giriiş
Kimya ve petrol ekipmanlarının üretiminde, pahalı nikelden tasarruf etmek amacıyla çelik, sıklıkla nikel ve alaşımlarla kaynaklanır.
Kaynak işleminin başlıca sorunları
Kaynak işlemi sırasında, kaynak bölgesindeki ana bileşenler, sonsuz karşılıklı çözünürlüğe sahip olan ve intermetalik bileşikler oluşturmayan demir ve nikeldir. Genel olarak, kaynak bölgesindeki nikel içeriği nispeten yüksektir, bu nedenle kaynaklı eklemin erime bölgesinde difüzyon tabakası oluşmaz. Kaynak işleminin ana sorunu, kaynak bölgesinde gözeneklilik ve sıcak çatlaklar oluşma eğilimidir.
1. Gözeneklilik
Çelik, nikel ve alaşımlarının kaynaklanması sırasında, kaynak bölgesinde gözenek oluşumunu etkileyen başlıca faktörler oksijen, nikel ve diğer alaşım elementleridir.
① Oksijenin etkisi. Kaynak işleminde, sıvı metal daha fazla oksijen çözebilir ve yüksek sıcaklıklarda oksijen nikel oksidasyonuna neden olarak NiO oluşumuna yol açar. NiO, sıvı metaldeki hidrojen ve karbonla reaksiyona girerek erimiş havuzda su buharı ve karbonmonoksit üretir; bu maddeler katılaşma sırasında çok geç dışarı atılır ve kaynak bölgesinde gözenek oluşumuna neden olur. Saf nikel ve Q235-A tozaltı ark kaynağında, demir ve nikel kaynağında azot ve hidrojen içeriği çok fazla değişmese de, kaynak bölgesindeki oksijen içeriği ne kadar yüksekse, kaynak bölgesindeki gözenek sayısı da o kadar fazla olur.
② Nikelin etkisi. Demir-nikel kaynağında, demir ve nikeldeki oksijen çözünürlüğü farklıdır; sıvı nikeldeki oksijen çözünürlüğü sıvı demirdekinden daha yüksek, katı nikeldeki oksijen çözünürlüğü ise katı demirdekinden daha düşüktür. Bu nedenle, ani değişimde nikel kristalleşmesindeki oksijen çözünürlüğü, ani değişimde demir kristalleşmesindekinden daha belirgindir. Bu nedenle, Ni içeriği %15~%30 olduğunda kaynakta gözeneklilik eğilimi azdır ve Ni içeriği %60~%90'a çıktığında gözeneklilik eğilimi daha da artar ve çözünen çelik miktarı azalır, bu da gözeneklilik oluşma eğiliminin artmasına neden olur.
③ Diğer alaşım elementlerinin etkisi. Demir-nikel kaynağı manganez, krom, molibden, alüminyum, titanyum ve diğer alaşım elementlerini içeriyorsa veya bunlarla uyumlu alaşımlama yapılıyorsa, kaynak gözenekliliğini artırabilir. Bunun nedeni, manganez, titanyum ve alüminyumun oksijen giderme rolüne sahip olması, krom ve molibdenin ise kaynakta katı metalin çözünürlüğünü artırmasıdır. Bu nedenle, nikel ve 1Cr18Ni9Ti paslanmaz çelik kaynağı, nikel ve Q235-A çelik kaynağına göre daha gözeneklidir. Alüminyum ve titanyum ayrıca kararlı bileşiklerde azotu sabitleyebilir, bu da kaynak gözenekliliğini artırabilir.
2. Termal çatlama
Çelik ve nikel ile alaşımlarının kaynak dikişlerinde termal çatlamanın ana nedeni, yüksek nikel içeriğine sahip kaynak dikişlerinin dendritik bir yapıya sahip olması ve iri tanelerin kenarlarında düşük erime noktalı çok sayıda ko-kristalin yoğunlaşmasıdır. Bu durum, taneler arasındaki bağlantıyı zayıflatarak kaynak metalinin çatlama direncini azaltır. Ayrıca, kaynak metalinin nikel içeriğinin çok yüksek olması, kaynak metalinde termal çatlamaya neden olmada önemli bir etkiye sahiptir. Demir-nikel kaynak dikişlerinde ise oksijen, kükürt, fosfor ve diğer safsızlıklar da kaynak dikişinin termal çatlama eğilimini büyük ölçüde etkiler.
Oksijensiz kaynak teli kullanıldığında, kaynakta bulunan oksijen, kükürt, fosfor ve diğer zararlı safsızlıkların, özellikle de oksijen içeriğinin azalması nedeniyle çatlama miktarı büyük ölçüde azalır. Erime havuzunun kristalleşmesi nedeniyle, oksijen ve nikel Ni + NiO ötektiği oluşturabilir (ötektik sıcaklığı 1438 ℃) ve oksijen ayrıca kükürtün zararlı etkilerini de güçlendirebilir. Bu nedenle, kaynakta oksijen içeriği yüksek olduğunda, termal çatlama eğilimi daha büyük olur.
Mn, Cr, Mo, Ti, Nb ve diğer alaşım elementleri, kaynak metalinin çatlama direncini artırabilir. Mn, Cr, Mo, Ti, Nb metamorfik ajanlardır, kaynak yapısını iyileştirebilir ve kristalleşme yönünü bozabilirler. Al ve Ti de güçlü deoksidasyon ajanlarıdır, kaynakta oksijen miktarını azaltabilirler. Mn, S ile refrakter bileşikler (MnS) oluşturarak kükürtün zararlı etkilerini azaltabilir.
Kaynaklı bağlantıların mekanik özellikleri
Demir-nikel kaynaklı birleştirme yerlerinin mekanik özellikleri, dolgu metal malzemeleri ve kaynak parametreleriyle ilişkilidir. Saf nikel ve düşük karbonlu çelik kaynaklandığında, kaynakta Ni eşdeğeri %30'dan az olduğunda, kaynağın hızlı soğuması altında kaynakta martensit yapısı oluşacak ve bu da birleştirme yerinin plastisitesinin ve tokluğunun keskin bir şekilde düşmesine neden olacaktır. Bu nedenle, birleştirme yerinin daha iyi plastisite ve tokluğunu elde etmek için, demir-nikel kaynağındaki Ni eşdeğeri %30'dan fazla olmalıdır.
Yayın tarihi: 10 Mart 2025