Kaynaklı birleĢtirmelerde denk gelinen kırılmaların, ITAB‟ta oluĢan bir hatadan ya da malzemede meydana gelmiĢ çatlaktan baĢlayarak ilerlediği görülmektedir. Kaynaklı birleĢtirmelerde bu tarz kırılmaların oluĢumunu engellemek için, kaynak esnasında, ITAB‟ta meydana gelen olayların bilinmesi, ortaya çıkan yapının mekanik özelliklerinin hassas bir biçimde belirlenmesi ve bunların tasarım kriteri olarak göz önüne alınması gerekmektedir [28].
Bir kaynaklı birleĢtirmenin özelliğine etkiyen etkenlerin en önemlisi kaynak sırasında uygulanan sıcaklığın dağılımı ve değiĢimi karĢısında ana metal malzemenin davranıĢıdır. (Tablo 4.1) Neredeyse bütün kaynak yöntemleriyle kaynağı yapılan malzemenin kaynak bölgesinde ergime ya da malzemenin solidüs eğrisine yakın sıcaklığa ısıtılmasını gerektirmektedir. Bu sıcaklığa kadar ısıtılarak ardından soğutulan, metalik malzemenin iç yapısında değiĢikliklere sebep olduğu gibi; sıcaklığın yüksek olması, kaynak metalik malzemesi, oluĢan curuf, ana metal ve ortamın atmosferi arasında bazı kimyasal reaksiyonların meydana gelmesine neden olur [28].
Ergitme kaynak yöntemlerinin tamamı temelde döküm iĢlemini anımsatır. Kaynak metali, elektrik arkı ya da gaz alevinin yüksek sıcaklığı karĢısında ergir ve önceden hazırlanmıĢ kaynak ağzının içerisine dökülmektedir. Bu sırada kaynak ağzı kenar yüzeylerinin bir kısmı ergir ve ergimiĢ olan metal ile ana metal karıĢarak kaynak ağzının içerisinde katılaĢır. ĠĢlem esnasında, kaynağı yapılan malzemelerin kaynak dikiĢinin bitiĢik bölümlerinde, metalin ergime sıcaklığından ortamın sıcaklığına ulaĢıncaya kadar, farklı sıcaklık düzeylerinde ısınmıĢ bölgeler meydana gelir [28]. Kaynaklı bağlantının bulunduğu ve kaynak iĢlemi esnasında oluĢan sıcaklıktan etkilenen bölgelerin tamamına kaynaklı bölgelerin adı verilir. Bu bölgeler, ergime ve ITAB bölgesi olmak üzere iki bölgeden oluĢmaktadır [28].
19
Ergime bölgesi: Kaynak esnasında meydana gelen ısının etkisiyle ergiyen ve kaynak iĢlemi sonrası katılaĢan bölgeye denir. ITAB‟tan, ergime çizgisi ismi verilen ergimiĢ ve ergimemiĢ bölgelerin arasındaki sınırla ayrılmaktadır. Bu sınır kaynaklı bağlantıdan çıkarılarak dağlanarak ve parlatılarak enine kesit üzerinde çıplak göz ile izlenebilir. Ergime bölgesi kaynak metali ile ana metalin karıĢımından meydana gelmektedir. Ergime bölgesi, ana metalin kaynak metaline oranıyla, uygulanan kaynak yönteme ve paso miktarına bağlı olarak geniĢ bir aralık içerisinde değiĢim gösterir [29].
Ġyi bir kaynaklı bağlantı, kaynak bölgesinin atmosferin tesirinden korunmasıyla oluĢturulabilir. Çünkü meydana gelen kimyasal ve metalurjik tepkimeler yalnızca bu Ģekilde kontrol altına alınır. Oksijen ile olan reaksiyonların kontrolü için ergime bölgesine çeĢitli yöntemler ile dezoksidasyon oluĢturucu maddelerle yanan alaĢımın elementlerinin karĢılanacağı miktarda elementlerin ilavesi yapılır. Ayrıca bu bölgenin korunması curuf örtüsü ya da meydana getirilen kontrol altındaki atmosfer ile korunur.
Sıvı durumundaki metalin içinde bulunan atomlar birbirlerinin arasında hareket serbestliğine sahiptir. Soğuma esnasında, sıcaklık, metal ve/veya alaĢımın katılaĢma noktasına kadar azalınca, atomlar kristal kafeslerini oluĢturarak birleĢir ve çekirdekleri oluĢturur. Bu esnada kaynak metalinden ısı çekilerek soğumaya devam edildiğinde çekirdekler tanelerini meydana getirmek için yeni atomların ve kristal kafeslerin ilavesiyle büyümeye devam ederler. KatılaĢma sırasında oluĢan ergime ısısı doğal olarak soğuma hızına etki ederek tanelerin daha fazla büyümesini önlemektedir. Tanelerin sürekli olarak büyümesi için ısının kaynak metalinden sürekli çekilmesi gereklidir. Mekanizma ġekil 4.1‟de verilmiĢtir [30].
20
ġekil 4.1. Kaynak metalinde katılaĢma aĢamaları [30]
Kaynak iĢlemi esnasında ısı girdisinin yükselmesi, malzemenin yüksek sıcaklıklarda uzun süre tutulması, ön ısıtma uygulanması gibi faktörler, ergime bölgesindeki tanelerin iri olmasına sebep olmaktadır. Kaynak bölgesindeki soğuma hızının arttırılması, tane yapısında incelme sağlasa da, gevrek bir yapı meydana getirdiğinden uygulamada tercih sebebi değildir. Kaynak metaline eklenmiĢ olan dezoksidazyon elementleriyle diğer bazı katkılar ergime bölgesindeki tane yapısının incelmesine yardımcı olmaktadır [29,30]. Kalın malzemelerin, tek pasoda yapılan kaynak dikiĢlerinde, iri tanelerin birleĢtiği orta kısımlara ilave edilen elementlere ve kalıntıların segregasyonuna rastlanır. Bu durum bağlantının zayıflamasına sebep olmaktadır. OluĢum ġekil 4.2‟de verilmiĢtir [30].
21
ġekil 4.2. Tek pasolu kaynak dikiĢinde segregasyon bölgesinin görünümü [30]
Isıdan etkilenmiĢ bölge (ITAB): Kaynak metali ile ana metalin birleĢtiği ergime çizgisi adı verilen sınırdan baĢlayarak, kaynak iĢlemi sırasında sıcaklığın iç yapıyı ve etkilenen iç yapı ile metalin özelliklerinin etkilendiği bölge olarak tanımlanmaktadır. Bir metalik malzeme, kaynağa uygun olarak kabul edilebilmesi için ITAB‟taki özelliklerin fazla tahribata uğramaması gereklidir. ITAB‟taki tahribatın engellenebilmesi için özel yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu yöntemlerin elde edilebilmesi için kaynağı yapılacak malzemenin kaynak kabiliyetinin incelenmesi gerekmektedir [22,28]. Malzemenin kaynak kabiliyeti sadece malzemeye özgü bir özellik değil, aynı zamanda kaynağın yöntemine ve konstrüksiyona da bağlıdır. ġekil 4.3‟de verilmiĢtir. Bir malzeme bir kaynak yönteminde çok iyi kaynak kabiliyeti göstermesine rağmen farklı yöntemde zayıf kaynak kabiliyetine sahip olabilir [28,29].
22
ġekil 4.3 Kaynak kabiliyetinin bağlı olduğu durumlarının Ģematik olarak gösterimi [28]
Tablo 4.1. DIN 8528-1‟e göre kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler [22]
Kaynak Kabiliyeti
Kaynak Yapabilme Olanağı Kaynak Güvenliği Kaynağa Uygunluk Kaynak Sonrası ĠĢlemler Kaynağın Uygulanması Kaynağa Hazırlık Gerilme Durumu Konstrüktif Biçimlendirme Fiziksel Özellikler Metalurjik Özellikler Kimyasal BileĢim
Isıl ĠĢlem Isı Kontrolü Kaynak Yöntemi Tür ve ġiddeti Kuvvet Çizgilerinin AkıĢı GenleĢme Özelliği Segregasyon SertleĢme Eğilimi TaĢlama Isının Uygulanması Ġlave Malzeme Türü Eksen Sayısı DikiĢlerin Konumu Isı Ġletim Özelliği Kalıntılar YaĢlanma Temizleme Kaynak Sırası BirleĢtirme türü Zorlanma Hızı
Parça Kalınlığı Ergime Sıcaklığı
Tane Büyüklüğü
Gevrek Kırılma Ağız Biçimi Sıcaklık Çentik Etkisi Mukavemet Ġç Yapı Sıcak
Çatlama Ön Isıtma Korozyon Rijitlik
Farklılıkları
Tokluk Anizotropi Kaynak Metali KarıĢım Oranı
23