Bakır Alaşımlarının Kaynağı

Bakır, yüksek termal ve elektrik iletkenliğine ek olarak, tuzlu su atmosferi ve birçok kimyasal maddeye karşı korozyon direnci sayesinde kritik uygulamalarda tercih edilen bir alaşımdır.

Saf halde mekanik dayanımı oldukça düşük olan bakır, alaşımlandırılarak mekanik özellikleri artırılabilir ve farklı yapısal elemanlar haline getirilebilir.

Bakır, alaşımlandırıldığında içine eklenen ana alaşım elementinin adını alır. Temel olarak beş alaşım tipine sahip olan bakır alaşımları şunlardır:

1. Pirinç (Çinko-Bakır Alaşımı)
2. Fosfor Bronzu (Fosfor-Kalay-Bakır Alaşımı)
3. Alüminyum Bronzu (Alüminyum-Bakır Alaşımı)
4. Silisyum Bronzu (Silisyum-Bakır Alaşımı)
5. Nikel Bronzu (Nikel-Bakır Alaşımı)

Farklı bakır alaşımlarının özelliklerini anlamadan önce saf bakırın özelliklerini bilmekte fayda vardır.

Saf Bakır

Saf bakır, doğadan indirgenerek saf hale getirilmeye çalışılır. Saf bakır alaşımları, elektrolitik bakır, fosforlu bakır ve oksijensiz bakır olmak üzere üç temel yöntemle elde edilebilir.

Elektrolitik bakır, maksimum %0,03 oranında oksijen içeren ve yüksek elektrik iletkenliğine sahip bir malzemedir. Oksijen oranı bakır içinde azaldıkça, kaynak kabiliyeti artar.

Saf bakır alaşımlarının özellikleri tablo 1.1’de belirtilmiştir.

1)  Pirinç (Çinko Bakır Alaşımı)

Pirinç, ana alaşım elementi çinko olan bir bakır alaşımıdır. Uzun yıllardır kullanılan pirinç, iyi mekanik özellikleri ve korozyon dayanımı nedeniyle tercih edilmektedir. Bakırın içerisine eklenen çinko, alaşımın ergime sıcaklığını, yoğunluğunu, elektrik ve termal iletkenliğini, elastisite modülünü düşürmektedir. Bununla birlikte, çinko alaşımı dayanımını, tokluğunu ve sertliğini artırmaktadır. Pirinçteki çinko oranı arttıkça alaşımın rengi kızıl, altın, açık altın ve sarıya doğru değişim göstermektedir. Pirinç alaşımlarının genel kullanım alanları aşağıda verilmiştir.

Genellikle %20’nin altında çinko içeren pirinç alaşımlarının kaynağı yapılabilirken, bu oranın üzerindeki alaşımlarda kaynak kabiliyeti ciddi şekilde azalmaktadır. Pirinç malzemelerin işlenebilirliğini artırmak amacıyla eklenen kurşun elementi, mekanik özellikleri olumlu yönde değiştirirken, kaynak kabiliyetini olumsuz etkiler. Kaynak sırasında buharlaşan kurşun, gözenek oluşumuna neden olup sıcak yırtılma gibi hatalara yol açmaktadır.

Döküm haldeki pirinç malzemeler %2-41 arasında çinko içermekte olup, genellikle homojen değildir. Bu durum, alaşım elementlerinin farklı bölgelerde yoğunlaşması veya içeriğinde kurşun bulunması nedeniyle döküm pirinç malzemelerin kaynağını oldukça zorlaştırmaktadır. Kurşun içermeyen döküm pirinç malzemelerin kaynağı da zordur. İçeriğinde kurşun bulunan pirinç malzemeler ise kaynaklanamaz kabul edilmektedir.

Demir, alüminyum ve mangan içeren pirinç döküm alaşımı, kavitasyona ve korozyona karşı dirençleri nedeniyle gemi pervanelerinde kullanılmaktadır. Bu alaşımdan üretilen pervaneler, kavitasyon veya mekanik hasarlardan dolayı onarılabilmektedir.

Tablo 1.3 Pirinç (Bakır-Çinko) alaşımlarının kimyasal kompozisyonu ve genel kullanım alanları

2) Fosfor Bronzu (Fosfor-Kalay-Bakır Alaşımı)

Bakır-kalay alaşımlarına deoksidasyon amacıyla eklenen fosfor nedeniyle fosfor bronzu olarak adlandırılan bu alaşım, diğer bakır alaşımlarına kıyasla yüksek aşınma dayanımına sahiptir. İşlenmiş durumda (haddeleme vb.) oldukça tok, nispeten sert ve çatlak oluşumuna karşı dirençli bir malzeme olan fosfor bronzu, içerdiği kalayın oksijene yüksek afinitesi ve kaynak sırasında katılaşma bölgesinde sıkışarak sıcak yırtılmalara neden olması sebebiyle oldukça düşük bir kaynak kabiliyetine sahiptir.

İşlenebilirlik özelliklerinin düşmemesi için döküm haldeki fosfor bronzunda kalay oranı genellikle %10’un altında tutulmaktadır. Çoğu ticari döküm alaşımında da kalay oranı %10’un altında olmaktadır. Ancak düşen kalay oranına bağlı olarak, malzeme özelliklerini mekanik olarak iyileştirmek için alaşıma çinko, nikel ve kurşun eklenebilir. Nadir durumlarda, %20’nin üzerinde kalay içeren döküm fosfor bronzu malzemeleri de bulunmaktadır.

3) Aluminyum Bronzu

Kimyasal kompozisyonunda %3-15 oranında aluminyum bulunduran bakır alaşımlarına aluminyum bronzu denir. Aluminyum bronzu alaşımları, diğer bakır alaşımlarından farklı olarak iki farklı morfolojide bulunabilir. Genellikle %7’ye kadar aluminyum içeren alaşımlar, katılaşma sonrası tek fazlı bir yapıya sahipken, %9,5-11,5 oranında aluminyum içeren malzemeler çift fazlı (alfa ve beta) bir katılaşma morfolojisine sahiptir. Çift fazlı yapıya sahip bu alaşımlar ısıl işlem uygulanabilir. Martensitik bir yapı elde etmek amacıyla ısıl işleme tabi tutulan bu alaşımlarda sertlik artırılabilir. Sertleştirme işlemi sonrası temperlenen malzemede istenilen mekanik değerler elde edilebilir. Aluminyum alaşım miktarına bağlı olarak, 1010 °C-843 °C arasında ısıtılan malzeme, suda veya yağda sertleştirildikten sonra yine alaşım miktarına göre 427-649 °C aralığında temperlenebilir.

Çift fazlı aluminyum bronzları, döküm veya plastik şekil verme yöntemleriyle üretilebilir. Her iki üretim yönteminde de malzemelerin mekanik özellikleri hemen hemen aynıdır. Pirinç malzemeler gibi, aluminyum bronzu malzemeler de gemi pervanesi imalatında kullanılabilir. Ancak pirinç malzemelere göre mekanik dayanımı ve deniz suyu korozyonu ile kavitasyona dayanımları daha yüksektir. Bu alaşımdan üretilen pervaneler, kavitasyon veya mekanik hasarlar nedeniyle tamir edilebilmektedir.

Tablo 1.8 Aluminyum bronzu alaşımların mekanik özellikleri

4) Silisyum Bronzu

Yüksek mekanik ve korozif dayanımının yanı sıra mükemmel kaynaklanabilirlik (en iyi) özelliklerine sahip silisyum bronzları, rulman, çan, pompa gövdesi, valf ve heykelcilik gibi çeşitli alanlarda geniş bir kullanım yelpazesine sahiptir. Bakır alaşımına eklenen silisyum, döküm ve kaynak işlemleri sırasında sıvı metalin akışkanlığını artırır. Ayrıca, silisyum kaynak sırasında iyi bir degazör işlevi görerek ortamdaki serbest moleküler oksijeni bağlayıp cürufa geçmesine olanak tanır, bu sayede gözenek oluşumunu azaltır.

5) Nikel Bronzu

Bakır-nikel alaşımları, deniz suyu korozyonuna karşı yüksek dayanımları nedeniyle özellikle offshore uygulamalarda ve deniz suyundan tatlı su elde eden tesislerde yaygın olarak kullanılır. Genellikle bu alaşımların nikel oranları %10 ile %30 arasında değişmektedir. Ayrıca, düşük oranlarda demir, mangan ve çinko gibi elementler de alaşım içerisinde bulunabilir. Ülkemizde yaygın olarak %10 nikel içeren bu alaşımlar, CuNiFe (piyasa adıyla künefe) olarak bilinmektedir. Kaynak işlemleri sırasında ITAB bölgesinde çatlak oluşma riski yüksek olduğu için kaynak yöntemine dikkat edilmeli ve kaynak prosedürleri titizlikle takip edilmelidir.

KAYNAKTA KULLANILAN BAKIR ALAŞIMLARININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

Kaynaklı birleştirmelerde kullanılan bakır alaşımlarının fiziksel özellikleri, termal genleşme katsayısı, direnç, termal iletkenlik katsayısı ve ergime sıcaklığı gibi parametreler açısından büyük önem taşımaktadır. Bu özellikler, kaynak sırasında olduğu kadar kaynak sonrası kaynak metalinin performansını anlamak için de kritik öneme sahiptir. Aşağıdaki tabloda, kaynak için kullanılan bakır alaşımlarının fiziksel özellikleri, demir, nikel ve monel malzemeler ile karşılaştırmalı olarak sunulmaktadır.

Tablodan da anlaşılacağı üzere, alaşım elementleri saf bakırın içerisine eklendikçe elektrik iletkenliği katsayısı düşmekte (direnç artmakta) ve buna paralel olarak ısıl iletkenlik de azalmaktadır. Özellikle kaynak metali ergime sıcaklığı ve termal genleşme katsayısının birçok uygulamada kritik bir öneme sahip olduğu göz önünde bulundurulmalıdır.

Tablo 1.13 Bakır alaşımlarının ve bazı diğer alaşımların karşılaştırma amaçlı fiziksel özellikleri

2) BAKIR VE ALAŞIMLARININ KAYNAĞI

2.1 Bakır Alaşımlarının Kaynağında Kullanılan Sarf Malzemelere Ait Genel Bilgiler

Bakır alaşımlarının kaynağında, elektrod, MIG (Gazaltı) teli ve TIG (Argon) teli gibi sarf malzemeleri ticari olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Aşağıdaki ilk tabloda, AWS A5.6 standartlarına göre örtülü elektrodların kimyasal ve fiziksel özellikleri yer almakta; ikinci tabloda ise MIG (Gazaltı) teli ve TIG (Argon) tellerinin kimyasal ve fiziksel özellikleri yine AWS A5.6 standartlarına göre verilmiştir. Son tabloda ise bakır alaşımlarının kaynağında kullanılan bu malzemelerin genel özellikleri ve uygulama alanları belirtilmiştir.

2.2 Bakır Alaşımlarının Kaynaklanabilirliği ve Genel Kaynak Yöntemleri

Bakır alaşımlarının kaynağı, uygun kaynak yöntemleri takip edildiğinde çelik alaşımlarının kaynağı kadar kolay gerçekleştirilebilir. Ancak, bakır alaşımları çelik alaşımlarına göre daha özgün özelliklere sahip olduğundan, kaynak süreci öncesinde ve kaynak işlemi sırasında özel dikkat gerektirmektedir.

Bakır alaşmlarının kaynağında karşılaşılabilecek genel beş temel sorun şunlardır:

1. Bakırın yüksek termal iletkenliği nedeniyle kaynak için uygulanan enerjinin yetersiz kalması ve bu durumun neden olduğu nüfuziyet sorunları.

2. Bakırın yüksek termal genleşme katsayısı, şekil değişikliklerine yol açarak distorsiyon ve çatlak oluşumunu artırmaktadır.

3. Bakırın düşük ergime sıcaklığı, elektrod kaynağında cürufun daha ergiyik metalin terk etmesine fırsat bulamadan kaynak metalinin içinde sıkışmasına neden olmaktadır.

4. Isı girdisine bağlı olarak tane yapısının hızlı bir şekilde değişmesi, mekanik özellikleri önemli ölçüde azaltabilir.

5. Kurşun, kalay, bizmut ve kükürt gibi elementlerin gevrekleşmeye ve çatlaklara yol açması; çinkonun ise kaynak sırasında buharlaşarak gözenek oluşturması.

2.2.1 Saf Bakır Alaşımların Kaynağı

Saf bakır, yüksek elektrik ve termal iletkenliği (çeliğin 8 katı) nedeniyle kaynak arkının oluşturduğu ark banyosunun ısısını hızla ana malzemeye iletmektedir. Bu durum, yetersiz ergimeye bağlı olarak yetersiz nüfuziyet sorunlarına yol açar.

Oksijeni alınmış bakır veya oksijensiz saf bakırda kalın parçalarda kaynak sırasında sıcak yırtılma, yaygın bir kaynak hatası olarak görülmektedir. Ayrıca, saf bakırda hidrojenin kaynak metali içinde çözünmesi nedeniyle gözenek oluşumu da sık karşılaşılan sorunlar arasındadır.

Elektrolitik saf bakır, içeriğindeki yüksek oksijen seviyesi nedeniyle kaynağı oldukça zorlaştırmaktadır. Oksijeni alınmış bakıra göre daha fazla sıcak yırtılma ve gözenek oluşumuna yatkındır.

Saf bakır kaynağında elektrod kaynağı, TIG (Argon) kaynağı ve MIG (Gazaltı) kaynağı yöntemleri kullanılabilmektedir. Eğer elektrik iletkenliği kaynak sonrası birincil seçim kriteri olacaksa, ErCu serisi saf bakır kaynak telleri veya ECu saf bakır elektrodlar tercih edilebilir.

Elektrik ve termal iletkenliğin kaynak sonrası birincil seçim kriteri olmadığı durumlarda, ERCuSi-A ve ERCuSn-A tipinde TIG (Argon) veya MIG (Gazaltı) kaynak telleri, ya da ECuSi, ECuSn-A ve ECuSn-C cinsinde elektrodlar kullanılabilir. Bu alaşımlar, saf bakır alaşımlardan farklı olarak düşük termal iletkenlikleri sayesinde daha iyi ergiyebilmekte ve dolayısıyla daha iyi nüfuziyet sağlamaktadır.

TIG (Argon) kaynağı ve MIG (Gazaltı) kaynağı, elektrod kaynağından daha fazla ısı girdisi oluşturduğundan, özellikle kalın parçaların kaynağında tercih edilmelidir. Bu yöntemler, koruyucu gaz atmosferinde gerçekleştirilir; bu nedenle kullanılan argon ve helyum gazı, saf bakır kaynağında etkin bir şekilde kullanılabilmektedir. Helyum, argona göre daha az ön ısıtma gerektirmektedir. Genellikle TIG (Argon) kaynağı, 6 mm’ye kadar olan saf bakır alaşımlarının kaynağında kullanılabilirken, 6 mm’den daha kalın parçalar için MIG (Gazaltı) kaynağının tercih edilmesi önerilmektedir.

2.2.2 Pirinç (Bakır-Çinko) Alaşımlarının Kaynağı

Çinkonun kaynak sırasında buharlaşması, pirinç alaşımlarının kaynağı için önemli bir sorundur. Bu nedenle, çinko oranı düşük olan alaşımlar göreceli olarak kaynaklanabilirken, çinko oranı yüksek alaşımlar genellikle kaynaklanamaz kabul edilmektedir.

Çoğu pirinç alaşımı kaynaklanamazken, kaynaklanabilen alaşımlar için elektrod kaynağından ziyade TIG (Argon) veya MIG (Gazaltı) kaynak yöntemleri önerilmektedir. TIG (Argon) kaynağı, daha dar ve kontrollü bir ark sağladığı için çinko buharlaşması riskini azaltmakta, ancak tamamen ortadan kaldıramamaktadır.

Çinko buharlaşmasından dolayı tam uyum sağlayan bir kaynak dolgu metali olmamakla birlikte, ERCuSn serisi alaşım kullanılması durumunda kaynak sonrası renk uyumu iyi olmaktadır. ERCuSi serisi alaşımlar ise düşük termal iletkenlikleri nedeniyle daha az ön ısıtma sıcaklığına ihtiyaç duyar ve silisyum içeriği sayesinde kaynak dikişi daha akışkan olur. ERCuAl serisi alaşımlar ise yüksek mekanik dayanımları nedeniyle tercih edilebilir. Pirinç alaşımlarında elektrod kaynağı, cüruf sıkışması ve geniş kaynak ağızları gerektirdiğinden genellikle önerilmez.

Pirinç alaşımlarında ön ısıtma sıcaklığı, parça kalınlığı ve alaşım içerisindeki çinko oranına bağlı olarak değişiklik göstermektedir. Genel olarak, 100-350 °C arasında bir ön ısıtma sıcaklığı yeterli olmaktadır. Kaynak işlemi sırasında kaynak arkının, kaynak banyosunun içinde tutulması önemlidir. Kaynak arkının kaynak banyosunun önünde veya arkasında hareket etmesi, çinko buharlaşmasını artırarak kaynağı olumsuz yönde etkileyecektir.

2.2.3 Fosfor Bronzu (Bakır-Kalay-Fosfor Alaşımları) Alaşımlarının Kaynağı

Fosfor bronzu, katılaşma sırasında zayıf dendritik bir yapı oluşturduğu için çatlak riski taşımaktadır. Çok pasolu kaynak uygulamalarında, her paso sonrasında kaynak metalinin çekiçlenmesi (manuel veya pnömatik yöntemle) çatlak riskini azaltmaya yardımcı olacaktır.

Kalın malzemelerde ve yoğun kaynak işlerinde MIG (Gazaltı) kaynağı tercih edilmelidir. MIG kaynağı için ERCuSn tip kaynak telleri ve argon gazı kullanılmalıdır. TIG (Argon) kaynağında ise yine ERCuSn serisi kaynak teli ve helyum gazı tercih edilebilir. Elektrod kaynağında ECuSn-C veya ECuSn-A tip elektrodlar kullanılmaktadır. Tüm kaynak yöntemlerinde en iyi mekanik özelliklerin elde edilmesi için çizgisel paso atılması önerilmektedir.

Fosfor bronzunun kaynak metali akışkanlığını artırmak amacıyla 150-250 °C arasında ön ısıtma uygulanması gerekmektedir. Ancak kaynak sırasında sıcaklığın 250 °C’yi aşması, sıcak çatlak riskini artırmaktadır.

Bakırın yüksek termal iletkenliği nedeniyle, kaynak işlemi öncesinde mutlaka ön ısıtma yapılması gereklidir. Ön ısıtma sıcaklığı, parça kalınlığına ve kullanılan gaz tipine bağlı olarak belirlenmektedir.

2.1.1 Pirinç (Bakır-Çinko) Alaşımlarının Kaynağı

Çinkonun kaynak sırasında buharlaşması, pirinç alaşımlarının kaynağı için önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, çinko oranı düşük alaşımlar göreceli olarak kaynaklanabilirken, çinko oranı yüksek alaşımlar genellikle kaynaklanamaz.

Pirinç alaşımlarının çoğu kaynaklanamazken, kaynaklanabilen alaşımlarda elektrod kaynağından ziyade TIG (Argon) veya MIG (Gazaltı) kaynak yöntemleri tercih edilmektedir. TIG (Argon) kaynağı, daha dar ve kontrollü bir ark oluşturduğu için çinko buharlaşması riskini azaltmakta, ancak tamamen ortadan kaldırmamaktadır.

Çinko buharlaşmasından ötürü birebir uyum sağlayacak bir kaynak dolgu metali bulunmamakla birlikte, ERCuSn serisi alaşımlar kullanıldığında kaynak sonrası renk uyumu iyi olmaktadır. ERCuSi serisi alaşımlar, düşük ısıl iletkenlikleri sayesinde daha az ön ısıtma sıcaklığına ihtiyaç duyar ve bu alaşımın silisyum içeriği, kaynak dikişinin daha akışkan olmasına katkı sağlar. ERCuAl serisi alaşımlar ise yüksek mekanik dayanımları nedeniyle tercih edilebilir. Pirinç alaşımlarının elektrod kaynağı, cüruf sıkışması ve geniş kaynak ağzı gerektirmesi nedeniyle genellikle önerilmemektedir.

Pirinç alaşımlarında ön ısıtma sıcaklığı, parça kalınlığı ve alaşım içerisindeki çinko oranına bağlı olarak değişir. Genellikle 100-350 °C arasında bir ön ısıtma sıcaklığı yeterli olmaktadır. Kaynak sırasında, kaynak arkının her zaman kaynak banyosunun içinde tutulmasına özen gösterilmelidir; çünkü arkın banyonun önünde veya arkasında hareket etmesi, çinko buharlaşmasını artırarak kaynağı olumsuz etkileyebilir.

2.1.2 Fosfor Bronzu (Bakır-Kalay-Fosfor Alaşımları) Alaşımlarının Kaynağı

Fosfor bronzu, katılaşma sırasında zayıf dendritik bir yapı oluşturmakta ve bu durum çatlak riskini artırmaktadır. Çok pasolu kaynak işlemlerinde, her paso sonrasında kaynak metalinin manuel veya pnömatik olarak çekiçlenmesi, çatlak oluşumunu azaltacaktır.

Kalın malzemelerde ve yoğun kaynak uygulamalarında MIG (Gazaltı) kaynağı tercih edilmelidir. MIG kaynağı için ERCuSn tipi kaynak telleri ve Argon gazı kullanılmalıdır. TIG (Argon) kaynağında ise yine ERCuSn serisi kaynak telleri ile Helyum gazı tercih edilebilir. Elektrod kaynağında ECuSn-C veya ECuSn-A cinsinde elektrodlar kullanılabilir. Tüm kaynak yöntemlerinde, en iyi mekanik özelliklerin elde edilmesi için çizgisel paso uygulanması önerilmektedir.

Fosfor bronzunun kaynak metali akışkanlığını artırmak amacıyla 150-250 °C arasında bir ön ısıtma sıcaklığı uygulanması gerekmektedir. Ancak kaynak işlemi sırasında sıcaklığın 250 °C’yi aşması, sıcak çatlak riskini artırmaktadır.

2.1.1 Aluminyum Bronzu (Bakır-Aluminyum Alaşımları) Alaşımlarının Kaynağı

Tek fazlı katılaşma gösteren ve %7’ye kadar aluminyum içeren bakır alaşımları, kaynak işlemi sırasında ITAB’da sıcak yırtılma riski taşımaktadır. Ancak aluminyum oranı %7’nin üzerine çıktığında (%8 Al içeren alaşımlar), aluminyum bronzları çift fazlı katılaşma gösterir. Bu durum, tane boyutunun incelmesine yol açarak çatlak riskini önemli ölçüde azaltmaktadır.

Aluminyum bronzu alaşımlarının kaynağı sırasında, alaşım içindeki aluminyum, Al2O3 (aluminyum oksit) oluşturmaya eğilimlidir. Bu durum, kaynak esnasında yetersiz ergimeye neden olabilir (Al2O3 yaklaşık 2300 °C’de erir) ve sıvı kaynak metalinin katılaşması sırasında kalıntı olarak ortaya çıkabilir.

MIG (Gazaltı) kaynağında, pozitif kutup kullanarak ve argon gazı ile oksit tabakasının temizlenmesi sağlanabilir. TIG (Argon) kaynağında ise alternatif akım (AC) kullanılması oksit temizliğini artırmaktadır. Elektrod kaynağı, aluminyum bronzu alaşımlarında yalnızca MIG (Gazaltı) ve TIG (Argon) kaynağının kullanılamadığı durumlarda tercih edilmelidir.

MIG (Gazaltı) ve TIG (Argon) kaynak işlemlerinde ERCuAl-A1, ERCuAl-A2 ve ERCuAl-A3 kaynak sarf malzemeleri kullanılabilirken, elektrod kaynağı için ECuAl-A2 veya ECuAl-B cinsinde elektrodlar önerilmektedir.

2.1.2 Silisyum Bronzu (Bakır-Silisyum) Alaşımlarının Kaynağı

Silisyum bronzu alaşımları, düşük ısıl iletkenlikleri sayesinde kaynak metalinden ana malzemeye ısı geçişinin az olması nedeniyle rahatça kaynaklanabilirler. Alaşım içindeki silisyum, iyi bir deoksidasyon aracı olmasının yanı sıra kaynak metalinin akışkanlığını artırarak kaynak kalitesini diğer alaşımlara göre daha iyi hale getirir.

Silisyum bronzu alaşımlarının kaynağında, elektrod, MIG (Gazaltı) ve TIG (Argon) kaynak yöntemlerinde ERCuSi cinsi kaynak telleri ve ECuSi cinsi elektrodlar kullanılabilir. Özel durumlarda, bu alaşımların kaynağında ERCuAl-A2 kaynak telleri ve ECuAl-A elektrodları tercih edilebilir.

Kalın olmayan parçalarda ön ısıtmaya genellikle ihtiyaç duyulmaz; bununla birlikte, kaynağın ısı girdisini azaltmak için çizgisel pasolarla kaynak yapılması önerilir. Ayrıca, pasolar arası sıcaklığın 700 °C’yi geçmemesi gerekir. Çok pasolu kaynaklarda ise her kaynak dikişinden sonra, kaynak çekiçi veya pnömatik çekiçle dövülerek tane boyutlarının küçültülmesi önemlidir.

2.1.3 Nikel Bronzu (Bakır-Nikel) Alaşımlarının Kaynağı

Nikel bronzu alaşımları, düşük ısıl iletkenlikleri sayesinde kaynak sırasında kaynak metalinin ısısının ana malzemeye daha az geçmesi sonucu görece daha kolay kaynaklanabilir. Ancak, nikel bronzları kaynak sırasında sıcak yırtılma riski taşıdığından ısı girdisinin düşük tutulması önemlidir.

Bu alaşımlar, havadan veya yüzeylerinden kaptıkları nem nedeniyle gözenek oluşturmaya yatkındır. Bu nedenle, nikel bronzu alaşımlarının kaynağında kullanılan sarf malzemelerde ilave element olarak titanyum bulunur. Titanyum, kaynak metalindeki oksijeni bağlayarak gaz formunda yüzmesini önler ve oksit bileşikleri şeklinde kaynak metalinin yüzeyine cüruf olarak çıkmasına olanak tanır.

%90 Cu ve %10 Ni içeren alaşımların (90/10 Bakır-Nikel) kaynağı ile %70 Cu ve %30 Ni içeren alaşımların (70/30 Bakır-Nikel) kaynağında, kaynak sonrası renk uyumunun sağlanması için benzer kimyasal kompozisyonda kaynak sarf malzemesi kullanılması önerilir.

Nikel bronzu alaşımlarının kaynağında elektrod, MIG (Gazaltı) ve TIG (Argon) kaynak yöntemlerinde ERCuNi kaynak telleri ve ECuNi elektrodları kullanılabilir.

Ön ısıtma genellikle gerekli olmayabilir, ancak kaynağın ısı girdisini azaltmak için çizgisel ve kısa pasolarla kaynak yapılması önerilir. Ayrıca, pasolar arası sıcaklığın 1000 °C’yi geçmemesi gerektiği unutulmamalıdır.

2.1.4 Bakırın Farklı Malzemeler ile Kaynağı

Bakır ve bakır alaşımları, özellikle petrokimya tesisleri, kimya tesisleri ve enerji santrallerinde, korozyon dayanımını artırmak, mekanik dayanıklılığı sağlamak ve malzeme maliyetlerini azaltmak amacıyla farklı malzemelerle birlikte kullanılmaktadır. Bakır alaşımları, yalın karbonlu çeliklerin kaplanmasında, paslanmaz çeliklerle birleştirilmesinde ve bakır-nikel alaşımlarının entegrasyonunda önemli rol oynamaktadır.

Farklı malzemelerin kaynağında çatlak ve kaynak hataları riski yüksek olduğundan, metalurjik açıdan bu birleştirmelerin iyi bir şekilde incelenmesi ve kaynak sırasında önceden belirlenen yöntemlerin titizlikle uygulanması gerekmektedir.

Aşağıdaki bölümde, üç farklı birleştirme için kaynak yöntemine dair tavsiyeler sunulmaktadır:

a) Bakır ve bakır alaşımlarının yalın karbonlu çeliklerle birleştirilmesi

b) Bakır ve bakır alaşımlarının paslanmaz çeliklerle birleştirilmesi

c) Bakır ve bakır alaşımlarının kaplanmış çeliklerle birleştirilmesi

a) Bakır ve Bakır Alaşımlarının Yalın Karbonlu Çeliklerle Birleştirilmesi

Bakır ve çelik, birbirleri içinde çözündüklerinde metalurjik olarak sorun yaratabilen alaşımlardır. Ancak farklı ergime sıcaklıkları sayesinde, kontrollü kaynak yapıldığı takdirde birleştirme mümkün olmaktadır. Bakır 900-1200°C aralığında erirken, çelik ve çelik alaşımlarının yaklaşık 1500°C’ye yakın ergime sıcaklığı, düşük karışma oranlarıyla kaynak yapmayı sağlamaktadır.

Bakırın ergime sıcaklıkları civarında çelik östenitik faza geçiş yapar. Bu durumda sıvı haldeki bakır, çeliğin östenit tane sınırlarına sızarak “bakır sızması” denilen olaya yol açar. Bakır sızması, bakır-çelik birleştirmelerinde bakır ve demirin oluşturduğu intermetalik fazlardan dolayı mikro çatlaklar oluşturur. Özellikle bükme testlerinde hata riskini artıran bu durum, kaynakta mikro çatlaklar gözlemlendiğinde çelik yüzeyinin nikel kaynak metaliyle kaplanmasını gerektirir.

Çelik yüzeyini nikel ile kaplamak için elektrod kaynağında ENi-1 veya MIG/TIG kaynağında ERNi-1 kaynak telleri ya da ENiCu-7 elektrod ve ERNiCu-7 MIG/TIG telleri kullanılabilir. Ancak bu alaşımlar az miktarda titanyum içerebilir ve titanyum bakırda mikro çatlaklara neden olabilir.