Paslanmaz çelikler; içerisinde en az % 10,5 oranında (ağırlıkça) krom (Cr) içeren demir esaslı alaşımlar olarak tanımlanırlar. Paslanmaz çeliğin yüzeyinde oluşan ince fakat yoğun kromoksit tabakası korozyona karşı yüksek dayanım sağlar ve oksidasyonun daha derine doğru ilerlemesini engeller. Çok ince olan bu amorf tabaka sayesinde paslanmaz çelikler kimyasal reaksiyonlara karşı pasif davranarak indirgeyici olmayan ortamlarda korozyona karşı dayanım kazanırlar. Söz konusu oksit tabakası, oksijen bulunan ortamlarda oluşur ve dış etkilerle (aşınma, kesme veya talaşlı imalat vb.) bozulsa dahi kendini onararak eski özelliğine tekrar kavuşur.
Normal alaşımsız ve az alaşımlı çelikler korozif etkilere karşı dayanıklı olmadıklarından, bu tür uygulamalar için genellikle paslanmaz çeliklerin kullanılması gerekir. Paslanmaz çelikler mükemmel korozyon dayanımları yanında, değişik mekanik özelliklere sahip türlerinin bulunması, düşük ve yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmeleri, şekil verme kolaylığı, estetik görünümleri gibi özelliklere sahiptirler.
Temel olarak paslanmaz çelikler demir-krom, demir-krom-karbon ve demir-krom-nikel sistemlerine dayansalar da mikroyapılarını ve/veya özelliklerini değiştirebilen belli sayıda alaşım elementini de içerebilirler. Bu çeliklerin "paslanmazlık" özelliği % 12'den fazla miktarda krom içeriğiyle artış gösterir. Mikroyapı ve özellikleri kontrol etmede krom, nikel, mangalı, molibden, silisyum, niyobyum, titanyum ve azot gibi alaşım elementleri etkilidir. Paslanmaz çeliğin mikroyapısında bileşimin etkisini tanımlamak için krom ve nikel eşdeğerleri geliştirilmiştir. Schaeffler adı verilen diyagram, krom ve nikel eşdeğerlerine ait eksenlerce uzatılan doğruların kesiştiği nokta paslanmaz çeliklerin kaynağında bileşim ve mikroyapının arasındaki ilişkinin grafiksel bir gösterimidir.
Günümüzde 170'den fazla türü bulunan paslanmaz çelikler, değişik amaçlar için endüstride oldukça yaygın uygulama alanı bulmuşlardır. Endüstriyel uygulamada kullanılan malzemelerin çok çeşitli olması dolayısıyla, birbirinde farklı özelliklere sahip bu malzemeleri birbirleri ile birleştirmek zorunluluğu doğmaktadır. Bunun için de birbiri ile kaynak yapılarak birleştirilecek bu malzemelerin fiziksel, mekanik ve metalürjik özelliklerinin iyice bilinmesi gerekmektedir. Çok kere değişken zorlanma ve ortam şartları söz konusu olduğundan, birbirinden oldukça farklı iki malzeme kullanılır. Buhar boruları burada tipik örnek olarak alınabilir. Buhar taşıyıcı sistemin yüksek sıcaklıktaki sıcak ucunda ostenitik paslanmaz çelik gerekirken, nispeten düşük sıcaklıktaki soğuk uçta daha ucuz, düşük alaşımlı, ferritik bir çelik yeterli olmaktadır.
Farklı iki malzemenin kaynak ile birleştirilmesi ve bunun için de en uygun ilave (kaynak) metalinin seçilmesi, oldukça zor bir problemdir. Ayrı iki cins malzemenin birleştirilmesi ile elde edilen kaynak dikişi yalnız ilave metalden meydana gelmez. Bağlantı bir geçiş bölgesini içerdiği gibi, iki esas malzemeden de önemli miktarda alaşım elementleri bulundurur.
Paslanmaz Çelikleri Özellikleri
Paslanmaz Çeliklerin Üstünlükleri
a) Korozyon Dayanımı: Bütün paslanmaz çeliklerin korozyon dayanımı yüksektir. Düşük alaşımlı türleri atmosferik korozyona, yüksek alaşımlı türleri ise asit, alkali çözeltileri ile klorür içeren ortamlara dahi dayanıklıdır. Bu çelikler ayrıca yüksek sıcaklık ve basınçlarda da kullanılabilir.
b) Yüksek ve Düşük Sıcaklıklar: Bazı paslanmaz çelik türlerinde, yüksek sıcaklıklarda dahi tufallanma ve malzemenin mekanik dayanımında önemli bir düşme görülmez. Bazı türleri ise çok düşük sıcaklıklarda dahi gevrekleşmezler ve tokluklarını korurlar.
c) İmalat Kolaylığı: Paslanmaz çeliklerin hemen hepsi kesme, kaynak, sıcak ve soğuk şekillendirme ve talaşlı imalat işlemleri ile kolaylıkla biçimlendirilebilirler.
d) Mekanik Dayanım: Paslanmaz çeliklerin büyük çoğunluğu soğuk şekillendirme ile pekleşir ve dayanımın artması sayesinde tasarımlarda malzeme kalınlıkları azaltılarak parça ağırlığı ve fiyatta önemli düşüşler sağlanabilir. Bazı türlerde ise ısıl işlemler ile malzemeye çok yüksek bir dayanım kazandırmak mümkündür.
e) Görünüm: Paslanmaz çelikler çok farklı yüzey kalitelerinde temin edilebilirler. Bu yüzeylerin görünümü ve kalitesi, bakımı kolay olduğundan kolaylıkla uzun süreler korunabilir.
f) Hijyenik Özellik: Paslanmaz çeliklerin kolay temizlenebilir olması, bu malzemelerin hastane, mutfak, gıda ve ilaç sanayinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
g) Uzun Ömür: Paslanmaz çelikler dayanıklı ve bakımı kolay malzemeler olduklarından, üretilen parçanın tüm kullanım ömrü dikkate alındığında ekonomik malzemelerdir.
Önerilen Makale: Paslanmaz çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
çelik baklavalı sac sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Paslanmaz Çelik İçyapısına Alaşım Elementlerin Etkisi
Paslanmaz çeliklerde kimyasal bileşim değiştirilerek farklı özelliklerde alaşımlar elde edilir. Krom miktarı yükseltilerek veya nikel ve molibden gibi alaşım elementleri katılarak korozyon dayanımı artırılabilir. Bunun dışında bakır, titanyum, alüminyum, silisyum, niyobyum, azot, kükürt ve selenyum gibi bazı elementlerle alaşımlama ile ilave olumlu etkiler sağlanabilir. Paslanmaz çeliklerde içyapıyı belirleyen en önemli alaşım elementleri, önem sırasına göre krom, nikel, molibden ve mangandır. Bunlardan öncelikle krom ve nikel içyapının ferritik veya ostenitik olmasını belirler. Alaşım elementlerinin her birinin çelik üzerinde belli etkileri vardır. Çeliğin özellik profilini belirleyen, alaşım elementlerinin kombine etkileridir. Farklı türden paslanmaz çeliklerin neden farklı bileşimlere sahip olduğunu anlamak için, alaşım elementlerinin yapı ve özelliklere olan etkilerinin bilinmesi faydalıdır. Alaşım elementleri ferrit oluşturanlar ve ostenit oluşturanlar olmak üzere iki grupta toplanır.
Ferrit Oluşturan Elementler
Krom: Ferrit oluşumunda etkili olur. Paslanmaz çelik içindeki en önemli alaşım elementidir. Paslanmaz çeliğe temel korozyon dayanımını ve artan sıcaklıklarda oksidasyon direncini verir.
Molibden: Ferrit oluşumunda etkili olur. Yüksek sıcaklıklardaki dayanımını arttır ve redükleyici ortamlarda korozyona karşı dayanım sağlar.
Niyobyum: Taneler arası korozyon hassasiyetini azaltmak amacıyla, karbonla birleşerek karbür oluşturması amacıyla yapıya eklenir. Tane küçültücü etkisi vardır. Ferrit oluşumuna katkıda bulunur.
Titanyum: Kuvvetli ferrit ve karbür yapıcı özelliği vardır. Ostenitik çeliklerde taneler arası korozyon direncini arttırmak ve ayrıca yüksek sıcaklıklarda mekanik özellikleri geliştirmede kullanılır.
Fosfor, Kükürt, Selenyum: İşlenebilme kabiliyetini yükseltirler. Ancak kaynak sırasında sıcak çatlak oluşmasına neden olur. Korozyon direncini bir miktar azaltır.
Silisyum: Tufallanmaya karşı dayanımı yükseltir. Yapıda % 1’den daha fazla olması durumunda ferrit ve sigma oluşumuna etki eder. Her tür paslanmaz çeliğe oksit giderme amacıyla düşük oranda eklenir. Akışkanlığı arttırır ve kaynak metalinin ana metali daha iyi ıslatmasını sağlar.
Ostenit Oluşturan Elementler
Karbon: Ostenit oluşumuna kuvvetli etkide bulunur. Krom ile birlikte taneler arası korozyonda başrol oynayan karbürlerin oluşumuna neden olur. Bunun yanında mekanik dayanımı oldukça arttırır.
Paslanmaz çeliklerde karbon % 0,02 ile 1 arasında olabilir, düşük karbon miktarları daha tipiktir, yüksek oranlar martenzitik çeliklerde söz konusudur. Çünkü paslanmaz çeliklerde karbonun varlığında krom karbür oluşur ve genellikle tane sınıflarında krom karbür olarak çökelir, bu nedenle kafes içinde çözünmüş krom miktarı % 12'lik sınırın altına düşebilir ve malzemenin korozyona dayanıklılık özelliği kaybolur. Dolayısıyla çelik bileşimindeki karbon yüzdesi yükseldikçe;
- Krom miktarı artırılmalı,
- Karbür yapma eğilimi kromdan fazla olan elementler katılarak krom karbürün meydana gelmesi ve kafeste çözünmüş kromun azalması engellenmelidir (stabilize etme).
Nikel: Ostenit oluşumuna etkide bulunur. Yüksek sıcaklıktaki direnci, korozyona karşı dayanımı ve sünekliği arttırır.
Azot: Ostenit oluşumuna çok kuvvetli etkide bulunur. Bu konuda çoğu zaman nikel kadar etkilidir. Azot özellikle molibdenle birleştiğinde yerel korozyona karşı dayanımı artırır. Ferritik çeliklerde tokluğu ve korozyon dayanımını önemli ölçüde düşürür.
Mangan: Oda sıcaklığında ve oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda ostenitin stabil (kararlı) olmasını sağlar. Ancak yüksek sıcaklıklarda ferrit oluşturur. Bu ostenit/ferrit dengesine sıcaklığa bağlı etki ettiğini gösterir. Mangan azotun çözünürlüğünü arttırır ve ostenitik paslanmaz çeliklerde yüksek azot içerikli yapı eldesinde kullanılır.
Bakır: Paslanmaz çeliklere, bazı ortamlardaki korozyon dayanımlarını arttırmak amacıyla katılır. Gerilmeli korozyon çatlamasına karşı hassasiyeti azaltır ve yaşlanma yoluyla sertleşmeyi teşvik eder.
Paslanmaz Çelik Türleri
100'den fazla paslanmaz çelik alaşımı vardır. Paslanmaz çelikleri tanımlamada üç genel sınıflandırma mevcuttur. Bunlar;
a) Metalurjik yapı
b) AISI numaralandırma sistemi: 200, 300 ve 400 seri numaraları
c) ASTM ve SAE tarafından geliştirilen ve tüm ticari metal ve alaşımlara uygulanan bütünleştirilmiş numaralandırma sistemi (UNS).
Paslanmaz çelikler metalurjik yapılarına göre beş grupta toplanabilirler:
a) Ferritik Paslanmaz Çelikler
b) Ostenitik Paslanmaz Çelikler
c) Martenzitik Paslanmaz Çelikler
d) Dubleks (Çift Fazlı) Paslanmaz Çelikler
e) Çökelme Yoluyla Sertleşebilen Paslanmaz Çelikler
Ostenitik Paslanmaz Çelikler
Ostenitik paslanmaz çelikler % 16-26 Cr, % 10-24 Ni+Mn, % 0.40'a kadar C ve düşük miktarda Mo, Ti, Nb ve Ta gibi diğer alaşım elementlerini içerir. Cr ve Ni+Mn oranları arasındaki denge, % 90-100 ostenitten oluşan bir mikro yapının elde edilebileceği şekilde oluşturulmuştur. Bu alaşımlar, geniş bir sıcaklık aralığında sahip oldukları yüksek tokluk ve yüksek dayanım değerleri ile ön plana çıkarlar ve 540 °C'a kadarki sıcaklıklarda oksidasyona karşı dayanım gösterirler.
Gerek kullanım, gerekse alaşım kalitelerinin çokluğu açısından en zengin grup ostenitik çeliklerdir. Manyetik olmayan bu çelikler hem oda sıcaklığında hem de yüksek sıcaklıklarda yüzey merkezli kübik kafese sahip ostenitik içyapılarını koruduklarından, normalleştirme ve sertleştirme ısıl işlemi yapılamaz. Tavlanmış halde süneklikleri, toklukları ve şekillendirilebilme kabiliyetleri düşük sıcaklıklarda bile mükemmeldir. Mukavemetleri ancak soğuk şekillendirme ile artırılabilir. Nikel ve mangan temel ostenit oluşturucularıdır. Ostenitik paslanmaz çelikler temel alaşım elementi olarak krom ve nikel içerirler ve 300 serisi olarak gösterilirler (UNS'de S3xxxx). Krom, nikel ve mangan içerenler 200 serisi olarak gösterilirler (UNS S2xxxx). 2xx serisinde, en çok %7 nikel, % 5 ile % 20 arasında mangan bulunur ve azotun ostenit içinde çözünürlüğü sayesinde dayanım arttırılabilir. Katı çözeltide bulunan kristal kusurların içine yerleşen azot, ostenit içyapının mukavemetini artırır. 3xx serisinin ana alaşımları % 8-20 arasında nikel ve % 16-25 arasında kromdan oluşmaktadır. Bunun yanında yaklaşık % 1 içerikli Si deoksitleyici olarak, % 0,02-0,08 C ostenit stabilizatörü olarak ve % 1,5 Mn hem ostenit stabilizatörü hem de kükürt ve silisyum bileşimi oluşturmada kullanılır.
Mükemmel şekillendirilebilirliği, sünekliği ve yeterli korozyon dayanımı ile 304 kalite ostenitik çelik en yaygın olarak kullanılan paslanmaz çeliktir. Tavlanmış 3xx serisi çeliklerin akma dayanımı 200-275 MPa arasında iken yüksek azotlu 2xx serisinde akma dayanımı 500 MPa değerine kadar yükselir.
Bu çeliklerde korozyonu önlemek için gerekli olan kromun ferrit yapıcı etkisi, ostenit yapıcı alaşım elementleri katılarak giderilir. 304 kalite çeliklere molibden katılarak 316 ve 317 kaliteleri üretilir.
Ostenitik paslanmaz çeliklerde mukavemeti artırmak için genellikle soğuk şekillendirmeden yararlanılır. Mukavemeti artırmak için bir diğer yol da alaşımlama yapmaktır. Bu açıdan karbon ve azot en etkili elementlerdir.
Ostenitik çelikler sünek ve toktur, ayrıca ısı etkisiyle sertleşmediklerinden, kaynak bağlantıları için uygundur, ancak ısınan ve soğuyan bölgede karbür çökelmesi oluşmaması için stabilize edilmiş türleri seçilmelidir. Öte yandan ısı iletimleri düşük, genleşmeleri yüksek olduğundan kaynakta çarpılmayı önlemek için ısı girdisi düşük tutulmalıdır.
Paslanmaz Çeliklerin Fiziksel Özellikleri
Fiziksel özellikler bakımından paslanmaz çelikler karbon çeliklerinden bazı hususlarda farklılık gösterir. Ayrıca paslanmaz çeliğin türlü kategorileri arasında kayda değer farklılıklar vardır.
Ostenitik paslanmaz çelikler genellikle diğer paslanmaz çelik türlerden daha yüksek yoğunluktadır. Her çelik kategorisi arasında yoğunluk, çoğunlukla molibden gibi ağır elementlerce artan alaşım seviyeleriyle artar.
Paslanmaz çelik tipler arasında büyük türlülük gösteren iki önemli fiziksel özellik ısıl genleşme ve ısıl iletkenliktir. Ostenitik paslanmaz çelikler diğer paslanmaz çelik tiplerine göre daha yüksek ısıl genleşmeye sahiptir. Bu konu ısı iniş çıkışı gösteren uygulamalarda, yapının ısıl işleminde ve kaynakta ısıl gerilmelere neden olabildiğinden büyük önem teşkil eder.
Paslanmaz çelikler için ısıl iletkenlik karbon çelikleri için öngörülenden genellikle düşüktür ve her paslanmaz çelik kategorisi için artan alaşım seviyesiyle azalır. Isıl iletkenlik şu sıraya göre azalır; martenzitik, ferritik, dubleks, ostenitik ise en düşük ısıl iletkenliğe sahiptir. Bu durum ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında oluşan sıcaklığın kaynak bölgesinde daha uzun kalacağı ve dolayısıyla bazı zorluklarla karşılaşabileceği anlamına gelmektedir.
Alaşımsız karbon çeliklerinin elektrik iletme direnci düşüktür. Paslanmaz çeliklerde ise bu değer karbon çeliklerinkinden 4-7 kat daha yüksektir. Bu nedenle paslanmaz çelik örtülü elektrodlar konvansiyonel elektrodlardan daha çabuk kızarırlar. Paslanmaz çelik elektrodların alaşımsız ve düşük alaşımlı demir elektrodlardan boy olarak daha kısa imal edilmelerinin ve % 25 kadar daha düşük atom şiddeti ile yüklenmelerinin temel nedeni de budur.
Paslanma Çeliklerin Mekanik Özellikleri
Paslanmaz çelikler çoğunlukla korozyon dirençleri için tercih edilirler ama aynı zamanda bunlar konstrüktif malzemelerdir. Dayanım, yüksek sıcaklıklarda dayanan, süneklik ve tokluk bu yüzden önemlidir.
Martenzitik çeliklerin yüksek akma ve çekme dayanımları fakat düşük süneklikleri açıkken, ostenitik tipte düşük akma dayanımı ve mükemmel süneklik mevcuttur. Dubleks ve ferritik çelikler bu iki uç değerin arasında bir yerdedirler.
Ostenitik tip paslanmaz çelikler, ferritik tip paslanmaz çeliklere oranla genellikle daha yüksek çekme dayanımına ve uzamaya, ancak buna karşın daha düşük akma dayanımına sahiptirler. Kesit daralması değeri her iki tip paslanmaz çelik türü için de hemen hemen aynıdır.
Paslanmaz çeliklerin toklukları tüm sıcaklıklarda, ostenitik paslanmaz çelikler için mükemmel tokluktan martenzitik paslanmaz çelikler için bir miktar gevrek davranışa kadar çeşitlilik gösterir. Tokluk sıcaklığa bağlıdır ve genellikle artan sıcaklıkla artar. Tokluğun bir ölçüm şekli darbe tokluğudur, örneğin tokluk hızlı yüklemeyle ölçülür.
Martenzitik, ferritik ve dubleks çelikler tokluk açısından belli sıcaklıkta sünekten gevrek davranışa doğru bir geçiş sıcaklığıyla karakterize edilirler. Ferritik paslanmaz çelikler için geçiş sıcaklığı artan karbon ve azot içeriğiyle artar. Dubleks paslanmaz çelikler için artan ferrit içeriği daha yüksek geçiş sıcaklığı verir. Ostenitik paslanmaz çelikler diğer çelik tipleri gibi tokluk geçişi göstermezler ve her sıcaklıkta mükemmel tokluğa sahiptirler. Böylelikle düşük sıcaklık uygulamaları için tercih edilirler.
Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı
Paslanmaz çeliklerin büyük bir bölümünün kaynak kabiliyeti yüksektir ve ark kaynağı, direnç kaynağı, elektron ve lazer bombardıman kaynakları, sürtünme kaynağı ve sert lehimleme gibi çeşitli kaynak yöntemleri ile kaynak edilebilirler. Bu yöntemlerin hemen hemen hepsinde birleştirilecek yüzeylerin ve dolgu metalinin temiz olması gerekmektedir.
Tüm paslanmaz çelikler herhangi bir ark kaynağı yöntemi ile birleştirilebilir, ancak kaynak metali ve ısı tesiri altındaki bölgedeki korozyon dalyanımı, artık gerilmeler, çarpılma ve dikiş çatlaması gibi hususlara dikkat edilmelidir. Paslanmaz çeliklerin direnç kaynağı da oldukça yaygındır. Karbon çeliğinden sonra en çok direnç kaynağı uygulanan malzeme paslanmaz çeliklerdir. Ostenitik çeliklerin düşük ısı iletimi, yüksek elektrik direnci ve manyetik olmamaları sonucu, kaynak sırasında karbon çeliklerinden daha düşük kaynak akınları yeterlidir. Ancak ısıl genleşme katsayıları yüksek olduğundan çarpılma sorunu vardır. Kaynak süreleri çok kısa olduğundan karbür çökelmesi nedeniyle korozyon dayanımlarında önemli bir düşüş olmaz. Ancak bindirme şeklinde yapılan nokta kaynaklarında belirli ortamlarda aralık korozyonu problem yaratabilir.
Bazı sınırlamalar dışında diğer çelikler için kullanılan tüm kaynak yöntemleri (gaz ergitme kaynağı dışında çünkü gaz kaynağında kaynak metalini oksidasyondan veya karbürasyondan koruyan bir kaynak atmosferi oluşturmak oldukça güçtür.) paslanmaz çelikler içinde kullanılır. En yaygın olarak kullanılan yöntemler şunlardır;
a) Ergitme Kaynağı Yöntemleri
- Elektrik ark kaynağı
- Gazaltı kaynağı: TIG Kaynağı, MIG/MAG Kaynağı, Plazma ark kaynağı
- Lazer ışını kaynağı
- Tozaltı kaynağı
b) Elektrik Direnç Kaynağı Yöntemleri
- Direnç-basınç kaynağı (nokta, makaralı dikiş ve yakma alın)
- Saplama kaynağı
Paslanmaz çelikler arasında en çok kaynakta birleştirilen tür ostenitik çeliklerdir. Ancak bunlar diğer karbon ve az alaşımlı çeliklerden farklı kaynak davranışına sahiptirler. En çok dikkat edilmesi gereken husus, orta sıcaklıklarda tane sınırlarında karbür çökelmesinin önlenmesidir. Dikişe komşu ve 650-870 °C sıcaklıklarda ısınan bölgede süre kısa da olsa karbür çökebilir. Bu durum birçok ortamda, özellikle oksit gidermede kullanılan asidik ortamlarda korozyon direncini düşürür. Ancak bu bölge çok dar olduğundan, çoğu kez parçalar kaynak edildikleri şekilde kullanılırlar.
Paslanmaz Çeliklerin Elektrik Ark Kaynağı
Elektrik ark kaynağı yöntemleri, aşağıdaki avantajları nedeniyle paslanmaz çeliklerin kaynağında önemli bir yer tutarlar:
- Basitlik
- Alet ve teçhizat yatırımın düşük oluşu
- Atölye ve şantiyelerde uygulanabilirliği
- Değişik kullanımlar için özel elektrod türlerinin bulunması
- Zor pozisyonlarda da kullanılabilmesi
- Düşük ısı girdisi (özellikle ostenitikler için önemli)
Paslanmaz çelikler
• Büyük genleşme katsayıları,
• Düşük ısı iletim katsayıları ve
• Yüksek elektrik direnci değerlerine sahiptir.
Bu durum özellikle genleşme, çarpılmaya neden olur. Bunu önlemek için:
• Bakır raylarla ısıyı uzaklaştırma
• Düşük ısı girdisiyle çalışma
• Kaynak yaparken aparat kullanma
• Kısa aralıklarla puntalama gibi tedbirler alınabilir.
Paslanmaz çeliğin kaynağı sırasında, kaynağa bitişik ana metalin sıcaklığı mikroyapısal dönüşümün olduğu sıcaklıklara erişir. Bu değişimlerin oluştuğu derece ve bunların bitmiş kaynakta oluşturduğu etkiler (korozyona direnç ve mekanik özellikler bakımından) alaşım içeriğin, malzeme kalınlığına, dolgu metaline, bağlantı tasarımına, kaynak metoduna ve kaynakçının becerisine bağlıdır. Oluşan değişimlere bakmaksızın, paslanmaz çeliğin kaynağında ilk konu; ana metale eşit veya daha iyi kalitede kaynakta oluşabilecek metalurjik değişimlere izin veren kusursuz bir bağlantı oluşturabilmektir.
Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı
Ostenitik gruptaki paslanmaz çelikler farklı bileşimlere ve özelliklere ancak çoğu yaygın karakteristiklere sahiptir. Soğuk şekillendirmeyle sertleştirilebilir ancak bu ısıl işlemle sağlanamaz. Tavlanmış durumda hiçbiri manyetik değildir. Oda sıcaklığında 300 ve 200 serileri paslanmaz çelikler ostenitik mikroyapıda bulunurlar. Korozyona direnç bu çeliklerin birincil özelliğiyken, ayrıca yüksek ve çok düşük sıcaklıklarda mükemmel dayanım özellikleri yüzünden de tercih edilirler. Bu alaşımlar, geniş bir sıcaklık aralığında sahip oldukları yüksek tokluk ve yüksek dayanım değerleri ile ön plana çıkarlar ve 540 °C'a kadarki sıcaklıklarda oksidasyona karşı dayanıklılık gösterirler. Ayrıca yüksek alaşımlı çeliklerin en kaynak edilebilenidir ve tüm ergitme, direnç kaynak prosesleriyle kaynak edilebilir.
Bu çelikler için geliştirilen dolgu malzemeleri genellikle ana metal ile benzer yapıdadır. Ancak birçok alaşım için, sıcak çatlak oluşumunu engellemek amacıyla, düşük miktarda ferrit içeren bir mikroyapının oluşmasına olanak sağlayan dolgu malzemeleri kullanılır.
Ostenitik Paslanmaz Çeliğin Kaynağında Karşılaşılan Problemler
Krom Karbür Oluşumu
Isının etkisi altında kalan bölgenin 427-871 °C sıcaklığa kadar ısınan bölümünde yer alan tane sınırlarında çökelen ve taneler arası korozyonu hızlandıran krom karbürler burada "Hassas Yapı" oluşmasına neden olurlar. Bu oluşum sırasında bir miktar krom çözeltiden tane sınırlarına doğru yer değiştirir ve bunun sonucunda bu bölgesel alanlarda krom miktarında azalma olacağı için korozyon dayanımı düşer.
Ostenitik paslanmaz çeliklerin kaynağında kaynak çürüme etkisi; kaynak sonrası ısıl işlem, malzemenin karbon içeriğinin azaltılması ve güçlü karbür oluşturucuların ilave edilmesi ile ortadan kaldırılabilir.
Tek paso ile yapılan elektrik ark kaynağında 650°C ila 750°C arasındaki sıcaklığa bir dakikadan az bir süre maruz kalır. Buna karşın, çok pasolu kaynak halinde bu süre üç dakikanın üzerine çıkar ve dolayısıyla karbür çökelme tehlikesi kendini gösterir.
Sıcaklığın 450°C'nin üzerine çıkması ile karbonun difüzyon hızı, karbonu tane sınırlarından dışarıya çıkartacak derecede artar. Tane sınıflarında biriken karbon, kroma karşı yüksek ilgisinden dolayı bu bölgede krom ile birleşerek krom karbür oluşturur. Oluşan krom karbürün ağırlık olarak % 90'ını krom oluşturduğundan, tane sınıflarında bulunan çok az karbon bile ostenit tanelerinin çevresindeki krom miktarını aşırı derecede azaltır.
Bu sorun, kromla birleşerek krom karbür oluşmasına neden olan karbonun yapıda düşük seviyelerde tutulduğu düşük karbonlu (L tipi) ana metallerin ve dolgu metallerinin kullanılmasıyla önlenebilir. Bunun yanında kaynak işleminin ön tav uygulanmadan yapılması, ısı girdisinin düşük seviyede tutulmasına özen gösterilmesi ve bakır aldık kullanılarak hızlı soğuma sağlanması hassas sıcaklık aralığında kalma süresinin kısa tutulması açısından oldukça yararlıdır.
Diğer bir yöntem, stabilize edilmiş olan paslanmaz çelik ana malzemelerin ve dolgu metallerinin kullanılmasıdır. Bu sayede stabilizatör görevi gören alaşım elementleri karbon ile reaksiyona girecek ve krom miktarının a7almadan yapıda kalması sağlanacağından korozyon dayanımında herhangi bir düşüş ile karşılaşılmayacaktır. 321 kalite paslanmaz çelikler stabilizatör olarak titanyum (Ti) içerirken 347 türü paslanmaz çelikler niobyum ve tantal (Nb+Ta) ile stabilize edilmişlerdir. Her iki element de kromdan daha güçlü karbür oluşturma özelliğine sahiptir. Bunların dışında kalan bazı ısıl işlem yöntemleri pahalı olmaları, pratik olmamaları ve parçalarda çarpılmalara yol açmaları nedeniyle pek tercih edilmezler.
Sıcak Çatlak Oluşumu
Sıcak çatlama malzemenin kaynak, döküm veya sıcak şekillendirme sırasında erime noktasına yakın sıcaklıklarda çatlamasına karşılık gelir. Sıcak çatlamanın temel nedeni; kükürt (S) ve fosfor (P) gibi elementlerin oluşturduğu ve tane sınırlarında toplanma eğilimi yüksek olan düşük erime sıcaklığına sahip metalik bileşimlerdir.
Sıcak çatlama fenomenini açıklamada birçok teori geliştirilmiştir. Bunlardan biri çatlamanın segregasyonla bağlantılı olduğudur; en geniş sıvı-katı alaşım alanı, en fazla dayanıksızlığa sahiptir. Katılaşma çatlaması farklı oryantasyonlarındaki dendritlerin birleşme yerinde oluşan ve gözle ya da sıvı penetran testiyle ve dendritik bölgeler arasında sadece gerilme uygulamasıyla ortaya çıkan mikro çatlaklar şeklinde gözlenebilen büyük çatlaklardır.
Katılaşmanın son zamanları sırasında tane sınırları boyunca düşük erime sıcaklığına sahip sıvı tabaka oluşumun bir sonucudur. Duyarlılık sıvı faz oluşumunu destekleyen katışkı elementlerinin varlığıyla artar. Bu bileşimler, eğer kaynak dikişinde veya ısının etkisi altında kalan bölgede bulunuyorsa, tane sınırlarına doğru yayılırlar ve kaynak dikişi soğurken ve çekme gerilmeleri oluştuğunda çatlamaya neden olurlar.
Kaynak sırasında ısı girişi de sıcak çatlama özelliğini yani segregasyon miktarını ve ölçüsünü etkileyen bir faktördür. Artan ısı girdisi çatlama için gereken eşik gerilme değerini düşürmekte ve böylelikle çatlama duyarlılığı artmaktadır.
Sıcak çatlak oluşumu, dolgu metalinin ve ana metalin kimyasal analizinin ostenitik matrisde düşük miktarda ferrit içeren bir mikro yapı elde edilecek şekilde ayarlanmasıyla önlenebilir. Ferrit, kükürt ve fosfor bileşimlerini kontrol altında tutabilen ve ferritik-ostenitik yapıya sahip olan tane sınırları oluşturarak sıcak çatlak oluşumunu engeller. Bu sorun "S" ve "P" miktarlarının çok düşük seviyelerde tutulması ile de giderilebilir, ancak bu durumda, çeliklerin üretim maliyetleri belirgin bir şekilde artacaktır. Sıcak çatlama riskine karşı dayanan elde edebilmek için yapıdaki ferrit miktarının en az % 4 olması önerilmektedir.
Delta ferritin sıcak çatlamaya karşı yararlı etkisini açıklamak için bir dizi etken sıralanmıştır:
1) Deha ferritteki katışkı elementlerinin yüksek çözünebilirliği daha az dendritler arası segregasyona neden olur ve çatlama eğilimini düşürür.
2) Yüksek sıcaklıklardaki ferritin sünekliği ostenitten daha yüksektir bu da ısıl gerilmenin hafiflemesine neden olur.
3) Ferritin ostenitle kıyaslayınca daha düşük ısıl genleşme katsayısı daha düşük büzülme gerilmesi ve çatlama eğilimine neden olur.
4) Ferritin varlığı katılaşmış metaldeki tane boyutunu incelterek daha iyi mekanik özelliklere ve çatlama dayanımına neden olur.
Sigma Fazı Oluşumu
"Sigma Fazı" (α fazı), çok sert (700-800 Vickers) ve gevrek yapıya sahip metallerarası bir bileşiktir. Sigma fazı, kromlu veya krom-nikel esaslı paslanmaz ve ısıya dayanıklı çeliklerin kaynak bölgesinde oluşur. Sigma fazı kırılganlığı 650-850 °C sıcaklıklar arasında görülür ve bu sıcaklık aralığında kalma süresi ile oluşan yapının yoğunluğu arasında yakın bir ilişki vardır. Faz dönüşüm hızının en yoğun olduğu sıcaklık 720 °C civarındadır. Yapıda bulunan ferrit miktarının % 3-4 ile sınırlı tutulması durumunda, ostenit tanelerinin etrafı ferrit ile çevrilemeyecek ve kırılganlık riski önlenecektir. Buna karşın ferrit miktarının % 12’yi geçmesi ile birlikte esneklik kabiliyeti hızla azalacaktır.
Ferrit miktarındaki artışa bağlı olarak esneklik (darbe dayanımı) azalmakta ve ferrit yüzdesi ne olursa olsun ostenitleştirme sıcaklığındaki artış dikiş üzerinde olumlu bir etki yaratmaktadır.
Sigma fazı oluşumundaki eğilim krom, molibden, silisyum miktarı artışı ile artar ve azot, nikel ve karbon varlığıyla düşer. Malzemeler artan sıcaklık çalışmalarında kullanıldığında sigma fazı oluşumu etkileri düşünülmelidir. Sigma fazı tamamen ostenitik yapı oluşturan dolgu metalleri kullanılarak azaltılabilir.
Paslanmaz Çeliklerin Farklı Metallerle Kaynağı
Farklı metal kaynağı iki farklı alaşım sisteminin birleştirilmesine karşılık gelir. Aslında tüm birleştirme kaynakları farklı metal kaynağıdır çünkü birleştirilen parçalar dövme yapısındayken kaynak tarafı döküm yapısındadır. Sık olarak uyuşan dolgu metali bileşimi, ana metallerinkine bağlı ayarlanır. Bu yüzden farklı metal kaynağı bu iki farklı alaşım sisteminin arasında yer alacaktır.
Düşük alaşmılı çelikler basit karbonlu çeliklerin dayanımını ve ısıya direncini arttırmak için dizayn edilmiştir ve paslanmaz çelikler korozyon dayanımı ve oksidasyon direnci sunarak termal ve nükleer güç santrallerinde ve kimyasal santrallarda yaygınca kullanılır. Modem çelik konstrüksiyon teknolojisinde önemli ve göz ardı edilemez gereksinim ise paslanmaz çeliklerin karbon ve düşük alaşımlı çeliklerle birbirine kaynağıdır.
Bir elektrik santralindeki buhar kazan 500-550 °C'de ve 16-20 MPa çalışma basıncına maruz binlerce bağlantı içerebilir. Geçiş bağlantıları ayrıca elektrik santralleri ana buhar hatlarında, nükleer reaktörlerde ve petrokimya endüstrilerinde de kullanılmaktadır.
Farklı metallerin kaynağıyla bir diğer karşılaşılan alan kaplanmış plakaların kaynağıdır. Bu çeşitli endüstriyel uygulamalardaki kapların ve ısı eşanjörlerinin konstrüksiyonudur. Burada bir yapı malzemesi ( karbon ya da düşük alaşımlı çelik ) alaşımlı bir malzemeyle kaplanmış olarak kaynağa ihtiyaç duymaktadır. Eğer uygun kaynak prosedürleri ve dolgu metalleri kullanılırsa, çoğu ostenitik paslanmaz çelik memnun edici şekilde ferritik, çökelme sertleşmeli paslanmaz çelik, karbon çeliği ve düşük alaşımlı çelikler gibi kaynağa uygun çeliklerle kaynak edilebilir.
Genel bir kural olarak, kaynak metali en az, bağlantıdaki en zayıf bileşenin dayanımına ve korozyon özelliklerine eşit olmalıdır. Ek olarak, kaynak metalinin özelliklerini düşürücü metaller arası bileşenler ve fazlar bulunmamalıdır. Ayrıca, mikroyapı kırılmaya karşı dirençli olmalıdır [4].
Farklı metallerin kaynağında, üç metalin; birleştirilecek olan iki metal ve dolgu metali özellikleri göz önünde tutulmalıdır. Örneğin metallerden biri kendisine kaynak edilirken öntav gerektiriyorsa öntav farklı metallerin kaynağında da kullanılır.
Diğer bir değişken ısı girişi kontrolüdür. Ara sıra bir metal için uygun kontrol, diğeri için istenmeyen olarak bir uyuşmama oluşturabilir. Kaynak dolgu malzemeleri genellikle büyük oranda ferrit içeren ostenitik malzemelerdir. Bununla birlikte kaynak eğer yükselen sıcaklıklara ya da şiddetli termal çevrime maruzsa, Ni alaşım esaslı katkı malzemeleri kullanılır. Ferritik paslanmaz çelik katkı malzemeleri yukarıda belirtilenlere ek olarak kullanılabilir.
Farklı Metalleri Birleştirmede Uygun Prosesler;
1) Eritme kaynağı: Bu yöntemler örtülü elektrod ark kaynağı, tozaltı, özlü elektrod ark kaynağı, gazabı kaynağı ve TIG'dir. Bu prosesler ile dayanıklı dolgu metali içerikli iyi bir kaynak elde edilir. Bununla birlikte TIG kaynağı prosesiyle eklenen dolgu miktarı kaynakçı tarafından kontrol edilir.
2) Düşük seyreltide kaynaklar: Bunlar elektron ışın, lazer ve darbeli arkı içerip ana metal eriyiği miktarı daha az olup dolgu metali normal olarak eklenmez.
3) Eritmesiz birleştirme: Tipik eritmesiz birleştirme prosesleri sürtünme kaynağı ve patlamalı kaynak, lehimleme ile birlikte difüzyon birleştirmeleridir. Farklı metal kaynaklarından güç ve proses endüstrisinde en çok karşılaşılan yaygın kaynak prosesleriyle yapılan eritme kaynağıdır.
Eritme kaynağında kaynak metali ana metallerin ve dolgu metalinin karışımıdır. Elektrodun tükendiği ark kaynaklarında, kaynak metali ark hareketiyle iyi karışır ve bir bölgeden diğerine bileşim üniformdur. Kaynak pasosunda herhangi bir yeri örnekleyerek, kaynak bileşimi saptanabilir ve kaynak özelliklerini önceden gösterebilir.
Benzer olmayan bağlantıların bileşenlerinin istenen tasarım ömrüne ulaşamadan hasara uğramalarından dolayı farklı metallerin kaynağında birçok çalışma yapılmıştır. Araştırmalar farklı bağlantılarda oluşan büyük ısıl gerilmelerin sıcaklığın bir artıp bir azalması sırasında ısıl genleşme farklılıklarına bağlı oluştuğunu göstermiştir. Ek olarak, farklı metallerin kaynağında mekanik özelliklere sertliğin etkisi alanında da çalışmalar yapılmıştır. Farklı metalleri yeni metodlarla birleştirmek son yıllarda yeni bir araştırma konusu olmuştur.
Çalışma Koşullarının Etkisi
Uygun farklı metal kaynağı, çalışma koşullarında kaynak özelliklerine uymalıdır. Göz önünde tutulması gereken önemli faktörler mekanik ve fiziksel özellikler ve kaynak korozyon/oksidasyon direncidir.
a) Mekanik özellikler: Kaynak metali, birleştirilen en zayıf malzemeye eşit ya da daha dayanıklı yapıda olmalıdır. Birleştirilen metallerin süneklik mukayesesi istenir ama her zaman mümkün değildir.
b) Fiziksel özellikler: Kaynak metali fiziksel özelliklerinin ana metale benzer olması istenir. Isı çevrimli bağlantılarda, ısıl genleşme katsayısındaki büyük uyumsuzluk erken ısıl yorulma hasarına neden olabilir.
c) Kaynak korozyon/oksidasyon direnci: Kaynak, birleştirilen ana metallerden en aşağı dirençlisine eşit dirence (korozyon/oksidasyon) sahip olmalıdır. Farklı metallerin bağlantısı sıvının elektrolid olduğu bir ortamda olduğunda, kaynak metali her iki ana metal için katodik (daha fazla korozyon direncine sahip) olmalıdır. Kaynak anodik ise (düşük korozyon dirençli), hızlandırılmış galvanik korozyona maruz kalabilir.
Paslanmaz Çeliğin Farklı Metallerle Kaynak Türleri
Farklı Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı
Genel olarak farklı ostenitik paslanmaz çelikler birbirine kaynak edildiğinde, kaynak metali bileşimi neredeyse ana metal bileşimine yakın olur. Buna rağmen, 304 ve 347 tip ostenitik paslanmaz çelikleri birbirine kaynak etmek yaygın değildir. Genellikle, dolgu metali ana metalden daha yüksek alaşımlı olmalı fakat ortaya çıkacak kaynak metalinin ferrit içeriği korozyon ve yüksek çalışma sıcaklıkları için göz önüne alınmalıdır.
Ostenitik Paslanmaz Çeliğin Karbon ya da Düşük Alaşımlı Çelikle Kaynağı
Düşük miktarda karbon içeren ostenitik paslanmaz çelik ve düşük karbonlu çelik arasındaki bağlantılar yüksek sıcaklık uygulamaları içeren enerji dönüşüm sistemlerinde yaygınca kullanılır. Merkezi elektrik santrallerinde, kazanların düşük sıcaklıklara maruz kalan bölümleri ekonomik nedenlerden dolayı karbon çeliğinden yapılır. Diğer parçalar daha yüksek sıcaklıklarda çalışır ve ostenitik paslanmaz çelikten yapılır. Bu yüzden iki malzeme arasında geçiş kaynağına ihtiyaç duyulur.
Ostenitik paslanmaz çelilklerin karbon ya da düşük alaşımlıç eliklerle kaynağı 370 °C'yi geçmeyen sıcaklıkta korunmasızlığa sahip uygulamalarında, aşırı yükleme altında kaynak sonucu oluşan sıcak çatlama olasılığını azaltmak, artık ferrit miktarını önlemek ve kaynak metalinde seyrelmenin ardından martenzit oluşumunu önlemek için yeterli yükseklikte tam alaşım içeriğine sahip paslanmaz çelik dolgu metali kullanılmalıdır. Seyrelme, dolgu metalinin kimyasal bileşiminin, ana metalle karışımı sonucu ya da daha önceki kaynak pasosundaki kaynak metaliyle karışımı sonucundaki değişimidir. Bu, ana metalin veya önceki pasodaki kaynak metalinin yüzdesiyle ölçülür.
En yaygın farklı metal kapağından biri 304 tip paslanmaz çelik ile düşük karbonlu ya da yumuşak çeliğin birleştirilmesidir. 308 tip elektrod, 304 tipi kendine kaynak etmek için standart dolgu metali, bu kaynağı yapmak için kullanılmamalıdır. Bazı tip 308 kaynakları memnun edici olabilir ama aslında demir seyrelmesinden dolayı kalite problemleri oluşabilir. Ferrit numarası 10'dan büyük yüksek alaşımlı 309 tip dolgu metali ya da ferrit numarası 25'ten büyük 312 tip kullanılmalıdır.
Ostenitik paslanmaz çeliğin karbon çeliğine birleştirilmesinde "sıvama" iyi bir uygulama olup, 309 tip veya başka uygun paslanmaz çelik kaynak metali tabakalı karbon çeliği oluşturulur. Böylelikle zorlukların daha çok oluştuğu kaynak tarafında (karbon çeliği tarafı), kaynak metalinde az bir gerilme varken paslanmaz çelik dolgu metali ile doldurulur. Böylelikle paslanmaz çelik ile yüzeyde oluşturulmuş tabaka arasındaki bağlantı, konvansiyonel paslanmaz çelik dolgu metali ile kaynak edilebilecek paslanmaz-paslanmaz bağlantıya dönüşür. Bunun tam tersi olarak ostenitik paslanmaz çelik üzerine karbon ya da düşük alaşımlı çelik dolgu metali ile sıvamadan sakınılmalıdır. Bu mümkün olsa da sert ve gevrek bir yapı oluşturur. Sıvama şu adımlardan oluşur;
1.Adım: Karbon çeliği kenarının kaynak için hazırlanması
2.Adım: Karbon çeliğinden seyrelme sonucu oluşabilecek sorunları önlemek için uygun alaşım içerikli paslanmaz çelik kaynak metalinin kaplanması
3.Adım: Gerekli boyutlara getirmek için parçanın işlenmesi veya taşlanması. Gerekliyse bu aşamadan sonra gerilme giderme uygulanabilir.
4.Adım: Kaynak için parçaların sabitlenmesi
5.Adım: Paslanmaz çelik parçanın normal kaynağı için uygun dolgu metali veya karbon çeliği parçasına kaplanmada uygulanmış aynı dolgu metali kullanılarak paslanmaz-paslanmaz kaynağı uygun biçimde oluşturulur.
Bir başka metot da ise, kısa paslanmaz çelik geçiş elemanı karbon çeliğine ya da paslanmaz kaplı karbon çeliğine kaynaklanır. Bu metot, karbon çeliği ana metalini son kaynak etkisinden korumada ve bağlantıda bir miktar yükleme varken gerilme giderme olabileceğini kanıtlar. Buna rağmen yöntem yüzey tabakası oluşturmadan daha pahalı bir prosedürdür.
Bağlantı Bütünlüğünü Etkileyen Faktörler
a) Kaynak metali: Farklı metallerin kaynağında, en önemli olgu kaynak metali bileşimi ve özellikleridir. Bu bileşim, ana metallerin ve dolgu metalinin bileşimlerine ve bunların ilgili seyrelmelerine bağlıdır. Kaynak metali bileşimi çoğunlukla üniform olmayıp özellikle birden fazla pasoludur ve bileşim gradyanı her ana metale komşu kaynak metalinde oluşur.
Alaşımlamanın temel kavramları, en son oluşan alaşımın metalurjik karakteristikleri ve bunların fiziksel ve mekanik özellikleri farklı metal bağlantısı dizaynında göz önüne alınmalıdır. Ayrıca iki metale ait faz diyagramı içeriği araştırılmalıdır. İki metalin karşılıklı çözünebilirliği varsa, bağlantı başarıyla oluşturulur. Eğer az var ya da hiç yoksa kaynaklı bağlantı başarısız olacaktır. Farklı metaller arasında oluşturulmuş metallerarası bileşenler çatlak duyarlılığı, süneklik, korozyona meyillilik vb. konularda araştırılmalıdır. Metallerarası bileşenlerin mikroyapısı da önemlidir. Bazı durumlarda, her metalde çözünebilir üçüncü bir metal kullanmak iyi bir bağlantı oluşturmak için gereklidir.
b) Seyrelme: Farklı metallerin kaynağında, sürekli, sünek bir matriks fazına sahip kaynak metali oluşturmak için dolgu metali ana metal ile kolaylıkla alaşımlanmalıdır. Ayrıca dolgu metali, çatlağa duyarlı mikroyapı oluşturmadan ana metallerce oluşacak seyrelmeye izin verebilmelidir. Kaynak metali mikroyapısı istenen servis koşullarında sürekli olmalıdır. Farklı metaller arasında başarılı bir kaynak bağlantıdaki iki metal arasında en zayıfı kadar güçlü olan şöyle ki yeterli çekme dayanan ve sünekliğe sahip olandır.
Çok pasolu kaynakta, her pasonun bileşimi birbirine göre üniform olmalıdır. Buna rağmen, belli bileşim farklılıkları genellikle kaynak pasolarında özellikle de kök pasoları arasında, ana metale komşu pasolarda ve geri kalan doldurma pasolarında oluşur.
c) Erime sıcaklıkları: Birleştirilecek olan iki metalin erime sıcaklıkları arasındaki fark da dikkate alınmalıdır. Birleştirme kaynağı sırasında yararlanılan belli bir ısıda aynı ısı uygulandığında bir metal diğerinden daha önce erimiş olabilir. İki ana metal ya da ana metal ile kaynak metali arasındaki erime sıcaklıklarındaki önemli fark, metalin düşük erime sıcaklıklarında sürünmesine neden olabilir. Yüksek erime sıcaklıklarına sahip metalin katılaşması ve büzülmesi, diğer metalin daha zayıfken ve kısmen katılaşmış olması durumunda diğer metalde gerilmelere neden olur. Bu problem orta erime sıcaklığında bir ya da daha fazla dolgu metalinin, daha yüksek erime sıcaklığına sahip ana metal yüzeyine uygulanmasıyla çözülebilir. Bu prosedür "sıvama" olarak bilinir. Daha sonra kaynak sıvanmış yüz ve diğer ana metal arasında yapılır. Sıvama tabakası erime sıcaklığı diferansiyelini düşürmede uygulanır. Sıvama ayrıca çevrimsel sıcaklıklara dayanması zorunlu çok farklı ısıl genleşme katsayılarına sahip malzemeler arasında bir geçiş sağlamak için kullanılır. Benzer olarak sıvama, kaynak sonrası ısıl işlem veya artan sıcaklıklarda ana metalden kaynak metaline istenmeyen elementlerin taşınımını yavaşlatan bir bariyer tabaka oluşturmada kullanılır.
d) Isıl iletkenlik: Çoğu metaller ve alaşımlar iyi ısı iletkenleridir ama bazıları diğerlerinden daha iyidir. Erimiş kaynak banyosundan komşu ana metal ile hızlı ısı iletimi, ana metali yerel olarak eritmekte gerekli enerji girdisini etkileyebilir. Isıl iletkenlikleri birbirinden çok farklı iki farklı metal kaynaklandığında, kaynak prosedürü bu farklılığı sağlamalıdır. Çoğunlukla kaynak ısı kaynağı, uygun ısı dengesi eldesi için yüksek ısıl iletkenliğe sahip olana yöneltilmelidir.
e) Isıl genleşme katsayısı: Soğuma sırasındakii ısıl genleşme katsayılarındaki büyük farklılık, bir metalde çekme gerilmesi yaratırken diğerinde basma gerilmesi yaratır. Çekme gerilmesine maruz metal kaynak sırasında sıcak çatlayabilir ya da gerilmeler ısısal ya da mekanik olarak giderilmezse kullanım sırasında soğuk çatlayabilir. Bu faktör çevrimsel sıcaklık modundaki artan sıcaklıklarda kullanılan bağlantılar için önemlidir.
Dolgu Metalinin Seçimi
Ostenitik dolgu metallerini % 40'a kadar ferrit içeren ve tamamen ostenit kaynak metali oluşturan olmak üzere ikiye ayırabiliriz. % 40'a kadar ferrit içeriği oluşturan ostenitik dolgu metalleri en yaygın kullanılanlardır ve oda sıcaklığında 2-12 FN arasında kaynak metali üretir. Üstün kaynak özelliklerine sahiptir ve ısıl işleme gerek duymazlar. Ancak Creş 20'den fazla olan yüksek alaşımlı dolgu metalleri eğer kaynak metali 550-950 °C arasında ısıtılırsa sigma fazı gevrekliği oluşturur. Çok pasolu kaynak da aynı etkiye sahiptir. Tamamen ostenitik kaynak metali oluşturan dolgu metalleri, ferrit içeriğinin çoğunlukla tercihli korozyon riskine neden olmasından dolayı gerekebilir. Tamamı ostenitik kaynak metalleri sıcak çatlamaya karşı içinde bir miktar ferrit bileşimi olanlardan daha dayanıksızdır. Ayrıca geniş kaynak banyosu sıcak çatlama riskini arttırır. Çünkü bu haldeyken kaba taneli olarak daha yavaş soğur ve efektif tane sınırı alanı küçüktür. Dar kaynak banyosu hızlıca soğuyarak ince taneli yapı oluşturur.
Kaynak davranışı ve dikişin görünüşü elektrodu kaplayan önü tarafından belirlenir.
Rutil Örtülü Elektrod: Bu elektrodların ince damlalı bir malzeme akışı vardır ve ince adını, düzgün dikişler elde edilir. Doğru akım (elektrod +) veya alternatif akımla kaynak yapılabilir. Cürufu uzaklaştırmak kolaydır ve kısmen kendi ayrılır. Bu özelliklerinden ötürü paslanmaz çelik kaynağında tercih edilirler.
Bazik Örtülü Elektrod: Sadece doğru akımla (elektrod +) kaynak yapılabilir. Damlaları daha iridir, bu nedenle zor pozisyonlarda uygundur. Aralık kapama özelliği iyi olduğundan kök dikişleri için tercih edilir. Rutil elektrodlara göre kaynak dikişinin görünümü daha kabadır ve cüruf daha zor uzaklaştırılır.
Olası Kaynak Hasarı Faktörleri
Araştırmalar ısı iniş çıkışı sırasında ısıl genleşme farklılığına bağlı olarak kaynak metali-ferritik çelik ara yüzeyinde oluşan büyük ısıl gerilmelerin rolüne dikkat çekmiştir. Bundan başka, uzun süre yüksek sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra yerel metalurjik değişimlerin (karbür çökelmesi gibi) gözlendiğini göstermiştir. Bu tür bağlantıların doğasında ortaya çıkan problemler uzun zamandır bilinmektedir. Bu hasarlar işlemden 15 ya da 20 yıl sonra ortaya çıkar ve bu tesisat için biçilen ömür değerinden önceki bir zamana denk gelmektedir.
Neredeyse tüm ostenitik-ferritik, farklı alaşım kaynak hatalarında hasar ferritik alaşımda oluşur. Birçok araştırmacı tarafından görülmüştür ki hasara neden olan faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir:
1) Çevrimsel termal gerilme
2) Düşük alaşımlı ferritik çeliğin düşük oksidasyon direnci
3) Karbon göçü
4) Artan çalışma sıcaklıklarının neden olduğu metalurjik kötüleşme.
Farklı metal kaynağının ısıl davranışını geliştirmek için araştırmalar, metalurjik değişimlerin ve ısıl gerilmelerin kontrolüne sahip olmak için bileşenlerin faz dönüşümlerine, yeni kaynak prosedürleri ve dolgu malzemelerinin bilinmesine doğru ilerlemektedir.
