Kaynaklı Tasarım İmalat Metallerin Kaynak Kabiliyet METALLERIN KAYNAK KABILIYETI? Kaynak Kabiliyeti - Genel Bugün endüstride kullanılan kaynak usulleri, birkaç özel hal dışında, kaynak yerinin metalin erime veya solidüsüne yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılmasını gerektirmektedir. Gerek kaynak bağlantısının ekonomikliği ve gerekse de diğer teknolojik ve metalürjik etkenler nedeniyle bu ısıtma yerel olmalıdır. Bunu sağlayabilmek için de ısı menbaının büyük bir enerji yoğunluğuna sahip olmasını gerekli kılar. ? Isıtılan kaynak bölgesi, bitişik soğuk metale kondüksiyonla ısı yaydığından, hızlı bir soğuma meydana gelir. ? Metalsel malzemelerin, yüksek sıcaklığa kadar ısınması: • İçyapı değişiklikleri, • Kimyasal reaksiyonlar, • Diffüzyon hızının artması, • Mekanik ve fiziksel özelliklerin değişmesine neden olur.Bu olayların bir kısmı tersinir kabul edilebilir, yani bazı özelliklerinin eski haline döndüğü kabul edilebilir, fakat diğer bazıları ise tamamen farklı bir durum gösterir. ? Tecrübeli bir kaynakçı, her metalsel malzeme için, hatasız ve tamamen esas malzemenin özelliklerini haiz bir kaynak bağlantısı yapmanın imkan dahilinde olmadığını bilir, endüstride malzemenin özelliklerini gerektiği kadar aksettiren kaynak söz konusudur, bu durumda da kaynak kabiliyetinden bahsedilir.? Bir metal veya alaşım bir kaynak usulüne gayet iyi bir kaynak kabiliyeti göstermesine rağmen, bir diğerinde çok zayıf bir durum gösterir. ? Yüksek bir kaynak kabiliyetine sahip dendiği zaman, hiçbir özel tedbire başvurmadan, her türlü çalışma şartları altında, tatminkar bir kaynak kalitesi elde edilebileceği anlamına gelir. ? Şu halde kaynak kabiliyeti, malzeme, kaynak usulü ve konstrüksiyon üçlüsü ile bağıntılıdır.IIW?nun IX nolu kaynak komisyonu kaynak kabiliyetini şu şekilde tarif etmektedir: “Bir metalik malzeme, verilen bir usul ile bir dereceye kadar kaynak yapılabilir diye kabul edilir. Uygun bir usul kullanarak kaynaklı metalik bağlantı elde edildiği zaman, bağlantı lokal özellikleri ve bunların konstrüksiyona tesirleri bakımından tayin edilmiş bulunan şartları sağlamalıdır.” Yukarıdaki tarifin de açıkça ortaya koyduğu gibi, kaynak kabiliyeti yalnız malzemeye ait bir özellik değil, aynı zamanda kaynak usulüne ve konstrüksiyona da bağlıdır.III.1.- Karbonlu ve Alaşımlı Çeliklerin Kaynağı Çeliklerin kaynağında, bu bölgede kaynak esnasında sıcaklık 1450 C ilâ 700 C arasında değiştiğinden (basit karbonlu), erişilen maksimum sıcaklık derecesi, soğuma hızı ve çeliğin bileşimine bağlı olarak çeşitli iç yapı ve dolayısıyla özellikler gösteren kısımlar ortaya çıkmaktadır. Kaynak işlemi esnasında, genellikle metal ilk önce likidüsün üstünde bir sıcaklığa kadar ısıtılmakta ve sonra da soğutulmaktadır. Çeliklerin kaynağında, kaynak bölgesinde, ısıtmayı takiben soğutma yavaş bir şekilde gerçekleştirildiğinde, elde edilen yapı tane büyüklüğü hariç ilk yapının aynıdır, soğutmanın süratli olduğu hallerde ise ortaya bambaşka durumlar çıkar ki, çeliğin kaynağını da etkileyen durum budur.Demir-karbon diyagramı üzerinde, çeşitli oranlarda karbon içeren eden çeliklerin, ısıtılma ve dengeli bir şekilde yavaş soğutulmaları halinde meydana gelen dönüşümleri ve bunun neticesi oluşan yapıları kolaylıkla görebiliriz (Şekil III.1.1).Kaynak halinde durum farklıdır. * Evvelâ ostenitleşme sıcaklığı diğer ısıl işlemlerden daha yüksektir ve ITAB?de çeşitli ostenitizasyon sıcaklıklarına erişilmektedir. * İkinci önemli husus da çok pasolu kaynak halinde, her paso bir evvelki pasoya yeni bir ısıl çevrim tatbik etmekte ve yeniden ostenitizasyon sıcaklığına kadar ısıtmaktadır. Bu nedenlerle, ısıl işlemler için hazırlanmış olan sürekli soğuma TTT diyagramları kaynak şartlarında ortaya çıkan ısıl çevrimleri tüm olarak yansıtmamalarına rağmen, kabul edilebilir bir tolerans ile kullanıldıkları takdirde çok faydalı sonuçlara gidilebilmektedir.Şekil III.1. 3. İzotermal ve sürekli soğuma TTT diyagramlarının mukayesesiIII. 1.2. Çeliklerde Kaynak Bölgesi Erime bölgesi kaynak esnasında tatbik edilen ısının tesiri ile eriyen ve kaynağı takiben katılaşan bölgedir. ITAB?den erime çizgisi adını verdiğimiz, kaynak esnasında erimiş ve erimemiş kısımlar arasındaki sınırla ayrılır. Bu sınır parlatılmış ve dağlanmış bir kaynak bağlantısı enine kesiti üzerinde çıplak gözle dahi görülebilir. Erime bölgesi kaynak metali ve esas metalin karışımından ibarettir. Tek pasolu kaynak dikişlerinde, bu bölgede esas metal ve kaynak metali, kaynak banyosundaki şiddetli türbülanstan ötürü iyice karışmıştır ve oldukça homojen bir bileşim arz eder; buna mukabil çok pasolu kaynaklarda, her pasonun esas metalle karışma oranı farklıdır, örneğin kalın parçaların çok pasolu kaynak dikişlerinde, orta kısımlarda, esas metale rastlanmayabilir.Erime bölgesinde esas metalin kaynak metaline oranı, tatbik edilen kaynak usulüne ve paso sayısına bağlı olarak geniş bir aralık içinde değişir. Erime bölgesinde, esas metal ve kaynak metali oranı tam olarak bilinse dahi, hesap yolu ile, erime bölgesinin bileşimini tayine imkan yoktur; zira bir çok alaşım elemanları kaynak esnasında yanma dolayısıyla kayba uğrarlar. Bu kayıpları azaltmak bakımından kaynak bölgesi, kaynak esnasında atmosferin tesirinden korunur. İyi bir kaynak bağlantısı, kaynak bölgesinin atmosferin etkisinden etkili bir şekilde korunması ile elde edilebilir; zira ancak bu şekil de oluşan kimyasal ve metalürjik reaksiyonlar kontrol altına alınabilir.Çeliklerin kaynağında, bu bölgede sıcaklık 1450 ilâ 700 C arasında değişmektedir. Erişilen maksimum sıcaklığa bağlı olarak çeşitli iç yapı ve özellik gösteren kısımlar mevcuttur. Bu bölgede erişilen maksimum sıcaklık derecesi kaynak dikişi eksenine olan mesafenin ve sıcaklık değişiminde zamanın fonksiyonu olarak bilinirse, kaynak işlemi sonunda meydana gelecek iç yapı, esas metalin özellikleri ile bileşimi göz önünde tutularak bir dereceye kadar önceden tahmin edilebilir. Kaynak esnasında, ITAB süratli bir şekilde de ısınmakta ve sonra da parça kalınlığı, kaynağa tatbik edilen enerji ve ön tav sıcaklığının fonksiyonu olarak oldukça hızlı soğumaktadır; çeliğin bileşimine göre bu soğuma hızı, kritik soğuma hızını aştığında, genellikle 900 C nin üstündeki bir sıcaklığa kadar ısınmış bölgelerde sert dolayısıyla kırılgan bir yapı elde edilir. Bu bölge kaynak bağlantısının en kritik bölgesini teşkil eder ve bir çok çatlama ve kırılmalar ve bölgede meydana gelir.Çeliklerin kaynağında ITAB, iç yapıdaki tane büyüklüğü bakımından bölgeler: * İri taneli bölge, * İnce taneli bölge, * Kısmen dönüşmeye uğramış bölge, * İç yapı değişikliğine uğramamış bölge Şekil III.1.5. ITABde tanelerin durumu(Şematik; Dönüşüm yoluyla mukavemet kazandırılan alaşımlar)? İri Taneli Bölge: ? Erime bölgesine bitişik olan ve kaynak esnasında 1450 ilâ 1150 C arasındaki bir sıcaklığı etkisinde kalmış olan bölgedir. Bu bölgede tane büyümesi adı verilen bir olay meydana gelir. Bazı taneler büyür ve kısmen veya tamamen küçük tanelerin yerine geçer. Bunun neticesi olarak da ortalama tane boyutu büyür. Tane büyümesi hızı sıcaklık arttıkça artar ve metalin solidüsüne yaklaşıldığında büyüme çok hızlanır. İri taneli yapılar, ince taneli yapılara nazaran daha gevrek ve kırılgandırlar. ? Çeliklerde kaynak esnasında erime çizgisine bitişik olan esas metal, solidüse yakın bir sıcaklığa eriştiğinden ostenit içinde fazla miktarda tane büyümesine rastlanır. Bir çeliğin kaynak kabiliyeti açısından tane büyümesi çok önemlidir, zira soğuma olayı esnasında ortaya çıkan dönüşümlere ostenit tane büyüklüğünün tesiri şiddetlidir. ? Ostenit tane büyüklüğüne tesir eden faktörleri tespit edebilmek gayesi ile Berkhout ve Van Lent çalışmaları sonucunda; ostenit tane büyüklüğünün büyük ölçüde erişilen maksimum sıcaklık derecesi ile ilgili olduğunu, ısıtma ve soğutma hızındaki değişimin her iki çelikte de araştırılan saha dahilinde tane büyümesine çok az miktarda tesir ettiğini tespit etmişlerdir. ? Ostenit tane büyümesi için gerekli olan tane sınırı ilerlemesi ciddi bir şekilde tane sınırlarına çökelmiş bulunan alüminyum, vanadyum, titanyum ve niobyum nitrür ve karbonitrürleri tarafından engellenir. Ancak bunların tane büyümesine engel olma olasılıkları ortadan kalkar çünkü nitrür ve karbo-nitrürler 900 C civarında tümü çözelti haline geçer.? 2.İnce Taneli Bölge: Kaynak esnasında 900 ilâ 1150 C arasında bir sıcaklık etkisinde kalmış bölgede tane büyümesine rastlanmaz. Bu bölgede de ostenit teşekkül etmiş olduğundan, soğuma esnasında, soğuma hızı ve çeliğin bileşimine bağlı olarak aynen iri taneli bölgede görülen iç yapıya benzer bir iç yapı görülür. ? 3.Kısmen Dönüşmüş Bölge: İnce taneli bölgenin devamı olan bu bölge, kaynak işlemi esnasında A 3 ilâ A 1 arası bir sıcaklığa kadar ısınmıştır. Dolayısıyla kısmi bir ostenitizasyona uğramıştır ve soğuma esnasında ostenit dönüşüme uğrar ve dolayısıyla yapısındaki ostenit miktarına bağlı olarak ilk iki bölgeyi andıran bir iç yapı gösterir.? 4.İç Yapı Değişikliğine Uğramayan Bölge: Bu bölge A1„in altındaki bir sıcaklık derecesine kadar ısınmıştır. Bu bölgede yalnız bazı iç yapılarda hafif bir temperleme etkisi görülebilir. Çeliklerin kaynağında, kaynak bölgesinde, yukarıda belirtilmiş olan bütün bu dönüşümler sıra ile meydana gelecektir. Isıtmayı takip eden soğuma yavaş bir şekilde gerçekleştiğinde veya çeliğin karbon ve alaşım elemanı içeriği sertleşmeyi meydana getirecek miktarda değilse, elde edilen iç yapı tane büyüklüğü hariç faz yapısının benzeridir. Buna mukabil sertleşme eğilimi olan çeliklerde ise, soğumanın süratli olduğu durumlarda arzu edilmeyen özellikleri taşıyan iç yapılar ortaya çıkar. ITAB eritme kaynağında devamlı olarak ortaya çıkar ve bundan kaçınılması mümkün değildir. Büyüklüğü ise kaynak esnasında tatbik edilen enerji, soğuma hızı, parçanın şekilde, boyutları ve sıcaklığı ile malzemenin ısıyı iletme kabiliyetinin etkisi altındadır. Bu faktörlerden değiştirilmesi mümkün olanlar yardımı ile ITAB bir dereceye kadar kontrol altında tutulabilir.? Genel olarak bir ısıl çevrimin malzemenin özellikleri üzerine olan etkisinin belirlenebilmesi için bu ısıl çevrim hakkında şunların bilinmesi gereklidir: ? Isıtma hızı, ? Tepe sıcaklığı, ? Tepe sıcaklığının uygulanma süresi, ? Soğuma hızı. ? Kaynak işleminde uygulanan ısının oluşturduğu ısıl çevrimi göz önüne alırsak 1 ve 3 nolu etmenleri göz önüne almayabiliriz. Kaynak işleminde, ısıtma hızında yapılması mümkün olan değişim, ortaya çıkan iç yapıya tesir etmemektedir. Tepe sıcaklığının uygulanma süresi ise kaynak işleminde çok dar bir saha içinde değişmektedir. Bu süre özellikle elektrik ark kaynağı halinde çok kısadır, bilindiği gibi eriyen metal hemen katılaşmakta ve dolayısıyla dik ve tavan kaynaklarını yapmak mümkün olabilmektedir.Bu bakımlardan kaynak bölgesinde sıcaklığın dağılım ve değişimi incelenirken sadece erişilen tepe sıcaklığı derecesi ve soğuma hızı göz önünde bulundurulur. Kaynak bölgesindeki sıcaklık dağılım ve değişimi, uygulanan kaynak enerjisi, parça ve ortam sıcaklığı ve malzemenin özelliklerine bağlı olduğu kadar parçanın şekil ve boyutları ile kaynak dikişinin geometrisine de bağlı olduğundan, bu son etkiyi formüle etmek hadiseyi karmaşık hale getirmektedir. Geliştirilmiş denklemlerin deneysel araştırmaları sonucu uygulamada kabul edilebilir bir hassasiyet derecesinde olduklarını göstermektedir.? Hesap yolu ile ilk yaklaşım Rosenthal ve daha sonra Rykalin tarafından yapılmıştır. Sabit bir v hızı ile, yarı sonsuz büyüklükte ve ısıl özellikleri sıcaklıkla değişmeyen bir malzemeden yapılmış bir parçanın üzerinde hareket eden ısı menbaının, etrafa radyasyon ve konveksiyonla ısı kaybı olmadan, oluşturduğu sıcaklığın dağılımı Rosenthal tarafından şu şekilde ifade edilmiştir: ? İki boyutlu ısı dağılımı halinde ( ince parçalar): ? Üç boyutlu ısı dağılımı halinde (kalın parçalar): ? Burada: ? Q: Isı menbaının şiddeti ? ?: Isı iletkenlik kat sayısı ? a: ?/rc ısı dağılım kat sayısı ? x: Isı menbaının hareket yönündeki koordinat ekseni ? v: Isı menbaının hızı ? p: Boyutsuz kat sayı (etrafa ısı transferi ile ilgili ) ) 2 . ( ) 2 . ( 0 0 2 ) , ( a R v K a x v e R q T x R T ? ?? ? ? ? ) 2 ( 0 2 ) , ( a R x v e R q T x R T ? ? ? ? ??Kaynaklı bağlantıların, ITAB?sinin iç yapısına tesir eden en şiddetli etki 900 C?nin üzerindeki bir sıcaklığa kadar ısınmış olan kısımlardaki soğuma hızıdır. Yapılan araştırmalar göstermiştir ki, ITAB?de dönüşümler açısından büyük bir önemi olan 800 C ilâ 500 C arasında, 900 C nin üzerindeki sıcaklıklara kadar ısınmış kısımları bu sıcaklık aralığında aynı hızla soğumaktadır; erime çizgisinden veya dikişin merkezinden itibaren sıcaklık derecesi saptandığı takdirde dönüşmeye uğrayan bölgenin genişliği kolaylıkla tespit edilebilir. Bugüne kadar yapılmış olan teorik ve deneysel çalışmaların yardımı ile uygulamada kabul edilebilir bir hassasiyet derecesinde, malzeme özelliklerini göz önünde bulundurarak seçilen sıcaklık dağılım ve değişimine uygun kaynak şartlarını tespit edebilmek mümkün hale gelmiştir.? 800-500 C arasındaki soğuma süresi Rosenthal denkleminden türetilmiş olan aşağıdaki bağıntılar yardımı ile büyük bir yakınsaklıkla hesaplanabilmektedir. ? Üç boyutlu sıcaklık dağılımı halinde (Kalın parçalar için): ? İki boyutlu sıcaklık dağılımı halinde (İnce parçalar için): İki boyutlu sıcaklık dağılımı halinde ortaya yeni bir faktör çıkmıştır, o da d parça kalınlığıdır.Şekil III.1.6. ITAB de sıcaklık dağılımı(Boyutsuz)? Bütün eritme kaynak usullerinde ve bilhassa elektrik ark kaynağında soğuma hızı, sertleşme kabiliyetine sahip çeliklerde, gereken önlemler alınmadığı zaman, ITAB?de, martenzit oluşumunu sağlayacak şiddettedir. Kaynak metali için, yani erime bölgesi için böyle bir tehlike mevcut değildir; zira kaynak metalinin bileşimi elektrot imalatçıları tarafından hızlı soğuma halinde dahi sertleşme meydana gelmeyecek şekilde ayarlanmıştır. ? ITAB?de sert ve kırılgan bir yapının ortaya çıkması, soğuk çatlakların oluşmasına sebep olmaktadır. Kaynaktan sonra ortaya çıkan iç gerilmelerin, çalışma şartlarındaki zorlamaların ve kaynak banyosundan yayılan hidrojenin etkilerinin birbiri üzerine çakışması ve sertleşen bölgenin plastik şekil değiştirme özelliğinin olmaması nedeni ile kılcal çatlaklar oluşmaktadır. Genellikle yüzeyden görülmeyen bu çatlaklar,zamanla bir kritik büyüklüğe erişince hiç beklenmedik bir anda, parçanın kaynak dikişine paralel olarak, büyük bir süratle (takriben çelik içindeki ses hızının 1/3?ü kadar) boydan boya kırılmasına sebep olur.? İkinci Dünya Savaşı esnasında ABD?de imal edilmiş Liberty tipi şileplerin büyük bir kısmı bu gevrek kırılma olayının kurbanı olmuş ve gemiler aniden iki parçaya ayrılıp süratle batmıştır.Bu çatlaklar genellikle erime çizgisine çok yakın olduklarından (esas metal tarafından) bazen bir birleşme hatası gibi değerlendirilir ve kusur kaynakçıya veya kaynak metaline atfedilir. Esas çeliğin sertleşmeye olan eğilimidir. Sertleşebilen çelikler ancak şartlı olarak özel tedbirler alınmak suretiyle kaynak edilebilirler. ? Çeliklerde su alma kabiliyetine tesir eden en önemli alaşım elementi karbondur. Karbon miktarı arttıkça sürekli soğuma TTT diyagramındaki burun sağa doğru kayar ve dolayısıyla daha yavaş soğuma hızlarında dahi sert yapı oluşur.Karbon ve alaşım miktarı arttıkça sürekli soğuma TTT diyagramındaki burun sağa doğru kayarBu husus göz önünde bulundurularak kaynakla birleştirilecek sade karbonlu yapı çeliklerinde karbon miktarının % 0,20?yi aşmaması, çok zorunlu hallerde, karbon miktarının azami % 0,22 olması standartlarda belirtilmiştir. Az alaşımlı çeliklerde bulunan mangan, krom, molibden, vanadyum gibi alaşım elementleri de karbon gibi tesir eder ve sertleşme kabiliyetini arttırır. Bununla beraber etkileri karbon kadar şiddetli değildir. Böyle bir durumda elimizde çeliğin TTT diyagramı (sürekli soğuma) mevcut ise, ITAB?de martenzit oluşumuna imkan vermeyen bir soğuma hızı seçerek, çeliği kaynak yapabilmemiz mümkün görülmektedir.xBu varsayım bir dereceye kadar gerçekleştirilmesi mümkündür. Zira kaynak şartlarında tepe sıcaklığına erişmek için geçen süre kısadır ve parçanın sadece bir kısmı ısınır. Bu nedenle TTT diyagramından doğuma hızı seçerek, kaynak şartlarını ayarlama pratik açıdan her zaman kolaylıkla uygulanabilecek bir çözüm değildir. Bunun gerçekleşebilmesi için her kaynak atölyesinde bu diyagramları içeren bir atlasın bulunması ve her kaynak teknisyeninin de bunları kullanabilecek şekilde eğitilmiş olması gerekir. Bütün bu hususlar göz önünde bulundurularak uygulamada çok daha kolay bir tarzda neticeye gidilebilecek bir başka çözüm önerilir. Karbon eşdeğeri usulü diye isimlendirilen bu çözümde, çeliğin bileşiminde mevcut ulaşım elementlerinin miktarları bir formülde yerlerine konarak bir değer hesaplanır ve bu değere karbon eşdeğeri ismi verilir. Çeşitli standartlarda, kaynaklı konstrüksiyonlarda kullanılacak çeliklerin içereceği C ve Mn miktarı sınırlandırılmıştır. Zira bu iki element de çeliğin sertleşme kabiliyeti dolayısıyla çatlak teşekkülü olasılığını arttırırlar.Bugün en fazla kullanılan karbon eşdeğeri formülleri şunlardır: ? 1.Dearden ve H.O. Neill karbon eşdeğeri formülü ? 2.Kihara, Suzuki, Oratin ve Tamura?nın geliştirdiği eşdeğeri formülü: 3.B.J.Bradstreet?e göre:4.Société National de Chemin de Fer (Fransa)in kullandığı karbon eşdeğeri : 5.K.Winterton?a göre karbon eşdeğeri formülü 6.Milletlerarası Kaynak Enstitüsünün (IIW) IX No?lu Komisyonuna (Kaynak Kabiliyeti Komisyonu) göre karbon eşdeğeri formülü? Milletlerarası Kaynak Enstitüsünün Kaynak Kabiliyeti Komisyonu, çatlamaya karşı bir emniyet olarak ITAB?de sertliğin 350 HV (Vickers)yi aşmamasını önemle tavsiye etmektedir. ? ITAB?nin sertliğini düşürmek için tatbik edilen en klasik yol parçaya kaynaktan önce bir ön tav tatbik etmek ve bu sıcaklık derecesinde kaynağı yapmaktır. ? İkinci bir usul de parçaya kaynaktan sonra bir normalizasyon tavı tatbik etmektir. Bu şekilde parça normalize edilmiş olduğundan ITAB?de martenzite rastlanmaz. Bazı konstrüksiyonlar için uygun değildir. Zira ilkel soğuk çatlaklar martenzit oluştuktan sonraki soğuma hızı ve kalıcı gerilmelerin şiddetinin etkisi ile oluşmaktadır. Şu halde kaynaktan sonraki ısıl işlemin bu çatlaklara bir etkisi yoktur. Gerekirse emniyeti arttırmak açısından bir normalizasyon yapılabilir.? Bir yapı çeliğine tatbik edilecek ön tavı karbon eşdeğeri ile belirten bir takım formüller mevcutsa da en emniyetli husus hiçbir formül kullanmadan şu ön tav değerlerini tatbik etmektir. ? Karbon eşdeğeri görüldüğü gibi tamamen çeliğin bileşimi ile ilgili olup, kaynağa tatbik edilen enerji, kaynak ağız formu, parçanın geometrisi ve kalınlığı ile ilgili faktörleri içermemektedir. Bilindiği gibi bunlar soğuma hızını birinci derecede etkileyen ve dolayısıyla ITAB?de oluşan iç yapıyı da etkileyen faktörlerdir. Örneğin 20 mm kalınlığında ve karbon eşdeğeri % 0.45 civarında olan bir çelik ön tav verilmeden kaynak edildiğinde, IIW tarafından kritik sertlik derecesi diye kabul edilen 350 HV den daha sert bir ITAB göstermektedir. Aynı parça 100 C?lik bir ön tav tatbik edilerek kaynatıldığında, ITABnin sertliği, hemen kritik sertlik değerinin altına düşmektedir.Bu olayı göz önünde bulundurarak Daniel Seferian, parça kalınlığının soğuma hızına olan etkisini de içeren bir ön tav sıcaklığı tespit formülü teklif etmektedir; buna göre ön tav sıcaklığı şu tarzda hesaplanmaktadır: ? Tön tav=xx350 C? eş – 0,25 ? C?eş= C eş- (1+0,005d) ? d: mm olarak saç kalınlığı. ? Yalnız bu formülde Seferian kendi geliştirdiği ve yukarıda diğer karbon eşdeğeri formülleri arasında bahsedilmemiş olan şu karbon eşdeğeri ifadesini kullanmaktadır: ? 360C eş = 360C+40(Mn+Cr)+20Ni+28 Mo? Sadece bir yaklaşım olan kaynak eşdeğerinin kullanılması halinde riskleri bertaraf edebilmek için, kaynak öncesi yapılması gereken ön tav sıcaklık derecesi, aşağıda belirtilmiş olan durumlarda, verilmiş olan değerlerin üst sınırlarında seçilmeli ve hatta gerekirse de aşağıdaki özel durumlarda bu sınırlarda aşılmalıdır: 1.Esas metal bir Thomas çeliği veya gazı alınmamış bir çelik ise, 2.Çeliğin yapısı kaba taneli ise, 3.Kaynatılan parça büyük ve karışık şekilli ise, 4.Parça kalınlığı büyük ise, 5.Kaynak esnasında az enerji tatbiki gerekiyorsa, mesela ince çaplı elektrot ile kaynak yapılıyorsa, 6.Kullanılan kaynak metali kâfi derecede tok değilse,meselâ bazik karakterli elektrot kullanılmıyorsa, 7.Kaynak işleminin yapıldığı mahallin sıcaklığı çok düşük ise. ? Yüksek mukavemetli yapı çeliklerinde ITAB?de, kaynak neticesi oluşan sertliği Kihara, Suzuki ve Kanatani karbon eşdeğerine bağlı olarak şu şekilde ifade etmektedir: ? HV10 max =(666x %Ceş+40) 40 kp/mm 2 ? Bu ifade tamamen deneysel çalışma mahsulü olup, gene aynı araştırıcılar tarafından geliştirilmiş ve 2 No?lu formül olarak verilmiş olan Ceş ifadesi ile birlikte geçerlidir.? Sertleşmeye meyli olan, karbon eşdeğeri % 0,45?ten daha büyük olan çeliklerin emniyetle kaynak yapılabilmesi için kaynak esnasında şu hususlara gereken itina gösterilmelidir: 1.Uygun seçilmiş bir ön tav sıcaklığı tüm parçaya tatbik edilmelidir, 2.Bütün kaynak işlemi esnasında bu sıcaklığın sabit kalmasına gereken itina gösterilmelidir, 3.Kurutulmuş bazik karakterli örtülü elektrot kullanılmalıdır, 4.Parçaya bir gerilme giderme tavlaması tatbik edilecekse, mümkün olduğu kadar hemen kaynaktan sonra, parça soğumadan tatbik edilmelidir. Parça tavlamadan sonra fırında 300 C?ye kadar soğuduktan sonra çıkarılmalı ve sakin havada soğumaya terk edilmelidir.? Ostenitik çeliklerin soğuma esnasında dönüşme meydana gelmediğinden su verme işlemi ile sertleştirilebilmeleri mümkün değildir. Bunlar takriben 1050 C den itibaren hızla soğutulduklarında en sünek hallerini gösterirler. Bunlar içerdikleri alaşım elementlerinin cinsine bağlı olarak uzun süre 500-900 C sıcaklıkları arasında tutulmamalıdırlar. Karbür teşekkülü ve ayrışması dolayısıyla korozyon dayanıklılıklarını yitirirler ve ITAB?de karbür ayrışması dolayısıyla gevrekleşir. ? Temperlenmiş, ince taneli yapı çeliklerinden kaynakla imal edilen yüksek basınçlı buhar kazanları, proses tankları, nükleer reaktör basınçlı kapları vsy. yüksek basınca dayanıklı kaplarda kaynak işleminden ortaya çıkan iç gerilmelerin kötü etkilerini azaltabilmek için bu gibi parçaların bir gerilme giderme tavına tabi tutulmaları gereklidir. Tav süresi her milimetre kalınlık için 2 dakika olmak üzere tespit edilir; tav sıcaklığı 550 ilâ 650 C arasında, çelik imalatçısının tavsiye ettiği sıcaklık derecesinde yapılmalıdır. Zira bazı çeliklerde bilhassa ince taneli az alaşımlı, yüksek mukavemetli modern yapı çeliklerinde yanlış seçilen gerilme giderme tavı sıcaklığı gevrekleşmeye yol açmaktadır. Parça tav süresinden sonra tercihan fırın içinde 250-300 C ye kadar soğutulmalı ve sonra sakin havada mümkün olduğu kadar üzeri örtülü olarak soğumaya terk edilmelidir.? Kaynak işlemi esnasında, örtüsü rutubet kapmış elektrotla, tozla çalışma veya çok rutubetli bir ortamda kaynak yapma neticesinde kaynak banyosu hidrojen kapabilir ve bu hidrojen ITAB?ye diffüzyonla geçerek sertleşen yapıda çok tehlikeli dikiş altı çatlaklarına sebep olur.? Çeliklerin sıcaklık ve zaman karşısında davranışları göz önünde tutularak kaynak kabiliyeti bakımından çelikleri şu şekilde sınıflandırabiliriz: ? 1.İyi bir kaynak kabiliyetine sahip olan bu çelikler: Bilinen konvansiyonel kaynak usulleri ile hiç bir tedbir gerektirmeden kaynak edilebilirler ve ITAB?lerinde tane büyümesi haricinde bir yapı değişikliği ve sertleşme meydana gelmez (C eş <% 0,45?ten küçük olan çelikler). ? 2.Orta derecede kaynak kabiliyetine sahip çelikler içinkaynak usulü ve malzemesi itina ile seçilmeli, kaynak bir ön tav tatbik edilerek yapılmalı ve gerekli hallerde kaynağı müteakip bir gerilme giderme tavı tatbik edilmelidir (C eş =% 0,45 - 0,60 ). ? 3.Kötü derecede kaynak kabiliyetine sahip çelikler. Bunlara ancak tamir ve doldurma işlerinde ve insan hayatına zarar vermeyecek hallerde kaynak tatbik edilir. Bu çelikler, özel kaynak metali kullanarak ve yüksek bir ön tav sıcaklığı ve kontrollü bir soğutma tatbik edilerek kaynak edilebilirler ve genelde ITAB?nin sertleşmeyeceği tüm olarak garanti edilemez (C eş >% 1 den büyük olan yüksek alaşımlı ve karbonlu çelikler için önemlidir.? xİşletmelerde, hasarlı parçaların hemen tamiri gerekir. Genellikle de parçanın malzemesinin bileşimi hakkında da bir bilgi yoktur ve tabiatı ile de kaynak atölyesinden böyle bir parçanın kaynaktan evvel kimyasal bileşimi tespit etmek için analiz etmesi beklenemez. Bu gibi hallerde ilk yapılacak şey malzemeyi kıvılcım ve eğe testine tabi tutmaktır. Parça yüzeyine sürülen bir eğe, parçanın daha evvelce bir sertleştirme işlemine tabi tutulup tutulmadığını kolaylıkla belirtir. ? Kıvılcım testi ise parçanın zımpara taşına tutulup, çıkan kıvılcımlara bakarak (rengine ve şekline) bileşimin takriben belirlenmesidir. Parça, taşa çıkan kıvılcımların boyu 30 cm olacak tarzda bastırılır ve loşça bir ortamda bu kıvılcımlara bakan tecrübeli bir kişi, büyük bir yaklaşıklıkla çeliğin bileşimindeki elementleri ve bunların takribi miktarlarını belirtebilir. Bu konuda tecrübesi olmayanlar dahi, renk körü olmadıkları takdirde, birkaç saatlik bir çalışma neticesinde, bir çeliğin karbonlu veya alaşımlı olduğunu ve sade karbonlu çelik halinde ise az karbonlu, orta karbonlu ve yüksek karbonlu diye çelikleri ayırt edebilecek tecrübe ve bilgiye sahip olabilirler. Ayrıca mukayese için bileşimi bilinen çeliklerden numune parçalar kullanarak daha iyi bir kontrol yapmak mümkün olabilir.? Bazı hallerde ön tav uygulamak mümkün olmaz; bu gibi hallerde aşağıda belirtilmiş olan koşullara uyularak, sadece tamir gayesi ile kaynak yapmak mümkün olabilir: 1. Müsaade edilebilen en kalın çaplı elektrotu kullanılmalı; 2. Kaynak akım şiddeti aralığının üst sınırını seçilmeli (enerji arttıkça soğuma yavaşlar); 3.Bazik örtülü ostenitik elektrotlar tokluk nedeniyle kullanılmalı; 4.Kaynak bağlantısı çok pasolu kaynak tercih edilmeli; kaynak tamamlandıktan sonra ilave olarak esas metale değmeden sadece dikiş üzerinde kalacak şekilde bir temper pasosunun yapılmasını şiddetle tavsiye edilir; 5.Kaynak esnasında elektrota sarkaç hareketi vererek geniş bir dikiş elde edilmeli; 6.Kaynağa pasolar arasında ara vermeden devam edilmeli ve kaynak işlemi biter bitmez üzeri örtülü olarak, soğumaya terk edilmelidir.? Karbonlu ve alaşımlı yapı çelikleri ve makine imalat çeliklerinin büyük bir kısmına, bahsedildiği şekilde, bileşime bağlı olarak,karbon eşdeğeri yardımı ile belirlenmiş bir ön tav tatbik ederek kaynak yapmak mümkündür. Bu tür çeliklere şu kaynak usulleri uygulanır: ? 1.Oksi asetilen kaynağı Oksi asetilen kaynağı sadece küçük parçaların tamir kaynağında kullanılır. ? 2.Örtülü elektrotla elektrik ark kaynağı ? 3.Toz altı kaynağı ? 4. Gazaltı (MAG) kaynağı ? Günümüzde bilhassa parçaların tamiri işleri için elektrik ark kaynağı usulü ve örtülü elektrot tercih edilmektedir. Doldurma işleri için zaman zaman toz altı kaynak usulü ve MAG kaynak usulü de tatbik edilmektedir. İmalat işlerinde ise; örtülü elektrot ile elektrik ark kaynağı, MAG kaynağı, toz altı kaynağı ve elektro cüruf kaynağı usulleri kullanılmaktadır. Usullerin seçiminde, parçanın şekli, boyutları, sayısı ve yatırım maliyeti göz önünde bulundurulur. ? 4. Gazaltı (TIG/MIG) kaynağı Argon veya helyum kullanan TIG ve MIG kaynak usulleri teorik olarak tatbik edilebilirse de koruyucu gazın maliyette büyük etkide bulunması dolayısıyla kullanılmazlar. ? 5.Elektro cüruf kaynağı