Ön Isıtma ve Kaynak Sonrası Isıl İşlemler

Kaynak denetçisinin ön ısıtma ve kaynak sonrası ısıl işlem hakkında bilmesi gerekenler

Bazı ana malzemelerin kaynağında ve bazı servis koşullarında, ön ısıtma ve/veya kaynak sonrası ısıl işlem gerekli olabilir. Bu tür ısıl işlemler, uygun kaynak bütünlüğünü sağlamak için gereklidir ve tipik olarak tamamlanmış kaynakta istenmeyen özellikleri önler veya ortadan kaldırır. Her türlü ısıl işlem, ekstra ekipman, ekstra zaman ve ekstra uğraş gerektirdiğinden maliyetlidir. Bu nedenlerle, ısıl işlem ancak sunabileceği avantajlar dikkatlice değerlendirildikten sonra yapılmalıdır. Bazı durumlarda, düşük alaşımlı çeliklerin ağır bölümlerinde olduğu gibi ısıl işlem zorunlu olurken, bazı durumlarda ise hizmette erken arızaya karşı haklı bir önlem olacaktır.

Bu ısıl işlemlerin kaynak prosedürüne dahil edilmesinin birkaç nedeni vardır. En yaygın olanlardan bazılarını ele alacağız.

Ön ısıtma

AWS Standart Kaynak Şartları ve Tanımı'nda tanımlandığı şekliyle ön ısıtma, "ön ısıtma sıcaklığını elde etmek ve korumak için ana metale veya alt tabakaya uygulanan ısıdır". Ön ısıtma sıcaklığı, aynı belgede "kaynak yapılmaya başlanmadan hemen önce ana metalin kaynak noktasını çevreleyen hacimdeki sıcaklığı" olarak tanımlanır. Çok pasolu bir kaynakta ise aynı zamanda ikinci ve sonraki pasoların başlatılmasından hemen önceki sıcaklıktır (Pasolar Arası Sıcaklık).

Ön Isıtma Nasıl Gerçekleştirilir?

Ön ısıtma, gaz brülörleri, oksijenli gaz alevleri, elektrikli battaniyeler, indüksiyonlu ısıtma veya bir fırında ısıtma ile gerçekleştirilebilir. Daha iyi sonuçlar için ısıtmanın bağlantı bölgesinde homojen olması esastır. Yoğun, homojen olmayan ısıtma, soğutmayı geciktirme bakımından pek işe yaramaz ve ana malzemede daha yüksek artık gerilimlere, bozulmaya veya istenmeyen metalurjik değişikliklere neden olarak zararlı olabilir.

Ön ısıtma belirlendiğinde, tüm kaynak bağlantısı, malzeme kalınlığı boyunca istenen minimum sıcaklığa kadar eşit biçimde ısıtılmalıdır. Malzeme kalınlığı boyunca eşit bir sıcaklık elde etmek için ısıtma kaynaklarının, malzeme yüzeyinin bir tarafına uygulanması ve karşı tarafta malzeme sıcaklığının ölçülmesi istenir.

Isıtma ve sıcaklık ölçümünün aynı yüzeyden yapılması gerektiğinde, denetçi malzemenin yalnızca yüzeyinden daha fazlasının ısıtıldığından emin olmalıdır. Tüm malzeme kalınlığının eşit bir sıcaklığa kadar ısıtılmasını sağlamak önemlidir.

Bir ön ısıtma sıcaklığı belirlemeye ek olarak, bazı uygulamalar için pasolar arası bir sıcaklık sınırlamasının dikkate alınması gerekebilir. Bu bilgi, kaynak prosedürü şartnamesinde gösterilmelidir. Pasolar arası sıcaklık belirtildiğinde, kaynak alanı sonraki kaynak dikişini yapmadan önce incelenmelidir. Ölçülen sıcaklık, kaynak prosedüründe belirtilen maksimum pasolar arası koşulları aşarsa kaynağa devam edilemeyebilir. Kaynağa devam etmeden önce, kaynaklanmış parçanın pasolar arası sıcaklığın belirtilen üst sınırına kadar soğumasına izin verilmelidir.

Malzemenin metalurjik özelliklerine ve/veya kaynaklanan bileşenin istenen mekanik özelliklerine bağlı olarak, ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık çeşitli nedenlerle değerlendirilebilir. Örneğin, düşük karbon içeriğine, nispeten düşük sertleştirilebilirliğe sahip olan ve özel hizmet gereksinimleri olmayan bir uygulamada kullanılan yumuşak çeliğin kaynağına ilişkin bir prosedürde malzeme kalınlığına bağlı olarak minimum ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık dikkate alınabilir.

Darbe gereksinimleri olan ısıl işlem görebilen düşük alaşımlı çelikler ve krom-molibden çelikleri için kullanılan kaynak prosedürlerinde, normalde ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklıklar için minimum ve maksimum gereksinimler belirlenir. Bu düşük alaşımlı malzemeler yüksek sertleştirilebilirliğe sahip olabilir ve hidrojen çatlamasına karşı hassastır. Bu malzemelerin çok hızlı soğumasına veya aşırı ısınmasına izin vermek, performans gereksinimlerini ciddi şekilde etkileyebilir. Nikel alaşımlarını kaynaklarken, öncelikle kaynak işlemi sırasındaki yüksek ısı girdisiyle ilgileniyoruz. Kaynak işleminin ısı girdisi ile ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık bu malzemeleri ciddi şekilde etkileyebilir. Yüksek ısı girdisi, aşırı yapısal sıvılaşmaya, karbür çökelmesine ve diğer zararlı metalurjik olaylara neden olabilir. Bu metalurjik değişiklikler, çatlamayı veya korozyona karşı dayanıklılık kaybını artırabilir. Isıl işlem yapılabilen, 2xxx, 6xxx ve 7xxx serisi gibi bazı alüminyum alaşımlarının kaynağına ilişkin prosedürler, genellikle toplam ısı girdisinin azaltılmasıyla ilgilidir. Bu malzemelerde, maksimum ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık, ısıdan etkilenen bölge (HAZ) üzerindeki tavlama ve aşırı yaşlanma etkisini, buna bağlı olarak da çekme mukavemetindeki kayıpları en aza indirmek için kontrol edilir.

Kritik uygulamalarda ön ısıtma sıcaklığı hassas şekilde kontrol edilmelidir. Bu tür durumlarda, kontrol edilebilir ısıtma sistemleri kullanılır ve ısıtılan parçayı izlemek için termokupllar bağlanır. Bu termokupllar, ısıtma için gerekli enerji kaynağını düzenleyebilen kontrol ünitesine bir sinyal gönderir. Bu tür ekipmanlar kullanılarak ısıtılan parça son derece yakın toleranslarda kontrol edilebilir.

Ön Isıtma Neden Gereklidir?

Ön ısıtmanın temel nedenlerinden bazıları şunlardır:

a) Kaynak bölgesindeki nemi gidermek için: Bu, genellikle malzemenin yüzeyinin, suyun kaynama noktasının hemen üzerinde, nispeten düşük bir sıcaklığa kadar ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. Bu, plaka yüzeyini kurutur ve aksi takdirde kaynak işlemi sırasında hidrojenin girmesiyle gözenekliliğe, hidrojen gevrekliğine veya çatlamaya neden olabilecek istenmeyen kirletici maddeleri giderir.

b) Termal gradyeni azaltmak için: Tüm ark kaynağı proseslerinde yüksek sıcaklıkta bir ısı kaynağı kullanılır. Yerelleştirilmiş ısı kaynağı ile kaynak yapılan soğuk ana malzeme arasında dik bir sıcaklık farkı oluşur. Bu sıcaklık farkı, kaynaklanan alan çevresinde diferansiyel termal genleşme ve büzülme ile yüksek gerilmelere neden olur. Ana malzemeyi önceden ısıtarak sıcaklık farkını azaltmak, bozulma ve aşırı artık gerilme ile ilgili sorunları en aza indirir. Ön ısıtma yapılmazsa kaynak alanı ile ana malzeme arasında büyük bir sıcaklık farkı oluşabilir. Bu, yüksek sertleştirilebilirliğe sahip bazı malzemelerin kaynağında martensit oluşumuna ve belki de çatlamalara yol açarak hızlı soğumaya neden olabilir.

Kaynak Sonrası Isıl İşlem

Farklı kaynak sonrası ısıl işlem türleri, çeşitli nedenlerle ve farklı malzemeler için kullanılır.

a) Gerilme Giderme: Kaynak sonrası ısıl işlem, en çok gerilme giderme amacıyla kullanılır. Gerilme gidermenin amacı, kaynak işleminde mevcut olabilecek her türlü iç veya artık gerilmeyi ortadan kaldırmaktır. Kaynak sonrası gerilme giderme, gevrek kırılma riskini azaltmak, işleme sırasında sonradan bozulmayı önlemek veya gerilme korozyonu riskini ortadan kaldırmak için gerekli olabilir.

b) Uygun Metalurjik Yapıyı Elde Etme: Bazı alaşımlı çeliklerde, uygun bir metalurjik yapı elde etmek için ısıl tavlama işlemi gerekli olabilir. Bu işlem kaynak soğuduktan sonra gerçekleştirilir ancak bazı durumlarda, çatlamayı önlemek için bu işlemin soğumadan önce yapılması gerekebilir.

c) Kaynak Sonrası Normalleştirme: Elektro-cüruflu kaynak prosesi ile elde edilenler gibi çelikteki aşırı kaba kaynak yapıları için kaynaktan sonra normalleştirme gerekli olabilir. Bu işlem, kaba tane yapısını iyileştirir, kaynak sonrası gerilimleri azaltır ve ısıdan etkilenen bölgedeki sert bölgeleri kaldırır.

d) Asıl Özelliklerini Geri Kazandırma: Isıl işlem yapılabilen alüminyum alaşımları gibi çökelme ile sertleşen alaşımların, bazen asıl özelliklerini geri kazanmaları için kaynak sonrası ısıl işleme tabi tutulmaları gerekir. Bazı durumlarda tam bir ısıl işlem ve yapay yaşlandırma işlemi kaynak sonrası özelliklerin daha iyi geri kazanılmasını sağladığı halde yalnızca bir yaşlandırma işlemi kullanılır.

Kaynak işlemleri ön ısıtma ve/veya kaynak sonrası ısıl işlem içerdiğinde, kaynak denetçisinin bu gereklilikleri anlayarak bunların doğru bir şekilde ve ilgili kaynak prosedürü şartnameleri ve/veya yasal gerekliliklere uygun olarak yürütülmesini sağlaması önemlidir.