Çeliklerde Hidrojen Çatlakları

Hidrojen çatlaması, soğuk çatlama veya gecikmeli çatlama olarak da adlandırılabilir. Bu tip çatlağın başlıca ayırt edici özelliği, ferritik çeliklerde, çoğunlukla kaynak sırasında hemen veya kaynaktan kısa bir süre sonra meydana gelmesidir.
 

Hidrojen çatlakları genellikle aşağıdaki özelliklerden dolayı ayırt edilebilir:

C-Mn çeliklerinde, çatlak normalde ısıdan etkilenen bölgeden (HAZ) kaynaklanır, ancak kaynak metaline kadar uzanabilir.

Kaynak dikişinde, normalde kaynak yönüne çapraz, kaynak yüzeyine 45°'lik bir açıyla çatlaklar da oluşabilir. Pürüzlü bir yol izlerler, ancak dallanmayabilirler.

Düşük alaşımlı çeliklerde, çatlaklar kaynağa çapraz, kaynak yüzeyine dik olabilir, ancak dallanmaz ve esasen düzlemseldir.

Kaynak kırıldığında (herhangi bir ısıl işlemden önce), çatlakların yüzeyi, kaynak ortam sıcaklığında veya buna yakın olduğunda oluştuklarını gösterecek şekilde, yüzey kırılması olsalar bile normalde oksitlenmeyecektir. Ön ısıtma veya kaynak ısısının etkilerinden hafif bir mavi renk görülebilir.

Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için çelik baklavalı sac fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

HAZ'dan kaynaklanan çatlaklar genellikle kaba tane bölgesi ile ilişkilidir. Çatlaklar taneler arası, taneler arası veya bir karışım olabilir. Düşük alaşımlı ve yüksek karbonlu çeliklerde oluşturulan daha sert HAZ yapılarında taneler arası çatlakların oluşması daha olasıdır. Transgranüler çatlama daha çok C-Mn çelik yapılarda bulunur.

İç köşe kaynaklarında, HAZ'daki çatlaklar genellikle kaynak kökü ile ilişkilidir ve kaynağa paraleldir. Alın kaynaklarında, HAZ çatlakları normalde kaynak dikişine paralel olarak yönlendirilir.
 

Çatlamaya neden olmak için bir araya gelen üç faktör vardır:
 

Çatlama genellikle normal ortam sıcaklığında veya buna yakın sıcaklıklarda meydana gelir. Hidrojenin kaynağın yüksek gerilimli, sertleştirilmiş kısmına difüzyonundan kaynaklanır.

C-Mn çeliklerinde, HAZ'da kırılgan bir mikro yapı oluşturma riski daha yüksek olduğundan, hidrojen çatlaklarının çoğu ana metalde bulunur. Doğru elektrot seçimi ile kaynak metali, ana metalden daha düşük bir karbon içeriğine ve dolayısıyla daha düşük bir karbon eşdeğerine (CE) sahip olacaktır. Ancak, özellikle kalın kesitli bileşenlerin kaynağında enine kaynak metali çatlakları oluşabilir; Kaynak metalinin karbon içeriği ana çeliğinkini aşarsa, çatlama riski artar.

Düşük alaşımlı çeliklerde, kaynak metali yapısı HAZ'a göre daha hassas olduğundan kaynak dikişinde çatlama bulunabilir.

Çatlama riskini etkileyen ana faktörler şunlardır:
 

 

Temel hidrojen kaynağı, akıda bulunan nemdir, yani MMA elektrotlarının kaplanması, özlü tellerdeki akı ve tozaltı ark kaynağında kullanılan akı. Üretilen hidrojen miktarı elektrot tipinden etkilenir. Bazik elektrotlar normalde rutil ve selülozik elektrotlardan daha az hidrojen üretir.

Diğer önemli hidrojen kaynaklarının da olabileceğini not etmek önemlidir, örn. işleme veya servis geçmişinin çeliği önemli düzeyde hidrojen veya atmosferden nem ile bıraktığı malzemeden. Hidrojen, malzemenin veya sarf malzemesinin yüzeyinden de türetilebilir.

Hidrojen kaynakları şunları içerecektir:
 

 

Bunun sertleşebilirlik üzerinde büyük bir etkisi olacaktır ve yüksek soğutma oranları ile HAZ'da sert kırılgan bir yapı oluşturma riski olacaktır. Bir malzemenin sertleşebilirliği genellikle karbon içeriği veya diğer elementler dikkate alındığında karbon eşdeğeri (CE) değeri ile ifade edilir.

CE değeri ne kadar yüksek olursa, hidrojen çatlaması riski de o kadar yüksek olur. Genel olarak, CE değeri <0,4 olan çelikler, düşük hidrojen kaynak sarf malzemeleri veya işlemleri kullanıldığı sürece HAZ hidrojen çatlamasına duyarlı değildir.

Ana Malzeme Kalınlığı

Malzeme kalınlığı soğuma hızını ve dolayısıyla sertlik seviyesini, HAZ'da üretilen mikro yapıyı ve kaynakta tutulan hidrojen seviyesini etkileyecektir.

Bağlantının 'birleşik kalınlığı', yani bağlantı hattında buluşan malzeme kalınlıklarının toplamı, bağlantı geometrisi ile birlikte HAZ'ın soğuma hızını ve sertliğini belirleyecektir. Sonuç olarak, bir köşe kaynağının, aynı malzeme kalınlığındaki bir alın kaynağından daha büyük bir riske sahip olması muhtemeldir.

Kaynağa Etki Eden Gerilmeler

Çatlakların, özellikle kaynağın ucunda ve kökünde olmak üzere, gerilim konsantrasyonu bölgelerinde başlama olasılığı daha yüksektir.

Kaynaklı bağlantı büzülürken meydana gelen gerilmeler, dış kısıtlama, malzeme kalınlığı, bağlantı geometrisi ve yerleştirmeden büyük ölçüde etkilenecektir. Köşe kaynaklarında yetersiz yerleştirme (aşırı kök boşluğu), çatlama riskini belirgin şekilde artırır. Bir bağlantıya etki eden kısıtlama derecesi, genellikle imalat sertliğinin artması nedeniyle kaynak ilerledikçe artacaktır.

Isı Girişi

Kaynak işleminden malzemeye ısı girişi, malzeme kalınlığı ve ön ısıtma sıcaklığı ile birlikte, hem HAZ'ın hem de kaynak metalinin termal döngüsünü ve sonuçta ortaya çıkan mikro yapı ve sertliği belirleyecektir.

Isı girdisinin arttırılması sertlik seviyesini düşürecek ve dolayısıyla HAZ çatlaması riskini azaltacaktır. Bununla birlikte, artan ısı girdisi ile bir kaynak dikişinden hidrojen kaçışı için difüzyon mesafesi arttıkça, kaynak metalinin çatlama riski artar.

Isı girdisi hesaplanırken ısıl verim dikkate alınmalıdır. EN 1011-1: 2009'da başlıca ark kaynağı işlemleri için verilen termal verimlilik faktörleri şunlardır:

Batık ark (tek tel) -1.0
MMA - 0.8
MIG/MAG ve özlü tel - 0.8
TIG ve plazma - 0.6

MMA kaynağında, ısı girdisi normal olarak, ısı girdisi ile orantılı olan her bir elektrottan çıkan salgı uzunluğu vasıtasıyla kontrol edilir. Aşınma uzunluğu, bir elektrottan biriken kaynağın uzunluğu olduğundan, kaynak tekniğine bağlı olacaktır, örn. dokuma genişliği /bekleme.