Kaynaklı Tasarım İmalat Titanyum ve Titanyum Alaşımlıların Kabiliyeti ? GİRİŞ ? Titanyumun düşük özgül ağırlığı (4.51 g/cm³), mükemmel korozyon dayanımı ve yüksek kuvvet/kütle oranı onun kimyasal, uzay, denizcilik ve tıbbi alanlarda çok geniş bir kullanım alanı olmasına neden olur. Titanyum uygulamaları, petrokimya endüstrisinde ve spor gereçlerinin imalatındaki en son gelişmelerdir. ? Titanyum yeryüzünün yapısında en çok rastlanan metallerden biridir. Kuzey Amerika’da çok miktarda titanyum filizi ticari işletmelerde mevcuttur. ? Saf titanyum yaklaşık olarak 1670°C de eriyen ve 3260°C de kaynayan gümüş renkli bir metaldir.? Titanyumun oksijenle kimyasal olarak yüksek bir birleşme eğilimi vardır ve titanyum oda şartlarında yeni hazırlanmış yüzeylerde, sıkı bir mikroskopik oksit tabakası oluşturur (magnezyum ve alüminyuma benzer şekilde). Bu oksit film titanyumun daha fazla kimyasal reaksiyona girmesini engeller. Bu durum titanyumun mineral asitlerine olduğu kadar tuzlar ve oksitleyici asit çözeltilerine karşı olan korozyon dayanıklılığını da açıklar. ? Titanyum havada 650°C nin üstüne ısıtıldığında çabucak oksitlenme eğilimi gösterir. Yüksek sıcaklıklarda da kendi içindeki oksijeni çözme eğilimi vardır. Bu sebeplerden dolayı titanyumun kaynak işlemi, oksijenin ve azotun bulaşmasını ve gevrekleştirmesini önlemek için asal gaz atmosferi gibi koruyucu kalkanlar gerektirir.Titanyumun bağıl olarak düşük termal genleşme ve iletim katsayısı kaynak nedeniyle oluşan distorsıyonu en aza indirir.? TİCARİ TİTANYUM ALAŞIMLARININ YAPISI VE KARAKTERİSTİKLERİ ? GENEL ALAŞIM SINIFLANDIRMASI ? Ticari üretimde yaklaşık 25 farklı titanyum alaşımı bulunmaktadır. Alaşımlar mikroyapılarına göre dört genel gruba ayrılabilir.Bu kategoriler (1) ticari olarak saf, (2)alfa; (3)alfa-beta; (4)ortakararlı-beta. ? Bazı alaşımlar iyi süneklik ve tokluk istenilen uygulamalarında çok düşük oranda ara yer atomu eklenenerek üretilir. ? 1 - TİCARİ OLARAK SAF TİTANYUM ? Ticari olarak saf alaşımların dayanımları 240 ile 550 Mpa arasında değişir. Saflığın değişimi dayanımdaki farklılıklara neden olur (özellikle de arayer atomlarının ve demirin etkisiyle) Bu elementlerin oranı arttıkça ticari olarak saf titanyumun dayanım artışı soğuk şekil verme ile arttırılabilir. Ti-0.2Pd ticari olarak saf alaşımlar içinde sayılabilir. Paladyumun ilavesi bazı koşullarda korozyon dayanımını arttırır ama mekanik özellikler üzerinde hiç etkisi yoktur.? 2 - ALFA TİTANYUM ALAŞIMLARI ? Bu alaşımların mikroyapıları yüksek oranda alfa faz ve bazı durumlarda da tamamen alfa faz içerir. Alfa alaşımları yüksek sıcaklık dayanımı veya sürünme dayanımı istenen uygulamalarda daha çok kullanılırlar. Alfa alaşımları cryogenic uygulamalarda (- 253°C’ye kadar soğuk endüstrisi) kullanılırlar. ? 3 – ALFA-BETA TİTANYUM ALAŞIMLARI ? Alfa beta alaşımları tavlanmış koşulda ya da çözelti ısıl işlemi ve yaşlandırılmış koşullarda kullanılabilir.Isıl işlem gördükten sonra bu alaşımlar yüksek dayanım/yoğunluk oranı ve tavlandıklarında mükemmel kırılma tokluğu gösterirler. Genelde kullanılan alfa-beta titanyum alaşımı Ti-6Al-4V dir. ? 4 - ORTA KARARLI TİTANYUM ALAŞIMLARI ? Ti-15V-3Al-3Sn ve Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr içeren orta kararlı- beta titanyum alaşımlarıdır. Bu tek fazlı beta koşulunda beta alaşımlarının çok iyi şekillendirilebilme özellikleri vardır.480ºC den 595ºC ye kadar yaşlandırma ince alfanın ilk oluşmuş betanın tane sınırlarına çökelmesine neden olur. Bu şekilde çok iyi dayanım elde edilir. Düşük yaşlandırma sıcaklıklarıyla süneklik ve tokluk oldukça düşer. Genellikle yaylarda kullanılır.? TİCARİ ALAŞIMLARIN ISIL İŞLEMLERİ ? Bu tür işlemler içinde ergimiş sıvıdan soğumanın yanında dövme ve haddeleme işlemleri sırasındaki soğuma ve ısınma da sayılabilir. En bilinen ısıl işlemleri temperleme, gerilme giderme tavı, çökelme sertleşmesi ve yaşlandırma sayılabilir. ? TAVLAMA ? Tavlama terimi 650ºC ve 815ºC arasındaki sıcaklıklarda ve bir saatten az az en fazla sekiz saatte yapılan ısıl işlemler için kullanılır. Tavlama sıcaklığında yeterli zaman, alaşım fazlarının dengeye ulaşmasını sağlayarak iç gerilimsiz bir yapı oluşmasına izin verir. Titanyum alaşımlarının tavlanması oda sıcaklığında sünekliği ve tokluğu geliştirir, yüksek sıcaklıklarda optimum termal denge ve iyi işlenebilirlik sağlar.? ÇÖKELME SERTLEŞMESİ ? Çökelme sertleşmesi alfa-beta alaşımlarına uygulanabilir. Çökelme sertleşmesinin uygulanması alaşımı önce beta dönüşüm sıcaklığının tam altına kadar ısıtmak ve sonra çok hızlı bir şekilde alaşımı soğutarak yapılır. Bu sıcaklıktaki zaman 1 saatten azdır. Bu ısıl işlemin temel amacı oda sıcaklığında beta fazını geliştirmektir. Çökelme sertleşmesi bazen orta kararlı beta alaşımlarına da uygulanabilir.Bu durumda istenen sonuç tavlama sıcaklığından havada soğutma ile elde edilir. ? YAŞLANDIRMA ? Yaşlandırma çökelme sertleşmesi ile oluşmuş kararsız beta fazından alfa fazını çökeltmek için kullanılır. Alfanın çökeltilmesi alaşımın dayanımını ve sertliğini arttırır.Tipik yaşlandırma döngülerinde 480ºC ile 595ºC arası 1 ile 24 saat arası yapılır. ? GERİLME GİDERME TAVLAMASI ? Gerilme giderme tavlaması iç gerilmelerin bir zaman çerçevesinde kolayca giderilebileceği en düşük sıcaklıkta yapılır. Gerilme giderme tavlamasıyla oksidasyon ve metalurjik değişiklikler en aza indirilebilir. Isıtma havada vakumda ya da bir asal gaz atmosferinde yapılabilir. Gerilme giderme tavlaması temel metal mikroyapısını çok değiştirmez. ? ? MEKANİK ÖZELLİKLER ? Mukavemet özellikleri sıcaklıkla değişir. Sıcaklık oda sıcaklığına birdenbire düşürülünce ticari saf alaşımlar dayanımlarını kaybederler. İçinde alüminyum bulunduran titanyum alaşımlarının yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik özellikleri vardır. Sürünme dayanımı da titanyum alaşımları için önemlidir ve bir grup alfa titanyum alaşımları en yüksek sürünme dayanımına sahiptir. ? Ticari saf titanyumun çok yüksek bir sünekliği, bağıl olarak düşük çentik hassasiyeti ve iyi tokluğu vardır. ? Titanyum alaşımları -253ºC’e kadar düşük sıcaklarla ilgili cryogenic uygulamalarda kullanılmaktadır ve bir çok titanyum alaşımı çeliklerde olduğu gibi keskin bir “geçiş sıcaklığı”na sahip değildir. Titanyum alaşımlarında sıcaklık düştükçe dayanımı, sünekliğin düşmesine rağmen yükselir.TİTANYUM VE TİTANYUM ALAŞIMLARININ KAYNAK METALURJİSİ ? KAYNAK YAPISI ? Titanyum alaşımları erime sıcaklığının üstünde bir sıcaklığa ısıtıldığında, erime bölgesi tek fazlı sıvı olarak görünür. Soğuma sonrasında hacim merkezli kübik tek fazlı katı beta titanyum kristalleri bu erime bölgesinin etrafında oluşmaya başlar. ITAB’ın daha soğuk bölgelerinde sıvı kaynak metalinden başka, katı alfa-beta fazlarının bir karışımı ya da saf titanyumda ve alfa alaşımlarında sıkı düzen hekzagonal yapıda tek fazlı alfa bulunabilir. Lokal soğuma tamamlandığında, sıvı erime bölgesinin beta taneleri şeklinde soğuması, direk beta tanelerinden sıcaklıktan etkilenmiş bölgenin içine doğru çok eksenli olur. Beta tanelerinin erime bölgesiyle aynı zamanda soğumamasının sonucu olarak kaba yapılı beta tane yapısı oluşur. Kaynak mekanik özelliklerini kötüleştirir. ? Katılaşmış kaynak soğudukça, katı hal faz dönüşümleri erimiş bölgede ve ITAB’da oluşur. Kaynak soğuma hızındaki artış daha ince taneli bir alfa oluşturur ve daha da hızlı bir soğuma hızı (elektron ışın kaynağı ve lazer ışın kaynağında gözlenebilir) martenzit oluşmasına neden olur.? KAYNAK SONRASI ISIL İŞLEM ETKİLERİ ? Kaynak sonrası ısıl işlemler alfa ve alfa beta titanyum alaşımlarında sadece gerilme giderme değil aynı zamanda kaynak bölgesinin sünekliğinin ve tokluğunun arttırılması amacıyla da uygulanabilir. ? Beta titanyum alaşımlarında kaynak sonrası ısıl işlemle alfa çökelmesi (yaşlandırma) sonucu dayanım artışını sağlar. ? Martenzitin temperlenme sıcaklıkları 540ºC de başlar. ? KAYNAK ÖZELLİKLERİ ? Ticari saf alfa ve alfa bulunduran alaşımlar ısıl işlemlerle çok belirgin özellik değişimlerine neden olmazlar böylece kaynaklanabilme kabiliyeti ön tavlama ve son tavlama işlemlerinden genel olarak etkilenmez. ? Fakat beta ve beta zengini alaşımların kaynaklanmasında, istenilen özelliklerin kaynakta, ITAB ve esas metalde sağlanabilmesi için ısıl işlemler gerekebilir. ? TİTANYUM ALAŞIMI KAYNAKLARINDA HATALAR, ? Titanyum alaşımları kaynakla birleştirilirken görülebilecek bazı hatalar; arayer atomlarından kaynaklanan gevrekleşme, hidrojen gevrekleşmesi ve gözenektir. Bu hatalar doğru alaşım seçimi ve doğru kaynak yöntemi seçimi ile önlenebilir. Bu hataların nasıl oluştuğunu bilmek bu prosedürleri uygulamada ve hata oranını en aza indirmede çok etkili olacaktır.? KİRLENME ÇATLAMASI ? Titanyum havayla temas ettiğinde nemden veya hidrokarbonlardan 500ºC nin üstünde, oksijeni, azotu, karbonu ve hidrojeni almaya hazır hale gelir. Bu küçük arayer atomları kristal kafes içine mono atomik formda girer ve sıkı düzen hekzagonal yapılı titanyum kafesinde köşelere yerleşir. Bu durum plastik deformasyonu önler ve dayanımı güçlendirir ancak sünekliğin kaybedilmesine neden olur. Bu elementlerin çok yüksek miktarı, kaynak sırasında oluşan gerilme sonucu çatlak oluşmasına neden olur. Kaynak metalinde 3000 ppm seviyelerindeki oksijen seviyesi kaynakta veya ısıl etkilenmiş bölgede çatlamalara neden olur. ? Alfa titanyum sıkı düzen hekzogonal kristal yapısının arayer atomları ile kafesin çarpıtılmasından dolayı çatlak oluşumuna da müsaittir. ? Kayma düzlemleri dislokasyonların plastik şekil değiştirebilmek için hareket ettiği kristallografik düzlemlerdir bunun sonucu olarak kayma düzlemlerinin sayısının azalması sünekliğin azalmasına neden olur.? Kirlenme çatlaması erimiş kaynak havuzunu ve ITAB’ı arayer atomu içeren bileşiklerden koruyarak önlenebilir. Bu şu şekilde sağlanır; ? Birleşim noktasındaki yüzey filmi paslanmaz çelik tel bir fırçayla ya da alüminyum oksit yada silisyumkarbür bileme taşı ile (daha önce başka metallerde kullanılmamış olan tavsiye edilir) çıkarılabilir (oksijen kapma önlemesi). ? Kaynak esnasında bir asal gaz kalkanı uygulama ve bu kalkanı kaynak ve çevredeki metaller 260ºC nin altına düşene kadar tutmak ve oksijen miktarını 60 ppm’e kadar düşürmek gerekir. ? Titanyum oksitlendiğinde alaşım miktarına ve oksidasyon derecesine göre farklı renkler gösterir. Bu renkler gümüşten (ılımlı oksidasyon) sarıya, maviye ve beyaza (önemli oksidasyon) kadar değişebilir. Beyaz oksidin varlığı kabul edilemeyecek bir miktarın mevcut olduğunu gösterir. Mavi oksidin varlığı kaynağın bir miktar kirlendiğini belirtir fakat onun olmayışı da kaynağın kirli olmadığı göstermez. Çünkü mavi oksit tel fırçalama ile giderilebilir.? HİDROJEN GEVREKLEŞMESİ ? Hidrojen kirlenme çatlamasına yol açabileceği gibi hidrojen gevrekleştirmesine de neden olabilir. Bu gevrekleşmenin oluşmasını sağlayan bir mekanizma titanyum hibritlerinin çatlaklar etrafına çökelmesidir. Kaynak içinde bir mikroçatlak olduğunu varsayalım hidrojen atomları bu çatlağın ucuna difüze olacaklardır. Burada 3 eksenli bir gerilme hali hidrojen atomlarının yerleşmesini sağlayan büyük arayer bölgelerinin kafeste oluşmasına neden olur. ? Kritik bir hidrojen seviyesine ulaşıldığında titanyum hibritleri çatlağın dibine çökelir. Bunun yanında çatlağa difüze olan hidrojen iki atomlu gaz yani molekül oluşturabilir böylece çatlak dibindeki gerilme ve basınç artar. Hidridler çatlağı genişletirler. Hidritler bozulduktan sonra yeniden çözünürler ve hidrojen yeni çatlaklara difüze olur. Bu döngü birçok defa gerçekleşir ve her bir seferde çatlakta bir miktar ilerlemeye neden olur. ? Hidrojen gevrekleştirmesi süreci hidrojeni gerektirdiğinden, çatlak büyüme hızı zamana ve sıcaklığa bağlıdır. Kaynaktan saatler, günler ya da aylar sonra ancak bir çatlak fark edilebilir. Hidrojen çatlaklarından korunmak için kaynak hidrojene maruz bırakılmamalıdır (hidrokarbonlar, nem vb.). ? GÖZENEK ? Kaynak metali gözeneği, erimiş kaynak havuzunda katılaşma sırasında oksijen ve hidrojenin çözünürlüğü azaldığından bu elementlerin atomları katılaşan kaynak metalinden uzaklaştırılır. Atomlar H 2 ve O 2 moleküllerini oluşturur bunlar da mikro gözenekleri oluşturur. ? Dendritik katılaşma sıvıdaki bir atomlu oksijen ya da hidrojenin konsantrasyunu kritik kütleye ulaştığında mikro çatlaklar oluşmaya başlar. Makro çatlaklar ya bu sıvı–katı durumda hapsolurlar ya da kaynak havuzu üzerinde balonlar oluşturmaya başlarlar. ? Gözenek, erimiş kaynak havuzunun kaynak sırasında oksijene ve hidrojene temasını en aza indirerek önlenebilir. Bunun için birleşim yeri kaynaktan önce temizlenmelidir ve arkı, katılaşan metali bir asal gazla korumak gerekir. Kaynak işlemi koşulları ve kaynaklama pozisyonu gözenek oluşumu üzerinde etkilidir. Yavaş hızlarda kaynaklama düz pozisyonda ya da tavan pozisyonunda gaz gözeneklerinin oluşmasına neden olur. ? Titanyumun kaynaklanmasında esas metalin temizliği ve kalitesi çok önemlidir. Dolgu metali kirden, yağdan, bazı bileşiklerden etkilenebilir.Telin veya çubuğun yüzey alanı büyük olduğunda bu durum daha da önem kazanır.Teldeki fiziksel hatalar (çatlaklar gibi) yüzey birikintilerinin temizlenmesini zorlaştırır.Dolgu çubuğu veya teli mekanik hataları için iyice gözlenmelidir ve asetonlu bezle iyice temizlenmelidir. Bunun yanında iyice ambalajlanmış olmalı, iyi depolanmalı ve taşınmalıdır.? KAYNAK GERİLME GİDERME ? Kaynaklardaki çevresel gerilmeler; tavlama, çökelme sertleşmesi ile giderilebilir. Isıl işlemin gerekli olmadığı durumlarda da gerilme giderme tavlaması kullanılabilir. Kaynak gerilme giderme istenilen boyutları elde etmede, çatlak eğilimlerini azaltmada ve gerilmeli korozyon çatlağını önlemede önemlidir. ? KAYNAK TEMİZLİĞİ ? Kaynak işlemi, lehimleme ve ısıl işlemlerden önce titanyum alaşımlarının yüzeyleri temizlenmeli ve kurutulmalıdır. Musluk suyu kullanılmamalıdır. Bunun yerine; yağ, parmak izleri, gres, boya ve diğer maddeleri gidermek için başka çözücüler kullanılmalıdır. Klorürlü ve diğer temizleme artıkları kaynaklama, lehimleme ve ısıl işlem sırasında sıcaklığı 290ºC nin üstüne çıkmasıyla korozyon çatlamalarına ve gevrekleşmeye de neden olur. ? Birleşme noktasında genellikle kaynaklanacak ve sert lehimlenecek parçaların ince bir oksit tabakası bulunur. Bu %2–4’lük Hidroflorik Asit ve %30–40’lük Nitrik Asit uygulanması ve daha sonra deiyonize su ile silinmesi ve kurutulması ile giderilebilir. ? Hidrojen bulunması 60ºC ye kadar titanyum alaşımları için bir sorun yaratmaz. Fakat silindikten sonra parça özel eldivenlerle taşınmalıdır. 595ºC nin üstünde oluşan oksit tabakasını yok etmek oldukça güçtür. ? Gözeneği kontrol etmek için birleştirilen yüzeylere abrazyon işlemi uygulanır. Bu işlemler tel fırçalama, taşlama ve son temizlemedir. Birleşme yüzeyleri; kiri, metal kalıntıları ve küçük çatlakları gidermek için özel işleme tabi tutmalıdır. Bunlar giderilmezse gözenek oluşumu başlayacaktır. Tel fırçalama paslanmaz çelik tel ile uygulanmalıdır. ? Kaynak öncesi işlemleri kaynaktan hemen önce uygulanmalıdır. Bu pratik değilse kaynaklanacak parçalar özel yalıtılmış poşetlerde saklanmalıdır.? TİTANYUM BİRLEŞTİRME YÖNTEMLERİ ? ? GAZ ALTI ARK KAYNAĞI YÖNTEMİ ? Gaz koruma sistemi kaynak bölgesini atmosferden yeterli şekilde koruduğu için gaz korumalı ark kaynağı yöntemi titanyum ve titanyum alaşımlarını birleştirmek için çok uygundur. ? Genel olarak kullanılan üç yöntem TIG, MIG ve plazma ark kaynaklarıdır. Bu üç yöntemde manuel, mekanize, yarı otomatik veya tam otomatik cihazlarla uygulanabilir. Manuel, mekanize ve tam otomatik kaynak açık olarak veya soy gazla doldurulmuş bir kaynak lokal bölümünde yapılabilir. Yarı otomatik kaynak genelde açıkta ancak bir oda da yapılır. ? ? Açıkta Kaynak ? Açıkta kaynak işlemi yaparken en önemli sorun makul bir soy gaz kalkanı sağlamaktır. Bu kalkan sadece erimiş kaynak banyosu ve komşu ana metal (birincil koruma), ITAB (ikincil koruma) ve kaynak dikişinin arka tarafı (altlık) içindir.? Birincil gaz koruma, ark kaynağı torç nozulu veya ark kaynak tabancası tarafından sağlanır. Genellikle ulaşılabilirliğe ve görünebilirliğe sahip en büyük meme kullanılmalıdır. Havanın gaz demetiyle karıştığı türbülanslı akışı azaltmak için, laminer akış sağlayan nozullar istenir. Erimiş kaynak banyosunun uygun korunması kritik önem taşır. Kaynak operatörü, kaynak civarında korumayı etkileyebilecek türbülansı önlemek için yavaş el hareketleriyle ilerlemelidir. ? Birincil gaz koruması kaynak tabancasıyla ilerlediği için ITAB’ı korumak amacıyla ikincil gaz koruması gereklidir. Kaynak bölgesi oksidasyonun gerçekleşemeyeceği bir sıcaklığa soğuyana kadar atmosferden korunmalıdır. Titanyumun düşük ısıl iletim katsayısı ve bunun sebebiyle oluşan yavaş soğuma, genelde kaynak tabancasının sağlayabileceğinden daha uzun bir sıcak kaynak bölgesinin korunmasını gerektirir. Kalkan, kaynağın iki tarafındaki ITAB’ı kapsayacak kadar geniş olmalıdır. ? Altlık gaz koruması. Soygaz koruması kaynak kökünü ve komşu ana metali atmosferik bozulmadan korumak için gereklidir. Oluktaki soygazın basıncı içbükey bir kök yüzeyini önlemek için düşük tutulmalıdır. Altlık üniform kaynak kalitesini garantilemek için bütün uzunluk boyunca sıkıca yerleştirilmelidir. ? Altlık kaynaktan ısıyı uzaklaştırmak için hizmet verebilir ve böylece soğumayı hızlandırır. Altlık genelde su verilmiş bakırdan yapılır. Daha düşük soğuma hızları kabul edilebilir olduğunda paslanmaz çelik altlıklar kullanılabilir. ? Boru kaynağında borunun içi soygaz tarafından havadan arındırılmalıdır.? Kapalı Odada Kaynak ? Kaynak dikişlerinde uygun soygaz korumasının sağlanması zor olduğu için, bir çok titanyum kaynak dizaynı açık havada kaynağa uydurulamaz. Kabul edilebilir bir prosedür böyle bir montajı soygazla doldurulmuş kapalı bir odada kaynak yapmaktır. ? Akış arındırmalı ve vakum arındırmalı olarak iki çeşit oda kullanılır. Akış arındırmalı odalarda kaynak ortamı odanın içinden soygaz geçirmek ve havayı dışarı süpürmekle sağlanır. Odanın içinde yeterli saflığa sahip bir kaynak ortamı sağlamak için gerekli soygaz hacmi odanın hacminin beş ila on katıdır. ? ? Kaynak esnasında titanyum alaşımının kirlenmesini önlemek için kaynak, vakum arındırmalı odalarda yapılır. Hava odadan genelde yaklaşık 3 10 -3 torr (400 Pa) basınca kadar mekanik bir pompa vasıtasıyla çekilir. Daha ileri düzeyde temizlik için (mesela nükleer uygulamalar) bir difüzyon pompası basıncı daha da azaltmak için kullanılabilir ( 10 -4 torr veya daha az). ? Odanın eldiven girişleri parçaya ulaşılmasını sağlar. Odaya yerleştirilmiş eldivenler, kaynak torç veya tabancası, fikstürlemeler ve diğer materyaller titanyumu kirletebilecek hava, su ve buhardan arınmış olmalıdır. Akış arındırmalı olduğu gibi kaynak ortamı gaz analiz cihazlarıyla veya test parçalarının kaynağıyla kontrol edilmelidir. ? Ön-tavlama ve Pasalorarası Sıcaklıklar: ? Ön-tavlama ve Pasalorarası Sıcaklıklar açık havada yapılan kaynak işlemlerinde oksidasyonu önlemek için düşük tutulmalıdır. Erimiş kaynak banyosunda çözünmüş olan yüzey oksitleri metal katılaştığında problem oluşturabilirler. Absorbe edilmiş yüzey nemini uzaklaştırmak için kaynaktan önce düşük bir ön-tavlama uygulanır. Ön-tavlama ve pasalorarası geçiş sıcaklıkları 120 o C yi geçmemelidir. Bu sıcaklığın üstündeki hava sıcaklıklarına uzun süre maruz kalınması yüzeyde oksit filminin oluşmasına sebep olabilir. Bu film paslanmaz çelik tel fırça ile uzaklaştırılmalıdır.? TIG KAYNAĞI ? Kaynak Yöntemleri ? TIG kaynağı özellikle levha kalınlıkları 3 mm civarında olan titanyum ve titanyum alaşımlarının kaynağında kullanılır. Açık havada kaynak en iyi yatay pozisyonda uygulanır. Böylece kaynak torçu ve ikincil koruma cihazları yeterli bir soygaz koruması sağlar. Yatay pozisyon dışında yapılan kaynaklar kaynak metalinde gözeneklerin oluşumuna neden olur. ? Genellikle uygun boyutda EWTh-2 tip tungsten elektrodlarla doğru akımda düz kutuplama kullanılır. Titanyumu gevrekleştirdiği için kaynağın tungstenle kirlenmesi önlenmelidir. Gaz memesinden taşan elektrod miktarı kaynak banyosunun iyi görülebileceği düzeyde tutulmalıdır. Fazla taşma genelde kaynak metalin kirlenmesiyle sonuçlanır. ? Manuel kaynak işlemlerinde başlarken ve dururken özellikle itinalı olunmalıdır. Rastgele başlangıç tavsiye edilmez ve yapılmamalıdır. Başlangıç plakası kullanılması veya arkın yüksek frekanslı bir güçle başlatılması istenir. ? TIG açık havada uygulandığında bir bitirme plakası ile bitirilmeli veya kaynak torçu kaynak üzerinde akım kesildikten sonra koruyucu gaz vererek sönümlü olarak ilerlemelidir. İlave metal kullanıldığı zaman, kaynak çubuğunun ısınmış ucu kirlenmesi önlenmesi için devamlı olarak gaz memesinin altında tutulmalıdır. Eğer ilave metal çubuğunun ucu kirlenmişse kaynak devam etmeden önce bu bölge kesilmelidir.? MIG KAYNAĞI ? MIG titanyumu birleştirmede kullanılabilir. Özellikle kalın kesitlerdeki yüksek yığma hızı yüzünden TIG’den daha ekonomiktir. Kaynak koşulları ana metalle birlikte kolayca akıcı düzeyde bir kaynak oluşturmalıdır. ? MIG ile, ark tarafından taşınan ilave metal damlacıkları, TIG erimiş kaynak banyosuna göre daha yüksek sıcaklıklara maruz bırakılabilir. Yüksek sıcaklık kaynak dikişini ark atmosferindeki yabancı maddeler tarafından kirlenme tehlikesine sokar. Bunun devamı olarak, kaynak tabancası ve yardımcı gaz koruması soygaz kaynak atmosferinin kirlenmesinin önlenmesi amacıyla dikkatlice tasarlanmalıdır. ? ? Kalın kesitler oluk ve yatay pozisyonlarda, yüksek ısı girişi ve yığma hızının avantajını kullanmak için sprey transfer tercih edilir. Daha ince kesitlerdeki ve yatay olmayan pozisyonlardaki düşük ısı girdisi avantajı olduğu için darbeli sprey transfer kullanılır. ? Metal transfer tipi ne olursa olsun bir takip eden gaz koruması ve soygaz altlık gereklidir.MIG ORBİTAL KAYNAK ÖRNEĞİ? PLAZMA ARK KAYNAĞI ? Plazma ark kaynağı (PAW), ark plazmasının sıkıştırıcı bir nozuldan zorlanarak geçirildiği için, TIG’nın bir uzantısıdır. Koruyucu gaz nozulu ve yardımcı takip eden kalkanla sağlanan soygaz koruması TIG ve MIG’de kullanılanlara benzer. Kaynak transfer edilebilir ark ve doğru akımda ters kutuplama ile devamlı akım kaynağıyla yapılır. ? Titanyum üzerindeki gevrekleştirici etkisi dolayısıyla hidrojen, soygaz karışımına hiçbir zaman karıştırılmamalıdır. ? PAW iki teknik kullanılarak yapılabilir: Eritme ve anahtar deliği. Eritme yöntemi TIG’na benzer. Anahtar deliği tekniği metal kalınlığına bağlı olarak derin dikiş penetrasyonu sağlar ve az pasoda kaynağa izin verir. İki teknik kalın kesitlerdeki dikişlerin kaynağı için kullanılabilir. ? ? ELEKTRON BOMBARDIMAN KAYNAĞI ? Yüksek bir vakumda elektron ışını kaynağı (EBK), oksijen ve azot kirlenmesini kabul edilebilir limitlerin iyice altında tuttuğu için, titanyumu birleştirmek için uygundur. Ancak EBK orta vakumda uygulandığı zaman, ark kaynağındaki aynı soygaz koruma gereksinimlerine ihtiyaç duyar. ? Yüzey kirleticiler kaynakta gözenek oluşmasına yol açar.? LASER IŞIN KAYNAĞI ? Piyasada kullanılan lazer ışın kaynağı (LW) makineleri, vakumda çalışan elektron ışın kaynağı gibi enerji yoğunlukları üretme kapasitesindedirler. Lazer ışını atmosferden geçerken elektron ışınına göre düşük bir oranda emilir veya özümsenir. Aynı zamanda açık havada kaynak yapılabilir. ? Kaynak için en çok kullanılan lazerler Nd-YAG (katı hal) tipi ve CO 2 sürekli çıkış tipidir. EBKda da olduğu gibi kaynaklar konvansiyonel Eritme tekniği veya anahtar deliği tekniğiyle yapılabilir. Daha önce ark kaynağında da açıklandığı gibi, bir titanyum kaynağı kirlenme ve gevrekleşmenin önlenmesi için atmosferden korunmalıdır. Titanyumun elektron ışın kaynağında oluşan süreksizlikler lazer ışın kaynağında da görülebilir. ? Lazer ışın kaynaklarının mikroyapıları ve mekanik özellikleri Kaynak ve ITAB ana metale göre daha yüksek çekme dayanımları gösterirler fakat çentik darbe enerjileri (Dinamik toklukları) düşüktür.? TERMAL KESME ? Titanyum ve titanyum alaşımlarının yüksek sıcaklıklarda kesilmesinde bazı problemler vardır. Bunlar titanyumun oksijen, azot, hidrojen gibi metalin özelliklerine zararlı etkileri olan elementleri absorbe eğilimine bağlıdır.? DİFÜZYON KAYNAĞI VE LEHİMİ ? Titanyum ve alaşımları çoğu zaman difüzyon kaynağı (DFW) ve difüzyon lehimleme (DFB) ile birleştirilir. Bazı uygulamalarda DFW veya DFB yapılmış birleştirmeler eritme kaynağı yapılmış birleştirmelere göre daha iyi özelliklere sahiptirler. ? Bu proseslerde birleşme yüzeylerinin temizliği eritme kaynağına göre çok fazla önem taşır, çünkü birleşme noktasındaki impüriteleri atacak bir erime veya akış yoktur. Ayrıca, aşırı basınç kullanmadan hemen uniform bir kontağın kurulabilmesi için, birleşme yüzeyleri düz ve pürüzsüz olmalıdır. ? Difüzyon Kaynağı ? 538 o C üstünde oksijen ve azotun ana metalden ara birime difüzyonu hızlıdır. Saf sanayi titanyumunda, birleşme alanının 96%’sı 6.9 Mpa basınç altında ve 871 o C’de vakumda temas haline geçer. Temas alanı metalin ara yüzeydeki boşlukları doldurmasıyla büyür. ? Genel bir kural olarak, düzgün eşleşme yüzeylerin kaynağını kolaylaştırır, fakat göreceli olarak kaba, hazırlanmış eşleşme yüzeylerine başarılı bir şekilde difüzyon kaynağı yapılabilir, çünkü sıcaklık, zaman ve basınç buna göre ayarlanır. Yeni işlenmiş yüzeyler sadece kaynaktan önce, uygun bir solventle temizlenmelidir. HNO 3 -HF asit çözeltisinde asit temizliği tercih edilen yöntemdir. Temizleme işleminden sonra duran kalıntılar süzülmelidir.? Difüzyon Lehimi ? Difüzyon lehimi teknikleri de titanyum alaşımlarının birleştirilmesinde kullanılır. Çevrim zamanları, sıcaklıklar ve kaynak öncesi temizlik prosedürleri difüzyon kaynağıyla büyük ölçüde aynıdır. Difüzyon lehimi için kullanılan basınç sadece parçaları temas halinde tutmaya yeterlidir. Yüzey işlemi gereksinimleri bağlayıcı değildir. ? Yüzeyler elektrolit yöntemiyle ince bir saf bakır filmi veya bakır ve nikel serileriyle kaplanır. 899-927 o C civarı olan lehim sıcaklığına ısıtıldığında, bakır tabakası titanyum alaşımıyla reaksiyona girerek bağlantıda ötektik bir eriyik oluşturur. ? Bakır ara katmanı ve 927 o C’lik 4 saatlik bir çevrimle yapılan difüzyon lehimi birleştirmeleri, ana metalinkilere eşit çekme, kesme, yorulma ve gerilim korozyonu özellikleri gösterir. Difuzyon lehimi yapılmış titanyum parçalar düşük çentik ve korozyon yorulmaları gösterirler fakat ana metale göre toklukları pek fazla farklı değildir. ? Titanyumun difüzyon lehimi havacılık endüstrisinde jet motorlar için hafif silindirik tüplerin yapımında kullanılır.? SÜRTÜNME KAYNAĞI ? Basit olarak sürtünme kaynağının çok sık olarak kullanılan iki varyasyonu vardır: sürekli ve atalet. Sürekli sürtünme yönteminde, birleştirilecek parçalar dairesel sürtünme hareketi devam ederken bir araya getirilir. ? Atalet yönteminde, rotasyonal enerji kaynakta ihtiyaç duyulana kadar bir volanda depolanır. Her iki yöntem de titanyum kaynağı için uygundur ve birleşmeler benzerdir. ? İyi bir kaynak elde etmek için iki önemli gereklilik vardır. Biri birleşme yüzeyinin tavlama sıcaklığına hızlı ısıtılması, diğeri metale, basıncın hemen uygulanmasıdır. ? DİRENÇ KAYNAĞI ? Direnç nokta ve direnç alın kaynağında, yüzey kabalığı ve temizliğinin etkisi ile birleşmede temas direnci uniform olmaz. Bu da kaynak kalitesini değiştirir. ? Yüzey direncini azaltmak için kaynak yüzeyine mekanik veya kimyasal temizleme kullanılır. Paslanmaz çelik tel fırçayla temizleme direnç kaynağı için kabul edilebilir bir yüzey sağlayabilir. Büyük parçalar için, kimyasal temizlik daha etkilidir. HF-HNO 3 çözeltisinde asitle temizleme yapılabilir. Kimyasal olarak temizlenmiş titanyum parçalar temiz eldivenlerle taşınmalı ve düşük nemli atmosferde 48 saati geçmeyecek şekilde saklanmalıdır. Titanyumun oksijenle birleşme eğilimi olduğu için temas direnci havayla ilişki durumunda artar ve kimyasal olarak temizlenmiş parçaların 48 saatten uzun bir süre atmosfere açık bırakılmaları kötü sonuçlanabilir. ? Gaz Koruması ? Titanyum levhaların direnç kaynağında soygaz koruması gerekli değildir:. ? Soygaz koruması Titanyumun Yakma Alın kaynağı için tavsiye edilir.? LEHİMLEME ? Titanyum ve Alaşımları içinde en iyi süneklik beta titanyum alaşımı çözeltiye alma sıcaklığında lehimlendiği zaman elde edilir. Lehim sıcaklığı bu sıcaklığın üzerine çıktıkça, alaşımın sünekliği azalır. ? Metalürjik Düşünceler ? Lehim ilave metalinin ve lehim işleminin uygun seçilebilmesi için titanyumun kimyasal ve metalürjik özelliklerinin anlaşılması gerekir. Titanyum kolaylıkla lehimlenebilir fakat lehimlenmiş birleşmede aşırı alaşımlanma eğilimi vardır. ? Lehimlenmiş dikişlerde aşırı alaşımlanmayı en aza indirmek için iki önlem alınabilir. Biri titanyumla aşırı bir biçimde alaşımlanmayacak veya gevrek metallerarası bileşikler oluşturmayacak ilave metal seçmek, diğeri ilave metali sadece çok kısa bir süre erimiş tutan bir lehim çevrimi kullanmaktır. ? Bazı titanyum alaşımları gümüş bazlı erimiş ilave metal veya kadmiyum ve civa ile temas halinde, çekme gerilimi altında çatlar. Davranış gerilme korozyonundan oluşan çatlaktan farklıdır ama benzerlikler vardır. Sıvı metal gevrekleşmesi, tane sınırları boyunca difüzyon ve gevrek fazlar oluşması nedeniyle görülür. ? Titanyum parçaları kaynak veya lehimden önce veya yüksek sıcaklıklarda işlerken kadmiyum veya civayla temas etmemelidir.? İşlemler: ? İndüksiyonla lehimleme. İndüksiyonla ısıtma titanyumun lehimi için uygundur. Kısa lehim çevrimleri sağlandığı ve birleşmede minimum alaşımlanma olduğu için, titanyumla hemen alaşımlanan ilave metallerin kullanımı tavsiye edilir. Erimiş lehim alaşımları düşük buhar basınçlarına sahip oldukları zaman vakum lehimleme mümkün olduğu halde, soygaz koruması genelde kullanılır. ? Fırında lehimleme. Titanyumun lehimlenmesinde fırında ısıtma sıkça kullanılır ve çeşitli bağlantı dizaynları ve büyük montajlara kolayca adapte edilebilir. İlave metal indüksiyonla lehimlemeye göre daha uzun süre erimiş kalır. Bu yüzden titanyumla aşırı alaşımlanma yapmayan ilave metal seçimi çok önemlidir. ? Titanyum soygaz atmosferinde veya vakumda lehimlenebilir. ? Torç lehimleme. Oksiasetilen torç lehimi özel ekipman ve becerikli operatör gerektiren bir tekniktir. Lehim bağlantıya önceden yerleştirilir veya lehim esnasında bağlantıya beslenebilir. Bazı lehimlerde önceden yerleştirilmiş ilave metal tavsiye edilir. Biraz redükleyici alev kullanılır ve lehim sıcaklığı lehim karakteristiğiyle sınırlıdır. ? Torç lehimleme hem indüksiyonla hem de fırında lehimlemeden daha ekonomiktir. Ancak iki sorun torç lehimleme işlemlerinin kullanımını sınırlar: Lehimin bağlantıda hapsolması ve lehim kalıntılarının giderilme ihtiyacı. ? ? Dekapanlar ve Ortamlar ? Argon, helyum ve vakum ortamları titanyumun lehimlenmesi için yeterlidir. Argon düşük ısıl iletimi yüzünden helyuma göre tercih edilir. Torç lehimleme için özel dekapanlar kullanılmalıdır. Titanyum için dekapan formülleri öncelikli olarak sodyumun florit ve kloritlerini, potasyumu, lityumu ve alkali metalleri içerir. Hapsolmuş dekapanın gerilme korozyonu çatlakları oluşturma ihtimali olduğu için bütün dekapan kalıntıları uzaklaştırılmalıdır.