Su Alma Eğilimi Yüksek Çeliklerin Kaynak Kabiliyeti

 

Hidrojen varlığının, gerek bölgesel gerilmeler gerekse bağlantı sırasında oluşan çekme gerilmelerinin etkisi altında kaynak dikişinde kırılganlığa karşı hassasiyeti yüksek bölgelerin oluşumunu arttırdığı bilinmektedir.

Özel çeliklerin su alma eğilimleri arttıkça 2 önemli konu devreye girer: Bunlar,

- Ön tav sıcaklığı,
- Düşük hidrojen seviyeli bazik karakterli örtüye sahip elektrotların kullanılmasıdır.

Çeliğin su alma eğiliminin çok yüksek olduğu hallerde, dönüşüm bölgesinde kırılgan bir yapı oluşması nedeniyle yukarıda önerilen maddeler yetersiz kalacağından problem yeni bir görünüm altında ele alınmalıdır.
 

Havada sertleşebilen çeliklerin metalurjik açıdan kaynak edilebilirlikleri bu çeliklerin yüksek derecede su alabilme özelliğine sahip olmaları ve sertleşme derinliğinin fazlalığı nedeniyle zordur. 

Kalınlığı 4 mm. olan bir sacda, kaynak dikişinin her iki yanında da oksi-asetilen kaynağında 30 mm, ark kaynağında ise 10 mm genişliğindeki bir hat boyunca iç yapıdaki tane boyutlarının değişmesi ile oluşan bir dönüşüm bölgesi ortaya çıkmaktadır. 

Martenzitik yapıya sahip dönüşüm bölgesinin sertliği oksi-asetilen kaynağı için 500 HB'yi geçerken, bu değer elektrik ark kaynağı uygulamalarında 400 HB'dir. 

Oksi-asetilen kaynağı uygulaması, eriyen bölgeye yaklaşık 20 mm mesafedeki alanda, A₁- A₃ sıcaklıkları arasında, su vermeyi izleyen hafif bir temperleme etkisi yaratır ki bu da söz konusu bölgenin sertliğinde bir miktar azalmaya yol açar. 

Havada su alabilen yüksek sertliğe sahip zırh çeliklerinin kaynak kabiliyetleri 1937'den beri sık sık gündeme gelmektedir. 

Uluslararası Kaynak Enstitüsü, bu konuda "Tampon Tabaka ile Sıvama Yöntemi" denilen bir bağıntı metodu önermektedir. 

Bu metodun esası, birleştirilmesi düşünülen metallerin bağlantı yüzeylerinin nikel veya monel türü bir malzeme ile ya da ostenitik çelik gibi dönüşüm noktası olmayan bir çelikle tabaka şeklinde sıvanmasıdır. Bu tabakanın kalınlığı ise en az ana metalin dönüşüm bölgesinin genişliğine eşit olmalıdır. Sıvama işleminden sonra parçalar, tampondaki tüm dönüşüm izlerini yok edebilmek amacıyla asıl bağlantıdan önce ısıl işleme tabi tutulurlar. Bağlantı ise yığılan tampon tabakanın üstüne sıvama işleminde kullanılan metalle hemen hemen aynı türde bir malzeme ile gerçekleştirilir. Önerilen makale: argon kaynağı yapan firmalar hakkında detaylı bilgi almak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz. Bağlantı işlemi sırasında meydana gelen dönüşümler önceden sıvanan tampon bölgede sınırlı kalır ve böylece ana metalin su alarak kırılgan bir yapıya bürünmesi önlenmiş olur. 

Farklı Bağlantıların Avantaj ve Dezavantajları

Hidrojenin çelik içerisindeki çözüne bilirliğine ait eğriler ostenitin 100 g'da 6-10 cm³ oranında hidrojeni absorbe etmeye elverişli olduğunu göstermektedir. Oysa bazik karakterli örtüye sahip elektrotlar 100 g'da 4-6 cm³ hidrojen yaydığı için benzemez bağlantının erimiş bölgesini oluşturan ostenitik çelik bölgede hidrojen kolayca çözünebilmektedir. 

Benzemez bağlantılarda çoğu zaman 2 önemli problem ortaya çıkmaktadır.

1) Uygun elektrod seçimini zorunlu kılan sıcak çatlama eğilimi, 

2) Ferritik çelikteki elementlerin, özellikle ana metaldeki karbonun bağlantı bölgesine dogru yayılması sonucu oluşan ara fazlar. 

Bunlardan birincisi elektrotun kalitesini belirlerken, ikincisi kaynatılan parçanın kullanım sahasını sınırlar. 

Ostenitik bölgenin çatlama hassasiyeti ostenitte ferrit bulunmasına ya da bulunmamasına bağlıdır. Bilindiği gibi SCHAEFFLER Diagramı, benzemez bağlantılarda, ostenitik elektrot seçimi konusunda kullanıcıya yol göstermektedir. 

Farklı bağlantıların bir diğer avantajı, ön tay uygulamasının, en azından yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilen ön tay uygulamalarının ortadan kalkmasıdır.

Ostenitik Elektrodlann Seçilmesi 

Günümüze kadar bu konuda birçok çalışma gerçekleştirilmiş ve bunlardan SCHAFFLER tarafından geliştirilen yöntem en yaygın olarak kullanılanı olmuştur. SCHAEFFLER, çalışmalarında ana metal ile eriyen ostenitik bölgedeki seyrelmeyi esas almaktadır. 

SCHAEFLER Diagramında havada su alabilen ferritik çeliğe ait nokta martenzitik bölgede bulunup X harfi ile belirlenmiştir. Bu çeliğin kimyasal analizi aşağıda verilmektedir. 

Karbon % 0,25-0,30 
Manganez  % 0,70 
Silisyum  % 0,30 
Nikel  % 2,5-3,5 
Krom  % 1 
Molibden  % 0,2-0,3 

Ferritik çeliğe ait X noktasının koordinatları, ostenitik çeliklerdeki Cr ve Ni eşdeğerlerinin hesaplanmasında kullanılan formüllerle bulunur. 

(Ni)_eş= % Ni + 30 % C + % 0,5 Mn 

(Cr)_eş= % Cr + % Mo + 1,5 % Si + 0,5 % Cd 

Buna göre: 

(Nİ)_eş= 10,8 ve (Cr)_eş= 1,8 dir. 

Kaynak işleminde iki fazlı ostenitik yapıda bir kaynak metali elde edebilmek için gereken şart seçilen elektrotun γ+δ bölgesinde örneğin Y ile belirtilen noktada bulunması gerekmektedir. XY doğrusu SCHAEFFLER Diagramında birçok bölgeden geçmektedir. Bunlar saf ostenit, ostenit-martenzit ve martenzittir. Bağlantı noktası, ana metal ve dolgu metali arasındaki seyrelmenin derecesine göre bu bölgelerden birinde oluşabilir. 

Eğer, OX çizgisinin altında bulunan, % 15 ferrit içeren ve Y noktası ile gösterilen türde bir elektrot seçilirse, % 15'lik bir seyrelme martenzit çizgileri içeren 3 fazlı bir bölgenin ortaya çıkması için yeterlidir. Aynı seyretme değeri için Y alaşımının ulaştığı ferritik faz daha dengelidir. Buna karşın bağlantı bölgesinde kırılgan yapı oluşumu OX doğrusunun altında bulunan Y alaşımı için daha kritik düzeydedir. 

SCHAEFFLER Diagramından elde edilen bu bilgiler, temsili noktaları OX doğrusunun üstünde bulunan ostenitik tip elektrotların seçilmesi halinde daha sağlıklı sonuçların elde edileceğini göstermektedir. Gerçekte aynı ferrit miktarları için bu elektrotların seyrelme oranları, ostenit+ferrit fazının daha dengeli olması nedeniyle en yüksek düzeyde tutulabilir. 

Y' alaşımı için, ferritteki % 8'lik artışa karşılık gelen Y" noktası seyrelmenin % 10 kadar daha fazla olmasına imkan tanır. Aynı sonuca ulaşmak için ise Y alaşımına ait ferrit seviyesinin % 2 arttırılması yeterlidir. Ostenitteki ferrit oranı artışının belli seviyelerden sonra ostenitin şekil değiştirme kapasitesi üzerindeki olumsuz etkileri düşünüldüğünde Y alaşımının sağladığı avantajlar daha iyi anlaşılmaktadır. 

% 20'lik bir seyrelme kapasitesine sahip olan ve % 8 ferrit içeren OX doğrusu üzerindeki E noktasına ait ferrit % 2 kadar arttırılırsa (Z" noktası) seyrelme % 25'e kadar yükselir. Eğer X noktasının başlangıçtaki yeri değişirse çatlamayan, sağlıklı bir bağlantı verebilecek olan elektrotun yeniden belirlenmesi gerekmektedir. 

İki fazlı bir yapının elde edilmesi çoğu zaman yeterli değildir. Yığılan metal başka kimyasal şartları da yerine getirmelidir. Örneğin, karbon oranı % 0,10'un, silisyum konsantrasyonu ise % 0,6'nın altında olmalıdır. Bazı literatürler, kolombiyumum ferrit dengeleyici etkisine rağmen bu elementin erimiş metalin çatlama hassasiyetini arttırdığını söylemektedir. 

Seyrelmenin seviyesi, kaynak edilen parçaların kalınlığına, kaynağın uygulanış şekline ve bilinen pratik kaynak faktörlerine bağlı olup özellikle kök pasolarda daha da belirginleşmektedir. 
 

Bu tür problemlerle, özellikle üzeri kaplı çeliklerin birleştirilmesi işlemleri için gerekli elektrotun seçilmesi sırasında karşılaşılır. Bu durumda yine SCHAEFFLER Diagramına başvurulabilir. Söz konusu üç farklı metalden iki tanesi birleştirilecek çelikler, üçüncüsü ise kullanılan elektrottur. 

Kaplama metalinin kalınlığı genellikle toplam kalınlığın % 10'u kadar olup bağlantı bölgesinde, A ana metal ve B kaplama metali arasında eşit oranda bir seyrelme olduğu söylenebilir. Eğer C noktasını ana metalle kaplama metalinin % 50 oranında seyreldiği M noktasına birleştirecek olursak kaynak metalinin (burada elektrotun) % 25 oranında seyretmesi halinde bağlantı bölgesinde martenzit oluştuğu ortaya çıkar. 

% 5 ferrit içeren 25 Cr/12 Ni'li ostenitik elektrodlar (D noktası) ostenitik bölgeyi yakalamak için % 30, martenzitik oluşumu için ise % 55 oranında bir seyrelme gerektiğinden dolayı daha uygundur. 

Yüksek sıcaklık dayanımına sahip tamamen ostenitik yapıdaki 25 Cr/20 Ni'li elektrotların da kaynak ve bağlantı bölgesi % 55 oranında seyrelmeye kadar ostenitik alanda kalmakta ancak bu durumda, erimiş metalde tamamen ostenitik yapıdan dolayı sıcak çatlama riski ortaya çıkabilmektedir. 

SCHAEFFLER Diagramına göre, incelenen bu 3 elektrot arasında, ısıya dayanıklı 25 Cr/12 Ni'li elektrotlar, gerek kaynak dikişinde gerekse bağlantı bölgesinde çatlak oluşumunu engellemeleri açısından en iyi özelliklere sahip olanıdır.