İmal İmal Ödevi - Mig Kaynağı MIG KAYNAĞI (Eriyen Elektrotla Gazaltı Kaynağı) MIG kaynağı, koruyucu gaz kullanılarak yapılan (gazaltı) ark kaynak yöntemleri arasında yer alır. Bu kaynak genel olarak argon atmosferi altında yapılmıştır. İlk defa 1948 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde “Linde Air Products Company” firması tarafından bulunarak önce alüminyum ve alaşımlarının sonra da sırasıyla yüksek alaşımlı çeliklerin, bakır ve alaşımlarının ve karbonlu çeliklerin kaynağında kullanılmıştır. Bu yönteme, ilk önce “Linde Air Products Company - New York” firması tarafından “Shielded Inert Gas Metal Arc” kelimelerinin baş harflerini birleştirmek suretiyle “SIGMA” adı verilmiştir. Daha sonra da “Metal Inert Gas” kelimelerinin ilk harflerini alarak oluşturulan “MIG” ismi bütün dünyada kabul edilen bir isim olmuştur. MIG kaynak yöntemi TIG yönteminden arkın, kaynak yerine otomatik olarak gelen ilave metal ile iş parçası arasında oluşmasıyla ayrılır. 11111111111111 MIG kaynak donanımı aşağıdaki kısımlardan oluşur: 1- İlave metal (kaynak telinin sarıldığı makara) 2- Elektrot telini hareket ettiren makara 3- Kaynak tabancası 4- Şalter (tetik) 5- Koruyucu meme 6- Kaynak makinesi 8- Kaynak yapılacak parça 9- Koruyucu gaz tüpü2 10- Basınç düşürme manometresi ve geçen gazın miktarı Yöntemin Prensibi Şekil 1.1, MIG kaynağının prensibini vermektedir. Bu yöntemde ark, eriyen bir tel elektrot ile iş parçası arasında yanar; koruyucu gaz inerttür.(soy) Bir tel makarasından gelen tel, torca iletilir. Telin bu dış ucunda akım kontak borusu yer alır. Kontak borusu, gaz memesinin içinde eş eksenli olarak bulunur.Kontak borusunun alt ucundan arka kadar olan tel boyu olarak tarif edilen serbest tel boyunun uzunluğu, mm cinsinden tel çapının 10 ila 12 katı kadar olmalıdır. Kontak borusu mesafesi, serbest tel boyu ile ark boyunun toplamıdır. Ark ve kaynak bölgesi, gaz memesinden çıkan koruyucu gaz tarafından örtülür. Koruyucu gazın akış debisi, 1/dak cinsinden olmak üzere tel çapının 10 ila 12 katı arasındadır. Mükemmel bir erime özelliğine ancak yüksek akım yoğunluğuyla çalışıldığı zaman erişilir. Bu akım yoğunluğu da arkın durumuna bağlı olarak 60-150 amper/mm 2 arasında değişir. Kuvveti bir ultraviyole ışını emizyonu meydana geldiğinden, bilhassa göz rahatsızlıklarına ve cilt yanmalarına dikkat edilmelidir. Yüksek akım şiddeti derin bir nüfuziyet sağlar. Bu husus, 20 mm kalınlığına kadar saçlara ağız açmadan kaynak yapma üstünlüğü temin eder. Diğer taraftan ince saçların kaynağında, parçanın kolay delinmesi gibi bir mahzuru vardır. MIG usulü, kalın parçaları kaynak yaparak, TIG usulünü tamamlar. Normal el ile yapılan ark kaynağında olduğu gibi, dikine ve tavan pozisyonlarındaki dikişleri de kaynak yapmak mümkündür. 3 MIG Kaynak Donanımı MIG kaynağında kullanılan kaynak donanımı, şekil 1.2’de gösterildiği gibi, akım üretecinden tel ilerletme ünitesinden ve ucunda torç bulunan hortum paketinden oluşur. MIG kaynağında esas olarak doğru akım kullanılır.Elektrot, akı üretecinin pozitif kutbuna bağlanır. Akım üreteci olarak redresör veya sabit gerilim karakteristikli inverter kullanılır. Karakteristik eğrisinin yataylığı çok önemlidir; bu şekilde iç ayar sağlanabilir. MIG değişik tel besleme (ilerletme) düzenekleri mevcuttur.Şekil 1.3’de beş temel tür gösterilmiştir.4 Akım Şekli MIG kaynağında doğru akım kullanılır ve genellikle elektrot pozitif kutba (ters kutuplama) bağlanır. Ark kararlı bir şekilde yanarak, derin bir nüfuziyet sağlar. Bazı özel hallerde doğru kutuplama ile de kaynak yapılabilir. Hafif metallerin kaynağında, parçanın yüzeyinde meydana gelen oksit tabakasının parçalanması, ancak elektrodun pozitif kutba bağlanmasıyla mümkündür. Elektrodun doğru akımda negatif kutba bağlanmasıyla oksidin parçalanma tesiri ortadan kalktığı gibi, arkın kararlılığı ve diğer taraftan da nüfuziyet derinliği azalır. Örneğin, paslanmaz çeliklerin iç köşe kaynaklarında yüksek erime gücü ve doldurma kaynağında da nüfuziyetin azlığı dolayısıyla elektrod negatif kutba bağlanarak kullanılabilir. Ark Türleri MIG kaynağında akım şiddetine, ark gerilimine ve kullanılan koruyucu gaz türüne göre değişik ark türleri ortaya çıkar.Tablo 1.1’de arkta malzeme geçiş türleri verilmiştir.5 Tel Elektrotlar Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin MIG kaynağında kullanılan tel elektrotlar TS EN 440’ta standartlaştırılmıştır. Bu teller arasındaki esas fark, içlerindeki Mn ve Si miktarlarından kaynaklanır. Bu elemanlar, kaynak metalinin deoksidasyonu için gereklidir; ancak kaynak banyosunun akıcılığını ve dolaysıyla kaynağın özelliklerini de etkilerler. Çapları 0.6 mm’den 6mm’ye kadar değişir. En sık kullanılanları 0.8, 1.0, 1.2, 1.6 mm’dir. Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynağında kullanılan teller bakır kaplıdır. Bakır kaplama genellikle gözeneklidir ve korozyona karşı özel bir koruma sağlamaz. Ancak ilerletme motorunun ruloları arasından geçişini kolaylaştırır ve akım iletimini iyileştirir. Özlü teller boru şeklindeki tellerdir. İçlerinde cüruf ve koruyucu gaz oluşturan maddeler bulunur. Şekil 1.4, MIG kaynağında kullanılan özlü tellerin kesitlerini göstermektedir. MIG kaynağında elektrot çapına ve malzemeye bağlı olarak tatbik edilen akım şiddetleri: 22222222222222226 Koruyucu Gazlar Kaynak tekniğinde kullanılan koruyucu gazlar TS EN 439’da standartlaştırılmıştır.(Tablo 1.2) Kullanılan koruyucu gazın bileşimi, dikiş profilini etkiler. MIG Kaynağında Kaynak Tekniği MIG kaynağında belirli bir karakteristik ayarı seçildikten sonra tel ilerletme hızının ayarlanabilmesi için kaba ve hassas ayarlar mevcuttur. Bu ayar anahtarları akım üretecinin ön panelinde yer alır. Ark boyunun her değişiminde arkın direnci de değiştiğinden, dolaylı olarak akım şiddeti değiştirilmiş olur. Ark gerilimi, ark üreteci üzerinde, karakteristik eğrisi değiştirilerek ayarlanır. Optimum bir ark boyu elde etmek için, akım şiddeti ve ark geriliminin belirli bir orana sahip olması gerekir.Şekil 1.6’da üst şekilde gösterildiği gibi, sadece tel ilerleme hızı değiştirilir ve akım şiddeti değiştirilmiş olur. Ancak ark boyu da buna bağlı olarak bir miktar kısalır. Bu durumda aynı anda daha yüksek bir karakteristik seçilmelidir. Bu şekilde optimum ark boyu ayarlanabilir(alt şekil). Gerçekte tek bir ideal çalışma karakteristiği mevcut olmayıp kullanılabilecek bir çalışma bölgesi vardır. Bu çalışma bölgesi, şekil 1.3’te gösterilmiştir.7 MIG Kaynağının Uygulama Alanları MIG kaynağının uygulanma oranı, diğer eritme kaynak yöntemleri arasında günümüzde %70’in üzerine çıkmıştır.Kısmi mekanize, tam mekanize veya otomatik olarak uygulanabilir. Robotla yapılacak kaynak işlemlerine çk uygun bir kaynak yöntemi olduğundan, günümüzde kaynak robotlarının en çok uyguladığı yöntemler arasındadır. Bir kaynak robotu, 3’ten fazla eksene sahip olmalı ve hassas şekilde programlanabilmelidir. Genellikle 5 veya 6 eksenli mafsal kollu robotlar kullanılmaktadır. MIG Kaynağında Görülen Kaynak Hataları MIG kaynağında yönteme özgü kaynak hataları, birleşme hatası (yetersiz erime) ve gözenektir. Birleşme hatası, gerekenden düşük veya yüksek ark gücü ayarlanması durumunda ortaya çıkar. Gerekenden düşük ark gücü, esas metalin erimesine yeterli gelmez. Gerekende yüksek ark gücünün yol açtığı aşırı erime veya çok yavaş kaynak hızı nedeniyle kaynak banyosunun öne akması da birleşme hatalarına neden olmaktadır. Gözenekler, kaynak metalinin katılaşması sırasında metal içerisinde sıkışan gaz kabarcıklarıdır. Alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynağında gözenek oluşumunun en önemli nedeni azottur. Azot, çevredeki atmosferden gelir. gaz akış debisine ve torç ile parça arasındaki mesafeye dikkat edildiğinde bu tip gözeneklerin oluşumu önlenebilir. Ayrıca su soğutmalı torçlardaki contaların su sızdırması, torcun gerekenden fazla eğik tutulması, aşırı rüzgarlı havalarda veya ortamlarda kaynak yapılması, torç ağzının sıçramalarla tıkanmış olması da gözeneğe neden olur.8 PASLANMAZ ÇELİKLERİN MIG KAYNAĞI Kullanılan belirli bileşimdeki bir ilave metal, gaz atmosferi altında pratik olarak yanma dolayısıyla kayıp meydana gelmediğinden eridiği yüksek alaşımlı özellikle östenitik tip paslanmaz krom-nikelli çeliklerin kaynağında MIG yöntemi büyük bir üstünlük sağlar. İlave metalin işlem sırasındaki bir kimyasal reaksiyon meydana getirmemesi, kaynak yerinin bileşim bakımından emniyetini mümkün kılar.18-8, 18-8 Mo ve 25-20 gibi kullanılan bütün tip paslanmaz çelikler (Niobyum, Kolombyum ve tantal ile stabilize edilenler dahil) kolaylıkla kaynak yapılabilir. Hatta karbonlu veya dökme çelik üzerine paslanmaz çelik ile doldurma kaynağı bile yapmak mümkündür. Böylece reaksiyon kabları ve otoklavlar rasyonel olarak yüksek kaliteli çelikle astarlanabilir. MIG kaynak yönteminde sıçrama hayli az olarak (%2 kadar, bu değer normal örtülü elektrotlarla yapılan kaynakta %35 civarındadır.), yüksek bir kaynak hızı ve erime gücüyle çalışmayı sağlar, distorsiyonlar da asgaridir. 5 mm sac kalınlığına kadar parçalara ağız açmaya ihtiyaç yoktur. 5 mm’nin üzerindeki kalınlıklarda V - alın dikişi kullanılır. Normal olarak birleştirme kaynağında elektrot doğru akımda pozitif kutba bağlıdır. Erime gücünün yüksekliği nedeniyle kalın iç köşe kaynakları ile doldurma kaynağında elektrot negatif kutba bağlanır. Genellikle sola kaynak usulü tercih edilir ve ark boyu yaklaşık 6 mm’dir. Tabanca memesinin parçadan mesafesi 12 mm civarında bulunur. PASLANMAZ ÇELİKLER9 Çelikte korozyona ve oksidasyona karşı mukavemeti arttıran ve ilavesi mutlak surette gereken alaşım elemanı kromdur. Çeliğin içerisindeki kromun koruyucu kabiliyeti, krom ile oksijen arasındaki büyük affiniteden ileri gelmektedir. Kromun miktarı kafi derecede büyük olduğu zaman çeliğin yüzeyinde ince bir oksit tabakası meydana gelir. Bu oksit tabakası yüzeyi aktif olmayan bir hale getirir tesirlere karşı korur. Korozyona karşı mukavemetin gerçekleşebilmesi için, yüzeyin oksijenle temas etmesi şarttır. Zira yüzeyi koruyan tabaka teşekkül eden krom oksit filmidir. Korozyona karşı iyi bir mukavemetin elde edilmesi arzulandığı hallerde, çelikteki krom miktarının %12 krom ihtiva eden bir çelik,(HNO 3 ) nitrik asit gibi, oksitleyici asitlere karşı iyi bir dayanıklılık kazanmış olur. Fakat diğer taraftan HCI ve H2SO 4 gibi redükleyici asitlere karşı mukavemeti oldukça azdır. Zira bu asitlerin krom oksidi üzerine redükleyici bir tesiri mevcuttur ve dolayısıyla da oksit tabakası ortadan kalkınca çeliğe tesir ederler. Koruma yanı sıra nikel, molibden ve diğer alaşım elemanları katmak suretiyle redükleyici asitlere karşı da mukavemeti arttırmak mümkündür. Kromun diğer bir tesiri de , çeliklerin ısı altındaki mukavemetlerini büyük çapta arttırmasıdır. Bu tesir bilhassa çekme ve krip mukavemetlerinde kendini gösterir. (Şekil 2.1). Aynı şekilde çeliğin yüksek sıcaklıktaki oksidasyona karşı dayanıklılığı da arttırılır.(Şekil 2.2) Şekil 2.1-Çeliğin krip mukavemetinin sıcaklıkla değişimi 333333333333 44444444444444 şekil 2.2-1000°c’de 48 saat sonra çeşitli çeliklerin oksidasyon kayıpları10 Yüksek miktarda karbon ihtiva eden çeliklerin kaynağında iki karakteristik olay mevcuttur. Şöyle ki: a-Oksijen ve krom arasındaki büyük affiniteden dolayı, kaynak esnasında, kaynak banyosunda kalın bir oksit tabakası meydana gelir. Oksidasyon olayı çok çabuk cereyan eder ve meydana gelen oksidin erime derecesi de yükselir. Kolaylıkla teşekkül eden krom oksit kaynağın kalitesini düşürür. Bu olay yüzünden özel bir kaynak usulü ve teknik kullanarak kaynak banyosunu ve arkı hava ile temastan menetmek icap eder. b-Krom, karbona karşı da büyük affiniteye sahiptir. Bu sebepten ötürü yüksek krom alaşımlı çeliklerde, eğer karbon erimiş haldeki metal ile temasa geçerse veya arkta karbonlayıcı bir ortam mevcut ise, kaynak esnasında büyük bir karbürasyon meyli çıkar.Hemen hemen bütün paslanmaz çeliklerde karbon miktarını mümkün olduğunca düşük tutmak icap eder. Bunun için karbonu kromdan ayrı tutmak gayesiyle tedbirler almak gerekir. Örtülü elektrotlarla yapılan ark kaynağında, elektrot örtüsünde selüloz bulunması halinde, karbon örtüden kaynak banyosuna geçebilir.Oksi-asetilen kaynağında asetilen fazlalığı da karbürasyona sebep olduğundan arzu edilmez. Diğer taraftan, kaynak ağızlarındaki pislik ve yağlı maddeler de karbürasyona sebep olabileceğinden, bunların da daha evvel dikkatlice temizlenmesi gerekir. Kromun çeliğin yapısı üzerine büyük tesiri mevcuttur ve bu yüzden ferrit yapıcı elemen diye adlandırılır. Şekil 2.3’teki demir-krom faz diyagramından östenit fazının demir-krom alaşımlarda çok ufak olduğu ve %13’ten fazla krom içeren alaşımlarda ise, bu faza hiç rastlanmadığı da kolaylıkla görülebilir. Demir-krom alaşımına karbonun ilavesi östenit fazını büyültür, %0.25 karbon ilavesi östenit fazının %23 krom ihtiva eden çeliğe kadar devamını sağlar. 11 5555555555555 şekil 2.3-Demir krom faz diyagramı Üç ana grup paslanmaz çelik mevcuttur: a-Kromlu martenzitik çelikler Bu grup çelikler %16’dan az çelik içerirler ve çok düşük bir soğuma hızına sahiptirler. Bunlarda martenzit teşekkülü çok yavaş bir soğuma halinde bile meydana gelir. b-Kromlu ferritik çelikler Bunlar %16’dan fazla krom içeren çeliklerdir. Aynı zamanda %0.05 ila 0.25 karbon da içerir. Bu çeliklerde katılaşma esnasında östenitin ferrite dönüşmesi yoktur. Ferrit doğrudan doğruya gelir. Soğuma esnasında başka bir dönüşme meydana gelmez; bu sebepten ötürü bu çelikler normal olarak sertleştirilemezler. c-Kromlu östenitik çelikler Bu çelikler 512 ila 25 krom ve %8 ila 25 nikel içerirler. Nikel kuvvetli bir östenit yapıcı olduğundan, bu tir çeliklerde katılaşma esnasında östenit meydana gelir ve oda sıcaklığının altında dahi östenit devam eder. Soğuma esnasında faz değişimi olmadığından bunlar da sertleştirilemezler. Bu grup içerisinde en fazla tanınanı 18/8 çeliği olarak adlandırılan 518 krom ve %8 nikel içeren tipidir. Ekseri hallerde korozyon kuvvetini arttırmak gayesiyle bir miktar da molibden ilave edilir.12 Kromlu Martenzitik Çeliklerin Kaynağı Bu çeliklerde normal olarak %12 ila 17 arasında krom ve %0.1 ila 1.0 arasında da karbon bulunur. Bu tipin az karbon içerenleri Pelton türbininin çark ve kanatlarında, buhar türbinlerinde ve gemi pervanelerinde kullanılır. Bu hallerde çelik daima ısıl işleme tabi tutulur. Krom, çok iyi bilindiği gibi sertleşme kabiliyetini arttıran bir elementtir. Şekil 2.4’teki, %11 karbon ve %12 krom içeren bu çeliğe ait bir TTT- diyagramında görüldüğü gibi, bu tip çeliklerde dönüşme çok yavaş olur. Anormal derecedeki yavaş kritik soğuma hızından ötürü östenit fazından itibaren havada soğuma dahi, en kalın kesitlerde bile martenzitik yapı meydana gelir. Isının tesiri altında kalan bölgede ani soğuma tesirlerini yok etmek zor olduğundan, kaynak kabiliyeti zayıftır.Bununla beraber az karbon içeren kromlu martenzitik çelikler kaynak edilebilir. Daha evvel de belirtildiği gibi, martenzitin sertlik derecesi içerdiği karbon miktarına bağlıdır. Az karbonlu çeliklerde martenzit nispeten daha az ve gevrektir. (Şekil 2.5)Şu halde az karbon içerdiği zaman fazla karbonlu çelikten daha az çatlamaya meyyaldir. Normal olarak bu çelikleri kaynaktan önce bir ön tavlamaya tabi tutmak gerekir. Normal bir ön tavlama, ısının tesiri altında kalan bölgenin sertliğini azaltmaz fakat gerilmeleri azalttığından çatlama şansını düşürür. Bu çelikler için normal ön tavlama sıcaklığı 200 ila 300 °C civarındadır. 66666666666666666 şekil 2.4-%12 krom ve % 0.11 C içeren bir çeliğe ait TTT - diyagramı 777777777777 şekil 2.5- %12 kromlu bir çelikte azami sertliğin karbon miktarı ile değişimi13 Kaynak bölgesinde daha sünek bir yapı elde etmek ve gerilmeleri azaltmak için, parçanın kaynağı müteakip bir gerilme giderme tavlamasına tabi tutulması gerekir.Gerilme giderme tavlaması parça ön tavlama sıcaklığına kadar soğumadan tatbik edilmelidir.En iyi süneklik, parçanın 800 °C ile 820 °C arasında 2 ile 4 sat arasında tavlanması ve bunu takiben yavaş soğutulması ile elde edilir. Bununla birlikte maksimum gerilme giderme tavlamasını müteakip, parçayı sakin havada soğutmaya terk etmek yeterlidir. Kromlu martenzitik çeliklerin kaynağında ekseriye östenitik kaynak metali (östenitik elektrot) kullanılır. Fakat bu biraz düşük akma mukavemeti vermesine rağmen, iyi bir sünekliğe sahip bir kaynak sağlar. Düşük akma mukavemetine sahip kaynakta kendini çekme gerilmeleri azdır. Bu da ısının tesiri altında kalan bölgedeki çatlama tehlikesini azaltır. Östenitik elektrotun kullanılması dahi, ısı tesiri altında kalan bölgedeki martenzitik yapı teşekkülüne mani olmaz. Nikel alaşımlı östenitik elektrotlar , kükürtlü bir atmosferde çalışacak parçaların kaynağında kullanılmamalıdır. Bu gibi hallerde kaynak metali, esas metalin aynı veya kromlu ferritik çelikten seçilmelidir. Yüksek karbon ihtiva eden (%0.5-%1.0 C) martenzitik paslanmaz çelikler mümkün olduğunca kaynak edilmemelidir. Kromlu Ferritik Çeliklerin Kaynağı Bu grupta bulunan çelikler %16-%30 arasında krom ihtiva ederler. Karbon içeriği normal hallerde düşüktür ve %0.05-%0.25 arasında değişir. Büyük miktarda krom ve çok az miktarda karbon içerdiklerinden, bunlarda hiç veya çok östenit meydana gelir. Bundan ötürü bu çeliklerde sertliğe tesir edebilecek miktarda martenzit teşekkül etmez, ?-? faz dönüşmesi yoktur. Yapıları normal olarak ferrit ve karbürden oluşur.14 Bu çeliklerde gerçek bir faz dönüşmesi oluşmadığından çabuk soğutma ile sertleştirilemezler. Kaynak esnasında kaynakta ve ısını tesiri altında kalan bölgede martenzit dönüşmesinden doğan bir çok zorluklar ortadan kalktığı için kolay kaynak edilebilir olmalarına rağmen, kaynak sırasında yine bazı zorluklar görülür. Kromlu ferritik çeliklerin kaynağında karşılaşılan en büyük engel malzemenin 1150 °C’nin üzerinde tane büyümesine karşı olan temayülüdür.Kaynak yaparken ısının tesiri altında kalan bölgenin bir kısmı veya kaynağın kendisi 1150 °C’ye erişir ve buralarda tane büyümesi tehlikesi başlar. Bu çeliklerde tane büyümesi süratle cereyan eder ve çok büyük taneler meydana gelir. Kromlu ferritik çelikler normal olarak ince taneli sünek bir yapıya sahiptirler. İri taneli hale geçince sıcaklığı oda sıcaklığını çok üstüne çıkar ve dolayısıyla da çentik darbe mukavemeti çalışma sıcaklığında çok düşer. Malzeme bir kere iri taneli duruma geçince bunu ısıl işlemlerle tekrar ince taneli hale getirmek imkansızdır. Zira ısıtma ile soğutma arasında hiçbir faz dönüşmesi meydana gelmemektedir. Tavlanmış bir levhadaki yapı, tanelerin içerisine ve arasına karbür serpilmiş ferritten oluşur. Kromlu ferritik çelik daima bir miktar karbon içerir. Karbonun ferritteki erime kabiliyeti çok küçük olduğundan, incecik dağılmış karbür tanecikleri içerisinde bulunur. Karbon içeriğinin ? alanının yerini nasıl değiştirdiğini şekil 2.3’te rahatça görebiliriz. Kaynak esnasında malzeme yüksek sıcaklığa eriştiğinden, karbürler etrafını çeviren ferritin bir kısmı ile reaksiyona girerek küçük mevzii östenit alanları meydana getirir. Sıcaklığın 1150 °C’yi geçtiği kaynağa yakın bölgelerde malzeme şiddetli bir tane büyümesine maruz kalır. Bu olay esnasında daha evvelden meydana gelmiş olan östenit, tane sınırları boyunca aşağı yukarı devamlı bir ağ meydana getirir.Soğuma esnasında bu östenit martenzite dönüşebilir. Neticede, tane sınırları boyunca martenzitik bir ağı haiz iri taneli ferritten müteşekkil bir 15 bölge elde edilir. Martenzit miktar bakımından malzemenin sertliğine tesir edebilecek durumda olmamasına rağmen, malzemeyi gevrek bir hale sokar. Şekil 2.3’teki faz diyagramı, hususi olarak kromlu ferritik çeliklerde, az krom içermesinin bu sakıncasının önemini göstermektedir.(özellikle ? bölgesinin durumuna dikkat ediniz) Bu tip çeliklerin kaynağında öyle bir yöntem kullanılmalıdır ki, malzeme mümkün olduğu kadar (esas metal) kısa bir müddet için 1150° C’yi tecavüz etmeli ve bu suretle aşırı tane büyümesi önlenmelidir.Bu ise parçaya bir ısı miktarı verilerek müteakiben hızlı soğumayı sağlayacak bir kaynakla gerçekleşebilir. Teorik olarak kaynak bölgesindeki iri taneli yapıyı sıcak dövme ile (mesela kaynak bölgesini tavlayıp sonra çekiçleme gibi) ıslah etmek mümkündür. Fakat yüksek sıcaklıkta bu şekilde dövme daima mümkün değildir ve mümkün olduğu hallerde tam güvenilebilir bir tesiri haiz değildir. Bu yüzden normal olarak tavsiye edilmez. Kaynak bölgesinin soğuk olarak dövülmesi hiçbir şart altında yapılmamalıdır. Zira gevrek olan kaynak yerinde çatlama meydana gelebilir. Kromlu ferritik çelikler, çok az miktardaki azot ilavesi ile tane büyümesine karşı daha az müsait hale getirilebilirler. %0.1 azot ilavesi metale , tane büyümesine karşı oldukça büyük bir gecikme kazandırır. Bu sebepten ötürü azot ilave edilmiş kromlu ferritik çelikler mevcuttur. Eğer azot ilavesi kaynak metaline yapıldı ise, katılaşma neticesinde daha ince taneli olur. Diğer taraftan doldurula metalde tane büyümesinin sebep olduğu gevreklik östenitik elektrot kullanarak giderilebilir.(18/8 tipi)Bununla birlikte %0.1 den fazla karbon içeren esas metal halinde, kaynak bölgesindeki karbür çökelmesinin arzulanmayan tesirlerine mukabil yüksek alaşımlı elektrotlar (%25 Cr ve %20 Ni) kullanılmalıdır.16 Tane büyümesi meyline karşı diğer bir usul de, yapıyı ferrit ile ferrit içinde bir miktar östenitten müteşekkil hale getirebilecek şekilde çeliği alaşımlandırmaktır. Böylece kromlu ferritik çeliğe örnek olarak şu terkibi verebiliriz: C = % 0.08 max. Cr = % 28 civarında Ni = % 4.5 civarında Mo = % 1.5 civarında Kromlu feritik çeliklerde meydana gelebilecek diğer bir hal de sigma fazının teşekkülüdür.(şekil 2.3’teki faz diyagramına bakınız)Ferrit ve östenite nazaran çok kırılgan ve gevrek olan sigma fazı krom ve demirin bir metaller arası bileşiğidir. Sigma fazı manyetik değildir ve zayıf bir korozyon mukavemetine sahiptir. Sıcaklığın uzun süre 400-550 °C tutulduğu haller hariç, kromlu ferritik çeliklerde sigma fazının oluşumu normal halde ortaya ciddi bir problem çıkartmaz. Yüksek miktarda krom ve karbon içeren ferritik çeliklerin kaynağında 200 °C’lik bir ön tavlama kullanılabilir. Aksi hallerde bu çeliklerde ön tavlama kullanılmaz. 750-850 °C’lik bir tavlanmayı müteakip hızlı bir soğutma, ısının tesiri altındaki bölgenin sünekliğini ve taneler arası korozyona karşı mukavemetini arttırır. Kaynak edilmiş parçaların zorlanması veya soğuk olarak dövülmesi tercihen 300-400 °C’lik bir tavlamadan sonra yapılmalıdır. Zira bu sıcaklıkta malzemenin sünekliği hissedilebilr derecede iyiyleşmektedir. Krom-Nikelli Östenitik Çeliklerin Kaynağı Bu gruptaki çelikler % 12-25 C ve %8-25 Ni içerirler. Krom-nikelli çeliklerin kafesi kübik yüzey merkezlidir; anti manyetik olup östenitik bir iç yapıya 17 sahiptirler. Oda sıcaklığına kadar olan soğumada östenit-ferrit dönüşmesi olmadığından sertleştirilemezler. Bu çeliklerin diğer önemli özellikleri ise şunlardır: a-Isıl genleşme katsayıları adi yumuşak çeliklerin takriben 1.5 mislidir. b-Isı iletme katsayısı oda sıcaklığında yumuşak çeliklerin 1/3’ü kadardır. Bu farklar bazı zorluklar ortaya çıkmaktadır. Mesela, krom-nikelli çeliklerin kaynağında, karbonlu çeliklerin kaynağından daha fazla bir kendini çekme meydana gelir. Diğer taraftan, büyük ısıl genleşme katsayısı, kaynak dikişinin soğuması sırasında büyük büzülmelerin meydana gelmesine sebep olur ve bu da kaynak bölgesinde gerilmeleri arttırarak çatlama tehlikesini fazlalaştırır. Bilhassa çift taraflı iç köşe dikişlerinde sıcak çatlakların meydana gelme ihtimali kuvvetlidir. Krom-nikelli ostenitik çelikler ingotlara döküldüğünde ostenit ve ?-ferrit meydana gelir. (?-ferrit burada, doğrudan doğruya katılaşma esnasında meydana gelen ferrittin, ostenitin dönüşmesi ile hasıl olan ferrit değildir.) Katılaşma sıcaklığından itibaren ingotun çabuk soğuması ostenit ile aralarına serpiştirilmiş ?-ferritten müteşekkil bir yapı meydana getirir. Bu da, malzemeyi sıcak dövme için gayri müsait ve haddeleme esnasında çatlak teşekkülüne de müsait bir hale sokar. Sıcak dövmenin mümkün olabilmesi için malzemenin ?-ferritten arı olması gerekir. Bu da malzemeyi, 1150 °C’ye kadar ve bu sıcaklıkta uzun bir süre tutmakla sağlanabilir. Böylece, ?-ferritte ostenite dönüşür. ?-ferrit teşekkülüne mani olan diğer bir yolda, malzemeyi ostenit teşkil eden nikel nikel ve manganez gibi elemanlarla daha fazla alaşımlandırmaktadır. Östenit oda sıcaklığında ve alçak sıcaklıklarda mutlak olarak kararlı değildir. Bazı şartlar altında bir noktaya kadar dönüşebilirler. Mesela, östenitik 18 çeliklerin soğuk şekil değiştirmesi kısmen martenzite dönüşmeyi sağlayabilir. Bu durumda malzeme daha sert ve magnetik olur. Karbür çökelmesi: Bilhassa 18/8 tipi gibi, bazı östenitik çelikler 450-850 °C arasında ısıtıldıkları zaman bir karbür çökelmesi meyli kendini gösterir. Çelik istihsali sırasında, krom ve karbonun östenit içerisinde eridiği 1100 °C sıcaklıktan itibaren çok hızlı soğuma esnasında çökelmesi ortadan kalkmış olup, karbonun oda sıcaklığındaki difüzyon kabiliyetinin çok zayıflaması dolayısıyla, östenitte oldukça kararlıdır. Sıcaklığın 450 °C üzerine çıkması halinde, karbonun difüzyon kabiliyeti karbonu tane sınırlarından dışarıya doğru difüze ettirecek kadar artacağından ve karbonun kroma karşı aşırı affinitesinden dolayı da, kromla birleşerek krom karbür ( Cr 4 C) meydana getirecektir. Böyle bir karbür çökelmesi neticesinde tane sınırları boyunca ekseriya sürekli bir krom karbür ağı meydana gelir. Krom karbürünün ağırlık bakımından %90’nın krom olmasından ötürü, tane sınırlarında bulunan çok az karbon bile östenit tanenin çevresindeki krom miktarını aşırı derecede azaltır. Şekil 2.6’da östenit tanelerinin sınırlarında çökelen karbür ağı görülmektedir. Bunun neticesi olarak normal krom nikelli östenitik çelikler 450-850 °C sıcaklıkları arasında ısıtıldıkları zaman artık korozyona karşı dayanıklı değildirler. Malzeme korozif bir atmosferle temasa geçince, krom miktarının düşük olduğu tane sınırları boyunca korozyona uğrar. Bu tip taneler arası etki, bütün malzemeyi çok kısa zamanla tahrip edebilir. Kaynak esnasında daima kaynak dikişinin iki yanında ve yukarda belirtilen sıcaklık aralığında ısıtılmış bulunan birer bölge mevcut olacaktır. Burada tane sınırları boyunca krom karbürü çökelecek ve taneler arası korozyon meydana gelecektir.19 888888888888 şekil 2.6-Östenit tanelerinin sınırlarında çökelen karbür ağı 900 °C’nin üzerinde karbon karbürden ayrışarak yine östenitte eriyecektir. Bu ise, 450-850 °C aralığında meydana gelen ve arzu edilmeyen yapıyı, yüksek bir ısıtmayı müteakip hızlı bir soğutma ile dönüştürme imkanını yaratmaktadır. Karbür çökelmesi sıcaklık ve zamana bağlıdır. Çökelme başlamadan evvel sıcaklıkla değişen bir kuluçka periyodu vardır. İzotermal karbür çökelmesine ait bir zaman sıcaklık diyagramı TTT diyagramlarına benzer şekilde hazırlanabilir. Şekil 2.7’de, 18/8 çeliği için bu tip bir izotermal karbür çökelmesine ait şematik bir zaman-sıcaklık diyagramı verilmiştir. Bu iki eğri % 0.07 ve %0.03 karbon ihtiva eden çeliklerdeki karbür çökelmesinin başlangıcını göstermektedir. Karbon miktarı arttıkça kuluçka periyodunun nasıl kısaldığı buradan kolayca görülür. 999999999999 şekil 2.7-18/8 çeliği için izotermal karbür çökelmesine ait zaman sıcaklık diyagramı Krom-nikelli östenitik çeliklerin tane sınırları boyunca karbür çökelmesini azaltan veya önleyen tedbirler Karbür çökelmesinin meydana gelmesi için karbonun mevcut olması lazımdır. Eğer karbon içeriği oldukça az ise, dolayısı ile karbür teşekkülü de az olacak ve tam etkisini gösteremeyecektir. Karbon miktarının % 0.06’dan (tercihen %0.03) az olması halinde, tane sınırlarındaki karbür miktarı taneler arası korozyon tehlikesini yeter derecede azaltacak ve çelik kaynağa daha uygun bir hale gelecektir. Kaynak yapabilen krom-nikelli östenitik çelik 20 istihsal etmek için başka yollar da bulunur. Krom-nikelli östenitik çeliklerde kaynak edilebilir tabiri normal olarak taneler arası korozyon mukavemeti azalmadan ve tane sınırlarından karbür teşekkülü tehlikesi olmadan kaynak yapılabilir anlamına gelmektedir. Kullanılan diğer yöntem de çeliğin stabilizasyonu olarak adlandırılır. Bu da, karbonun kroma karşı olan affinitesinden daha yüksek bir affiniteye sahip diğer bir elemanın ilavesi ile gerçekleştirilebilir. Bu elemanlar titanyum ve niobyumdur. Bunlar tane sıraları boyunca değil, östenit taneleri içerinde ince olarak yayılmış halde çökelmiş karbürler meydana getirirler. Bu elemanların yeterli derecede ilavesi krom ile reaksiyona girecek karbon bırakmayacaktır. Stabilizasyon için çelikteki mevcut karbon miktarının 4 misli kadar titanyum veya 8-10 misli kadar da niobyum ilavesi gerekir. Krom-nikelli östenititk çeliklerin stabilizasyonunda genellikle niobyumdan daha ucuz olan titanyum kullanılır. Bununla birlikte, titanyum arktaki büyük erime hızından ötürü, elektrotların stabilizasyonu için elverişli değildir. Bu sebepten ötürü elektrotların stabilizasyonu için niobyum kullanılır. Eğer yine kaynak esnasında tane sınırları boyunca karbür çökelmesi meydana gelirse, bir ısıl işlemle bu dönüştürülebilir. Bunun için gerekli ısıl işlem, bütün parçanın 1100 °C’ye kadar ısıtılıp sonra suya sokulmasından ibarettir. Böylece meydana gelen krom karbürü östenit içerisinde erir ve suya sokulmakla da karbür oluşumu önlenmiş olur. Fakat, kaynaktan sonra böyle bir ısıl işlemin tatbiki pratik değildir. Zaman faktörü daha evvel de belirtildiği gibi karbür oluşumunda çok önemlidir. Yüksek akım şiddeti ile kısa zaman periyotlarının kullanıldığı saçların nokta kaynağında, kaynak bölgesinin kritik sıcaklık aralığında bulunduğu zaman süresi çok kısadır ve normal halde stabilize edilmemiş 18/8 çeliği bile korozyon mukavemeti azalmadan kaynak edilebilir.21 Kaynak metalindeki sıcak çatlaklar: Krom-nikelli östenitik çeliklerin kaynakta sıcak çatlak oluşumuna meyilli olduklarını daha önce görmüştük. Eğer kaynak yapılan metalde kritik miktarda fosfor, kükürt, silisyum ve niobyum mevcut ise, katılaşma sırasında bunlar dentritler arasında segregasyon teşkil edecek olan düşük erime noktasına sahip alaşımlar meydana getirirler. Bu husus, bu tip çeliklerdeki büyük kendini çekme tesiri ile birlikte, katılaşmanın son safhasında kolaylıkla taneler arası çatlaklar meydana getirir. (sıcak çatlaklar) Eriyen metalde bir miktar ?-ferritin mevcudiyeti sıcak çatlamaya olan eğilimi azaltır. Diğer taraftan ?-ferrit korozyon mukavemetini düşürür. Fakat ?-ferritin az miktarda bulunduğu hallerde, korozyon mukavemeti yeter derecede iyidir. ?-ferrit oluştuğu zaman, toplam tane sınırları alanı o kadar büyür ki düşük erime sıcaklığına sahip alaşımların tehlikeli konsantrasyonu segregasyon sırasında görülmez. Şekil 2.8’de verilen Schaeffler Diyagramı yardımıyla, östenitik elektrot tarafından yığılan metalin kimyasal analizi bilindiği zaman, eriyen kaynak metalinin yapısı tespit edilebilir. Schaeffler Diyagramı erimiş halden hızlı soğuma neticesinde elde edilen yapıyı verir. Kaynakta eriyen metal daima çabuk soğuduğundan, Schaeffler Diyagramı kaynak metalinin iç yapısı içim uygulanabilir. Yapı, ferrit teşkil eden elemanların miktarlarına benzer tarzda, östenit teşkil eden elemanların miktarına da bağlıdır. Değişik elemanların tesirleri de değişiktir. Schaeffler Diyagramında ferrit teşkil eden elemanların tesiri krom eşdeğeri ile belirtilmiştir. Bu da, çelikteki ferrit yapıcı elemanları toplamının yaptığı etkiye eşit etki hasıl edebilecek krom miktarı şeklinde tarif edilir. Östenit yapıcı elemanlar ise, benzer tarzda nikel eşdeğeri ile belirtilmiştir. Nikel eşdeğeri diyagramın ordinatına ve krom eşdeğeri de apsisine taşınmıştır. Kaynak metalinin kimyasal analizi bilinirse, buradan krom ve nikel eşdeğerleri 22 hesaplanabilir ve sonradan Schaeffler Diyagramından muhtemel iç yapı belirtilebilir. Doldurulan metal daima bir dereceye kadar esas metal ile karıştığından, erimiş metal yalnız elektrotla belirtilemez. Esas metalin ve kullanılan elektrot için yığılan metalin kimyasal analizleri bilinirse, bunların kaynak esnasındaki karışımlarının terkibi yaklaşık olarak tespit edilebilir ve buradan da Schaeffler Diyagramı yardımıyla kaynak metalinin iç yapısı hakkında bir tahmin yapılabilir. Örneğin, krom eşdeğeri 5 ve nikel eşdeğeri 9 olan (A) esas metali, yığılan kaynak metali krom eşdeğeri 24 ve nikel eşdeğeri 13.5 olan bir elektrot ile kaynak yapılacaktır. Şekil....daki Schaeffler Diyagramı üzerinde esas metal (X) ve elektrot da (Y) ile gösterilmiştir. Bu iki nokta arasını birleştiren çizgi 10 eşit bölgeye bölünmüştür. Çizgi üzerindeki rakamlar, esas metalin eriyen metal içerisindeki yüzde nispetini verir. Bu diyagram teşekkül edilirse, esas metalin eriyen metal içerisindeki nispeti %38’den az olduğu zaman, kaynak metalinde martenzit meydana gelmeyecektir. Eğer eriyen metal %38’den daha fazla esas metal içerirse kaynak metali, martenzit ve östenit karışımından müteşekkil olur. Bu halde, ?- ferrit ancak, eriyen metalde, esas metalin nispeti %30’dan az bulunduğu zaman görülebilecektir. Paslanmaz çeliklerin adi yumuşak çeliklerle kaynak edilmesi nadir bir olay değildir. Bu gibi hallerde yüksek alaşımlı elektrotlar kullanılmazsa, martenzitik bir yapının meydana gelmesi mümkündür. Östenitik çeliklerin yumuşak çeliklere kaynağında %25 krom ve %20 nikel içeren yüksek alaşımlı elektrotların kullanılması gerekir. Bu elektrotlarla önce kaynak ağızları kaynak edilir ve sonra ağız normal 18/8 tipi elektrotlarla doldurulur. Krom-nikelli östenitik çeliklerin kaynağında ayrıca bir ön tavlamaya ihtiyaç yoktur ve düşük ısı miktarı kullanılır. Eğer bir gerilme giderme tavına ihtiyaç varsa, malzemenin iyi ısı mukavemeti dolayısıyla, yumuşak çeliklere 23 nazaran daha yüksek sıcaklıklarda yapılmalıdır. Gerilme giderme tavlaması 800-925 °C’ye kadar çıkarılabilir. Fakat bu, karbür çökelme tehlikesi olan çelikler için kullanılamaz. 1000000000000 şekil 2.8- Schaeffler Diyagramı (Cr-Ni çelikleri için)