Bu makale, kaynağın bazı özelliklerini, yani yerel füzyon ve katılaşma fenomeni ile termal akış ve bunun sonucunda ortaya çıkan etkileri tanımlamak ve ölçmek için kaynak enerjisi kavramını ele almaktadır . Kaynak yapılacak parçadaki sıcaklıkların hesaplanması için yöntemler sunar ve diğer şeylerin yanı sıra kaynakta ustalaşmak için gerekli araçlar olarak ön ısıtma, geçişler arası sıcaklık ve kaynak yapılacak parçaların başlangıç sıcaklığı kavramlarını tanıtır ve özlü bir şekilde sunar, kaynakların mekanik testinin ana yöntemleri. Makale, " çelik " tipi malzemelerle ilgili bazı vaka çalışmalarını içermektedir .
Kaynak , kaynak yapılan parçalar arasında doğa sürekliliği sağlayan kalıcı bir birleştirme tekniğidir. Kaynak terimi, bir dolgu ürünü ilavesiyle veya eklenmeden, birleştirilecek kenarların füzyonu ile oluşturulan birleştirilecek parçaları birbirine bağlayan alaşımı belirtmek için kullanılır. Bu nedenle kaynak, sadece temel malzemelerin (kaynaklanacak malzemeler) karıştırılmasının veya temel malzemeler ile bir dolgu ürününün karıştırılmasının bir sonucu olabilir. Metallerle ilgili olarak, çoğu işletme modunun geliştirilmesi için gerekli olan ön çalışmalarla kaynak yapılabilir; çelikler (sözde kaynaklanabilir), bakır, alüminyum, nikel ve bunların alaşımlarını içerir.
Kaynak sırasında, birleştirilecek malzemelerin hiçbir zaman kaynaşmadığı sert lehimleme durumunda olanın aksine, birleştirilecek elemanların yerel olarak kaynaşması vardır.
Metallerle ilgili olarak, üç tür kaynak vardır:
Plastiklerin kaynağı, birleştirilecek yüzeyleri eritip, bir araya getirerek, temas ettirerek ve bu şekilde oluşan karışım katılaşana kadar muhafaza ederek aynı nitelikte sürekliliği sağlayan kalıcı bir montaj tekniğidir. Çoğu plastik iki kategoriye ayrılır: kaynaklanabilir olan termoplastikler ve olmayan termosetler. Bu kaynaklanabilir plastiklerden en yaygın olanları polivinil klorür (PVC) , polipropilen , akrilonitril bütadien stiren (ABS) , polietilen ve akriliklerdir. Metal kaynakta olduğu gibi, dolgu ürünlerini kullanabilen veya kullanmayan çeşitli işlemler vardır.
Orta Çağ'da kazan ve demirci sanatı gelişti ve çekiçleme / kaynak tekniği kullanılarak birkaç demir obje üretildi. Orta kadar XIX inci kaynağı işlemleri yüzyıl biraz gelişmeye metali ısıtmak için gaz kullanılarak başlar 1850 civarındadır kaynak yapılacak.
Tüm bu süreçler, 1920 civarında endüstriyel patlama yaşayacak.
Pek çok kaynak işlemi, elektrik arkını bir füzyon enerjisi kaynağı olarak kullanır, çünkü arktan gelen ısı kolayca konsantre edilebilir ve kontrol edilebilir. Bir elektrik ark boyunca fizik Metal transferi kapsamlı olarak ele alınmıştır XX inci yüzyıl. Elektrik arkı, plazma adı verilen bir iyonize gaz kolonunda tutulan nispeten büyük bir elektrik akımı akışından oluşur.
Bir arkın gücü, ark boyunca voltajın çarpı ark boyunca akan akımın çarpımı olarak elektriksel birimlerde ifade edilebilir. 23 V gerilim arkı ve 200 A şiddeti için verilen değerler için arkın hesaplanan gücü 4600 W'tır . Arkın sıcaklığı 3000 ° C'ye ulaşabilir . Elektrik arkının ürettiği bu ham gücün tamamı aslında kaynak işlemlerinde kullanılmamaktadır. Isı kullanım verimlilik oranı, konveksiyon, iletim, radyasyon özelliklerine ve bu ısı kayıplarından sorumlu projeksiyonlara bağlı olarak yüzde 20 ila 90 arasında değişebilir. Örneğin, ısı kullanım verimlilik oranı TIG kaynağında nispeten düşük, örtülü elektrot kaynağında orta ve toz halinde akı ark kaynağında yüksektir.
Isı kaynağı olarak bir plazma arkının (veya bir plazma torçunun) kullanımı daha yenidir. Plazma arkı, plazma torçlarına entegre edilmiş bir meme tarafından oluşturulan bir plazma gazı girdabında ( helyum, argon ) bir elektrik arkının daraltılmasıyla elde edilir . Bu nedenle, elektrik arkına uygulanan mekanik kuvvetler vasıtasıyla, ikincisi plazma durumuna geçer. Plazma arkının sıcaklığı 25.000 ° C'ye ulaşabilir .
Joule etkisi, direnç, elektrogaz ve elektroslag kaynak işlemleri gibi çeşitli kaynak işlemlerinde kullanılır.
ile:
Joule veya watt.saniye cinsinden üretilen enerji, Amper cinsinden elektrik akımı, Ohm cinsinden elektrotlara elektriksel direnç, Elektrotlar arasında elektrik akımının oluştuğu süre.ile:
Joule veya watt.saniye cinsinden üretilen enerji, Eriyik banyosunun oluşturduğu direnç boyunca volt cinsinden kaynak gerilimi, Erimiş havuzdan geçen amper cinsinden yoğunluk, Eriyebilir elektrot ile eriyik banyosu arasında elektrik akımının oluştuğu süre.Alev kaynağı durumunda, iki özelliğe sahip olmalıdır:
Farklı yanıcı gazlar kullanılır, ortaya çıkan alevler, nötr bir alevle ulaşılan maksimum sıcaklığa göre sınıflandırılabilir:
Gazın doğası | Nötr alev | |
---|---|---|
Soyadı | ° C Max | ° C |
Asetilen | 3102 | 3100 |
HARİTA (*) | 2902 | 2600 |
Propilen | 2857 | 2500 |
Hidrojen | 2871 | 2390 |
Propan | 2777 | 2450 |
LNG / metan | 2742 | 2350 |
(*) Metilasetilen-propadien (stabilize)
Oksijende asetilenin yanma reaksiyonu iki aşamada gerçekleşir:
Oksiasetilen alevinin sağladığı toplam ısı 1260 kJ / mol'dür . İlk reaksiyon, toplam ısının% 36'sını sağlar.
Ekzotermik kaynak, kaynak yapılacak parçaların kenarları arasında oluşan bir ekzotermik kimyasal reaksiyonla elde edilen bir ısı kaynağının kullanıldığı tüm işlemleri içerir. Bu sürecin kullanımının en temsili örneği, demiryolu raylarının uç uca birleştirilmesidir (bkz. Şekil 4).
En sık gerçekleştirilen ekzotermik reaksiyonlar aşağıdaki gibidir:
Demir ve alüminyum oksit esaslı:
3FE 3 O 4 + 8AL → 9Fe + 4AL 2 O 3 + 3 010 kJ / mol ( 3088 ° C )3FeO + 2Al → 3Fe + Al 2 O 3 + 783 kJ / mol ( 2.500 ° C )Fe 2 O 3 + 2Al → 2Fe + Al 2 O 3 + 759 kJ / mol ( 2960 ° C )Bakır ve alüminyum oksit esaslı:
3CuO + 2Al → 3Cu + Al 2 O 3 + 1.152 kJ / mol ( 4.866 ° C )3Cu 2 O + 2A → 6Cu + AI 2 O 3 + 1 089 kJ / mol ( 3 138 ° C )Nikel alüminyum oksit esaslı:
3NiO + 2A → 3Ni + AI 2 O 3 + 864 kJ / mol ( 3 171 ° C )Krom ve alüminyum oksit esaslı:
Cr 2 O 3 + 2Al → 2Cr + Al 2 O 3+ 2287 kJ / mol ( 2.977 ° C )Manganez ve alüminyum oksitlere dayalı:
3MnO + 2Al → 3Mn + Al 2 O 3 + 1.686 kJ / mol ( 2.427 ° C )3MnO 2 + 4Al → 3Mn + 2Al 2 O 3 + 4.356 kJ / mol ( 4.993 ° C )Isı ve / veya basınç, kaynakta yaygın olarak kullanılan enerji kaynaklarıdır. Kaynak fiziği, termodinamik, ısı, elektrik, manyetizma, LAZER ve akustik gibi çok karmaşık fenomenleri içerir ... Kaynak genellikle Joule etkisiyle elde edilen, kaynak bağlantısının çevresinde bulunan bir ısı kaynağının kullanımını içerir. Direnç kaynağı işlemi ( elektrik ), kaynak yapılacak iki parçanın oluşturduğu kontakt direncinde elektrik akımının geçişi sırasında kaynak noktasının sağında elde edilen, birbirine bastırılmış olarak tutulur. Kaynaklanacak parçalar arasındaki sürtünme veya elektrik boşalması (kıvılcım veya elektrik arkı), birçok işlemde verimli bir şekilde kullanılan kaynak enerjisinin yerel uygulamasını da gösterir.
Akla gelebilecek neredeyse her ısı odaklama kaynağı, bir seferde kaynakta kullanılmıştır. Büyük teknik öneme sahip kullanılan farklı ısı kaynakları şunlardır:
Bu enerji kaynaklarını kullanan kaynak işlemleri genellikle kullanılan enerji türüne göre belirlenir ve hatta tanımlanır. Isı kaynağı, işlemin türüne veya uygulama türüne bağlı olarak kaynaklanacak parçalara göre mobil veya sabit olabilir. Bu süreçler şunlardır:
Üretim açısından (teslim edilen tonaj, toplam satışlar), bu işlemler, kaplamalı elektrot kaynak işleminin ağırlıkta olduğu en önemlisidir.
Tüm bu işlemlerde ısı, birleştirilecek kenarlara veya yüzeylere odaklanır ve gelecekteki kaynaklı bağlantıya karşılık gelen bir yol boyunca adım adım uygulanır. Bu tür kaynak işlemlerinde, ısı transferi, birleştirilecek malzemelerin yerel füzyonunu üretmek için gerekli enerjiye sahip olmak için yeterli olmalıdır.
Güç aktarımı, enerjinin ısı kaynağından iş parçasına birim zamanda iletildiği ve watt (saniyede joule) cinsinden ifade edildiği hızdır. Yoğunluk, ısı kaynağı ile iş parçası arasındaki birim etkili temas alanı başına güç aktarımının ifadesidir ve genellikle metrekare veya milimetre kare başına watt olarak ifade edilir. Yoğunluk, açık bir şekilde, her tür ısı kaynağı için geçerli olan ısının ölçüsüdür ( bazen ısı kaynaklarının niteliksel karşılaştırmaları, elektrik arkları ve alevler için tatmin edici bir yoğunluk indeksi olan sıcaklığa dayanır, ancak bir elektron için sıcaklıktan bahsetmek uygun olmazdı. ışın veya LAZER ışını ).
Elektrik arkı gibi kaynakta bir ısı kaynağına bakmanın bir yolu, iki ayrı ısı transfer sürecine bakmaktır. Isı önce kaynaktan iş parçasının yüzeyine aktarılır, ardından iletim, temas yüzeyinden malzemenin daha soğuk bölgelerine iletilir. Bu iki süreç bir şekilde rekabet halindedir. Elektron ışını gibi yüksek yoğunluklu bir kaynak durumunda, enerji ilk olarak hedeflenen yüzeye o kadar hızlı boşaltılır ki, yerel erime, iletim fenomeni önemli olmadan önce bile meydana gelir. Spektrumun diğer ucunda, örneğin bunsen brülöründen çıkan alev gibi çok düşük yoğunluklu bir kaynak, füzyona hiç ulaşmadan odaya büyük miktarda ısı iletebilir. Bir kaynak kaynağının verimliliği esasen ve kritik olarak yoğunluğuna bağlıdır.
Bir ısı kaynağının kaynaklanacak malzemeyi nasıl etkileyebileceğini belirlemek amacıyla kaynakta ısı akışını incelemek için, kaynak enerjisi kavramını (İngilizce Isı girdisi ) elde etmek esastır . Elektrik ark kaynağı durumunda, kaynak enerjisi, ısı kaynağının hareketi boyunca birim kaynak uzunluğu başına aktarılan enerji miktarıdır (elektrik arkı), milimetre başına joule cinsinden ifade edilir. Kaynak enerjisi, elektrik arkının watt cinsinden toplam gücünü saniyede milimetre cinsinden hareket hızına bölerek hesaplanır:
İle:
Milimetre başına joule cinsinden kaynak enerjisi (J / mm), Watt (W) cinsinden elektrik ark gücü ve Elektrik arkının saniyede milimetre (mm / s) cinsinden ilerleme hızı.İlk yaklaşım olarak, kaynak yapılacak malzeme üzerindeki ark enerjisinin şuna eşit olduğu göz önüne alındığında:
İle:
Volt (V) cinsinden kaynak gerilimi, Amper (I) cinsinden kaynak akımı veSorarsak:
İle:
Mm cinsinden yatırılan kaynak uzunluğu, L kaynak uzunluğunu yatırmak için geçen süreFormül şu şekildedir:
Amaç, ark ısısının kaynak yapılacak malzeme üzerindeki kesin etkilerini belirlemekse, net kaynak enerjisi: kullanılmalıdır:
Kaynak yapılacak parçaya gerçekte iletilen ısı miktarı ile ısı kaynağı tarafından üretilen toplam güç arasındaki oran olarak ifade edilen bir transfer katsayısı nerede bulunur . Neredeyse tüm örtülü elektrot kaynağı durumlarında, arasındaki fark ve çok önemli değildir çünkü transfer katsayısı 1'e çok yakındır ( her durumda 0.8'den büyüktür ).
Genel bir kural olarak, transfer katsayısının ana değerleri aşağıdaki gibidir:
TIG ve MIG ark kaynağı işlemleri (cürufsuz): EE ve MAG ark kaynağı işlemleri (en fazla 2 mm'den az kalınlığa sahip bir cürufla korunan erimiş havuz ): Toz akışı altında ark kaynağı işlemleri ( 4 ila 5 mm kalınlığında bir cürufla korunan erimiş havuz ):
Bir dakika (60 s) içinde gerçekleştirilen bir "L" kaynak birikintisi için formül şöyle olur:
Farklı koşullar altında bir dakikada (60 s) biriktirilen birkaç kaynak dikişi için kaynak enerjisi hesaplamalarına örnekler:
Kaynak parametreleri | Enerji | ||||
---|---|---|---|---|---|
Süreç | U (V) | Ben (A) | L (mm) | E (J / mm) | |
Kaplı elektrot (düz) | 0.8 | 23 | 185 | 225 | 908 |
Kaplı elektrot (dikey yükselen) | 0.8 | 22 | 130 | 45 | 3050 |
akış altında | 0.9 | 25 | 350 | 300 | 1575 |
TIG | 0.7 | 19 | 105 | 90 | 931 |
Çoğu ısı kaynağının birincil işlevi metali eritmektir. Belirli bir uzunlukta kaynak üretmek için eritilebilecek metal miktarı, kullanılan prosedürle belirlenir, yani:
İstisnasız olarak, metalurjik nedenlerden ötürü, gerekli hacimde erimiş metali minimum kaynak enerjisi kullanarak elde etmenin tercih edilebilir olduğu söylenebilir, bu da ısı kaynağı yüksek yoğunlukta olduğundan daha da ulaşılabilir bir hedeftir. Bu bakış açısından, burada, malzemeyi eritmeye gerçekten hizmet eden kaynak enerjisi fraksiyonu olan füzyon verimliliği kavramını tanıtmak önemlidir. Aşağıdaki Şekil 8'de şematik olarak gösterildiği gibi bir geçiş biriktirme numunesinin enine kesitinin incelenmesi, üç karakteristik yüzeyin vurgulanmasını mümkün kılar:
Erimiş metalin toplam kesiti şu şekilde verilir:
Dolgu metali kullanılmamışsa;
Belirli bir metal hacminin belirli bir başlangıç sıcaklığında erimesine neden olmak için gereken belirli bir teorik ısı miktarı vardır . Bu ısı miktarı, temel metal veya alaşımın bir özelliğidir ve metalin sıcaklığını erime noktasına yükseltmek için gereken ısı miktarına, katılaşma ısısı, katıyı sıvıya dönüştürmek için gerekli olan ısının eklenmesiyle elde edilir. erime noktası.
Aşağıdakiler için iyi bir yaklaşım verilir:
Bir kaynak geçişini karakterize eden füzyon verimliliği katsayısı , kaynaklı bölümün enine kesit alanı ve net kaynak enerjisi ölçülerek belirlenebilir. Katsayı , füzyon elde etmek için gereken minimum ısı miktarı ile kullanılan net kaynak enerjisi miktarı arasındaki orandır:
Füzyon verimliliği hem kaynak işlemine hem de temel malzemeye bağlıdır. Aynı zamanda bağlantı konfigürasyonu ve sac kalınlığı gibi faktörlere de bağlıdır. Füzyon verimliliği katsayısı, temel malzemenin ısıl iletkenliği ile ters orantılıdır. Isı iletkenliği ne kadar yüksekse, ısı iletimle kaynak yapılacak alandan o kadar hızlı tahliye edilecektir.
Yukarıdakilerle, enine kesitin ölçümü ile kaynak enerjisinin ölçümü arasında basit ama önemli bir ilişki kurabiliriz :
Vaka AnaliziBu nedenle, belirli bir malzeme için kaynakla biriken hacim ve enerji arasında bir ilişki grafiği oluşturmak mümkündür. Diğer taraftan, herhangi bir kaynak işlemi için, bir transfer katsayıları ve füzyon verimliliği önemli farklılıklar gözlemek ve bu tür gerilim, yoğunluk veya kaynak hızı gibi bir değiştirir kaynak parametreleri. Bu, erimiş metalin enine kesitinin esasen kaynak enerjisi ile orantılı olduğu anlamına gelir.
Örneğin, aşağıdaki koşullar altında kaplanmış elektrotla ark kaynağı ile biriktirilen bir geçiş durumunda, erimiş bölümün enine yüzeyinin boyutunu değerlendirmek mümkündür:
Kaynakta metalurjik olayları tahmin etmek ve kontrol etmek için, kaynakların içinde ve çevresinde kaynakta kullanılan gibi konsantre bir ısı kaynağı tarafından üretilen termal koşulların oluşturulması önemlidir, örneğin:
Isıdan Etkilenen Bölge (ZAC) veya Termal Olarak Etkilenen Bölge (HAZ) boyunca ulaşılan maksimum sıcaklıklar, erimiş metal ve HAZ soğutma hızlarının yanı sıra erimiş banyonun katılaşma hızlarının büyüklük sırası.Isı akışı çalışması ve bilgisi, bir spesifikasyonun gereksinimlerini karşılamak ve belirli bir malzemenin metalurjik davranışını hesaba katmak için oluşturulan çalışma modlarının geliştirilmesi ve ince ayarının yapılmasında çok önemlidir.
Aşağıda, "kaynaklı bağlantı" terimi hem erimiş metale, erime hattına (FL), ısıdan etkilenen bölgeye hem de ana metale atıfta bulunmak için kullanılmaktadır.
Kaynakta, ısının etkisi kısadır ve kaynağın ilerleme ritmine adım adım yerel hareket eder. Kaynaklı bir bağlantıda meydana gelen termal olaylar, cilalanmış bir numune ile gösterilebilir ve uygun bir reaktif ile saldırıya uğrayabilir. Genel çelikler söz konusu olduğunda, en yaygın kullanılan reaktiflerden biri nitaldir ; ustaca dozlanmış bir alkol (% 90 ila 95) ve nitrik asit karışımı.
Kaynaklı eklemin bir noktasındaki metalürjik dönüşümlerin tahmini ve yorumlanması, bu belirli yerlerde ulaşılan sıcaklık maksimumlarının dağılımı hakkında biraz bilgi gerektirir.
Düz bir alın eklemi üzerinde tek geçişli kaynak olması durumunda, sıcaklık tepe noktasının kaynağa bitişik ana metale dağılımı şu şekilde verilir:
İle:
= sıcaklık tepe noktasını bilmek istediğimiz bağlantı bölgesine olan mesafe, = bağlama bölgesinden x (mm) uzaklıkta santigrat derece cinsinden ulaşılan maksimum sıcaklık (erimiş metal ile erimeyen metal arasındaki sınır). Yapışma bölgesinde alınan bir noktanın erime sıcaklığına ulaştığı kabul edilir, = ilk oda sıcaklığı (° C), = ana metalin erime sıcaklığı (° C), = özgül ısı yoğunluğu: ° C ( katı haldeki metalin özgül ısısı ile malzemenin yoğunluğunun J / g. ° C cinsinden çarpımı ), = sac kalınlığı (mm), = J / mm cinsinden net kaynak enerjisi. Elektrik ark kaynağı durumunda: ( transfer katsayısı, U = kaynak gerilimi, I = kaynak akımı ve V = mm / s cinsinden kaynak hızı) ile,En yüksek sıcaklık denklemi iki şekilde kullanılabilir:
bağlantı bölgesinin x değerinden uzak bir noktada ulaşılan maksimum sıcaklığı belirlemek için veya malzemenin bir dönüşüm noktasının sıcaklığıyla değiştirilerek HAZ genişliğini hesaplamak için . Vaka AnaliziVeya bir ana metal, bu durumda, aşağıda belirtilen fiziksel özelliklere sahip ve aşağıdaki koşullar altında kaynaklanmış bir çelik:
En yüksek sıcaklık denklemi bu nedenle çok ilginç ve kullanışlı olabilir. Ancak gelişmesine izin veren hipotezlerin yeniden tanımlanması gerekmektedir. Her şeyden önce, sıcaklık tepe noktası denklemi, ince levha üzerindeki termal akış denilen şeyden, yani iletim fenomeni iki boyutlu bir şekilde gerçekleştiğinde ( yüzey sac levhaya paralel yollara göre) izler . Denklem, bu nedenle, kalınlık dikkate alınmaksızın bir alın eklemi üzerinde tam nüfuziyetli tek geçişli kaynak durumunda geçerlidir. Ayrıca atanan geçişler arasındaki sıcaklığın dikkate alınması şartıyla 4 ile sınırlı çok pasolu kaynağa da uygulanabilir .
Elektrik ark kaynağında genellikle geniş geçişlerde veya dar geçişlerde çalışma seçeneği vardır. Seçim, her iki durumda da teknik ve ekonomik hususlara dayanmaktadır. Bununla birlikte, ikinci seçenekte (düşük enerjide birkaç geçiş) koşullar, ZAT genişliğinin azaltılması için elverişli olacaktır ve daha da fazlası, geçişler arasında oldukça düşük bir sıcaklık muhafaza edilirse.
Isı akışının bir diğer önemli yönü, kaynakta soğutma hızının incelenmesidir. Saniyede onlarca derece mertebesindeki bu hızlar, büyüklük sırasının dakikada birkaç derece olduğu demir ve çelik ve dökümhane gibi diğer metalurji alanlarında karşılaşılanlarla karşılaştırılamaz.
Bir sıcaklık zirvesine yakın veya ulaşmış olan bir noktada soğutma hızı, metalurjik yapıyı, özellikleri ve hatta kaynaklı bağlantının mukavemetini önemli ölçüde etkileyebilir. Ulaşılan sıcaklık zirveleri tarafından üretilen metalürjik yapılar ve ilişkili soğutma hızları, özellikle katı hal dönüşüm noktaları olan malzemeler üzerinde, kaynağa özgüdür ve örneğin çelik üreticilerinde ve kurucularda neredeyse hiç karşılaşılmaz.
Soğutma hızlarının hesaplanması ve karşılaştırılması, gerçekleştirme koşullarının titizlikle belirlenmesini gerektirir. En pratik yöntem, metal kritik bir sıcaklığa ulaşır ulaşmaz erimiş metalin ekseninde soğutma oranını oluşturmaktır . Erime sıcaklığının çok altındaki bir sıcaklıkta, kaynağın soğuma hızı ve alttaki ısıdan etkilenen bölge (boncuğun altındaki bölge) pratik olarak konumdan bağımsızdır. Karbon ve düşük alaşımlı çelikler söz konusu olduğunda, en ilgili kritik sıcaklık, TTT eğrilerinin perlitik dönüşüm burnuna karşılık gelen sıcaklıktır (Zaman, Sıcaklık, Dönüşüm). Kesin sıcaklık kritik değildir ancak tüm hesaplamalar ve karşılaştırmalar için aynı olmalıdır. Değeri ° C Bu çeliklerin çoğu için yeterlidir. Soğutma hızlarının incelenmesinden ortaya çıkan ana uygulama, ön ısıtma ihtiyacının ve sıcaklığının belirlenmesidir.
Nispeten kalın bir levha için, yani alın kaynağının en az altı geçişte yapılması gerekiyorsa, soğutma hızı şu şekilde verilir:
İle:
= ° C / s cinsinden soğutma hızı,
= Malzemenin J / mm.s. olarak ısıl iletkenliği ° C hatırlatıcı olarak 0.028 J / mm.s. ° C çelikler için.
Alın kaynağı için dörtten fazla geçiş gerektirmeyen ince bir levha durumunda, soğutma hızı şu şekilde verilir:
Kalın bir tabakada, termal akış üç boyutludur ( yanal olarak ve kalınlıkta ısı difüzyonu ). Kalın levha denklemi, örneğin, kullanılan kaynak enerjisine kıyasla büyük kütleli bir levha üzerine bırakılan küçük bir kaynak geçişinin damlası altındaki soğutma oranını karakterize etmek için geçerlidir.
Bununla birlikte, ince levha denklemi, bir alın bağlantısının tam nüfuziyetli tek geçişli kaynağı gibi yanal ısı akışı durumunda geçerlidir.
Ancak kalın levha ile ince levha arasındaki fark oldukça öznel kalır çünkü " ince " ve " kalın " niteleyiciler mutlak ölçütler değildir, bu nedenle daha rasyonel bir şekilde bir seçim ölçütü tanımlamak gerekir. Bu kriter, " göreli kalınlık " olarak adlandırılan boyutsuz bir sayıdır ve not edilmiştir :
Kalın tabaka denklemi ne zaman ve ince tabaka denklemi ne zaman geçerlidir .
0.6 ile 0.9 arasında olduğunda , kalın tabaka denklemi çok hızlı soğutma oranları verir ve ince tabaka denklemi çok yavaştır, ancak keyfi olarak bir değer alarak n ' üzerinde yapılan hata % 15'i geçmez.
Kaynak yapılacak parçanın başlangıç sıcaklığı ne kadar yüksekse, soğutma hızı o kadar yavaş olacaktır. Dengesiz, genellikle kırılgan yapıların oluşumunu önlemek için bu amaçla sıklıkla ön ısıtma kullanılır. Örneğin, sertleştirilmiş çeliğin kaynaklanması durumunda , ısıdan etkilenen bölgelerde kırılgan sertleştirme yapılarının ( martensitik tip ) gelişebileceği kritik bir soğutma hızı vardır . Bu durumda, kaynak sırasında ortaya çıkan hidrojenin ve mekanik gerilmelerin ( genişlemeler ve büzülmeler ) birleşik etkisiyle bu kırılgan boncuk yapılarında büyük bir çatlama riski ortaya çıkar . Uygun soğutma hızı denkleminin kullanılması daha sonra bir ön ısıtma sıcaklığını hesaplamak için kaynak koşullarının bir fonksiyonu olarak kritik soğutma oranını belirlemek için kullanılabilir.
Su vermeli kaynak çeliklerinde çözülmesi gereken ilk sorun kritik soğutma oranının belirlenmesidir. Bu, deneysel bir şekilde basit ve verimli bir şekilde, test edilecek çelikle aynı derecedeki bir sac metal kupon üzerine bırakılan birkaç kaynak geçişinin damağı altındaki sertliği inceleyerek ( İngilizce "Plaka Üzerinde Boncuk Testi" ) ve yapmamak kaynak ilerleme hızı olarak değişir, diğer tüm şeyler eşittir.
Vaka AnaliziÖrneğin, yukarıdaki sıcaklık zirvesi çalışmasında kısmen kullanılan koşulları ele alalım:
Bu sıcaklık, yüzeyde mevcut olan nemi ortadan kaldırmak için kupon üzerinde yapılan bir düzeltmeye karşılık gelir.yukarıda tanımlandığı gibi kritik bir sıcaklıktaKarşılık gelen kaynak enerjisini belirlemek için kupon üzerine bırakılan kaynak boncuklarının her biri için kaynak parametrelerinin bir okuması alınır. Örneğimizde kaynak ilerleme hızlarının aşağıdaki gibi olduğunu varsayıyoruz; 9, 10, 11 ve 12 mm / sn . Her bir boncuğu gerçekleştirmeden önce , sonuçların karşılaştırılabilir olması için başlangıç sıcaklığının beklenen 50 ° C'yi aşmadığının kontrol edilmesi önemlidir .
Boncuklar yapıldıktan sonra, makroskopik incelemeler ve sertlik ölçümleri için bir enine kesit alınır (bakınız şekil 8) daha sonra parlatılır ve nital ( nitrik asit ve metillenmiş ispirto karışımı) ile aşındırılır . Yüksek sertlikteki yapıların 11 ve 12 mm / s hızlarda yapılan çökeltilerin altında bulunduğu , ancak diğerlerinde bulunmadığı varsayıldığında, kritik soğutma hızının 10 ila 11 mm / s arasındaki bir kaynak ilerleme hızından kanıtlandığı sonucuna varılmalıdır. s . Daha doğrusu, 10 mm / sn'de biriktirilen boncuk güvenli bir soğutma hızı ortaya çıkarır ve bu hız için kaynak enerjisi:
Bu kaynak enerjisi değeri için bağıl kalınlık:
Bu nedenle geçerli olan ince levha denklemidir ve:
bu kritik soğutma hızı verir:
Artık, belirli bir güvenlik marjı ile, kısmen soğuk çatlama olgusunun ortaya çıkmasına katkıda bulunan kırılgan yapıların üretimini önleyen maksimum soğutma oranını biliyoruz. Metalurjide, sürekli soğutmada yapının dönüşümü için özel bir yaklaşım vardır. Bu, belirli çelik türleri için, soğutma hızının bir fonksiyonu olarak yapıların görünümünü tahmin etmek için çok faydalı TRC eğrileri veya diyagramları geliştirmeyi mümkün kıldı.
Yukarıdaki örneğe devam etmek gerekirse, yine aynı çelik üzerinde ve eğer kaynak parametreleri:
Manuel kaplamalı elektrot ark kaynağı işlemi ,İle:
İnce levha denkleminin hala uygulanabilir olduğunu varsayarsak, şunu elde ederiz:
bu, bu durum için aşağıdaki gibi bir soğutma hızı verir:
Bu soğutma hızı hesaplanan kritik hızdan daha yavaş olduğu için ön ısıtma uygulanmasına gerek yoktur. Bununla birlikte, bu aynı kaynak parametreleri 25 mm kalınlığındaki bir levhaya uygulanırsa :
Bağıl kalınlık şu hale gelir:
Bu nedenle, sembollerin halihazırda bilinen değerlerle değiştirildiği durumlarda geçerli olan kalın levha denklemidir:
Dır-dir
Sızdırmazlık tipi, ısı akışında ve dolayısıyla soğutma hızında önemli bir rol oynar. Bir "Tee" bağlantı, üç "kanatlı" bir radyatör gibi davranacak ve kaynak enerjisinden kaynaklanan ısı, yalnızca iki soğutma "kanatlı" bir bağlantıya göre daha hızlı dağıtılır: yani, uçtan uca veya bir açıyla . Bu durumda önceki hesaplamalar, bir alın kaynağı durumuna geri dönüldüğünde meşru olur, çünkü bu kişi, hesaplamalarda kaynak enerjisinin yalnızca üçte ikisini hesaba katacaktır.
İlk uygulama durumunda, kaynak koşulları şunlardı:
Manuel kaplamalı elektrot ark kaynağı işlemi , Vaka AnaliziAlın eklemi "T" bağlantıyla değiştirilirse, kaynak enerjisi şu hale gelir:
Yeni soğutma hızının hesaplanması. İnce levha denkleminin hala uygulanabilir olduğunu varsayarsak, şunu elde ederiz:
bu, bu durum için aşağıdaki gibi bir soğutma hızı verir:
Soğutma hızı, bir popo eklemine göre iki kat daha hızlıdır! Soğutma oranını uygun bir değere getirmek ve böylelikle soğuk çatlamaya yol açabilecek kırılgan yapıların oluşumunu önlemek için uygun ön ısıtma ile ek ısı sağlanması gerekir.
İlk durumda olduğu gibi aynı soğutma koşullarında olmak, yani 4.7 ° C / s'lik bir soğutma hızı elde etmek için , denklemin sembollerini bilinen değerlerle değiştirerek uygun değeri bulma sorunu olacaktır. :
Bu ön ısıtma sıcaklığı, 7,3 ° C / s'lik kritik soğutma hızının oldukça altında olan 4,7 ° C / s'lik bir soğutma hızına dayandığından oldukça muhafazakârdır . 6 ° C / s'lik bir soğutma hızı seçerek, iyi bir güvenlik marjı korurken ön ısıtma sıcaklığını düşürmek mümkün olacaktır.
Denkleme 6 ° C / s'lik bir soğutma hızı ekleyerek yeni bir eşitlik elde ederiz:
Buradan yeni bir ön ısıtma değeri elde ediyoruz:
Bu düşük ön ısıtma sıcaklığı, kaynakçı için daha az rahatsız edici olacaktır ve buna bağlı olarak ısıdan etkilenen bölgenin genişliğini azaltacaktır ( yukarıdaki sıcaklık tepe noktasıyla ilgili paragrafa bakın ).
Ön ısıtma sıcaklığının seçimi hem deneyim hem de hesaplama yoluyla ( veriler mevcut olduğunda ) yönlendirilir. Optimum sıcaklık, kırılgan yapıların oluşumuna karşı koruyan, yani kendine bir güvenlik marjı sağlarken kritik soğutma hızının biraz altında olandır. Ne yazık ki, ön ısıtma sıcaklığının baz metalin fiziksel bir özelliği olarak kabul edildiğini bulmak hala yaygındır. Örneğin, yanlış bir şekilde 250 ° C'lik sıcaklığın% 2.25 krom alaşımlı bir çeliğin ön ısıtma sıcaklığı olarak kabul edildiğini düşünmek mümkündür! Bu, kullanılan kaynak prosedürüne bağlı olarak, zamanla kaynaklı bağlantının direnci için çok tehlikeli sonuçlar doğurabilir; 250 ° C'lik sıcaklık çok yüksek veya yetersiz olabilir.
Bu nedenle , baz metalin bir özelliği olan , ön ısıtma sıcaklığı değil kritik soğutma hızı olduğu not edilmelidir . İlk durumda, 8 mm kalınlıkta kullanılan kaynak koşulları ön ısıtmayı içermez. İkinci durumda, aynı ana metale ancak 25 mm kalınlığa uygulanan aynı koşullar 332 ° C'ye kadar ön ısıtma gerektirir ve son olarak, iki levha kaynak yapmak için 135 ° C'ye kadar ön ısıtma yapılması gereken üçüncü durum. 8 mm kalınlığında ancak bir "T" eklem oluşturuyor.
Sağlık, iş güvenliği ve kaynakçı konforu sorunları için, ısıdan etkilenen alanların genişliğini azaltmak ve ekonomik nedenlerle mümkün olduğunda en düşük ön ısıtma sıcaklıklarını elde etmek her zaman faydalıdır.
Bazı metallerde soğumaları sırasında çimlenme / büyüme ile faz değişimli dönüşümler gözlemlenebilir. Bu nedenle, yüksek sıcaklıkta dengede olan bir faz, soğuması boyunca, metaller arası bir bileşiğe, bir allotropik dönüşüme , bir ötektoide veya hatta üçünün hepsi olmasa da aynı anda üçünün bir kombinasyonuna yol açabilir .
Bir yapısal çelik durumunda, örneğin östenit veya ( yüz merkezli kübik yapı ), A1 ve A3 dönüşüm noktaları arasındaki stabil, soğutma sırasında aşağıdaki gibi birkaç aşamaya neden olabilir:
Ancak bu tip bir malzeme, bu fazın dengede olduğu sıcaklıktan çok hızlı soğutulduğunda, çimlenme / büyüme ile faz dönüşümlerinin meydana gelmesi için gerekli zamana izin verilmeden, içindeki elementler bir şekilde donmuş haldedir. matris ve çimlenme / büyüme fenomenini uygulamayan anlık bir değişim meydana gelir, ancak başlangıç aşamasının yapısının ayrıcalıklı eksenleri boyunca ani bir kayma meydana gelir, bu martensitik dönüşümdür . Belirli bir sıcaklıkta oluşabilen tüm faz, çevreleyen yapının kesilmesi / plastik deformasyonu ile pratik olarak tek seferde görünür, ilk fazın geri kalanını yarı kararlı durumda bırakır (çeliğimizde , sözde artık östenit olarak) ). Dönüşüm, sıcaklık düşerse ve yeni alanların yaratılmasıyla (önceden oluşturulmuş alanların büyümesiyle değil ) yeniden başlar. Martensit plakalarının görünümünün hızını mertebesindedir 2,500 km / saat ( bir metal elastik dalganın yayılma hızı ). Martensit dönüşümünün başlama sıcaklığı, martensit başlangıcı için Ms noktası ve martensit bitişi için Mf noktası tarafından bitiş sıcaklığı ile belirlenir .
Genel bir kural olarak, martensitik yapılar yumuşak ve dövülebilirdir (örnekler: kriyojenik uygulamalar için% 9 nikel içeren çeliklerin martensiti ve taze söndürme üzerinde çalışılan duralumin ). Bununla birlikte, sertleştirilmiş çeliklerde üretilen martensit, karbon varlığından dolayı sert ve kırılgandır. Bu sertlik, karbon içeriği ile aynı yönde artar.
Martensitik bir yapıyı ısıtırken:
- ya aynı dönüşümleri ters yönde, ancak biraz gecikmeyle yeniden üretiriz (histerezis fenomeni ), - ters dönüşüm gerçekleşmez çünkü martensit ayrışır.Çeliklerde meydana gelen ikinci durumdur. Çeliklerdeki martensit, difüzyon mekanizmalarından ince dispersiyonda 300 ° C'den Fe + Fe 3 C'ye dönüşmek üzere ayrışır, soğuk çatlamaya daha az duyarlı, aranan bir yapı olan temperlenmiş martensittir.
Bu fenomeni , TTT diyagramları ( zaman, sıcaklık, dönüşüm ) ve hepsinden önemlisi kaynak durumunda TRC diyagramları ( sürekli soğutmadaki dönüşümler ) aracılığıyla inceliyoruz.
Aşağıdaki TTT eğrisi çalışması, A3'ün ( AC3 ) üzerinde bir sıcaklığın muhafaza edilmesinin çeliği tamamen östenite dönüştürdüğünü göstermektedir. Üç soğutma eğrisi çizilir: V 1 , V 2 ve V 3
Bununla birlikte, TTT diyagramları, sürekli soğutma sırasında meydana gelen dönüşümleri incelemek için çok uygun değildir. Belirli bir süre boyunca bir sıcaklıkta tutulan yarı kararlı bir fazın dönüşüm oranını belirlemek için oluşturulmuşlardır ve bu nedenle ısıl işlem ( "metalürjik tavlama" işlemi olarak adlandırılır) sırasındaki dönüşümleri tahmin etmek için oldukça uygundurlar .
Kaynakta karşılaşılan termal akış durumunda, kaynakçılar TRC diyagramlarını tercih ederler.
Sürekli soğutma sırasında belirli çelik sınıflarının geçebileceği farklı alanları temsil eden, TRC diyagramları olarak da adlandırılan bu eğrilerdir. Bu alanlar ostenit, ferrit, bainit, martensit veya perlittir. Soğutma hızları için farklı yörüngeler çizilmiştir: en yaygın olanı. Soğutma oranları büyük ölçüde değişebildiğinden, zaman ölçeği logaritmiktir. Her alanın sınırında, soğutma hızının bir fonksiyonu olarak geçilen fazın oranı (% olarak) genellikle verilir. Elde edilen çeliğin sertliği (Rockwell veya Vickers) da genellikle her karakteristik soğutma hızı için belirtilir. Tahmin edebileceğimiz gibi, bu eğriler kaynak konusunda büyük ilgi görüyor ve bunları elde etmek için çelik üreticilerine, test laboratuvarlarına veya çeliklerin (örneğin OTUA veya IRSID) tanıtımı için kuruluşlara yaklaşabiliriz.
Katılaşma süresi, metalurjik yapıda, ısıl işlemlere duyarlılıkta ve erimiş metalin iç sağlığında son derece önemli bir rol oynar.
Erimiş metalin saniye cinsinden katılaşma süresi, kaynakta sağlanan net enerjiye bağlıdır:
İle:
Erimiş metaldeki bir noktada katılaşmanın başlangıcından sonuna kadar saniye cinsinden katılaşma süresi. Füzyon ısısımisal:
Durum No1 koşulları altında: 8 mm kalınlığında bir "T" ile kaplı elektroda kaynaklanmış;
Kaynaktaki katılaşma süresinin, izabe ve çelik üreticilerinde karşılaşılan katılaşma süreleri ile karşılaştırılamayacağı hemen fark edilir. En şiddetli soğutma koşullarında, bir döküm külçesinin katılaşması bir dakikadan fazla zaman alacaktır, bu da kaynak sırasında katılaşma süresinin altmış katından fazlasını temsil etmektedir. Kaynaktaki katılaşma yapılarının dökümhanelerde veya çelik fabrikalarında karşılaşılanlarla hiçbir ilgisi olmaması ve katılaşma diyagramlarının sağladığı koşullardan çok uzak olması şaşırtıcı değildir.
Endüstride kullanılan çoğu alaşım, bir dendritik ayırma işlemiyle katılaşır ve erimiş bir metalin en dikkat çekici özelliklerinden biri, dendrit kolları arasındaki mesafedir. Dendrit, bir şekilde katılaşmanın oluşturulacağı kristalin (tohum) ilk iskeletidir ve kimyasal elementler (ilave, eşlik eden elementler ve safsızlıklar) bu kristallerin dış bölgelerine geri itilecektir. kristaller arasındaki sınırlar belirir.
Dendritlerin büyümesi epitaksiyeldir , yani bağlanma bölgesinin katı kristallerine göre modellenir ve yönlendirilir. Katı kristaller ve kristal kafeslerinde bir dizi ortak simetri elementine sahip olan kristaller. Katılaşma hızı çok hızlı ise, sıvı içinde pek çok katılaşma tohumu gibi davranacak dendritik adacıklar ortaya çıkar.
Safsızlıklar, baz metalde çok zayıf bir şekilde çözündüğünde, genellikle, bunlar, oluşacak son alaşım fraksiyonlarını oluşturdukları için, esas olarak kristallerin sınırlarında bulunma eğiliminde olan, düşük erime noktalı ötektikler oluştururlar. Tersine, yeniden ısıtmada, ilk önce sıvılaşarak kristallerin tam dekezyonuna neden olan bu aynı ötektik fraksiyonlardır. Bu, örneğin paslanmaz çeliklerin nikel sülfür (NiS) ile kaynatılmasındaki durumdur; bu, oluşabildiğinde kaynakçıların "sıcak çatlama" ile tanımladığı, ancak normalde öncekilerden belirtilmesi gereken zararlı olaylara neden olur. tarafından: "sıvılaşma" olgusu. Dar ve yüksek veya geniş ve ince olabilen kaynak geçişinin konfigürasyonuna bağlı olarak, dendritik segregasyon safsızlıkları sırasıyla merkeze veya yüzeye geri itecek ve böylece metalin direncinde önemli bir rol oynayacaktır. mekanik gerilmelere.
Dendritikler arası boşluk katılaşma süresinin karekökü ile orantılıdır. İki kaynak geçişini karşılaştırırsak, biri tavana açılı, diğeri dikey olarak yukarı; ikinci durumda kaynak enerjisi birincisine göre dört kat daha yüksek olabilir. Dendritikler arası boşluk ikinci durumda birincisine göre iki kat daha büyük olacaktır. Diğer bir deyişle:
Genellikle, ince bir dendritik yapı, ısıl işlemler sırasında daha iyi performans gösterir. Çoğu metal için, gerilme mukavemeti, akma mukavemeti, süneklik ve tokluğun bu tür dendritik yapılarda ve dolayısıyla oldukça kısa katılaşma süreleri ile geliştirildiği bulunmuştur. Birkaç geniş geçişte gerçekleştirilen yükselen bir dikey kaynak, çok sayıda dar geçişle gerçekleştirilen aynı kaynağa göre daha düşük mekanik özelliklere sahip olacaktır, diğer her şey eşittir.
Kaynak yapılan parçadaki sıcaklık değişimine zamanın bir fonksiyonu olarak kaynakta termal döngü denir.
Bu termal döngünün kaynak yapılan yapı üzerindeki etkisinin incelenmesi, eklem kaynatıldıktan sonra elde edilen özellikler, özellikler ve bütünlük üzerindeki etkisini gösterir. Kaynakta termal döngünün etkileri hem fiziksel hem de metalurjiktir ve kaynaklı bağlantının mekanik mukavemeti, boyutsal stabilite ve kaynaklı yapının geometrik toleransları üzerinde sonuçları vardır.
Yeterince kalın bir metal parçasında bir kaynak havuzu oluşturan sabit odaklanmış bir ısı kaynağı varsayalım. Erimiş metalin hacmi, izotermal yüzey adı verilen bir zarfla sınırlandırılır çünkü bu yüzeyin her noktası aynı sıcaklıktadır, metal parçanın erime sıcaklığı.
Geçici ısıtma rejimi sırasında, bu yüzeyin tüm noktaları, odanın başlangıç sıcaklığı ile erime sıcaklığı arasındaki mevcut tüm sıcaklıklardan geçmiştir.
Bu yüzey, ısıtma kaynağı sürekli olarak odanın kaldırmadığı kadar ısı sağladığı sürece aynı sıcaklığı korur. İzotermal yüzey pratikte yarım küre şeklindedir.
Kaynak kaldırıldıktan sonra, bu yüzeydeki tüm noktaların sıcaklığı düşer çünkü oda aldığından daha fazla ısıyı tahliye eder. Ortamdaki erime sıcaklığı ile denge sıcaklığı arasındaki mevcut tüm sıcaklıklardan geçer, bu geçici soğutma rejimidir.
Şimdi ısı kaynağını düz bir çizgide ve metal parçadan sabit bir mesafede hareket ettirelim.
Kaynak havuzunun şekli değişecektir. Başlangıçta yarım küre şeklindeki bir izotermal yüzeyden, banyonun önündeki soğuk bölgelerle temas halinde olan sınır yerleşecek ve sıcak bölgeleri terk eden arka kısım, anlık bir izotermal yüzey oluşturacak şekilde uzayacaktır.
Kutular dahil olmak üzere köprülerden nükleer reaktörlere kadar tüm metal yapılar, hizmet sırasında çalışma koşullarını karşılayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu yapıları oluşturan kaynaklar gibi kalıcı montajların bu aynı şartlara uygun özellik ve özelliklere sahip olması gerekir.
Kaynaklı bağlantıların, hizmetteki streslere dayanmak ve zaman içinde tatmin etmek için gerekli özellikler ve özelliklerle sağlandığından emin olmak için, ideal test, elbette, söz konusu yapının davranışının sürekli ve doğrudan gözlemlenmesi olacaktır ki bu her zaman mümkün değildir. fizibilite, uygulama maliyeti ve zaman faktörü açısından. Ayrıca, çoğu zaman, kaynaklı bağlantıları temsil eden numuneler, test parçaları veya numuneler üzerinde yaygın olarak gerçekleştirilen farklı test ve ölçüm türlerine başvururuz.
Bu testler ve ölçümler, bir kaynak prosedürünün uygulanmasından önce hem geliştirilmesi ve nitelendirilmesi hem de uygulanmasını ve sonuçlarının üretim boyunca uygunluğunu izlemek için yapılır. Test yöntemleri gerçek stres koşullarına pek benzemeyebilir, ancak beklenen performansın ilgili yapılarda değerlendirilmesine izin verir.
Bu bölüm, kaynaklı bir bağlantının özelliklerini ve özelliklerini değerlendirmek için kullanılabilecek inceleme, ölçüm ve test yöntemleriyle ilgilidir.
Test numuneleri, boyutları mümkün olduğunca temsili kaynak yapmaya izin verecek kadar yeterli olan kaynaklı bir parçadan alınır:
Öte yandan, kalifiye veya izlenmesi için kaynak prosedürüne özgü ve gerekli olan parametrelerin kaydedilmesi önemlidir. Bu parametreler, kullanılan kaynak yöntemine / yöntemlerine bağlı olarak farklı nitelikte olabilir. Bazen temel değişkenler olarak adlandırılan bu kaynak parametrelerinin tanımlanması, bu yapıların tasarımı ve / veya inşası ile ilgili standartlar ve kodlar gibi şartnamelerde ve mevcut olduğunda donörün şartnamesinde yayınlanır.
Kaynak prosedürünün ömrü boyunca kaydedilecek ve saklanacak temel parametrelerin özetleri:
Düzenlenmiş bir yapının ( örneğin basınçlı ekipman, gemi yapımı ) inşası durumunda, bir kaynak prosedürünün kalifikasyonu ile ilgili tüm işlerin üçüncü taraf bir kuruluş tarafından denetlenmesi gerekebilir.
Çekme testi, genellikle aşağıdaki özellikleri ölçmek için kullanılır:
Kullanılan iki tür test örneği şunlardır:
Prizmatik test parçası, kaynağın enine yönünde alınır ve sadece gerilme mukavemetinin ölçülmesine izin verir. Çoğu durumda numune kaynaktan ayrılır. Bununla birlikte, kaynakta kırılmanın meydana gelebilmesi, mutlaka kaynağın başarısız olmasının bir özelliği değildir. Kabul kriterleri, malzemenin standart veya teknik şartnamesine ve herhangi bir akdi anlaşmaya göre belirlenir.
Silindirik test parçası, kaynağın ekseninde erimiş metalden alınır ve aşağıdaki tüm özelliklerin ölçülmesini sağlar.
Semboller ve ölçü birimleri şunlardır:
Baz malzemeler aynı türden bir dolgu metali ile kaynaklanamadığında, gerilme testi ile gösterilen özelliklerin erimiş metalde temel malzemenin özelliklerine göre daha düşük olduğu görülür. Bu durumda, yapının boyutlandırılmasında dikkate alınması gereken kaynak ( ve ) özellikleridir (bu , örneğin% 9 Ni çelikten yapılan kriyojenik yapılar durumunda ).
Bu test, kaynaklı eklemin bükülmesiyle deformasyon yeteneğini belirlemeyi mümkün kılar. Standartlarda, bina kodlarında veya yüklenicilerin şartnamelerinde açıklanmıştır.
Örnekler, kaynaklı bağlantının ön yüzünde veya arkasında bükülmeye uygun olup olmadığını test etmek için çoğunlukla enine yönde (kaynağa dik) alınır, ancak malzemenin kalınlığı çok büyük olduğunda, bazen yan bükme ile değiştirilir. testleri.
Bükme testinin avantajları, hem numune hem de test için gerekli olan aparatın basit ve kullanımının kolay olmasıdır.
Numunelerin yapımı kolaydır, ancak kaynağı göstermek ve kırılmanın başlamasını önlemek için kenarları yuvarlamak için kabaca cilalanmaları gerekir. Test atölyede yapılabilir. Sonuç bazen bir kaynak röntgen muayenesi yerine bir kaynakçının yeterliliğini telaffuz etmede faydalı olabilir.
Sonuç, kaynakta ( veya ana metalde ) olası önceden var olan kusurların neden olduğu yırtılma veya yırtılmaların ortaya çıkmasının bir fonksiyonudur ; kabul kriteri genellikle aşılmaması gereken önceden belirlenmiş bir kusur uzunluğu ile ilişkilendirilir.
Tipik olarak, bükme testi iki yüz bükme ve iki arka kapama bükümü veya dört yan bükme gerektirir.
Sertlik ölçümü, kaynak yapılan bölgenin farklı pozisyonlarında gerçekleştirilir:
Bu ölçümler dizisi ("sertlik bölünmesi" olarak adlandırılır), kaynak işlemi sırasında malzemenin maruz kaldığı metalurjik dönüşümü tespit etmeyi mümkün kılar. Bu şekilde ölçülen sertlikler, metalin mekanik özellikleri hakkında bilgi verir. Sertlik çok yüksekse, malzeme çok hızlı soğutma ile kırılgan hale gelmiştir ( istenen sünek özelliklerinin kaybı ). Isıl işlem ("stres giderici gelir" olarak adlandırılır) genellikle kabul edilebilir değerlere dönmesi için tavsiye edilir.
Metalin yapısına ve beklenen değerlere bağlı olarak, sertlik farklı ölçeklerde ölçülebilir, örneğin:
Darbe testi olarak da adlandırılan bu test, test sıcaklığında çentikli numuneyi kırmak için gereken enerjiyi belirlemeyi amaçlamaktadır. Kırılma fasiyesinin incelenmesi , yapının sünek veya kırılgan olup olmadığını değerlendirmeyi mümkün kılar.
Genel olarak, darbe eğme testleri, bağlantı bölgesinde (ZL) erimiş metal (MF) içine yerleştirilmiş çentikli üç numune dizisi ile gerçekleştirilir, daha sonra, duruma göre, ZL + 2 mm, ZL + 5 mm'de olabilir. ve baz metalde (MB). Test edilen malzemenin kalınlığına bağlı olarak, derinin altına, üçüncüsüne, kaynağın göbeğinden veya geri kazanım tarafından bir dizi numune alınabilir. Çentiğin konumlandırılması, operatör tarafından numune üzerinde üretilen makrografi üzerinde izlenir. Kaynaklanmış parça ve çentiğin konumu (MF, ZL veya MB) ile uyumlu olmasını sağlamak için makinede işlenen her bir çubuk tanımlanmalıdır.
Test, önceden tek seferde çentiklenen bir çubuğu kırmak için gereken enerjiyi ölçmeyi mümkün kılar. Çarpma anında belirli bir enerjinin gelişmesine izin veren, ucunda bir bıçak bulunan bir sarkaç çekiç kullanıyoruz. Bu enerji, Avrupa standardı durumunda geleneksel olarak 300 joule'dir.
Emilen enerji, sarkacın başlangıcı ile testin sonu arasındaki potansiyel enerji farkının karşılaştırılmasıyla elde edilir. Makine, başlangıçta sarkacın yüksekliğini ve numunenin kırılmasından sonra sarkacın ulaşacağı en yüksek konumu bilmeyi sağlayan bir indeks ile donatılmıştır.
Elde edilen enerji (sürtünme ihmal edilerek) şuna eşittir:
m: sarkaç kolunun kütlesi g: yerçekimi ivmesi (yaklaşık 9,81 m / s 2 ) h: sarkaç çekicinin başlangıç konumunda yüksekliği h ': varış pozisyonundaki sarkaç koçunun yüksekliğiMakinenin derecelendirilmesi genellikle doğrudan joule cinsinden bir değer elde etmeyi mümkün kılar.
Sonuç, bir serinin üç test parçası üzerinde elde edilen kırılma enerjisinin ortalama değerinin yanı sıra, gerekli test sıcaklığı için spesifikasyonların ( veya kodun veya standardın ) kabul değerlerine kıyasla minimum değerin bir fonksiyonudur . . Çentiğin profili, testin başarılı olup olmadığı konusunda önemli bir rol oynar. Çentiği oluşturmak için kabul edilebilir bir çözüm, iş mili işlemedir.
Farklı sıcaklıklarda bir dizi test gerçekleştirildiğinde, bir malzemenin sünek bölgesi ile kırılgan bölgesi arasındaki geçiş sıcaklığını göstermek mümkündür. Kırılgan alan ile sünek alan arasındaki ayrım,% 50 kırılgan yüzeye sahip partiyi tespit etmek için her numunenin kırılma fasiyelerinin incelenmesiyle belirlenir. Bu test numuneleri grubunun test sıcaklığı, kırılma enerjisinin eşleştirilebileceği malzemenin geçiş sıcaklığıdır.
Çoğu yapısal çelik, yaşlanmaya, yani zamanla zayıflamaya (mobil interstisyel karbon atomlarının ve nitrojenin difüzyonu ile ilişkili olarak çeliğin özelliklerinde meydana gelen değişiklikler fenomeni) duyarlıdır ve bu da tokluk geçiş sıcaklıklarında bir artışa neden olur. Kaynaklı bir bağlantının eskimeye duyarlılığını belirlemek için, eski bir numunedeki geçiş sıcaklığı aranır ve bu, kaynaklı bir numunede belirlenen geçiş sıcaklığı ile karşılaştırılır. Çeliğin yaşlanmasına neden olan kademeli soğutmalı özel ısıl işlem prosedürleri vardır.Bu ısıl işlemler, on güne kadar ulaşabilen uzun sürelere sahiptir.
Çok yüksek bir yükleme hızı için, bir süreksizlik, malzemenin iyi sünekliğini büyük ölçüde azaltabilir, ancak işlenmiş numuneler üzerinde ( yüzey hatası olmadan ve yuvarlak konturlarla ) gerçekleştirilen tatmin edici bir çekme testiyle tahmin edilir ve hatta çatlakla yapının bozulmasına neden olur. . kırılgan. Alexander Kielland beşgen platformunda meydana gelen trajik kazanın kökeninde olan bu kırılma biçimidir .
Kaynaklı bağlantılar söz konusu olduğunda, her zaman bir takım süreksizliklerin olduğu yaygın olarak kabul edilmektedir, bu da tasarımcıyı bir ikilem içine sokmaktadır. Tasarımcı her zaman, kesinlikle gerçekçi olmayan, kesintisiz kaynaklı eklemler kullanmak isteyecektir. Pratik yaklaşım, kaynaklardaki bu süreksizliklerin varlığının farkına varmaktan ve bir süreksizliğin zararlı hale geldiği, başka bir deyişle aranması ve ortadan kaldırılması gereken kritik bir boyutun belirlenmesinden ibarettir. Fakat bir süreksizliğin, zararlı hale gelme olasılıklarının hangi kritik boyuttan olduğuna nasıl karar verilir?
Geleneksel darbeli bükme testi yöntemi artık uygun olmadığından, kırılma mekaniği test yöntemleri (kırılma testi), uygulanabilir olduğunda , bir süreksizliğin kritik boyutu ile belirli bir malzeme veya kaynak için kopma gerilimi arasında bir korelasyon kurmaya yardımcı olabilir ve bu nedenle doğrudan tahmine izin verebilir. farklı konfigürasyonlar ve çalışma koşulları için kabul edilebilir kusurların boyutu. Bununla birlikte, malzemelerin kalıcı gelişimi (yüksek akma dayanımlı malzemeler), giderek karmaşıklaşan tasarımlar ve yeni kaynak teknolojileri, mühendislerin bu yeni tasarımların davranışı konusunda gerekli perspektife sahip olamayacağı ve beklenen kısıtlamaların mutlaka onaylanmayacağı anlamına gelmektedir. Sonuç olarak, tasarımcının süreksizlikler problemini analitik olarak ele alması için her zaman büyük bir ihtiyaç olacaktır.
Kaynakta bir çok sorun var, bunlardan biri de çözgü. Kaynak deformasyonu, kaynak işleminin termal döngüsü sırasında kaynaklı eklemin ve çevresinin uzamalarının ve büzülmelerinin homojen olmamasından kaynaklanır. Böyle bir döngü sırasında, birçok faktör metal büzülmesini etkiler ve bu nedenle ortaya çıkan suşu doğru bir şekilde tahmin etmeyi zorlaştırır.
Kaynak ve uygulamaları, uygulayıcıdan mühendise değişen çeşitli seviyelerde öğretilir. Eğitim birkaç şekilde sağlanır:
Yukarıda belirtilen nitelikler yalnızca bir ANB (Yetkili Ulusal Organ) tarafından onaylanan bir eğitim merkezi tarafından verilebilir, örneğin Almanya'daki DVS veya Fransız Kaynak Birliği (AFS) veya İsviçre Teknik Derneği. Du Soudage (ASS) veya Belçika Kaynak Derneği (ABS).