Sertleşmenin tesirleri tercihen ısının tesiri altında kalan bölgede meydana gelmektedir. Isının tesiri altında kalan bölge (ITAB), kaynak işlemi anında sıcaklığın içyapıyı dolayısıyla metalin özelliklerini etkilediği bölgedir. Çeliklerin kaynağında, bu bölgede sıcaklık 1450-700 °C arasında değişmektedir; burada erişilen maksimum sıcaklığa bağlı olarak çeşitli içyapı ve özellik gösteren bölgeler görülür.
Kaynak sırasında ısının tesiri altında kalan bölge hızlı bir şekilde ısınmakta ve sonrada parça kalınlığı, kaynağa uygulanan enerji ve ön tay sıcaklığının foksiyonu olarak gene hızlı bir biçimde soğumaktadır. Çeliğin bileşimine göre bu soğuma hızı, kritik soğuma hızını aştığında, genellikle 900 °C’nin üstündeki bir sıcaklığa kadar ısınmış bölgelerde sert, dolayısıyla da kırılgan bir yapı elde edilir ve genellikle kaynakla çatlama ve kırılmalar ITAB'ta olmaktadır.
Sıcaklığın kimyasal reaksiyonlar üzerine etkin tesirinin olduğu bilinen bir gerçektir. Örneğin, yüksek sıcaklıklarda birçok reaksiyonlar çok daha çabuk meydana gelir, difüzyon işlemi gibi. Öyleyse sıcaklık ve sıcaklık hızı, ısının tesiri altında kalan metalde, husule gelen içyapı değişiklikleri üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.
Kaynak işlemi sırasındaki lokal ısınmalardan ötürü, ısınma ve soğuma anında gerilmeler meydana gelir ve ısıtma işlemi esnasında büyük sıcaklık farklılıklarının meydana getirdiği plastik deformasyonlar, metalde kalan gerilmelerinin doğmasına sebep olur.
Kaynak dikişi içinde oluşan kalıntı çekme gerilmelerinin sadece %10’u dolgu metalinin kendisini çekmesinden ileri gelir. %90 kadarı metalin çekmesinden kaynaklanır.
Martenzit sert ve kırılgandır. Kaynak dikişinde görülür. Hızlı soğumanın neticesinde ostenitin ani dönüşümüyle beraber meydana gelen yapı serttir ve metastabıldır. (kararlı)
Önerilen Makale: Takım çeliği malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
takım çeliği nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Kaynak Bölgesi
Erime Bölgesi
Bir kaynak dikişinin kesiti, metallografik olarak incelendiğinde erimiş olan bölgeyi sınırlayan erime çizgisi gayet belirgin bir şekilde görülür. Erime bölgesi esas metal ve ek kaynak (elektrot metali) metali karışımında oluşur. Karışım oranı, her pasoda farlıdır. Dolayısıyla her pasonun kimyasal birleşiminde farklıdır. Tek pasolu kaynak dikişlerinde, bu bölgede esas metal ve kaynak metali, kaynak banyosundaki şiddetli türbülanstan ötürü iyice karışmıştır ve oldukça homojen birleşim gösterir. Buna karşın çok posolu 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, uygulanan kaynak yöntemi ve paso sayısına bağlı olarak geniş bir aralık içinde değişir.
Erime bölgesinde, esas metal ve kaynak oranı tam olarak bilinse dahi hesap yolu ile erime bölgesinin belirlenmesine olanak yoktur. Çünkü birçok alaşım elementleri kaynak anında yanma dolayısıyla kayba uğrarlar. Bu kayıpları azaltmak için kaynak bölgesi, kaynak süresince atmosferin etkisinden korunur. İyi bir kaynak bağlantısı, kaynak bölgesinin atmosferin etkisinden korunmasıyla elde edilebilir. Zira, oluşan kimyasal ve metalürjik reaksiyonlar ancak bu şekilde kontrol altına alınabilir. Oksijenle oluşacak reaksiyonları kontrol altında tutmak için kaynak metaline (tel veya elektrot) manganez, silisyum ve manganez katılır. Bu gruba alüminyum ve titan gibi maddeleri de ekleyebiliriz. Bu elementler erime bölgesinde deoksidan olarak hizmet görürler.
Örtülü elektrotlarla yapılan ark kaynağında, yanan elemanları karşılamak ve aynı zamanda kaynak dikişinden istenen bazı özellikleri sağlamak amacıyla katıklar elektrot örtüsüne eklenir. Çıplak elektrot ve koruyucu gaz atmosferi altında yapılan ark kaynağı ise katılan elemanlar, elektrot teline eklenir. Karbondioksit gazının koruyucu gaz olarak kullanıldığı çelik kaynağında, elektrot teline deoksidan olarak silisyum ve magnezyum katılır. Böylece ark atmosferinde karbondioksitin ayrışmasından çıkacak olan oksijenin sebebiyet vereceği prozite önlenmiş olur.
Sıvı haldeki metal içinde atomların hareketi kolay olmaktadır. Soğuma sırasında; sıcaklık, metal veya alaşımın katılaşma noktasına kadar düşünce atomların kristal kafesleri meydana getirmek üzere birleşmesiyle çekirdek oluşur. Bu sırada metalden ısı çekilim ve soğumaya devam edilirse çekirdekler taneleri oluşturmak üzere yeni atomların ve kristal kafeslerin ilavesiyle büyümeye devam eder.
Katılaşma anında ortaya çıkan erime ısısı doğal soğuma hızını etkileyerek tanelerin fazla büyümesini önler. Tanelerin büyüyebilmeleri için ısının sürekli olarak metalden çekilmesi gereklidir. Kaynak halinde ısının büyük bir kısmı erime bölgesinden esas metale iletilir, dolayısıyla soğuma yönünde paralel, oldukça iri silindirik taneler oluşur.
Özellikle kalın parçaların, tek poso ile yapılmış kaynak dikişlerinde bu iri silindirik tanelerin birleştiği orta kısımlarda gayri safiyet elementleri ve kalıntıların segragasyonuna rastlanır, bu olay bu tür dikişlerin zayıflamasına neden olur, çünkü segragasyonlar kaynakla boşlukları meydana getirir.
Isının Etkisi Altında Kalan Bölge
Metalsel malzemeler bir kaynak işlemi gördükleri zaman, kaynak dikişine bitişik olan bölge, kaynağa uygulanmış olan sıcaklık derecesinin, daha doğrusu ısıl çevrimi etkisi altında kalır.
Erime çizgisinin esas metal tarafında, kaynak sırasında uygulanmış olan ısının oluşturduğu çeşitli ısıl çevrimlerden etkilenmiş ve dolayısıyla içyapı değişimine uğramış bir bölge vardır; bu bölgeye ısının tesiri altında kalan bölge adı verilir. (ITAB)
Isının tesiri altında kalan bölge kaynak metaliyle esas metalin birleştiği sınırdan başlayarak, kaynak işlemi anında sıcaklığın içyapıya dolayısıyla metalin özelliklerini etkilediği bölgedir.
Çeliklerin kaynağında, bu bölgedeki sıcaklık 1450-700 °C arasında değişmektedir; bunda erişilen maksimum sıcaklığa bağlı olarak çeşitli içyapı ve özellik gösteren bölgeler görülür.
Kaynak sırasında ısının tesiri altında kalan bölge hızlı bir şekilde ısınmakta ve sonrada parça kalınlığı, kaynağa uygulanan enerji ve ön tav sıcaklığının fonksiyonu olarak gene hızlı bir biçimde soğumaktadır. Çeliğin bileşimine göre bu soğuma hızı, kritik soğuma hızını aştığında, genellikle 900 °C’inin üstündeki bir sıcaklığa kadar ısınmış bölgelerde sert, dolayısıyla da kırılgan bir yapı elde edilir. Genellikle, ısının tesiri altında kalan bölge diye adlandırılan bu bölge kaynak bağlantısının en kritik bölgesidir ve birçok çatlama ve kırılmalar bu bölgede oluşur.
Çeliklerin kaynağında ısının tesiri altında kalan bölge içyapıdaki tane büyüklüğü bakımından şu değişik bölgeleri gösterir.
a- İri taneli bölge
b- İnce taneli bölge
c- Kısmen dönüşmeye uğramış bölge
d- İçyapı değişikliğine uğramamış bölge
A- İri Taneli Bölge
Kaynağa komşu olan ve sıcaklığı 1100 °C’nin üzerine çıkan, fakat ergime derecesine de varmayan kesimdir. Aşırı yükselen sıcaklığın etkisiyle çelik taneleri birbirine kaynayarak daha büyük taneler haline dönüşürler. İri taneli kaynak dikişinin hemen bitişiğinde oluşur ve sınırdan uzaklaşıldıkça taneler incelir. Çelikte 1100 °C’nin altında AL, v, Nb, Zr gibi alaşım elementleri çökeltmek, ayrışmak ve tane sınırlarında toplanmak eğilimindedirler. Çeliğin tane sınırlarında bir duvar meydana getirirler ve tane büyümesini engellerler.
İri taneli bölgede oluşan sertlik martenzittir. Dolayısıyla oluşan sertlik zirve noktasındadır. Gerek çatlama ve gerekse korozyonla yıpranma bu noktada olmaktadır.
B- İnce Taneli Bölge
Kaynak yapılırken 1200 °C ile 900 °C arasındaki bir sıcaklığa ulaşılan bölgedir. Ferrit ve perlit taneleri kısmen veya tamamen ostanite dönüşmüşlerdir, fakat tomurcuklanan yeni taneler büyüme fırsatını bulamamışlardır. Gerek sıcaklığın nispeten düşük olması ve gerekse bu sıcaklıkta kalış süresinin sıcaklığı ince taneli bir yapı ortaya koymuştur. Bu kesimde taneler malzemenin orijinal tanelerinden de küçüktür. Bu yörede martenzit oluşumunda azdır. Dolayısıyla sertleşmede fazla değildir.
C- Kısmen Dönüşmeye Uğramış Bölge
İnce taneli bölgeye sınırdır. Taneler kısmen değişmiştir. Ancak kalıcı bir etki meydana gelmemiştir.
D- İçyapı Değişikliğine Uğramamış Bölge
Isıdan en az etkilenen bölgedir. Taneler değişikliğe uğramamıştır ve kısmen dönüşmüş bölgeye sınırdır.
