilde açıkça görülmektedir. V ve U kaynaklarında kök pasosu çekildikten sonra fleks ile kaynak açıklığına nüfuz eden kaynak metalinin, oksitsiz metal ortaya çıkana kadar temizlenmesi de tavsiye edilmektedir.

İş Parçalarının Ön Tavlaması

Kaynak edilecek küresel grafitli dökme demir parçalarının kaynak yapılacak yüzeylerinin kaynak yapılmadan hemen önce tespit edilmiş sıcaklıklara ısıtılması ön tavlama demektir. İş parçasının tümü veya sadece kaynak edilecek kısmı ön tavlamaya tabi tutulur. Ön tavlamanın uygulama amaçları;

1- Soğuk çatlamaları önlemek 
2- Isının tesiri altında kalan bölgenin sertliğinin düşük olmasını sağlamak 
3- Kaynak kalıntı gerilmelerini azaltmak 
4- Distorsiyon ve çarpılmaları azaltmak 

On tavlama sıcaklığının kontrolü önemlidir. Yüzey temas Pirometresi ile kolaylıkla iş parçalarının sıcaklığı ölçülebilmektedir. İş parçasının istenilen sıcaklığın biraz üzerinde ısıtılması uygulama kolaylığı sağlar. Kaynak başlayana kadar geçen sürede iş parçası istenilen sıcaklığa düşer. 

Ön tavlama fırın içerisinde yapılabileceği gibi şaloma ile lokal ısıtma yolu ile de gerçekleştirilmektedir. Bilhassa perlitik mikroyapılı dökme demirlerin ve karışık şekilli parçaların lokal ısıtma sonunda termal şoka bağlı çatlamaların meydana gelmemesine dikkat edilmelidir. 

Çok pasolu kaynak birleştirmelerinde bir önceki paso bir sonraki işlem için ön tavlama tesiri yapmaktadır. Her pasodan sonra kaynak bölgesi temizlenmeli ve bölgenin ön tavlama sıcaklığına kadar soğuması beklenmelidir. Ön tavlamasız kaynaklarda ikinci ve daha sonraki pasolar 95 °C’nin altında çekilmelidir. Ön tavlamalı kaynaklarda ise ikinci pasolar ön tavlama sıcaklığının en fazla 55 °C üzerinde çekilmelidir.
 

Küresel grafitli dökme demirin kaynağından sonra final asıl işlemi de yapılmaktadır. Uygulanan ısıl işlemin amacı sert fazların sertliğini ve gevrekliğini gidermek, kaynak kalıntı gerilmelerini yok etmektir ve kaynak sünekliği ile talaş kaldırma kabiliyetini artırmaktır. Isıl işlem, kaynak biter bitmez sıcak halde veya soğuma tamamlanır tamamlanma uygulanmaktadır. Kaynak çatlamalarını önlemek için hemen ısıl işlem uygulaması etkin olmaktadır. Uygulanan ısıl işlemler gerilme giderme, yumuşatma tavlaması ve ferritizasyon olarak üçe ayrılmaktadır. 

Gerilme giderme tavlama sıcaklığı iş parçalarının kimyasal bileşimine göre seçilmektedir. Alaşımsız küresel grafitli dökme demirler 550-630 °C arasında tavlanıp fırında 250 °C ye kadar soğutulduktan sonra sakin ortamda oda sıcaklığına soğutulur. Gerilme giderme tavlaması sırasında martensit ve beynit temperlenmesi ve karbürlerin grafitleşmesi ile ısının tesiri altında kalan bölgede sertlik düşmesi olmaktadır. Tav sıcaklığı 538 °C den 677 °C ye çıkartıldığında sertlik düşmesi olmuştur. Küresel dökme demirlerde martensit 538 °C nin üzerine ısıtıldığında önce demir karbür teşekkül eder. Sonra bu demir karbür çözülür ve ince karbon çökelmesi olur. Çöken bu karbonlar birleşerek ferritik matris içerisinde sekonder grafit modülleri meydana getirir. Sekonder grafitlerin birim hacimdeki sayısı, temperleme sıcaklığı süresine, martensitin incelik ve kabalığına, martensit karbon oranına ve dökme demir kimyasal bileşimine bağlıdır. Kaynaklı birleşmelerin karbür kısmı ergime ve dönüşüm bölgelerinin her birinde sekonder grafit teşekkülü olur. ITAB’daki karbürlerin temperlenmesi ile temper karbon çökmesi meydana gelmektedir. Bölgedeki perlit ve beynit ise tavlama sırasında parçalanarak ferrite dönüşmektedir. Açığa çıkan karbon ise sekonder grafitleşme yapmamaktadır. Bu karbon atomları mevcut primer grafitlere yayınmaktadır.
 
Küresel dökme demirlerde sekonder grafit teşekkülü, tokluğun sünekliğinin azalmasına yol açar. Kaynak edilmiş parçalarda da aynı olay geçerli olmaktadır. Gerilme giderme tavlamasından sonra ITAB maksimum sertliği azalmış, tokluk ve süneklik kaynak edilmiş duruma göre artış göstermesine rağmen ana metal yani kaynak öncesi özelliklere ulaşılamamıştır. Tavlama sırasında süneklik ve tokluk üzerinde iki zıt mekanizma etkili olmuştur. Kalıntı gerilmelerinin ve sertliğin düşmesi sunekliği ve tokluğu arttırırken sekonder grafitleşmeye zıt tesir yapmıştır. Sonuçta mekanik özelliklerde cüzi gelişme sağlanmıştır. 

Yumuşatma tavlaması 900-920 °C ye ısıtma ve sakin havada soğutma ile gerçekleştirilir. Bu tavlamanın amacı ITAB sertliğini tamamen gidererek talaş kaldırma kabiliyetini geliştirmek ve kaynak bölgesinde yüksek tokluk ve sünekliği elde etmektir. Sertlik ve mukavemet, kaynak öncesi değerlerine dönmesine rağmen bu ısıl işlemde de süneklik ve tokluk orijinal değerine dönmemektedir. Yumuşatma tavlaması sırasında ITAB 'daki karbürler temper karbona dönerken martensit, beynit veya perlit kısmen ferritize olmaktadır. Temper karbon ve sekonder grafit oluşumu sünekliğin artmasına engel olmaktadır. Temper karbon teşekkülü kaçınılmaz bir olaydır. Ancak, kaynak sırasında ön tavlama yapılarak martensit oluşumu önlenirse sekonder grafitleşme ve menü tesiri yok edilebilir. Temper karbonun tesirini azaltmanın tek yolu orijinal karbür morfolojisini kontrol altında tutmaktır. Bu da katılaşmadaki soğuma hızına bağlıdır. Karbür bölgesinin soğuma hızı mümkün olduğu kadar yavaş olmalıdır. 

Ferritizasyon ise tamamen ferritik matris elde etmek için yapılan bir ısıl işlemdir. Küresel grafitli dökme demirin sertliği düşer, talaş kaldırma kabiliyeti ve sünekliği artar. Ferritizasyon için dökme demir 900-955°C’de her 25 mm kalınlık için 1 saat ilavesi ile bir saat tavlanır. Daha sonra 690 °C ye fırında soğutulur. 690 °C den sonra sakin havada soğutma yapılır. 

Oksi Asitilen Kaynak

Oksi asetilen kaynak yöntemi esas olarak döküm parçalarının hatalarını onarmak için uygulanır. Ayrıca döküm parçalarının aşınma direncini artırmak için sert yüzey kaplama maksadı ile de kullanılır. 

Oksi asetilen kaynak yönteminde kaynak ısı girdisi elektrik ark kaynak yöntemlerine nazaran daha büyük olduğu için ITAB daha kalın olmaktadır. Kaynak ısı girdisi büyük olduğu için ön tavlama sıcaklığı genellikle 600-650 °C civarındadır. Kaynak edilecek parça küçük ise ön tavlama sıcaklığı 425 °C ye kadar düşürülmektedir. Bu kaynak yönteminde ön tavlama sıcaklığı yüksek olduğundan soğuma hızı düşük olmakta ve ITAB sertleşmesi daha az olmaktadır. Bu sebeple bakım onarım kaynakları için çok önemli olan talaş kaldırma kabiliyeti yüksek olmaktadır.

Kaynak edilecek parçaların yüzeyi kaynak öncesinde temizlenir. Kaynak alevi redükleyici karakterdedir. Kaynak teli küresel grafitli dökme demirden yapılmıştır. 

AWS-RCI-B telinin kaynak metalinde karbonun büyük kısmı küresel halde olduğundan kaynak metalinin özellikleri ve talaş kaldırma kabiliyeti yüksek olur. Kaynak sırasında başlıca borat, borik asit, demir oksit ve sodyum klorür maddeleri ihtiva eden özel flaks kullanılır. Kaynak sırasında kaynak telinden (ANS-RCI-R teli) ve flaks'dan kaynak metaline magnezyum ve/veya seryum transferi sağlanır. Böylece kaynak alevi redükleyiei olduğundan küreleştirici elementlerin kaynak sırasında minimum oksitlenmesi ve kaybı sağlanır. 

Toz Kaynak

Toz kaynak yöntemi düşük ısı girdili bir kaynak yöntemidir. Bu yöntemle bütün küresel grafitli dökme demir türleri kaynak edilebilmektedir. Kaynak sırasında ana metal sıcaklığının 850 °C nin üzerine çıkmasına müsaade edilmediğinden kaynak bölgesinde karbür ve martensit teşekkülü olmamaktadır. Bu yöntem yatay ve düşey kaynak pozisyonlarında kullanılmaktadır. Kaynak ısı girdisi elektirik ark kaynağından yüksek olduğundan distorsiyon bu yönteme göre daha fazla meydana gelmektedir. Ayrıca kullanılan toz pahalı olduğundan ve kaynak işlemi yavaş olduğundan kaynak maliyeti elektrik yöntemlerine göre pahalı olmaktadır. Ancak elektrik ark kaynak ile birleştirilecek parçaların yüzeyini toz kaynakla, yağlamak sureti ile kaynağın ITAB sertliğinin düşük olması ve talaş kaldırmanın kolaylaştırılması sağlanmaktadır. Toz kaynak alaşımlarının ısı dayanımı, aşınma ve korozyon özellikleri yüksek olduğundan bu şartları gerektiren yerlerde kullanılan parçaların küresel grafitli dökme demirden olmasını mümkün kılmaktadır. Dökme demirin yüzeyi toz kaynak ile kaynatıldığında istenilen servis şartları elde edilmektedir. 

Toz kaynağında özel olarak tasarlanmış oksi asetilen kaynak şalomosundan faydalanılmaktadır. Şalomoda gaz karışma hücresinde asetilen ve oksijen gazı karışmakta ve karışım memeden çıkarken yanmaktadır. Kaynak işleminde kullanılan toz belirli bir debide memeden gaz karışımıyla üflenmektedir. Kaynak tozu memeden çıktıktan sonra alevin ısıtması ile erir ve iş parçasının yüzeyine sıvı halde çarpar. Bu sıvı metal ile iş parçası arasında difüzyon gerçekleşerek kaynak sağlanmaktadır. 

Kaynak tozları esas olarak nikel bazlı çok ince tozlardır. Bunlara silisyum ve bor alasımı yapılarak ergime sıcaklıkları düşürülmüştür. Ayrıca demir, krom, kobalt gibi alasım elementleri ilave edilerek kaynak metalinin 170-700 Brinell arasında olması sağlanmaktadır. Bu alaşım elementleri ile kaynak toz alaşımının ısı, korozyon ve aşınma özellikleri de değiştirilmektedir. 

Toz kaynak yönteminde iş parçası yüzey kalitesi kaynak sonucunu çok büyük oranda etkilemektedir. Kaynak yüzeyi temizlendikten sonra hazırlanan yüzey bir şalomo ile 200-300 °C 'ye ısıtılır ve 0.025-0.05 mm kalınlıkta bir tabaka elde edecek kadar toz kaynak yapılır. Bu ince tabaka kaynak yüzeyini oksitlenmeden korumaktadır. Yüzey kaplaması yapıldıktan sonra kaynak işlemine geçilir. Ferritik ve perlitik küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında ön tavlama gerekmez. Ancak karışık şekilli parçaların kaynağında ön tavlama yarılmaktadır. Ayrıca kaynak sırasında iş parçası yüzeyinde 800 °C’nin üzerinde bir ısınma meydana geldiğinde ITAB 'da martasit dönüşümü olmaktadır. Kaynak işleminden sonra kaynak bölgesinin yavaş soğumasını sağlayarak martensit dönüşmesini önlemek için 250 °C 'ye kadar ön tavlama yapılmaktadır. Kaynakçının ana metal sıcaklığını gözle kontrol etmesi gereklidir. Bu nedenle kaynakçının klasik koyu yeşil camlı gözlük yerine açık renkli gözlük kullanılması önerilmektedir. Açık renkli cam ile ana metal sıcaklığı daha koyu tahmin edildiğinden kaynakçının tecrübeli olması gerekmektedir. Eğer yüzey sıcaklığı 750 °C'nin altına düşerse yayınma az olacağından kaynak kalitesi düşmektedir. Kaynak sıcaklığının sabit kalması için sürekli sıvı kaynak metal havuzu sağlanmalıdır. Ayrıca alevin asetilence zengin kısmının sıvı metal ile teması engellenmelidir. Zira bu durumda alevden kaynak metaline karbon transferi olacağından metal sertleşecek ve talaş kaldırma kabiliyeti azalacaktır. Çok pasolu kaynaklarda pasolar arasında ince prozite oluştuğundan mümkün olduğu kadar paso sayısı azaltılmalıdır. Tek paso kalınlık limiti 13 mm'dir. Çok pasolu kaynaklarda her pasodan sonra dikiş temizlenmelidir. Kaynak işleminden sonra, kalıntı gerilmelerin giderilmesi istenirse 600- 620 °C'de gerilme giderme tavlaması yapılmaktadır.

Örtülü Elektrotlar ile Ark Kaynağı

Perlitik ve ferritik küresel grafitli dökme demirler örtülü elektrotlu elektrik ark kaynak yöntemi ile kaynak edilirken ostenitik dökme demirlere bu yöntem uygulanamaz. Dökme demirlerde örtülü elektrotlar ile hem bakım onarım kaynağı hem seri üretim kaynağı gerçekleştirilmektedir. 

Elektrotlardan alaşımsız çelik elektrotları kaynak sırasında döküm ile karıştığından kaynak metalinde 7.0.50 karbon bulunur. Bu elektrotlar ile kaynak yapılırken ön tavlama sıcaklığı 550 °C civarında olur. Bu elektrotlar nadiren kullanılır. 

Nikel bazlı elektrotlar elektrik ark kaynak yönteminde yaygın olarak kullanılan elektrotlardır. Bu elektrotlarda karbon oranı çok yüksektir. Elektrot örtüsünden kaynak metaline karbon transferi olmaktadır. Nikelin karbon çözünürlüğü düşük olduğundan fazla karbon katılaşma sırasında grafit olarak kaynak metali mikroyapısında yer alır. Bu grafit metal hacmini artırarak büzülme miktarını azaltır ve böylece büzülmeden doğan çekme gerilmelerini azaltarak çatlama ihtimalini önler. 

Kaynak sırasında ark uzunluğu mümkün olduğu kadar kısa tutulmalı ve ark uzunluğu 3-5 mm olmalıdır. Kaynak işleminde her paso öncesinde bir önceki pasonun cürufu temizlenmeli ve sıcaklığın kontrolü yapılmalıdır. Küresel grafitli dökme demirin çelik ile kaynaklı birleştirilmesi yapılırken arkın merkez çizgisi mümkün olduğu kadar çelik tarafına kaydırılarak kaynak ısısının mümkün olduğu kadar çelik tarafından absorbe edilmesi sağlanmalıdır. Yeni elektrot tutuşturulurken bitmekte olan elektrot inceltilmeli, ikinci elektrot dikişin 6mm önünde tutuşturulmalıdır.

Kısa Ark Boyu ile MIG Kaynağı 

Kısa ark boyu ile MIG kaynağı yöntemi ile ostenitik türler hariç ferritik ve perlitik küresel grafitli dökme demirlerin kendi aralarında çelikler ile üretim kaynağı yapılmaktadır. Bu kaynak yönteminin örtülü elektrotlu ark kaynağına nazaran en önemli özelliği ısı girdisine göre daha fazla hacimda kaynak metalinin üretilmesidir. Bu özelliğin neticesi olarak kaynakta ITAB kalınlığı daha az olmaktadır. Ayrıca ana metalin kaynak metaline yayınması da çok az olduğundan karbür bölgesi kalınlığı da az olmakta ve karbürler sürekli bir ağ tabakası olarak kaynak metalini çevrelemeyip kesikli olarak yer almakta ve bu nedenle kaynak mekanik özellikleri üzerindeki menfi tesirleri azalmaktadır.
 
Doğru akım kaynağı ile kaynak yapılırken kaynak bölgesine inertgaz üflenmekte ve tel üretme mekanizması ile kaynak teli belirli bir hızda verilmektedir. Klasik MIG kaynak uygulamasında 1,6 mm çaplı tel 300 Amper ve 30 voltluk akım ile kaynak edilirken kaynak bölgesi atmosfer şartlarından argon, argonca zengin gaz karışımı veya karbon dioksit gazı üflenerek koruma yapılmaktadır. Elektrik arkında ergiyen kaynak teli sürekli damlalar halinde kaynak metal havuzuna ilave olmaktadır. Bu metal geçişine sprey transferi olarak da da tanımlanmaktadır. 

Özlü Elektrotlar ile Kaynak 

Özlü elektrotlarla kaynak yöntemi klasik. MIG kaynak yöntemine benzemektedir. MIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanılırken bu yöntemde kaynak bölgesi özlü elektrotta mevcut olan maddeler ile korunmaktadır. Özlü elektrotlar ince bir boru şeklindeki çubuk olarak üretilir. Çubuğun içerisi kaynak arkını stabilize eden ve kolay ergiyerek bir kısmı sıvı metale yayınan ve bir kısmı cüruf yaparak veya gazlaşarak arkı atmosferden koruyan organik maddeler içerir. Elektrik ark kaynağı yapılırken ark ısısı ile elektrot eriyerek birleştirmeyi sağlar. Küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında kullanılan özlü elektrotlar gazaltı kaynak teli halinde üretilir. Bu yöntemin en büyük avantajı kaynak metali yığılma oranının yüksek olmasıdır. Saatte 4.5-7.5 kg kaynak metali elde edilmektedir. Küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında en yüksek kaynak metali yığılma oranı bu yöntemde elde edildiği için özlü elektrotlarla kaynak en iyi seri üretim kaynak yöntemi olmaktadır. Küresel grafitli dökme demirlerin kaynağında kullanılmak üzere Ni-RDD 55 özlü elektrotu üretilmiştir. Bu elektrot 23 kg ağırlığında 2.0 ve 2.4 mm çaplı kangallar halinde satılmaktadır. Kaynak metalinin kimyasal bileşimi %5 0Ni, %1C, %0.6 Si, %4.25 Mn , %44 Fe içerir. Özlü elektrotlarla yapılan kaynaklarda ITAB mikroyapısında önemli gelişmeler elde edilmiştir. Karbür bölgesi çok küçük olmakta ve karbürler kesikli halde bulunmaktadır. Özlü elektrotlarla elektrik ark kaynak birleştirmelerinde kaynak şartları ve tesirleri aşağıda özetlenmiştir.
 
Ön Tavlama: Genel olarak ön tavlama gerekmemektir. Ön tavlamasız ve ön tavlamalı kaynak birleştirmelerinden benzer sonuçlar olmuştur. Sadece kalın dikiş çekilirken ön tavlama yapılması tavsiye edilmektedir. 

Arkın Korunması: Özlü elektrotun içinde deoksidan mevcut olup kaynak teli koruyucu gaz olmadan kaynak yapmak üzere üretilmiştir. Kaynak sırasında yüksek voltaj ile çalışılırsa kaynak metalini korumak için genellikle karbon dioksit gazı üflenir. Koruyucu gazın kaynak birleştirme özellikleri üzerinde bir tesiri olmamaktadır. Koruma maksadı ile toz altı kaynak tozlarından da istifade edilebilmektedir. 

Tel Çapı ve Tel Besleme Teçhizatının Seçimi: Genellikle 2.4 mm çaplı tel fazla kaynak metali verdiğinden kalın kesitlerin kaynağında kullanılır. İnce kesitlerin kaynağında 2.0 mm çaplı tel daha iyi sonuç vermektedir. Tel besleme teçhizatının merdaneleri de önemlidir. Merdanelerde U ve V şeklinde diş olması elektrotun ezilme, deformasyon tehlikesini onlar. 

Akım Kaynağı: Kaynak genellikle doğru akım sabit voltaj veya sabit akım şiddeti ile ve tersini polarite ile yapılmaktadır. Darbeli akım ile çalışıldığında gerilim ve akım azaldığından ark üflemesi de azalmakta ve başarılı sonuç alınmaktadır. 

Akım: Kaynak akımı kaynak ısı girdisini ve ITAB mikroyapısını etkilemekte ve kaynak metalini direkt olarak tayin etmektedir. Genel olarak 2.4 mm elektrotlar için 350 amper ve 2.0 mm elektrotlar için 310 amper akım şiddeti 200 ampere indirilir. Kaynak ilerleme hızı artırıldıkça amperinde artırılması gereklidir. 

Gerilim: Ark voltajı arkın boyunu ve dikiş genişliğini etkiler. Voltaj arttıkça arkın boyu uzar ve arkın atmosferden etkilenme tehlikesi doğar. Bu durum kaynak metalinde porozite yaptığından ilave koruyucu gaz kullanmak gerekir. Porozite başlangıç sınırı 31 volt olduğundan genellikle 29 volt ile çalışır. Ark bir koni şeklindedir. Ark voltajı arttıkça arkın tabanı genişler ve dolayısıyla gerilim ile kaynak dikişi genişlemektedir. 

Kaynak ilerleme Hızı: Kaynak ilerleme hızı kaynak ısı girdisi üzerinde direkt tesiri olduğundan kontrolü çok önemlidir. Sabit akım ve gerilimde kaynak hızı artırılırsa kaynak ısı girdisi azalır, kaynak nüfuziyeti artar. Çok yavaş kaynak hızı cürufun kaynak metaline hapsolunmasına neden olur. 350 Amper ve 30 volt için optimum kaynak hızı 51 cm/dakika bulunmuştur.