Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Edilebilirliği

Kaynak edilebilir terimi, bir malzemenin iş ortamındaki performansının iyi olması ve sağlıklı kaynakların yapılabilmesi anlamına gelir. Bu sebeple kaynak edilebilirlik; dayanım, süneklik, çentik darbe dayanımı gibi mekanik özellikler ve kırılma, gerilmeli korozyon kırılması, genel korozyon dayanımı ve korozif özellikleri kapsar [21].

Genel olarak paslanmaz çeliklerin kaynağı için, uygulamadaki tüm kaynak yöntemlerinin uygun olduğu söylenebilir. Ancak uygun cihazların varlığı, kaynak edilecek malzemenin kalınlığı, kaynak pozisyonu, paslanmaz çeliğin türü vb. faktörlere bağlı olarak bir kaynak yöntemi diğerine tercih edilir. Bu faktörlerin incelenmesi sonucunda, paslanmaz çeliklerin kaynak edilmelerinde örtülü elektrodların kullanımının halen ön planda olduğu anlaşılır. Paslanmaz çeliklerin kaynağında, fiziksel ve metalurjik özellikleri gibi kaynak kabiliyetini etkileyen karakteristiklerinin bazı problemlere neden olabileceği unutulmamalıdır. Bu problemler, oluşturulacak konstrüksiyonların servis ömrü açısından da önem taşırlar. Bu karakteristikleri şöyle sıralayabiliriz.

• Paslanmaz çeliklerin düşük ısı iletme katsayıları, • Yüksek ısıl genleşme katsayıları,

• Yüksek elektrik iletme direnci,

53 • Korozyona karşı hassasiyet

• Kaynakta izlenen yapısal değişimler (tane irileşmesi, MX çökeltileri, M2X çökeltileri, M3C karbürü, M7C3 karbürü, M23C6 karbürü, M6C karbürü, Sigma (σ) fazı, Laves fazı, Z fazı, Kapa (χ) fazı, Chi (G) fazları, delta ferrit, 475 °C kırılganlığı),

Schaeffler ve De Long tarafından daha önce geliştirilen yapısal diyagramların yerine şimdi, WRC-92 diyagramı geçmiştir. Bu diyagramlar kimyasal bileşim üstüne ferrit tahmininin doğruluğunu geliştirerek kaynak metali verisini büyük ölçüde sağlamlaştırmıştır. WRC-92 diyagramı aşağıda Şekil 3.23’ te gösterilmektedir.

Şekil 3.23. Paslanmaz çeliklerin WRC-92 diyagramı [34].

Paslanmaz çeliklerin benzer olmayan metallerle kaynağında uygun kaynak yöntemleri ve dolgu metalleri kullanıldığında düşük alaşımlı çeliklerlede başarılı bir şekilde birleştirilebilirler. Genel bir kural olarak, kaynak metalinin dayanımı ve korozyon özellikleri bağlantıdaki en zayıf bileşene eşit olmalıdır. Buna ilave olarak, birleşme bölgesinde kaynak metalinin özelliklerini olumsuz yönde etkileyecek, intermetalik bileşikler ve diğer fazlar bulunmamalıdır. Ayrıca, mikroyapı çatlamalara karşı dirençli olmalıdır.

3.2.5.1. Dubleks Paslanmaz Çeliklerin Kaynak Edilebilirliği

Dubleks paslanmaz çeliklerin kaynak kabiliyeti genellikle ferritik paslanmaz çeliklerden daha iyi, fakat östenitik paslanmaz çeliklerden daha kötüdür. Bu alaşımların kaynak dikişleri çoğu uygulamada herhangi bir ısıl işleme tabi tutulmadan dahi istenilen

54

düzeyde mekanik mukavemet ve korozyon direnci sağlarlar. Kaynak dikişi katılaştığı anda tamamen ferritiktir ancak, soğuma sırasında ferritin bir kısmı östenite dönüşür ve kaynak dikişide dubleks yapıda olur. Isıdan etkilenen bölgede yeterli östenit oluşumu sağlayabilmek için çok hızlı soğumadan kaçınılmalıdır. Soğuma hızını etkileyen önemli faktörler; ısı girdisi, kaynak prosedüründe belirtilen minumum ve maksimum kaynak parametreleri, ön tav ve pasolar arası sıcaklıklardır. DP çeliklerde ısı girdisinin 500-25000 J/cm olması tavsiye edilir [55].

Aşağıdaki kısıtlamalara uymak kaydıyla, elektron ışın ve lazer kaynağı hariç bütün standart yöntemlerle iyi sonuç verir:

 Kaynak yapılacak malzeme kaynak öncesinde ısıtılmamalıdır. Mekanik özellikler olumsuz yönde etkilendiğinden tavsiye edilmez [21,54, 55].

 Kaynak sonrası ısıl işlemler ise dolgu metali kullanılmadan yapılan kaynaklar veya ana malzemeyle benzer bileşime sahip dolgu metaliyle yapılan kaynaklar dışında yapılmaz [21].

 Malzemeye uygulanacak ısı girdisi düşük tutulmalıdır. Tavsiye edilen ısı girdisi sınırı 1.7 kJ/mm dir [52,54].

 Malzemede soğumanın geçişler halinde olmasına, özellikle 150 ºC’ nin altındaki sıcaklıklara özen gösterilmelidir [54,55].

 Dolgu malzemesi olarak AISI 2209 kalite kullanılmalıdır. Kendi kendine kaynaklanmadan kaçınılmalıdır [54].

 DP çeliklerin kaynağında en çok kullanılan koruyucu gaz Ar (Argon) gazıdır. Fakat Ar kaynak bölgesinde N (Azot) kaybına neden olur. Bu nedenle koruyucu gaza N ilave edilebilir. Tersten ve kök korumalarda kullanılan saf N gazı çok fazla östenit oluşumuna neden olduğu için tavsiye edilmez [55].

 Kaynak sonrası ısıl işlem genellikle gerekli değildir ve önerilmez.

Yüksek miktardaki alaşım elementleri nedeni ile DP çeliklerde, karmaşık faz dönüşüm mekanizmaları aktif hale gelmektedir. 600-1200 °C aralığında çözünen ferrit fazından östenitin yanı sıra çökeltiler ve intermetalik bileşikler oluşmaktadır. Bunlara 700- 900 °C aralığında çökelen altıgen yapılı nitrürler (Cr2N), 475 °C gevrekleşmesi, sigma (500-950 °C) ve chi intermetalik bileşiklerinin oluşumları örnek gösterilebilir. Bu oluşumlar malzemede gevrekliğe sebebiyet vermektedir. Faz dönüşümleri ve çökeltiler, malzemenin tokluğunun azalmasına ve korozyon direncinde kayıplara neden olabilmektedir [52].

55

DPÇ’ lerin birçok ısıl döngüye maruz kalması nedeni ile gerçekleşen faz dönüşümleri, delta ferrit miktarının değişmesine neden olmaktadır. Bu durum en çok ısıdan etkilenen bölgede sorun teşkil etmektedir. Tokluk ve korozyon direnci özelliklerinin korunabilmesi; ısı girdisi, pasolar arası sıcaklık ve kaynak dikişi genişliği gibi parametrelerin uygun seçilmesi ile sağlanan kontrollü soğuma ve tavlama süreçlerine bağlıdır. Östenit oluşumu arttırıldığında sigma ve chi çökelmelerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Buna ek oalarak, kaynak metali ve ana malzemede Cr23C6 karbürlerinin de çökeldiği bilinmektedir. Tane sırınlarında meydana gelen Cr23C6 çökeltilerinin sigma çökeltileriyle aynı olumsuz etkileri oluşturduğu yapılan çalışmalarda belirtilmiştir [52].

Sıcak haddelenmiş plaka ve saç, soğuk haddelenmiş plaka, saç ve rulo, dövme, çubuk, boru ve işlem görmüş bağlantı elemanları ve flanşlar olarak bulunabilen dupleks paslanmaz çelikler kaynaksız halde 300 °C kaynaklı halde ise 250 °C sıcaklıklara kadar güvenle kullanılabilirler [53].

DP çelikler sıcak çatlamaya karşı hassas değildirler ve -60 - +300 °C aralığında mükemmel tokluk ve iyi süneklik gösterirler. Kaynak kabiliyetleri açısından 500-950 °C arasında bırakıldığında sigma fazı ile gevrekleşmeye karşı hassas oldukları unutulmamalıdır [50].

Dubleks paslanmaz çeliklerin kaynağında, bir erimenin olmadığı ve çok kısa sürelerde gerçekleştirilen sürtünme kaynak yönteminin kullanılması ile meydana gelebilecek bu metalürjik değişiklikler hızlı soğumanında etkisi ile elimine edilebilmektedir.

DPÇ’ lerin katı hal kaynak karakteristikleri üzerine bazı çalışmalar yapılmıştır. Yapılan çalışmalarda korozyon ve mekanik özelliklerin ana malzemeyle benzer olduğu belirtilmektedir. Sürtünme kaynağı üzerine yapılan çalışmada, kaynak bölgesi korozyon direncinin, ark kaynağıyla yapılan kaynaklardan daha iyi olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Katı hal kaynak yöntemlerinde özellikle ergimenin olmaması lokal segragasyon etkilerinin ortadan kaldırılması açısından büyük öneme sahiptir [21].

56