Kaynak ısısının etkisi ile meydana gelen Çarpılmanın sebebi nedir?
Kaynak Isısının Neden Olduğu Çarpılmaların Sebepleri ve Çözümleri
Kaynak yaparken malzemelerin beklenmedik şekillerde eğilip bükülmesinin, yani çarpılmasının temelinde yatan fiziksel prensipleri anlamak, bu sorunu çözmenin ilk adımıdır. Deneyimlerime göre, bu durumun ana sebebi malzemenin genleşmesi ve büzülmesidir.
- Termal Genleşme ve Büzülme: Temel Sebep
Kaynak işlemi, yüksek sıcaklıklar gerektirir. Bu yüksek sıcaklıklar, kaynak bölgesindeki metalin aşırı derecede genleşmesine neden olur. Metal genleştiğinde, çevresindeki daha soğuk olan metal tarafından engellenir. Düşünsene, bir demir çubuk ısıttığında uzar, ama kenarlarında duran soğuk demirler buna izin vermez. İşte bu sıkışma, soğuma aşamasında daha da belirginleşir.
Isıtılan bölge soğurken, genleştiği hacme geri dönemez. Çünkü çevresindeki metal katılaşmış ve bir çerçeve oluşturmuştur. Bu durum, metalin iç gerilimler geliştirmesine yol açar. Soğuma sırasında metal, genleştiği zamanki orijinal şekline dönmek ister ama çevreleyen metal buna izin vermez. Bu da çekme kuvvetleri oluşturur. Bu çekme kuvvetlerinin dengelenemediği noktalarda, metal en zayıf olduğu yerden bükülür ve çarpılır.
Örneğin, 1 metre uzunluğunda bir çelik plakayı 1000°C'ye kadar ısıttığınızı düşünün. Çelik için genleşme katsayısı yaklaşık 12 x 10⁻⁶ /°C'dir. Yani her bir derece sıcaklık artışında, 1 metre (1000 mm) çelik yaklaşık 0.012 mm uzar. 1000°C'lik bir artışta bu uzama yaklaşık 12 mm'ye ulaşır! Bu kadar büyük bir uzama, eğer serbest bırakılmazsa devasa bir iç gerilim yaratacaktır.
- Kaynak Sırasındaki Sıcaklık Gradyanları
Kaynağın kendisi, malzemede çok belirgin sıcaklık gradyanları oluşturur. Kaynak torcunun veya elektrodun altında kalan bölge anında çok yüksek sıcaklıklara ulaşırken, kaynak bölgesinin hemen dışındaki alanlar çok daha soğuk kalır. Bu ani sıcaklık farkları, farklı genleşme ve büzülme oranlarına yol açar.
Şöyle düşün: Bir bardak çayı alıp ağzına kadar dolduruyorsun ve sonra kenarından bir damla sıcak su damlatıyorsun. Suyun o küçük noktası genleşirken, çevresindeki soğuk su onu engeller. Soğuyan kısım ise büzülür. Kaynakta da tam olarak bu oluyor, ama çok daha büyük ölçekte ve metal üzerinde. Bu dengesiz genleşme ve büzülme, malzemenin yapısında düzensiz iç gerilimlere neden olur. Bu gerilimler, malzemenin en zayıf noktalarından kendilerini rahatlatma eğilimindedir, bu da çarpılma olarak karşımıza çıkar.
Örneğin, bir köşe kaynağı yaparken, V-kesitli bir birleştirmede bir tarafı kaynakladığınızda, o taraf genleşir. Ardından diğer tarafı kaynakladığınızda, o taraf da genleşir. Ancak ilk kaynaklanan taraf zaten soğumaya başlamıştır ve büzülme eğilimindedir. Bu karşılıklı etkileşimler, malzemenin iki tarafı arasında bir denge kurmaya çalışırken çarpılmaya yol açar.
- Malzeme Özellikleri ve Geometri
Her metalin genleşme katsayısı farklıdır. Örneğin, alüminyum çelikten daha fazla genleşir. Bu nedenle alüminyum kaynaklarken çarpılma daha sık görülebilir. Ayrıca, malzemenin kalınlığı, şekli ve kaynak yapılacak alanın büyüklüğü de çarpılma miktarını doğrudan etkiler.
* Kalınlık: Daha ince malzemeler, aynı sıcaklık gradyanlarına maruz kaldığında daha kolay çarpılır çünkü iç gerilimleri dengeleyecek kadar kütleleri yoktur.
* Şekil: Uzun, ince parçalar veya büyük, düz plakalar, kaynak bölgesindeki genleşme ve büzülme için daha fazla hareket alanına sahip olduklarından daha fazla çarpılmaya eğilimlidir.
* Kaynak Konumu: Malzemenin kenarlarına veya ortasına yapılan kaynaklar farklı çarpılma davranışları sergiler. Örneğin, bir plakanın ortasına yapılan kaynak, kenarlara göre daha simetrik bir çarpılmaya neden olabilirken, kenara yapılan kaynak daha yönlü bir eğilme yaratır.
Bir örnek vermek gerekirse, 2 mm kalınlığında ve 1000 mm uzunluğunda bir sacı ortadan boylamasına kaynakladığınızı ve kaynak bölgesinin 1000°C'ye ulaştığını hayal edin. Isınan bölge genişler, ancak soğudukça büzülür. Bu büzülme, sacın iki tarafını birbirine doğru çeker ve ortada bir kamburluk veya kenarlarda bir bükülme yaratır.
### Pratik İpuçları ve Öneriler
Deneyimlerime göre, bu çarpılmaları en aza indirmek için uygulayabileceğin bazı yöntemler şunlardır:
* Çok Katmanlı Kaynak Yapmak: Tek seferde yüksek biriktirme hızına ulaşmak yerine, ince katmanlar halinde kaynak yapmak, ısıyı daha kontrollü bir şekilde dağıtır ve aşırı genleşmeyi önler.
* Geri Kaynak (Backstep Welding): Kaynağı küçük bölümler halinde ve zıt yönlerde yapmak, bir bölgede oluşan gerilimi diğer bölgede dengelemeye yardımcı olur. Örneğin, soldan sağa doğru kaynak yapmak yerine, ilk bölümü ortaya yakın bir yerden başlayıp sağa, sonra ilk bölümün soluna doğru kaynak yapabilirsiniz.
* Karşı Gerilim Uygulamak: Kaynak yapmadan önce, malzemenin çarpılmasını beklediğiniz yöne doğru hafifçe bükmek veya desteklemek, soğuma sırasında oluşan iç gerilimleri dengeleyebilir. Bu, özellikle uzun ve ince parçalarda etkilidir.
* Doğru Kaynak Sırasını Seçmek: Karmaşık parçalarda, kaynakların hangi sırayla yapılacağı çok önemlidir. Simetrik olmayan kaynak sıraları, daha fazla çarpılmaya neden olabilir. Mümkünse, ısıyı eşit dağıtan ve gerilimleri dengeleyen bir sıra izleyin.
* Uygun Kaynak Parametrelerini Kullanmak: Çok yüksek akım veya hız, gereksiz yere ısı birikimine yol açar. Malzemenizin kalınlığına ve türüne uygun, daha düşük amper ve daha yavaş ilerleme hızları genellikle daha az çarpılmaya neden olur.
* Destek ve Sabitleme Aparatları: Parçaları kaynak sırasında sabitlemek, genleşme ve büzülme sırasında malzemenin hareketini kısıtlayarak çarpılmayı azaltabilir. Ancak, aşırı sıkı sabitleme de kendi başına gerilimlere neden olabilir, bu yüzden doğru dengeyi bulmak önemlidir.
* Isı Giderme: Kaynak sırasında parçanın soğuk kalmasını sağlamak için ıslak bezler kullanmak veya soğutma spreyleri uygulamak (malzeme ile uyumluysa) ısı birikimini azaltır.
Bu yöntemleri uygulayarak, kaynak projelerinde karşılaştığın çarpılma sorunlarını önemli ölçüde azaltabilirsin. Unutma, her kaynak işlemi biraz farklıdır ve en iyi sonucu elde etmek için deneme yanılma yoluyla en uygun yöntemi bulmak gerekebilir.