Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Paslanmaz çelikler ve ısıya dayanıklı çelikler, bazı sınırlamalar dışında, alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerde kullanılan ergitme ve basınç kaynak yöntemleriyle kaynak yapılabilir. Bu çeliklerin kaynak işlemi, kaynak yapılacak ana metalin beklenen özelliklerine, örneğin korozyon ve ısı dayanımına göre değişiklik gösterebilir. Kullanılacak kaynak malzemesi, ana metal ile aynı kompozisyonda olmalı ya da bazı uygulamalar için daha yüksek alaşımlı bir malzeme tercih edilmelidir.

Önemli Notlar:

Stabilize edilmiş paslanmaz çeliklerin ve kaynak metalinin yüzeyi fazla parlatılamaz.

Stabilize edilmiş paslanmaz çelikler, hem aynı bileşime sahip kaynak malzemeleri ile hem de düşük karbonlu kaynak malzemeleri ile kaynak yapılabilir.

Düşük karbonlu paslanmaz çelikler, mümkünse yalnızca düşük karbonlu kaynak malzemeleri ile kaynaklanmalıdır.

Azot (N) alaşımlı paslanmaz çelikler, yeterli mekanik özelliklere sahip normal (N-alaşımsız) kaynak malzemeleri ile kaynaklanmalıdır. Ana metalle karışım oranı mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır.

Termik genleşmesi yüksek olduğu için deformasyonu azaltmak amacıyla puntalama kısa pasolarla yapılmalıdır.

Düşük termal iletkenliği nedeniyle kaynak bölgesinde fazla ısı birikmesine neden olur, bu nedenle ısı girdisi sınırlandırılmalıdır.

Temiz bir metalik yüzey elde edebilmek için kaynak sonrası ısıl işlem uygulanmalı, böylece hatasız bir pasif yüzey elde edilmelidir.

Standart Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Kaynak metali, %4 ile %12 (5-15 FN) arasında delta ferrit içerdiği için sıcak çatlağa karşı dirençlidir. Eğer kaynaklı birleştirmelerde manyetik olmaması, yüksek korozyon direnci ya da düşük sıcaklıklarda tokluk gibi özellikler isteniyorsa, tamamen östenitik kaynak metalleri tercih edilmelidir.

Ana metal ile yapılan karışım oranı %40’ın altında tutulmalı ve delta ferrit oranını çok fazla düşürmemek için, mümkünse kaynak esnasında azot emilimi düşük tutulmalıdır. Ön ısıtma yapılmamalı, pasolar arası sıcaklık en fazla 150°C olmalıdır. Ark başlangıçları, kaynak ağzı içinde gerçekleştirilmelidir.

Delta ferrit manyetik bir fazdır. Cr-Ni’li östenitik paslanmaz çelikler, Cr-Ni-Mo’lu östenitik paslanmaz çeliklerle birleştirilebilir; ancak korozyon direnci açısından aynı bileşimdeki kaynak malzemesinin tercih edilmesi önemlidir.

Tam Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Tam östenitik kaynak metallerinde sıcak çatlak eğiliminin yüksek olduğu unutulmamalıdır. Kaynak yaparken şu noktalara dikkat edilmelidir:

• Kaynak bölgesinin kesinlikle çok temiz olması gerekmektedir; sıcak çatlağa neden olabilecek kükürt gibi maddelerin kaynak bölgesine girmesine izin verilmemelidir.
• Kraterler doldurulmalı ve gerektiğinde taşlanarak çıkarılmalıdır.
• Uzunlamasına çatlakların oluşumunu önlemek için kök paso yeterli kalınlıkta yapılmalıdır.
• Tasarım aşamasında lokal gerilimler oluşturmaktan ve kalın kesitli malzeme kullanımından kaçınılmalıdır.
• Tane boyutunu küçük tutmak ve kaynak sonrası gerilimleri düşük tutmak için büyük kaynak banyosundan ve yüksek ısı girdisinden kaçınılmalıdır. Bu, şu durumları gerektirir:
  • Sınırlı bir ısı girdisi (en fazla 10-15 kJ/cm) sağlamak,
  • Düz kaynak dikişi yapmak veya çok sınırlı bir salınım gerçekleştirmek,
  • Ön ısıtma yapılmamak ve pasolar arası sıcaklığın en fazla 130 (150)°C’de olması.

Ferritik-Östenitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Delta-ferrit ve östenit fazlarına sahip olan bu tür çeliklere dubleks paslanmaz çelikler denir. Bu çelikler ergitme kaynakları ile birleştirilebilir ve kaynaklı birleştirmeler en fazla 250°C’ye kadar çalışabilir. 475°C’de kırılgan fazların oluşması nedeniyle 250°C ile 900°C arasındaki sıcaklıklarda tokluk azalır.

Kaynak metalindeki delta ferrit oranını sınırlandırmak için, ana metal ile aynı oranda azot (N) alaşımına sahip kaynak malzemelerinde, nikel miktarı ana metalinkinden biraz daha yüksek olmalıdır. Düşük paslanmaz çeliklerle yapılan birleştirmelerde, karışım %40’ın altında tutulmalıdır. İlave metal kullanılmadan kaynak yapmak mümkündür; ancak yalnızca çözündürme tavı ve ardından su verme işlemi yapılmalıdır.

Ön tav yapılmadan kaynak yapılmalı ve pasolar arası sıcaklık, %23 Cr içeren çeliklerde 250°C’yi ve %25 Cr içeren çeliklerde 150°C’yi aşmamalıdır. Östenitik paslanmaz çeliklere göre biraz daha yüksek ısı girdisi seçilebilir. Kullanılan kaynak yöntemine ve malzeme kalınlığına göre; %23 Cr içeren çeliklerde 5-25 kJ/cm, %25 Cr içeren çeliklerde ise 2-15 kJ/cm ısı girdisi ile kaynak yapılabilir.

Yüksek miktarda delta-ferrit içeren çelikler hidrojen çatlağına meyillidir, bu nedenle kaynak sırasında hidrojen emilimi mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır; elektrodlar kullanılmadan önce kurutulmalı ve hidrojen içeren gazlar kullanılmamalıdır.

Yarı Ferritik Cr’lu Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Aynı kimyasal kompozisyona sahip kaynak metalleri ve ısıdan etkilenen bölgeler martensit veya temperlenmiş yapıya sahip olabilir. Kaynak öncesi tav ve pasolar arası sıcaklık 200-300°C olmalıdır. Kaynak sonrasında 700-800°C’lerde yapılan tav, martensitlerin temperlenmesini, krom-karbürlerin yuvarlaklaşarak tokluğun artmasını ve taneler arası korozyona direncin artmasını sağlar.

Soğuk çatlak oluşma riski nedeniyle, kaynak esnasında hidrojen emilimi düşük tutulmalıdır; elektrodlar kullanılmadan önce kurutulmalı ve hidrojen içeren gazlar kullanılmamalıdır. Eğer ana metalle aynı renk ve aynı termik genleşme özelliği isteniyorsa, aynı kompozisyonda ve nikel içermeyen ilave metal kullanılmalıdır.

Kaynak metalinden yüksek tokluk beklentisi varsa ve kaynak sonrası ısıl işlem mümkün değilse, ana metalden farklı bir kaynak malzemesi (örneğin, östenitik paslanmaz çelik veya Ni-Cr alaşımı) kullanılabilir.

Tam Ferritik Cr’lu Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Tam ferritik paslanmaz çelikler, 950°C’nin üzerinde tane büyümesine eğilimlidir. İri taneli yapısı, tokluğun düşmesine neden olur ve bu tokluk, hiçbir ısıl işlem ile aynı düzeye getirilemez. Bu nedenle, kaynak düşük ısı girdisi ile yapılmalıdır (düşük kaynak akımı, küçük çaplı elektrod kullanımı, düz veya az salınımlı kaynak).

Çentik darbe testi ile tespit edilen süneklikten kırılganlığa geçiş sıcaklığı ferritik paslanmaz çeliklerde oda sıcaklığı civarındadır. Isıdan etkilenen bölgede kırılmayı ve kaynak sonrası gerilimleri düşük tutabilmek için 200-300°C’de ön tav ve pasolar arası sıcaklıklar uygulanmalıdır.

Soğuk çatlak oluşma riski nedeniyle, kaynak esnasında hidrojen emilimi düşük tutulmalıdır; elektrodlar kullanılmadan önce kurutulmalı ve hidrojen içeren gazlar kullanılmamalıdır. Yüksek tokluğa sahip, farklı kimyasal kompozisyondaki (östenitik veya Ni-Cr alaşımları) kaynak malzemeleri kullanılırken çok pasolu kaynaklar tercih edilmelidir. Ana metalle renk uyumu veya kaynak metalinin daha düşük nikel içermesi isteniyorsa, kapak paso, ana metalle aynı kompozisyona sahip kaynak malzemesi ile yapılır.

700-800°C’de yapılan tavlama, ısıdan etkilenen bölgenin ve kaynak metalinin tokluğunu artırır, kaynak sonrası artık gerilimleri düşürür ve taneler arası korozyona direncini önceki düzeyine getirir.

Martensitik Cr’lu Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

Bu çelikler havada sertleşme özelliğine sahip olup, sınırlı bir kaynak kabiliyetine sahiptir. Isıdan etkilenen bölgede sertliği düşük tutabilmek için 200-300°C’de ön tav ve pasolar arası sıcaklıklar seçilmelidir. %0.2’den daha fazla karbon içeren çelikler kaynaklı yapılar için uygun değildir.

Kaynaktan hemen sonra 700°C’de yapılan temperleme, kaynaklı birleştirmenin tokluğunu artırır ve kaynak sonrası artık gerilimleri düşürür. Soğuk çatlak oluşma riski nedeniyle, kaynak esnasında hidrojen emilimi düşük tutulmalıdır; elektrodlar kullanılmadan önce kurutulmalı ve hidrojen içeren gazlar kullanılmamalıdır.

Eğer ana metalle aynı renkte ve nikel içermeyen bir kaynak metali isteniyorsa, kapak paso aynı kompozisyonda kaynak malzemesi kullanılarak yapılabilir. Yüksek karbon içeren çeliklerde genellikle DIN 8556’ya göre farklı kompozisyona sahip östenitik kaynak malzemeleri kullanılır; ayrıca DIN 1736’ya göre Ni-Cr alaşımı kaynak malzemeleri de tercih edilebilir.

Cr-Ni’li Yumuşak Martensitik Paslanmaz Çeliklerin Kaynağı

%0.05’e kadar sınırlanmış karbon miktarı, ısıdan etkilenen bölgede ve aynı kompozisyona sahip ana metalde sünek bir martensit fazının oluşmasını sağlar. Kalın kesitli malzemelerde 100°C’de ön tav yapılmalı ve pasolar arası sıcaklıklar 100-150°C’de olmalıdır.

Soğuk çatlak oluşma riski nedeniyle, kaynak esnasında hidrojen emilimi düşük tutulmalıdır; elektrodlar kullanılmadan önce kurutulmalı ve hidrojen içeren gazlar kullanılmamalıdır. Ana metalle aynı kompozisyona sahip kaynak malzemeleri %0.04 karbon ve %5 delta ferrit içeren bir kaynak metali sağlar. Kaynak sonrası 580-620°C’de temperleme, sünekliği artırır.