Magna bakım kaynak teknikleri
Bakım kaynağı, beceri, yaratıcılık, güven, hayal gücü ve kararlılığın bir kombinasyonunu gerektirir ve bunların hepsi bilimsel ilkelerle harmanlanmıştır. Kaynak, elbette kimya, metalurji, fizik ve mühendislik olmak üzere dört bilimi içerir. Biri olmadan diğerleri başarısız olur. Ancak, hepsinin doğru oranları bakım kaynağıyla daha fazla tasarrufa yol açacaktır.
(1) Bakım kaynakçılığındaki en büyük zorluklardan biri, bilgi birikimi adımlarının genellikle kaynakçının kendisi tarafından gerçekleştirilmesi gerektiğidir. Bir üretim tesisinde, metalurji uzmanları ve mühendisler genellikle bilgi birikimini sağlarken, kaynakçı veya operatör yalnızca manipülatif beceriyi sağlar. Bakım kaynakçılığında durum böyle değildir.
(2) Bakım kaynakçısı, üretim kaynakçısından çok daha fazla yeteneğe sahip olmalıdır. Her şeyden önce, üretim kaynakçılığında genellikle üzerinde çalışılan temel metaller temiz, yeni metallerdir. Bakımda durum böyle değildir. Bakım kaynakçısı sıklıkla, çok uzun yıllar önce yapılmış, aşındırıcı koşullarda hizmet görmüş, yağlı veya gresli ve o kadar kirli ve kirlenmiş kurtarma ekipmanlarıyla karşı karşıya kalır ki kaynakçı kaynakla onarmaya çalıştığında ders kitabındaki her şey ters gider.
(3) Üretim kaynakçılığında, genellikle işi, kaynak işleminin uygun bir pozisyonda, genellikle aşağıdan yapılabilmesi için konumlandırmak mümkündür. Bakım kaynakçılığında durum böyle değildir çünkü bakım kaynakçısı çoğu zaman nesneleri ve kaynak yapmayı bırakın, zor görebileceği veya erişebileceği garip pozisyonları onarmak zorundadır.
(4) Bakım kaynağında ek bir zorluk, tamamlanması gereken işlerin çok çeşitli olmasıdır. Genellikle üretim kaynağında, bir operatör sürekli olarak sınırlı sayıda işte çalışacaktır. Bakım kaynağında, operatör sürekli olarak aynı tür işi yapmaz; ve sonuç olarak, anlaşılabilir bir şekilde yaptığı her tür işte uzmanlaşamaz, çünkü belirli türdeki arızalar çok nadir meydana gelir. Bir tamircinin bakım kaynağında gereken tüm sayısız projeyi verimli bir şekilde nasıl yapacağını öğrenmesi son derece zordur. Bakım kaynağındaki en zor sorunlardan biri, kaynakçının genellikle temel metalin analizini bilmemesidir.
(5) Bakım kaynağının üretim kaynağından daha karmaşık olmasına rağmen, bakım kaynağının bir tesis veya endüstri için üretim kaynağından çok daha karlı olduğu şüphesiz doğrudur. Sıklıkla, bir bakım kaynakçısı bir günde, şirketine yüzlerce, hatta binlerce dolar kazandırabilecek bir iş yapar. Böyle bir tasarruf, üretim kaynağında bir adamın bir günde harcadığı zamanla mümkün değildir.
(6) Bakım kaynağında ilk adım, temel metali belirlemektir. Her metal hakkında bir şeyler bilmek, metalleri tanımlamaya yardımcı olacaktır. Kıvılcım testleri, sertlik testleri, mıknatıs testleri, kimyasal testler, ağırlık testleri ve törpü testleri temel metalleri tanımlamanın yaygın yöntemleridir. Ancak, yaygın atölye analiz yöntemleriyle güvenlik için yeterince emin olmanın neredeyse imkansız olduğu durumlar sıklıkla vardır. Bu durumlarda, temel metal ne olursa olsun, kaynağın temel metale eşit veya ondan daha iyi olduğundan emin olmak için en yüksek fiziksel özelliklere sahip bir kaynak dolgu metali kullanmak zorunludur.
Bir kaynak prosedürünü oluşturmanın ikinci adımı, uygulanacak ısının etkisini hesaplamaktır. Tüm kaynak işlemleri ısı gerektirir ve ısı, temel metalde belirli bir reaksiyona neden olur.
Kaynakta oluşan ısı, H=A2RT (Isı, amperajın karesi çarpı direnç çarpı kaynak süresine eşittir) formülünden tahmin edilebilir.
Isının istenmeyen etkileri aşırı tane büyümesi, sertleşme çatlakları, gözeneklilik, termal çatlaklar, eğilme, kilitlenme gerilmeleri, çarpılma ve hidrojen kirliliği olarak sıralanabilir.
(7) Kaynaklama sırasında ve ısıtılmış temel metalin erimiş kaynak dolgu metali vasıtasıyla birleştirilmesi sırasında oluşan tekdüze olmayan yerel ısıtma ve soğutma, hem genleşmeye hem de büzülmeye engel oluşturur. Temel metalin ısıtılması ve soğutulmasıyla oluşan gerilimlere büzülme veya büzülme gerilimleri denir. Kaynaklamadan sonra birleştirilen nesnede termal veya büzülme gerilimi nedeniyle kalan gerilim sistemine artık gerilim denir.
(8) Erimiş bir metal genellikle soğuduğunda ve katılaştığında büzülür. Eğer tüm metallerin genleşme katsayısı sıfır olsaydı, bakım kaynaklarında ortaya çıkan sorunların çoğu var olmazdı. Bir dökümhanede, bir kalıpçının kuralı beklenen büzülmeyi verir. Ancak kaynakta, böyle kullanışlı bir araç yoktur ve gerilim miktarı yalnızca kaynakçının deneyimiyle hesaplanabilir. Kaynakta, kaynak dolgu metali bir sıvılaştırmada uygulanır ve aslında temel metal tarafından oluşturulan bir kalıba dökülür.
(9) Herhangi bir metalin kalıba dökülmesinde olduğu gibi, engellenen büzülmeden kaynaklanan kaynak metalindeki gerilim, yoğunluk olarak kaynağın boyutlarıyla ilişkilidir. Bu nedenle, maksimum gerilim kaynak yönünde, uzunlamasınadır. Enine gerilim daha yoğundur ve kalınlık yönündeki gerilim en azdır çünkü burada büzülmeye daha az engel oluşur.
(10) Kaynaklar üç yönde de büzülür – uzunluk, genişlik ve genişlik – ve ortaya çıkan gerilim çok eksenli gerilimler olarak adlandırılabilir. Bakımda, kaynakçılar çok eksenli gerilimlerin kaygı kaynağı olduğu kaynak sorunlarını çözmek için sürekli olarak çağrılır. Isı yerel olarak uygulandığında ve temel metal kütlesine dağıtıldığında termal gerilim sorunu hızlanır. Gerilimin zararlı sonuçları hem karmaşıktır hem de bakım kaynağında ciddi endişe kaynağıdır.
(11) Sıcaklık gradyanı ısıdan etkilenen bölgedir; yani, kaynak ısısının hareket ettiği kaynak merkezinden başlayıp uca kadar uzanan alandır. Bu ısıdan etkilenen bölgede çoğu kaynak sorunu oluşur. Bu ısıdan etkilenen bölgenin bazı bölümleri soğurken diğer parçalar hala ısıtılıyor olabilir ve bu da termal gerilim sorununa katkıda bulunur. Metal sisteminde kalan çekme dayanımını dengelemek için eşit miktarda kalan basınç dayanımı olmadığı sürece çatlama meydana gelir.
(12) Stres ve bozulmanın yarattığı sorun çeşitli zorluklara neden olur. Birincisi, malzemenin normal sünekliğini kısıtlarlar. İkincisi, darbe yükü altında başarısız olabilen lokalize stres korozyon çatlamasına neden olabilirler. Gerilimler, temel metalin akma dayanımını aşabilir ve çatlamaya neden olabilir. Ek olarak, bozulma yoluyla boyut kararlılığında bir kayıp meydana gelir.
Kaynak yapılan bir parçada oluşan gerilim ve bozulma miktarı, plakanın kalınlığı, kısıtlama derecesi, elektrot hareket hızı, havanın hareketi, ön ısıtma, daha yüksek ısı girişi ve diğer faktörler gibi bir dizi değişkene bağlıdır. Kaynak işlemi sırasında hem ısıtma hem de soğutmanın kaynak işlemini içerdiği iyi bilinmektedir, bu nedenle kaynaklama termal genleşme ve büzülmeye maruz kalır. Metalin genleşme ve büzülme oranı ciddi iç gerilimler üretir ve metalin akma dayanımını aşmak ve kaynak hatası üretmek için yalnızca hafif bir aşırı gerilim gerekir.
(13) Bakım kaynağında bir diğer ciddi sorun, bir kaynağa bitişik martensitik bölgedir. Sertleştirilebilir çelik ve dökme demir kritik aralıklarına kadar ısıtıldığında ve kritik soğuma hızlarından daha hızlı soğumaya bırakıldığında, kaynak yanında kırılgan bir martensitik bölge oluşma eğilimindedir. Bunun nedeni, kaynak ile temel metal arasındaki sınır bölgesine bitişik bölgedeki sınırlı grafit reddidir. Bu bölgede oluşan diğer sorunlar karbür çökelmesi, tane büyümesi, gözeneklilik ve sertleşen grafitlerdir. Bir martensitik bölgenin oluşmasına izin verilirse.
(14) Bakım kaynağında meydana gelen daha önce belirtilen sorunlara ek olarak, ek bir sorun da gerilim yükselticileridir. Yüksek gerilimin yerelleştirilmiş bir alanını üreten herhangi bir faktöre gerilim yükseltici denir. Herhangi bir mühendis, kesit tasarımında, çentiklerde, oluklarda, vida dişlerinde, yüzey düzensizliklerinde ve çatlaklar, delikler ve kapanımlar gibi süreksizliklerde meydana gelen ani değişikliklerin gerilim yükseltici olarak kabul edildiğinin farkındadır. Ancak, bakım kaynağında, yalnızca kaynaklama sonucu oluşan kaçınılabilir çentiklerle ilgileniyoruz. Bu çentiklerin sünek malzemelerin çekme dayanımı üzerinde çok az etkisi vardır ancak yorulmada büyük önem taşırlar. Çentik hassasiyet faktörü yalnızca malzemeye değil, çentik türüne ve gerilim seviyesine de bağlıdır. Kaçınılabilir çentikler krater çatlakları, sert noktalar, alt oyuklar ve gözenekliliktir.
(15) Örneğin, tipik bir uçtan kaynak alın. Yorgunluk kırılması için üç başlangıç noktası vardır. Bunlar; iç kusurlar, kaynağın levha veya taban metaliyle birleştiği noktada bir alt kesik; ve kökte düşük kaliteli kaynak.
(16) Kaynak boncuğunun şekli, özellikle dökme demir ve sertleştirilebilir çelikler üzerinde, gerilim yükselticiler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Örneğin, bir kaynak boncuğu soğuk bir baz metal parçasına uygulanırsa, kaynağın başlangıcında kaynak dışbükey görünecek ve soğuk başlangıçta üst üste gelecektir. Bu, mükemmel bir gerilim yükseltici oluşturur ve bu nedenle bir çatlağın başlamasında oldukça etkili olacaktır. Ek olarak, elektrot bir kaynaktan aniden çıkarıldığında, kaynağın sonunda bir krater olacaktır. Krater genellikle çatlakların kaynağıdır çünkü bir krater dışarıdan merkeze doğru katılaşır. Kaynak krateri, kaynak boncuğunun geri kalanından daha küçük bir kütle olduğundan, daha ağır bölümden daha hızlı bir oranda soğuyacaktır. Bu koşullar genellikle bir başlangıç çatlağı ve ciddi bir gerilim yükselticinin oluşmasıyla sonuçlanır.
(17) Açısal bozulma, bakım kaynağında hala bir başka sorundur. Açısal bozulma, büzülen metalin kaynak boncuğunun yüzeyinden daha kısa olması durumunda, örneğin tek bir ‘V’ veya ‘J’ kök tipi bağlantıda, oluşur.
Magna çözümleri
Bunlar bakım kaynağının temel sorunlarıdır. Şüphesiz başkaları da vardır, ancak bunlar en büyük endişe kaynağıdır. Şimdi bu sorunların çözümüne bir göz atalım.
Kaynak yapıldıktan sonra martensitik bölge, kalıntı gerilim veya bozulma meydana geldiğinde, bu koşullar gerilim giderme veya mekanik giderme ile iyileştirilebilir. Ancak, tek pratik çözüm, kaynak yapılmadan önce bu sorunları öngörmek ve kaynak sırasında bunların oluşmasını önlemek için düzeltici önlemler uygulamaktır.
Stres ve bozulmayı ortadan kaldırmak veya en aza indirmek için kullandığımız tekniklerden bazıları şunlardır. Bu tekniklerin hiçbiri deneysel değildir veya her durumda kullanılamaz, ayrıca hiçbiri kesinlikle kusursuz değildir. Birçok durumda bu düzeltici önlemlerden birden fazlasını gerektirecektir çünkü bazı durumlarda, tek başına bir tanesi yeterli olmayacaktır.
(1) ‘Tereyağı sürme’ tekniği adını verdiğimiz önemli bir teknik . Taban metalin tamamından geçen bir kırık nedeniyle başarısız olan bir metal parçanız varsa, çatlaklar çok nadiren uygun bir 90 derecelik açıda oluşur. Bazen parça pahlandığında büyük bir parça düşebilir. En iyi sistem çift ‘V’ veya çift ‘U’ eklemi kullanmaktır, ancak birçok durumda bakım kaynaklarında bu pratik değildir, çünkü erişilebilirlik eksikliği nedeniyle kaynak tamamen bir taraftan yapılmalıdır.
(2) Büzülme miktarının, var olan kaynak metalinin kesit miktarı tarafından yönetildiğini daha önce belirtmiştik. Bu sorunla karşı karşıya kalırlarsa, birçok deneyimsiz kaynakçı geniş bir dokuma boncuğu kullanmayı ve böyle bir birleşimde ortaya çıkan büyük boşluğu doldurmayı deneyebilir. Ancak, tercih edilen bir çözüm, boş noktaları ‘tereyağılamak’ veya yastıklamak ve önce bunları doldurmak, kök boncuğundan önce kök açıklığını olabildiğince küçük bırakmaktır. İki taraf da kaplanmalıdır ve ayrıca kaynak dolgu boncuğunun küçük bir alan için plakanın yüzeyini örtmesine izin vermek iyi bir fikirdir. Yağlama tekniğini kullanarak, bir seferde uygulanan kaynak boncuğunun kesit miktarını büyük ölçüde azalttık. Artık kaynak yapılacak alanın kesitini önemli ölçüde azalttık.
(3) Bir sonraki adım, çatlağı önlemek için iki bölümü önemli kaynak boncuğu kullanarak birleştirmektir. Kaynak alanının kesitini önemli ölçüde azaltarak, büzülme eğilimini büyük ölçüde azalttık ve böylece daha az stres ve daha az bozulma yaşayacağız.
(4) Daha önce, kaynak kökünde kaynak yüzeyinden daha kısa bir kaynak yapılması nedeniyle oluşan açısal bozulma sorunundan bahsedilmişti. Bu, her iki taraftan kaynak yapılarak ortadan kaldırılabilir. Aslında, ağır bölümlerde, mümkünse çift ‘V’ veya çift ‘U’ kullanmak ve aynı anda her iki taraftan kaynak yapmak önemlidir. Yalnızca bir kaynakçı varsa, kaynak boncuğu uygulamasını bir taraftan diğerine kademeli olarak uygulayarak, birleştirmenin her iki tarafındaki gerginliği dengeleyin ve böylece açısal bozulmayı ortadan kaldırın. Tereyağı tekniği, özellikle kalın bölümleri ince bölümlere birleştirirken avantajlıdır.
(5) Özellikle alaşımlı çelik veya dökme demir gibi ağır bölümlerin kaynaklanmasında, çok fazla operasyonel stresle karşılaşıldığında sıklıkla vazgeçilmez bir yardımcı olan bir diğer çözüm, ‘ankrajlama’ tekniği olarak adlandırdığımız şeydir . Bu, kaynak parçasının eğimli birleşim yerinde oluklar açmaktan oluşur. Bu oluklar yaklaşık 5 mm derinliğinde olmalı ve yaklaşık 2,5 cm aralıklı olmalıdır.
Bu oluklar daha sonra öncelikle kaynak metaliyle doldurulur ve daha sonra ‘V’nin açıkta kalan alanı birleştirme yapılmadan önce tereyağıyla yağlanır veya kaynak boncuğuyla kaplanır. Oluklar işlenebilir veya bir meşaleyle kesilebilir. Olukları yapmanın çok iyi bir yöntemi Magna 100’dür – oksijensiz elektrik arkıyla inanılmaz bir hızla metali kaldıran bir pah kırma elektrodu.
(6) Kirli, yağa doymuş dökme demir üzerinde çalışırken kullanılan çapalama tekniği, kirlenmiş metali temizler ve yüzeyin altındaki sağlam metali açığa çıkarır. İkinci olarak, kaynak metalini taban metaline, karda çalışırken düz bir lastiğe göre kar sırtı lastiğinin daha iyi çekiş sağlamasına benzer şekilde sabitliyoruz. Ancak, en önemlisi, kaynağa bitişik savunmasız martensitik sertleştirilmiş bölgenin sürekliliğini bozduk. Böylece, gerilimler uygulandığında, kaynağın kaynağa bitişik olarak bozulması yerine, süreklilik bozulmuş olur, böylece gerilim tek bir savunmasız bölgeye odaklanmaz. Ek olarak, oluklar mekanik bir bağ oluşturur ve daha fazla tutma gücü için daha fazla metal-metal temasıyla sonuçlanır.
(7) Sert kaplama alaşımlarını ağır ekipmanlara uygulamadan önce ankraj tekniği çok büyük bir değere sahiptir ve özellikle dökme demir kaynak yaparken önemlidir. Bu şekilde başarıyla tamamlanan işlerin, diğer yöntemlerle defalarca denenip başarısızlıkla sonuçlandığını gördük.
(8) Gerilim ve bozulmayı kontrol etmenin en önemli yollarından biri, yuvarlak bir alet (örneğin, bilyalı çekiç) kullanılmadan kaynak boncuğuna hafifçe vurulmasından oluşan peening uygulamasıdır. Peening’in nedeni, sıcak bir kaynak boncuğu peening yapıldığında kaynak metalinin gerilmesi ve genişlemesidir. Kaynak boncuğunun bu şekilde gerilmesi, en azından bir dereceye kadar, soğutma sırasında meydana gelecek büzülmeyi telafi eder.
(9) Peening hakkında bilinmesi gereken birkaç önemli şey vardır. İlk ve son geçiş hariç tüm geçişleri peening yapmak standart bir uygulamadır. Peening yapıyorsanız ve hava sertleştirme aleti peening uygulanmışsa, çatlama meydana gelebilir. Bu nedenle, ilk geçiş peening yapılmamalıdır. Sonraki geçişlerin hepsi son geçişe, yani kapak geçişine kadar peening yapılmalıdır. Bunların peening yapılmamasının nedeni, peening uygulanmış bir kaynağın (bu yumuşak çelik olsa bile doğrudur) işlenerek sertleştirilmiş bir kaynak boncuğu olması ve işlenerek sertleştirilmiş bir kaynağın etkili bir çatlak başlatıcı olmasıdır.
(10) İç geçişler işlenerek sertleştirilmeyecektir çünkü üzerlerine uygulanan sonraki kaynak boncukları işlenerek sertleştirilmiş durumu tavlayacak ve çatlamaya neden olmayacaktır.
(11) Bu arada, kaynaktan sonra gerilim giderme her zaman peening hasarını gidermez, ancak sonraki kaynak bunu sağlar. Bu nedenle, peeningdeki kural ilk ve son geçişler hariç hepsini peening yapmaktır. Orta şiddette darbeler kullanmak önemlidir çünkü tekrarlanan orta şiddette darbeler peening için birkaç ağır darbeden çok daha iyidir. Peening aletinin hafif ve tasarım olarak keskin olmaktan ziyade kör olması zorunludur.
(12) Bozulmayı ve gerilmeleri kontrol etmenin en yaygın kullanılan yöntemlerinden biri ön ısıtmadır . Kaynaktan önce ön ısıtma, çatlak oluşumu tehlikesini ortadan kaldırır veya azaltır, kaynaklara bitişik sert bölgeleri en aza indirir, büzülme gerilmelerini en aza indirir, bozulmayı azaltır ve çelikten hidrojenin yayılmasını artırır. Kabaca ama gerçekçi bir kural olarak, 260 o C’lik bir ön ısıtma genellikle 800 o C’lik son ısıtmaya eşittir (tıpkı bir ons önlemin bir pound kürlemeye eşit olduğu söylendiği gibi).
(13) Elbette, bakım kaynağında soru şudur: Ön ısıtma ne zaman gereklidir? Birçok kaynakçı, yumuşak çelikte ön ısıtmanın asla gerekli olmadığına inanır. Bu büyük bir hatadır çünkü yumuşak çelik, bölümler dört inçten kalınsa ve diğer özel durumlarda her zaman önceden ısıtılmalıdır. Kaynak yapılan parça şu özelliklere sahipse ön ısıtma ihtiyacı büyük ölçüde artar: birincisi, büyük bir kütle; ikincisi, düşük bir sıcaklıktaysa veya daha düşük sıcaklıktaki bir ortamda bulunuyorsa; üçüncüsü, küçük elektrot çaplarıyla kaynaklanmışsa; dördüncüsü, yüksek doğrusal hızda kaynaklanmışsa; beşincisi, karmaşık bir şekle ve tasarıma sahipse; altıncısı, temel metal yüksek karbon veya yüksek alaşım içeriğine sahipse; yedincisi, hava sertleştirme kapasitesine sahipse veya son olarak, bitişik parçaların boyutunda büyük bir değişiklik varsa. Bu durumlarda, ön ısıtma çok daha önemlidir.