Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 1 NİKEL ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİ.

... konulu sunumlar: "Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 1 NİKEL ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİ."— Sunum transkripti:

1 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 1 NİKEL ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİ HOŞGELDİNİZ K ayna K Teknolojisi K ayna K Teknolojisi

2 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 2Yoğunluğu 8.9 gr/cm 3 Ergime noktası 1455 °C Buharlaşma Noktası 2913 °C NİKELİN ÖZELLİKLERİ Nikel parlak beyaz renkli bir metaldir

3 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 3 Aşınmaya karşı dayanıklı bir metaldir Korozyona dayanıklıdır Nikel, ilave elementler ile yüksek sıcaklıklarda mekanik özelliklerini muhafaza ederler. Özellikle 1000 °C’a kadar mekanik özelliklerini korumaktadır Dövülmeye ve şekillendirilmeye uygun metalik özelliklere sahiptir Elektrolitik olarak krom kaplanmış demir esaslı alaşımların korozyondan korunmasını nikel sağlamaktadır Yiyecek üretim tesislerinde ve kimyasal tesislerde kullanılmaktadırlar Kimyasal maddelere karşı dayanıklıdırlar. NİKELİN GENEL ÖZELLİKLERİ

4 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 4 Nikel ve alaşımlarını en yaygın kullanım alanları: Uçak gaz türbinleri Egzoz manifoldu Tıbbi uygulamalar Nükleer güç sistemleri Kimya ve petrokimya endüstrileri Ayrıca nikel esaslı özel niteliklere sahip çeşitli alaşımlarda üretilmektedir: Düşük ısıl genleşme katsayısına sahip alaşımlar Yüksek elektrik direncine sahip alaşımlar Yumuşak manyetik alaşımlar Şekil bellekli alaşımlar NİKEL VE ALAŞIMLARININ YAYGIN KULLANIM ALANLARI

5 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 5 A nikel: Korozyona ve yüksek sıcaklığa dayanıklılık isteyen yerlerde, elektronik aygıtlar ve lambalarda, yaylarda geniş ölçüde kullanılmaktadır. Alçak karbonlu nikel: Eriyik kostik soda ve diğer eriyik tuzların imalinde kullanılacak aygıtlarda Duranikel: Yüksek sıcaklıkta korozyon ve mekanik dayanıklılık isteyen yerlerde, yay elektronik lamba, plastik kalıpları vs. yerlerde geniş ölçüde kullanılmaktadır. Monel: Bu alaşım korozyon, mekanik dayanıklılık ve süreklilik isteyen yerlerde, kondenser boruları, pikling kapları, yay,valf, pompa şaftları ve kanca yapımında kullanılmaktadır. K Monel: Bu alaşım monelden daha fazla mekanik dayanıklılık, sertlik ve alçak karbonlu çelikler kadar korozyona dayanıklılık istenen yerlerde, pompa, şaft ve gömlekleri, valflar gibi yerlerde kullanılmaktadır. Inconel: mutfak eşyası, depolama tankları, yüksek sıcaklıkta korozyon ve mekanik dayanıklılık isteyen yerlerde kullanılır Inconel X: Bu alaşım yüksek dayanaklılık ve sıcaklık alaşımıdır. Buhar türbini, jet motorları ve ısıl işlem fırınlarında, yaylarda, türbin paletlerinde, körükler vb. yerlerde geniş ölçüde kullanılmaktadır. BAZI NİKEL ALAŞIMLARININ KULLANIM YERLERİ

6 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 6 BAZI NİKEL ALAŞIMLARININ TİCARİ ADLARI Özellikleri hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki WEB adresinden yararlanınız.

7 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 7 NİKEL ALAŞIMLARININ KAYNAK KABİLİYETİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER 1- Nikelin ısıl iletkenliği 2- Isı Girdisi 3- Erime noktası 4- Oksitlenme 5- Sülfür 6- Gözenek oluşumu 7- Isıl genleşme 8- Gevrekleşme 9- Kaynağın malzeme özelliklerine etkisi

8 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 8 1- Nikelin ısıl iletkenliği Nikelin ısıl iletkenliği, çeliklere göre daha yüksektir. Bu özellik ilave kaynak metali ile ana metal arasında iyi bir ergime sağlanmasını zorlaştırır. Bu potansiyel ergime sorununu minimuma indirmek için geniş açılı kaynak ağzı tercih edilir. Böylece dolgu metali ve ana metal daha iyi ergime fırsatı elde edilir. Isıl iletkenlik W/mºK Çelik46 Saf Nikel64 Inconel15 Monel22

9 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 9 2- Isı Girdisi Ni ve alaşımlarının kaynağında ısı girdisi mümkün mertebe düşük seviyede tutulmalıdır. Çünkü yüksek ısı girdisi; (a) sıcak çatlama riskini artırır (b) tane büyümesini artırır (c) korozyon direncini düşürür. Isı girdisi sınırlaması, uygun yöntem seçimi ile sağlanabilir. Bu nedenle çoğu nikel alaşımları, TIG ile kaynak edilirler. Kaba taneli nikel esaslı alaşımların kaynağında düşük ısı girdisi olan kaynak yöntemleri kullanılmalıdır.

10 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 10 Nikel ve alaşımları normal sıcaklıklarda ince oksit tabakaları oluşturduğu için kaynak öncesinde kolaylıkla mekanik yolla temizlenebilirler. Fakat yüksek ısı girdisi uygulanan durumlarda oksitler refrakterleşerek eriyen dolgu malzemesinin ana malzemeye karışmasını engeller. Kaynak bölgesinin kararmasına sebep olan bu problem hem mekanik özellikler hem de korozyon direnci açısından büyük sorun yaratır. Nikel ve alaşımlarının kaynaklanmasındaki bu oksitlenme sorunu koruyucu toz kullanılarak aşılabilir. 4- Oksidasyon

11 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 11 Nikel ve alaşımlarında sülfür Ni 3 S 2 formunda bulunur ve malzemenin aşırı gevrekleşmesine ve sıcak çatlak oluşumuna yol açar. Bu sorunun giderilebilmesi için parçanın saflığının ve temizliğinin sağlanması ve kaynak bölgesinin yağlardan arındırılması gerekmektedir. Sülfürün malzemeye vereceği zarar alaşıma magnezyum ilave ederek telafi edilebilir. Bugün piyasadan kaynak için temin edilen nikel alaşımlarında gereken miktarda magnezyum ve kullanılacak dolgu malzemelerinde de az miktarda titanyum bulunmasına özellikle dikkat edilmektedir. 5-Sülfür

12 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 12 Saf nikelin ve nikel-bakır alaşımlarının kaynağında karşılaşılan ve oksijen, azot ve hidrojenin malzemeye nüfuz etmesi sonucu karşılaşılan bir sorundur. Sıvı nikelin katılaşmış haline oranla daha yüksek hidrojen çözünürlüğüne sahip olması gereken önlemler alınmadığı takdirde katılaşma sırasında gözenek oluşumuna yol açmaktadır. Her ne kadar ana malzeme ve dolgu malzemesi temiz olsa da hidrojen kaynak sırasında malzemeye kolaylıkla girebilmektedir. Alınabilecek önlemler sıvının aşırı ısınmasını engellemek, alevin kaynak havuzunda durduğu süreyi azaltmak şeklinde olabileceği gibi Al, Mn, Ti, Sn ve Si gibi çözünen gazlarla bileşik oluşturabilen elementler içeren ilave metal veya uygun gaz koruması (Ar, He) kullanmak şeklinde de olabilir. 6- Gözenek oluşumu

13 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 13 Termal genleşme katsayının çeliğe çok yakın olması sebebiyle sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan gerilme ve şekil değiştirme miktarları da yaklaşık olarak çelikle aynıdır. 7- Isıl genleşme Çökelti oluşumuna eğilimli sertleştirilebilir alaşımlarda çatlak oluşma riski yüksek olacağından bu alaşımlar çözünme tavlaması uygulanmış durumda kaynaklanabilirler. Bu nedenle kaynaklanabilirlikleri ince plakalarla veya düşük ısı girdili yöntemlerle (lazer veya elektron ışın kaynakları gibi) sınırlandırılmıştır. Bunun dışında doğru miktarda magnezyum içermeyen malzemelerde sülfür sebebiyle çatlaklar oluşabileceği gibi malzemede kurşun bulunması durumunda da ciddi sıcak çatlak tehlikesi ortaya çıkacaktır. 8- Gevrekleşme

14 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 14 Kaynak doğru ve gereken önemler alınmış şekilde yapıldığı takdirde nikel ve alaşımlarının mekanik özellikleri üzerinde olumsuz bir etki yaratmaz. Alüminyum ve bakıra kıyasla nikelin düşük ısı iletkenliğine sahip olması ısıdan etkilenen bölgenin (ITAB) bu metallere kıyasla daha dar olmasına yol açar. Bölgesel ısıtma sonucu kaynak bölgesinde tane büyümesi ihtimali düşük olduğu gibi korozyon direnci de azalmaz. Soğuk pekleştirilmiş veya sertleştirilmiş malzemelerde ortaya çıkabilen dayanım düşüşü çözünme veya yumuşatma tavlaması yapıldıktan sonra yapılan kaynaklarda sorun yaratmaz. 9- Kaynağın malzeme özelliklerine etkisi

15 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 15 Argon, helyum ya da ikisinin karışımı nikel ve alaşımlarının kaynağında koruyucu gaz olarak kullanılabilir. Argon içinde bulunması muhtemel oksijen, azot veya karbon dioksit gözenek oluşumuna ve elektrot erozyonuna yol açabilir. Az miktarda hidrojen (5%) içeren argon gazı kullanılması saf nikelde gözenek oluşumunu engelleyebileceği gibi kaynak sırasında oksit oluşumun azaltılmasına da yardımcı olacaktır. Nikel ve alaşımları aşağıdaki yöntemlerle kaynatılabilir; Argon + hidrojen: TIG Argon + helyum: MIG Elektron ışın (EB) Lazer ışın (LB) Elle ark (E) EB ve LB yöntemleriyle yapılan kaynaklarda genellikle ek malzeme kullanılmaz. Koruyucu gaz ve kaynak yöntemleri

16 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 16 Kaynak sonrasında nikel ve alaşımlarının korozyon direncinde bir değişme olmadığı için ısıl ya da kimyasal bir ikinci işleme gerek duyulmasa da bazı durumlarda yapılan yumuşatma tavlaması korozyon direncinin az da olsa artmasına yardımcı olabilir. Özel durumlarda teknik şartname gereği malzemenin yaşlanmasını veya gerilmeli korozyon çatlaklarını engellemek için kaynaklı malzemenin kostik soda ya da hidroflorik asit buharında ısıl işlemi istenebilir. Kaynak sonrası işlemler

17 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 17 KAYNAK İŞLEMİ ESNASINDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR 1- Birleşme yüzeyinin temizlenmesi Kaynak öncesi mutlaka temizlik işlemi uygulanmakta olup yağ, kir, kesme sıvıları, oksit tufalı, boya veya atmosferik kirlenmeden meydana gelen ince tabakalarının yok edilmesini gerekir. Krom içeren alaşımla sülfürün etkisine daha hassas olduğundan dolayı kaynaktan önce her türlü sülfürlü bulaşıcıların yüzeyden temizlenmesi gerekmektedir. Temizlik paslanamaz çelik fırça, ince taneli taş kullanılarak birleşme yerinin sağ ve solunda en az 25 mm genişliğinde bir alanda kuvvetli bir şekilde mekanik temizleme işlemi uygulanması gerekmektedir. Oksi-asetilen ve örtülü elektrot kaynağında dekapan veya cüruf, özellikle parçanın yüksek sıcaklıklarda kullanılması halinde parçanın özenle temizlenmesi gerekmektedir. Bunlar yüksek sıcaklıklarda korozif hale gelmektedir.

18 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 18 2- Kaynak ağzının hazırlanması Nikel ve yüksek nikelli alaşımlarda kaynak ağızları karbonlu çeliklerle aynı olmakla beraber ağız açıları biraz daha büyük olmaktadır. Genel olarak kaynak metali, çelik kaynak metali kadar derine nüfuz etmeyeceğinden ağızlar daha çok açık olur, böylece çalışma kolaylaşır. Köşe ve bindirme kaynakları yüksek gerilmeleri olmadığı hallerde uygulanmaktadır fakat yüksek sıcaklıkta kullanılacak teçhizata uygun değildir. Basınçlı kaplar gibi teçhizatta ağız ağza kaynaklar bindirme kaynaklara tercih edilir. Bunun sonucunda gerilme yönü farkları oluşmaktadır. 2,5- 3 mm ve daha ince saclarda kaynak ağzı gerekmemektedir.

19 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 19 Nikel ve alaşımlarına uygulanan kaynak yöntemlerinin gösterilişi Elektrik ArkTIGMIGOksi-asetilenCu sert lehim NikelXXXXX Alçak karbonlu nikelXXX__X dura nikel----- MonelXXXXX R monelXXXXX InconelXXXXX Inconel xXX__ X Inconel wXX__ X IncoloyXXXXX Nimonik 75XX__XX Inconel 700__X Inconel 604XXXXX Ni-o-nelXXX__ Inconel 702__X Inconel 718__X Monel 402XXXXX Monel 403XXXXX Hastelloy BXXX__ Hastelloy CXXX__ Hastelloy D__ X Hastelloy wXXX__ Hastelloy XXXX__ Hastelloy R-235XXX__ X=uygulanır ---= uygulanmaz

20 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 20 TIG KAYNAĞI TIG kaynağı, nikel ve alaşımlarının kaynağında yaygın olarak kullanılır. Özellikle aşağıdaki uygulamalarda: (1) İnce ana metal (2) Kök dikişinde bağlantı geriye doğru kaynaklanmayacaksa (3) Bağlantının arka tarafına ulaşılamıyorsa (4) Örtülü elektrot kullanımdan doğan artıklar istenmiyorsa Koruyucu Gaz: Argon veya Helyum Tek pasoluk kaynaklarda argona az miktarda hidrojen (yaklaşık%5) ilave edilebilir. Tungsten Elektrot: %2 toryumlu elektrot, saf tungsten Kaynak Akımı: DC İlave Kaynak Metali: TIG kaynağında kullanılan ilave kaynak metalleri genellikle ana metalle aynı bileşimde olmaktadır. Dikkat: İlave metal kullanılmadığı zaman mümkün olan en kısa ark boyu sağlanmalıdır. Ark boyu 1.3 mm’yi geçmemelidir; uygulamada 0.5 mm tercih edilebilir.

21 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 21 Magnezyum ve Alaşımlarının Kaynağı Saf magnezyum düşük özgül ağırlığa sahip, dolayısıyla çok hafif ve işlemesi kolay bir metaldir. Çok yüksek oksitlenme potansiyeline sahip olması nedeniyle açık atmosfere maruz kaldığında yüzeyinde kısa sürede koruyucu bir oksit tabakası oluşarak metali daha çok yükseltgenmekten korur. Magnezyum tüm yalın asitlerde kolayca çözünür. Mekanik özelliklerinin oldukça zayıf olmasına rağmen düşük miktarda alüminyum, mangan, çinko veya zirkonyumla alaşımlandığında sert çeliklere yakın yükseklikte dayanç elde edilebilmesi bu metalin özellikle havacılık sanayisinda giderek artan bir önem kazanmasına olanak sağlamıştır. Magnezyum uygulanan soğuk deformasyon ve ısıl işleme bağlı olarak alüminyum gibi farklı temperlemelerle üretilebilir.

22 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 22 Soğuk deforme edilmiş malzemelerin kaynağında ısıdan etkilenen bölgede meydana gelen rekristalizasyon ve tane büyümesi nedeniyle kaynak bölgesinin dayancı azalır. Bu nedenle bu malzemeler kaynaklanırken daha hızlı olması nedeniyle gazaltı kaynağının tercih edilmesi bu sorunun minimize edilmesine yardımcı olacaktır. Soğuk deformasyona tabii tutulmamış alaşımlarda bu tür bir sorunla karşılaşılmaz. Magnezyumun çok yüksek oksitlenme potansiyeline sahip olması nedeniyle açık atmosfere maruz kaldığında yüzeyinde kısa sürede koruyucu bir oksit tabakası oluşarak metali daha çok yükseltgenmekten korur. Oluşan oksitin erime noktası magnezyumun erime noktasına kıyasla çok yüksek olduğu için kaynak öncesinde yüzeydeki oksit tabakasının mutlaka temizlenerek kaldırılması gerekmektedir. TIG ve gazaltı kaynağı yöntemleri magnezyumun kaynağında en sıklıkla tercih edilen yöntemlerdir. Genellikle TIG ince malzemelerin, gazaltı kaynağı ise daha kalın malzemelerin kaynağı için tavsiye edilse de bu sınırlar çok net değildir.

23 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 23 Dolgu Malzemeleri ER AZ61A, ER AZ10A, ER92A ve ER EZ33A gazaltı kaynağında elektrot teli ve TIG kaynağında (gerektiğinde) dolgu malzemesi olarak en sık kullanılan dolgu malzemeleridir. Kullanılacak elektrot ve dolgu malzemesinin seçimi kaynaklanan malzemenin kompozisyonuna bağlı olarak yapılır TIG Kaynağı İnce kesitli malzemelerin kaynağında tercih edilmektedir. Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında geçerli olan bütün önlemler magnezyum ve alaşımlarının kaynağı için de geçerlidir.

24 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 24 Gazaltı Kaynağı Gazaltı kaynağı daha kalın malzemelerin kaynağında tercih edilmektedir. TIG kaynağına kıyasla çok daha hızlı bir proses olup magnezyum elektrot telinin çok hızlı erime hızına yetişebilmesi için yüksek hızlı tel besleyici gerektirmektedir. Alüminyum kaynağında kullanılan güç kaynakları ve tel besleyiciler magnezyum kaynağı için de yeterli olacaktır. Diğer Kaynak Yöntemleri Nokta kaynağı, dikiş kaynağı ve yakma alın kaynağı gibi direnç kaynağı yöntemleri magnezyum ve alaşımlarının kaynağında kullanılabileceği gibi aynı zamanda (sert) lehimlenerek de birleştirilebilirler. Birleşim noktası çok zayıf olacağından yumuşak lehim tercih edilen bir yöntem değidir. Bunların dışında sürtünme kaynağı, gaz kaynağı ve plazma kaynağı bu malzemenin kaynağında kullanılan diğer yöntemler olarak sıralanabilir.

25 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 25 DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİM

26 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 26

27 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 27

28 Sakarya Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi /38 Doç. Dr. Hüseyin UZUN – Kaynak Eğitimi Ana Bilim Dalı Başkanı 28