3GR

31. DUPLEX (FT FAZLI) PASLANMAZ ELKLER

31.1. Duplex Malzemenin Ksa Tarihesi

41.2. Duplex Malzemenin Tanm

61.3. Duplex Paslanmaz eliklerin Kompozisyonlar ve Alam Elementlerinin Rol

81.4. Duplex Paslanmaz eliklerin Metalrjik zellikleri

91.5. Duplex Paslanmaz eliklerin Korozyon Direnci

111.6. Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zellikleri

121.7. Duplex Paslanmaz eliklerin Avantajlar

131.8. Duplex Paslanmaz eliklerin Uygulama Alanlar

141.9. Duplex Paslanmaz eliklerin Maliyeti

142. DUPLEX PASLANMAZ ELKLERN KAYNAI

142.1. Duplex Paslanmaz eliklerin Kaynak Kabiliyeti

152.2. Duplex Paslanmaz elikler iin Genel Kaynak Bilgileri

162.3. Duplex Paslanmaz eliklerin Kaynaa Hazrlanmas

162.3.1. Kaynak Az Dizayn

192.3.2. n Istma ve Pasolar Aras Scaklklar

192.4. Duplex Paslanmaz eliklerde Kaynak Sonras Isl lemler

192.5. Duplex Paslanmaz eliklerde Kullanlan Kaynak Yntemleri

202.5.1. TIG Kayna

202.5.2. rtl Elektrot Ark Kayna

212.5.3. Gazalt (MIG) Kayna

222.5.4. Tozalt Kayna

222.5.5. Kaynak Dolgu Malzemesinin Seimi

232.6. Duplex Paslanmaz Malzemelerin Dier elikler ile Kayna

232.7. Kaynak Yerlerinin Temizlenmesi

232.8. Kaynak Hatalar ve nlenmesi

ekil Listesi6ekil 1: Duplex paslanmaz eliklerin ana metalinde ve kaynak metalinde 2 fazl yapya sahiptirler. stenit ve ferrit. [4]

8ekil 2: Nikel eklenmesiyle kristal kafes yapdaki deiim. [4]

8ekil 3: Nikel eklenmesiyle ferritik, duplex ve stenitik yaplardaki deiim. [4]

8ekil 4: Fe-Cr-Ni Faz Diyagram [8]

10ekil 5: %68 Demir ieren elikte Fe-Ni-Cr l faz diyagram dengesi [4]

12ekil 6: Tavlanm stenitik ve Duplex Paslanmaz elikler iin Gerilim Korozyon Direnci[4]

14ekil 7: Duplex Paslanmaz eliklerin Baz Kullanm Alanlar [7]

15ekil 8: 2205 Duplex Kaynak Metalinin Metalografik Yaps (x500) [4]

18ekil 9: Duplex Paslanmaz elikler iin Baz Kaynak Yntemlerine Uygulanan Kaynak Az ekilleri [1]

19ekil 10: *Duplex Paslanmaz eliklerde Kullanlan Kaynak rnekleri [4]

20ekil 11: 2205 Basnl Peroksit Takviye Kab [4]

23ekil 12: Duplex Paslanmaz eliklerin Tozalt Kayna [4]

24ekil 13: Duplex Paslanmaz eliin Kayna [4]

Tablo Listesi5Tablo 1: lenmi duplex eliklerin ve stenitik paslanmaz eliklerin kimyasal kompzisyonlar [4]

6Tablo 2: Duplex eliklerin tipik kimyasal kompozisyonlar [1]

6Tablo 3: Duplex paslanmaz eliklerin oda scaklndaki tipik mekanik zellikleri ve PRE deerleri [1]

12Tablo 4: Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zellikleri [9]

13Tablo 5:Oda koullarnda Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zelliklerinin, Karbon elikleri ve stenitik Paslanmaz eliklerle Karlatrlmas [4]

Denklem Listesi10Denklem 1: PRE katsaysnn formlasyonu [1]

16Denklem 2: Is girdisi hesab [1]

GRPaslanmaz elikler doal ortamda mkemmel korozyona kar diren gsteren temel hammadde, krsal yada ehir atmosferinde ok dayankllk gstermektedir. [6] Paslanmaz elikler 4 ana gruptan oluurlar. Bu isimler eliin kristal yapsn tanmlamaktadr.

stenitik

Ferritik

Martenzitik

Duplex [2]Bu blmde duplex elikler ve onlarn kaynak kabiliyeti hakknda baz bilgiler verilecektir. Duplex paslanmaz elikler, korozyon direncinin ve malzeme dayankllnn yksek olmas gereken yerlerde kullanlr. Isl ilemlerle sertletirilemezler.Anahtar kelimeler: Duplex, duplex elikler, duplex eliklerin kaynak kabiliyeti1. DUPLEX (FT FAZLI) PASLANMAZ ELKLER

1.1. Duplex Malzemenin Ksa Tarihesilenmi ilk duplex paslanmaz elikler, sveteki slfit kat endstrisinde kullanm amal olarak 70 yldan daha uzun sredir gelitirilmeye balanmtr. Duplex alamlar esas olarak taneler aras korozyonlarn, klorid davranlar gsteren su ve dier kimyasal likid rnlerin sebebiyet verdii korozyon etkilerinden kurtulmak amacyla retilmitir. [3]Duplex eliklerin kullanm son on yldan bu yana giderek artmtr. lk jenerasyon duplex paslanmaz elikleri iyi bir performans karakteristik salamtr ancak kaynak yapma koullarnda baz snrlar ortaya karmtr.[4] Is tesiri altndaki blgenin yksek ferritik (%75-80) zelliinden tr kaynak kabiliyeti, tokluu ve yksek karbon ierii nedeniyle ana metalin taneler aras korozyon direnci dkt. Bu tr snrlamalar ilk jenerasyon duplex paslanmaz eliklerin kullanm alanlarn da kstlamtr.[1] Ancak 1968lerde duplex paslanmaz eliklerde Cr ve Ni ieriklerinde deiiklikler yaplarak ferrit miktar %50lere ekilmitir ve bu eliklere alam elementi olarak azot eklenmesiyle beraber kaynak edilebilirliinin iyilemesi de bu eliklerin yaygnlamasnda rol oynar. nk bu sayede ISTABdeki dk tokluk ve korozyon direncinin nne geilmitir. Azot ayrca zarar veren intermetalik faz formunun oranlarn da drmeye yardm eder.kinci jenerasyon duplex paslanmaz elikler azot alamllarn kullanmyla, paslanmaz eliklerde klorid korozyon dayanm, yksek dayanm, iyi fabrikasyon talepleriyle birlikte balar. En popler olan 2205 ikinci jenerasyon duplex paslanmaz elikleri yaygn olarak kydan uzak sahalarda retim uygulamalarnda ve gaz borularnda kullanlmtr. Duplex paslanmaz eliklerinin geliimi devam etti ve modern duplex paslanmaz elikleri (%50 ferrit, %50 stenit ieren duplex elikler) u 4 grupta toplayabiliriz:

Zayf duplex (2304 gibi), Mo katks yoktur. Cr-Ni-N alamlar. 2205, %22 Cr ieren Cr-Ni-Mo-N alamlar. (Duplex kullanmlarnn %80inden daha fazlasn oluturur.) %25 Cr, %2.5e kadar Cu ieren Cr-Ni-Mo-N-Cu alamlar. (255 ve DP-3 alamlar gibi)

%25 Cr, %4 Mo ve %0.2 N ieren Cr-Ni-Mo-N alamlar (Sperduplex)

%25 Cr, %0.2 N ieren Cr-Mo-Ni-W-N-Cu alamlar. [1][4]Tablo 1 bize ikinci jenerasyon duplex paslanmaz eliklerle, birinci jenerasyon duplexlerin, stenitik paslanmaz eliklerin baz alardan karlatrlmasn verir.Tablo 1: lenmi duplex eliklerin ve stenitik paslanmaz eliklerin kimyasal kompzisyonlar [4]

1.2. Duplex Malzemenin Tanm

Duplex paslanmaz elikler, mikro yaplarnda hem ferrit hem de stenit fazlarn bir arada bulunduran ve optimum korozyon direncini salayan paslanmaz elik trdr (ekil 1). erdikleri bu iki faz nedeniyle stenitik ve ferritik eliklerin sahip olduklar avantaj ve dezavantajlara sahiptirler. Fakat ferritik elikler ve karbon eliklerine biraz daha eilimi vardr. Btn duplex paslanmaz eliklerin klorid gerilimlere, atlaklara dayanm bariz olarak 300 serisi stenitik eliklerden (stenitiklerin iyi tokluk ve sneklik gstermelerine ramen.) ok daha iyidir. Duplex paslanmaz elikler, 300 serisi stenitik paslanmaz eliklere gre iki kat korozyon direncine, oyulma direncine ve akma mukavemetine sahiptirler. [1][4]

ekil 1: Duplex paslanmaz eliklerin ana metalinde ve kaynak metalinde 2 fazl yapya sahiptirler. stenit ve ferrit. [4]

Standart olarak retilen ve en ok kullanlan duplex paslanmaz eliklerin mekanik ve kimyasal kompozisyonlar Tablo 2 ve 3te verilmitir.Tablo 2: Duplex eliklerin tipik kimyasal kompozisyonlar [1]

Tablo 3: Duplex paslanmaz eliklerin oda scaklndaki tipik mekanik zellikleri ve PRE deerleri [1]

1.3. Duplex Paslanmaz eliklerin Kompozisyonlar ve Alam Elementlerinin RolDuplex paslanmaz elikler genelde eit miktarda stenit ve ferrit ierir. Ancak ticari rnlerde en iyi tokluk ve imal karakteristiine gre stenit miktarnda biraz daha onay gsterilebilmektedir. Byk alaml elementlerin etkileiminde zellikle krom, molibden, azot ve nikel biraz komplekstirler. Dengeli bir duplex yapsn elde etmek iin bu elementlerin her birinden uygun miktarda kullanlmaldr.Bu faz uyumundan baka bizi ok ilgilendiren ikinci bir ey ise kimyasal kompozisyondur (yksek scaklklarda zararl intermetalik fazlarn, yksek kromlu yksek molibdenli paslanmaz eliklerde sigma ve chi fazlarnn oluumu). Azotun eklenmesiyle bu fazlarn oluumunu aka engellediini grebiliriz.Duplex eliklerin en nemli alam elementlerinin mekanik, fiziksel, korozyon zerine etkilerini ksaca grelim.

Krom: elii, en ufak bir atmosferik korozyondan korumak iin ve dengeli bir krom tabakas oluturmak iin minimum %10.5 krom gereklidir. Krom ieriini arttrarak paslanmaz eliklerin korozyona kar dayanmn arttrabiliriz. Eklenmesiyle birlikte hacim merkezli kbik yapy dengede tutabiliriz. ok yksek krom ierikli yaplarda stenitik ve duplex yaplara daha fazla nikel gereklidir. Ayrca yksek miktarda krom, intermetalik faz oluumunu ykseltir. Genellikle stenitik paslanmaz eliklerde %18, ikinci jenerasyon duplex paslanmaz eliklerde %22 miktarda krom kullanlr. Krom ayrca yksek scaklklarda oksidasyon dayanmn da artrr.Molibden: Molibdenin eklenmesiyle paslanmaz eliklerde, klorid korozyon dayanmna kar krom gibi etkili bir rol oynar. %18 Cr ieren herhangi bir paslanmaz eliin iin molibdenin eklenmesiyle atlaklara ve oyulmaya kar 3 kat daha fazla etki salanabilir. stenitik paslanmaz eliklerde genellikle %7.5dan, duplex paslanmaz eliklerde ise %4ten daha az miktarda kullanlr. Azot: stenitik ve duplex paslanmaz eliklerde oyulma ve atlaklara kar dayanmn arttrr. Aslnda bu eliklerin dayanm arttrmaktadr nk kat modellerde en etkili dayanm elemanlarndan biridir. Azot ayrca, yksek korozyon dayanml stenitik ve duplex eliklerin ierdii yksek krom ve molibden miktaryla beraber sigma faznn dengede tutulmasna yardm eder. Ferrit yaplar, krom ve molibden, duplex yaplar elde etmek iin stenit yaplar nikel ve azot tarafndan dengede tutulur. Nikel: Nikelin eklenmesiyle, demir yapl alamlarda hacim merkezli kbik kafes sisteminden yzey merkezli kbik sisteme doru deiim olur (ferritikten stenitie). Ferritik paslanmaz elikler ya biraz ya da hi nikel iermezler. Duplex paslanmaz elikler ise orta miktarda yani %4-7 nikel ierirler ve 300 serili stenitik paslanmaz elikler ise en az %8 nikel ihtiva ederler. Nikelin eklenmesiyle zararl intermetalik yaplarn oluumu stenitik paslanmaz eliklerde nlenebilinir. Ancak duplex paslanmaz eliklerde bu oluumu azot kadar etkili gerekletiremez. Yzey merkezli kbik kristal kafesle stenitik paslanmaz eliklerde mkemmel bir tokluk salanabilir.[4]

ekil 2: Nikel eklenmesiyle kristal kafes yapdaki deiim. [4]

ekil 3: Nikel eklenmesiyle ferritik, duplex ve stenitik yaplardaki deiim. [4]

ekil 4: Fe-Cr-Ni Faz Diyagram [8]

1.4. Duplex Paslanmaz eliklerin Metalrjik zellikleri

Duplex paslanmaz eliklerin karbon miktar dk, alam elemanlarnn dalm da homojen olduundan taneler aras korozyon direnci yksektir. Malzeme ierisindeki S (kkrt) ve P (fosfor) miktarlarnn dk seviyede olmas ferritik katlama srasnda ortaya kabilecek scak atlak riskini drr. Duplex paslanmaz elikler ferritik paslanmaz eliklerin gstermi olduu yksek gerilim korozyon direncine ve stenitik eliklerin yksek sneklik, tokluk ve kaynak kabiliyetine sahiptirler. Kaynak ileminde var olan yksek s girdisi arkasndan hzl souma, kaynak dikiinin zelliklerini belirleyen mikroyapsal deiikliklere ve kelmelere neden olur. Normal bir kaynak uygulamasnda sigma faz oluum scaklklar hzl geildiinden 475C krlganlnn olumas da zordur. Kaynak ileminde malzemede yaratlan scaklk deiimleri kaynak metalinin ve sdan etkilenen blgenin ierdikleri ferrit ve stenit orann gsterir. Bu oranlarn deimesi halinde malzemenin mekanik zelliklerinin ve korozyon direncinin deimesine neden olur. Kaynak ynetimi, kaynak prosedr, kullanlan ilave metal tr bu oran dengeleyecek ekilde seilmelidir ve uygulanmaldr. rnein, ISTABlerde stenitin kolay oluumunu salayabilmek iin ana malzemeye azot ilave edilir. Kaynak metalinde gerekli sneklii ve tokluu salayan steniti arttrabilmek iin ise ilave metale ana metalin nikel (Ni) ieriinden %2-3 orannda daha fazla nikel ilave edilir. Bunlarn yannda kaynak blgesinin ve sdan etkilenen blgenin mikroyaps, souma hzna, malzemenin kalnlna, n tav ve pasolar aras scakla baldr. Bu nedenle metalrjik olarak istenilen zellikleri elde etmek iin seilen kaynak prosedrne dikkat edilmelidir. [1]

Nikel-Demir-Krom l faz diyagram duplex paslanmaz eliklerin metalrjik davranlarn gsterir. Dk scaklklarda ferrit stenit denge denkleminde ok kk deiimlerin olduunu grebiliriz. Krom ve nikel miktarlarndaki kk deiimler, duplex paslanmaz eliklerdeki stenik ve ferrit miktarlarnda ok geni etki yapabilmektedir.

ekil 5: %68 Demir ieren elikte Fe-Ni-Cr l faz diyagram dengesi [4]

1.5. Duplex Paslanmaz eliklerin Korozyon Direnci

Gerilim korozyon atlana kar yksek direncin nemli olduu yerlerde genellikle duplex paslanmaz elikler seilir. Bu alamlar kaynak sonrasnda da gerilim korozyon atlana kar direnlerini korurlar. Oyulma direnci paslanmaz eliin kimyasal kompozisyonuna baldr ve alam elementi olarak N miktar arttka oyulma direnci de artar. Klorrl solsyonlarda oyulma direncini yaklak olarak tespit edebilmek iin aadaki oyulma direnci edeeri (PRE) forml kullanlr.

PRE= % Cr + 3.3x (%Mo) +16x (%N)

Denklem 1: PRE katsaysnn formlasyonu [1]

Duplex paslanmaz eliklerde PRE 24 ile 40 arasndadr. Sper duplex alamlarda ise PRE 40n zerindedir. ASTM G48 testi kaynakl test paralarnn oyulma korozyonunu deerlendirmek iin kullanlr.[1] Ayrca yksek miktarl krom, molibden ve azot atlak korozyonlanmaya kar ve oyuk hatalarna kar ok iyi bir dayanm sergiler. Bu duplex yap etrafndaki potansiyel klorid korozyon atlaklarna kar bir avantaj salar. [4]Duplex paslanmaz eliklerin uygulama alan bulduu alma artlar:

Saf veya farkl konsantrasyonlarda slfrik asit (2205 veya 2507)

Klorrl slfrik asit (AISI 316/3161 yerine 2205 veya 2507)

Konsantre nitrik asit (AISI 304/316 yerine 2304)

Sodyum hidroksit (AISI 304/316 yerine 2205 veya 2507)

Klorrlerin de bulunduu kostik ortamlar (AISI 304/316 yerine 2205 veya 2507)

Klorrlerin bulunduu konsantre fosforik asitler (AISI 304/316 yerine 2205 veya 2507)

Asetik asit (AISI 304/316 yerine 2205 veya 2507)

Formik asit (AISI 316 ve titanyum yerine 2507) [1]Seyreltik slfrik asit tanmas veya ykama esnasnda meydana gelen durumda azotlu S32205 ostenitiklere nazaran daha iyi olup > %95 konsantrasyon ve zerinde 316LN ve 317LN ile ayn deerdedir. Organik asitler ve kostik ortamlarda da genel korozyon direnci S32205 malzeme iin daha iyidir. Blgesel korozyon direnci iin ise azot ihtiva eden S32205 malzemesi ve benzeri duplex malzemeler oyulma ve aralk korozyon direnci olarak da ostenitik malzemelere nazaran daha iyidir. 316LN malzemesi cvata, somun, klemp ve boru malzemesi olarak duplex malzemelerle birlikte kullanlabilir. Istlm ve klorid ihtiva eden ortamlarda duplex malzemeler ok daha dayankldr.

Paslanmaz elik plakalarda gerilim varsa ve stlm H2S ve klorid ihtiva eden ortamlarla temas ederse gerilim korozyonu ortaya kar. Byle durumlarda artk gerilim ve sl gerilim nedeniyle ve oyulma balam olan blgelerden balayarak atlama ilerlemesine neden olur. atlama meydana geldiinde tehlikeli olup tamiri zordur. Benzeri durumlarda duplex paslanmazlarn kullanm zellikle tavsiye edilir.Yksek mekanik mukavemet deerleri ve iki fazl mikro yaplar nedeniyle duplex paslanmazn yorulma dayanmlar 316 grubunun iki katdr. [9]

ekil 6: Tavlanm stenitik ve Duplex Paslanmaz elikler iin Gerilim Korozyon Direnci[4]

1.6. Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zellikleri

Ostenitik paslanmaz eliklere nazaran nemli farklarndan biri daha dk termal uzama (Isl Genleme) deeridir. Termal uzama deeri C-Mn eliklerinde olduu gibidir. Bu sayede stlan kargo tayan tanklarda ve boru devrelerinde daha az gerilme meydana gelir. Boru devrelerinde daha az genleme paras (Kompensatr) gerekir. Isl iletim deeri hafif byk olmasna ramen ayni kabul edilebilir. Fakat C-Mn eliklerine gre de daha dktr. Mknatslanma Ostenitik eliklere nazaran ok yksektir. [9]

Tablo 4: Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zellikleri [9]

SINIFAISI/UNSScaklkElastiklikTermal Uzamazgl IsIsl letim

CModl Gpa10 -6 / KJ / kg.KW / m.K

FerritikA 5162020512,545060

Ferritik410202051048022

OstenitikS 30400202051652016

OstenitikS 08904202051654415

2020513,517

DuplexS 318031001951450018

20019514,553019

Tablo 5:Oda koullarnda Duplex Paslanmaz eliklerin Fiziksel zelliklerinin, Karbon elikleri ve stenitik Paslanmaz eliklerle Karlatrlmas [4]

1.7. Duplex Paslanmaz eliklerin Avantajlar

Yksek dayanmldr,

atlak korozyona ve oyulmaya kar yksek direnlidir,

Gerilim atlak korozyonuna, yorulmaya ve erozyona kar yksek direnlidir,

Slfat gerilim korozyonuna kar iyidir,

stenitik paslanmaz eliklere gre daha iyi sl geirgendir, Kolay ilenebilirlik ve kaynak edilebilirlik,

Yksek enerji absorbe edebilir, [3] - 40C ile 300C arasnda alabilir Isnma, srtnmeye kar dayanmldr. [5]

1.8. Duplex Paslanmaz eliklerin Uygulama Alanlar Gaz ve yalarn retimi, ilenmesi iin kullanlan s deitiricilerde, tplerde ve borularda, Artma fabrikalarndaki s deitiricilerde ve borularda,

eitli kimyasallarn retimi ve tanmas iin kullanlan basnl kazanlarda, borularda, depolarda,

Yksek korozyona ve yorulma dayanmna maruz kalan arklarda, aftlarda ve fanlarda,

Kimyasal tankerler iin kullanlan kaynak sarf malzemelerinde, kargo depolarnda ve boru tesisatnda, [3]

Deniz suyundan, ime suyu elde edilme tesislerinde,

Petrol endstrisinde,

Kat sanayinde,

Tamaclkta,

Kimyasal depolama alanlarnda,

Tekstil ve enerji sektrnde,

Kpr yapmnda kullanlr. [5]

ekil 7: Duplex Paslanmaz eliklerin Baz Kullanm Alanlar [7]1.9. Duplex Paslanmaz eliklerin Maliyeti

Duplex paslanmaz elikleri, benzer korozyon dayanm gsteren stenitik eliklerden daha az nikel ve molibden miktar ierir. Dk alam elementi ieriinden tr duplex paslanmaz eliklerin maliyet miktar daha azdr. Duplex paslanmaz elikleri stenitik paslanmaz eliklerle karlatrdmzda, akma dayanmlarn ykseltmek iin et kalnl kesitlerini biraz daha kltebilme imkan salar. Bu durum da bize nemli lde maliyetten ve arlktan kazan salar. [4]2. DUPLEX PASLANMAZ ELKLERN KAYNAI

Duplex paslanmaz eliklerin ekillendirilmesi stenitik paslanmaz eliklere benzer. Fakat, mukavemetlerinin yksek olmas nedeniyle daha gl makineler gerektirirler. Souk ekillendirmede yzde 20 deformasyonun zerine klacaksa 1040 ile 1100oC arasnda ara bir tavlama yaplmal, tavlama ileminden sonra su ile soutulmaldr. Duplex paslanmaz malzemelerin uzama deerleri stenitiklere nazaran daha dk olup tersanelerde sklkla kullanlan C-Mn eliklerle ayn deerdedir. Kaynak sonras dalama ilemleri 316 grubu ile ayndr. Korozyon direnlerinin ykseklii nedeniyle duplex paslanmazlarda dalama sresi stenitiklere nazaran iki kat kadar olmaldr. [9]2.1. Duplex Paslanmaz eliklerin Kaynak KabiliyetiDuplex paslanmaz eliklerin kaynak kabiliyeti genellikle ferritik paslanmaz eliklerden daha iyi, fakat stenitik paslanmaz eliklerden daha ktdr. Bu alamlarn kaynak dikileri ou uygulamada herhangi bir sl ileme tabi tutulmadan dahi istenen dzeyde mekanik mukavemet ve korozyon direnci salarlar. Kaynak dikii katlat anda tamamen ferritiktir ancak, souma srasnda ferritin bir ksm stenite dnr ve kaynak dikii de duplex olur. Isdan etkilenen blgede yeterli stenit oluumu salayabilmek iin ok hzl soumadan kanlmaldr. Souma hzn etkileyen nemli faktrler; s girdisi, kaynak prosedrnde belirtilen minimum ve maksimum kaynak parametreleri, n tav ve pasolar aras scaklklardr. [1]Kaynak bilgilerini ok deiik malzemeler iin aklamak geni bir alma olur. Bu nedenle paslanmaz elikte olduu gibi burada da duplex paslanmazlarn ana grubunu oluturan ASTM UNS S 32205, yani X2CrNiMoN22-5-3 malzemesi iin verilecektir. Dier malzemelerde ufak farkllklar olabilmekte, kullanlan malzemenin reticisinden teknik destek alnabilmektedir. [9]

ekil 8: 2205 Duplex Kaynak Metalinin Metalografik Yaps (x500) [4]

2.2. Duplex Paslanmaz elikler iin Genel Kaynak Bilgileri

Duplex paslanmaz eliklerde nerilen ve en ok kullanlan kaynak yntemleri rtl elektrot ark kayna, gazalt (MIG, zl tel) kayna, TIG kayna, tozalt kayna ve plazma ark kaynadr. Duplex paslanmaz eliklerde s girdisinin 5.000 25.000 J/cm, sper duplex paslanmaz eliklerde ise 5.000 - 15.000 J/cm arasnda olmas tavsiye edilir. Is girdisi aadaki formlle hesaplanabilir. [1]H = (60 x I x V)/ SDenklem 2: Is girdisi hesab [1]H =Is girdisi, J/ birim uzunluk

I = Akm iddeti, A

V = Gerilim, V

S = Kaynak hz, birim uzunluk/dak.

Kaynak akm iddeti ve gerilimi kaynak makinesinden okunabilir. Kaynak hz ise kaynak elektrotu veya kaynak torcunun ilerleme hzdr. En uygun s girdisi kaynak parametrelerinin uygun seilmesiyle temin edilir. Genel bir kaide; malzeme kalnl inceldike gerekli s girdisi de azaltlmaldr. zel durumlarda imalat firmann dncesi alnmaldr. [9]Duplex paslanmaz elik ilave metallerin ergimileri, 300 serisi paslanmaz elik ilave metallere gre daha az akc olduundan kaynak az hazrlamada aralklarn daha geni ve az alarnn daha byk olmas tercih edilir. En ok kullanlan koruyucu gaz Ar (argon) gazdr. Fakat Ar kaynak blgesinde N (azot) kaybna neden olur. Bu nedenle, Ar gazna N ilave edilebilir. Tersten ve kk korumalarda kullanlan saf N gaz duplex paslanmaz eliklerde tavsiye edilmez. nk bu durum ok fazla stenit oluumuna neden olur. Koruyucu gaz olarak Ar+He (argon+helyum) karmlar da kullanlabilir. He, ergimi kaynak metalinin akcln iyiletirir. Tek ynl kaynak dizaynlarnda en iyi sonu kk pasonun TIG kayna ile arkadan gaz korumas yaplarak elde edilir. Gaz korumas kaynak blgesindeki scaklk 260Cnin altna dene kadar yaplmas gerekir. Duplex paslanmaz eliklerin kaynanda hzl soumaya neden olduu iin bakr altlk kullanmndan kanlmaldr. Ark balanglar, kaynak aznn dnda yaplmamaldr. Temizlik esnasnda dner fra kullanlmamal, ok az salnml veya hareketsiz dz kaynak uygulamalar yaplmaldr. Fazla salnm s girdisinin lokal olarak artmasna ve ar arplmaya neden olur. Duplex paslanmaz eliklerin kaynanda, kaynaktan sonra sl ilem yaplmayacaksa; kullanlan ilave metal, ana malzemeden daha fazla nikel iermelidir. Ancak kaynaktan sonra zndrme tav sl ilemi yaplacaksa ana malzeme ile ayn kompozisyonda bir ilave metal kullanlabilir. Duplex paslanmaz eliklerin stenitik paslanmaz eliklerle ve karbonlu veya dk alaml eliklerle kaynanda duplex paslanmaz elik ilave metal kullanm tercih edilir. Duplex ilave metaller sdan etkilenen blgelerde ferrit/stenit orann dengeleyebilmek iin N iermelidirler. Baz uygulamalarda 309L, 309LMo gibi stenitik paslanmaz elik ilave metaller nerilebilir ancak, bunlar yksek scaklktaki sdan etkilenen blgede N azalmasna ve ferritik yapnn artmasna neden olur. [1]Ayrca, duplex paslanmaz eliklerin kaynak blgesinde mikro yap katlama sonunda byk oranda ferrritiktir. Kaynak esnasndaki yksek scaklk nedeniyle (1150-1450oC) sdan etkilenen blge ierisinde stenitten ferrite gei olur. Yalnzca souma srasnda yksek scaklktaki ferrit tekrar stenite dner ve bu ekilde kaynak blgesi ferritik ve stenitik mikro yapya kavuur. Souma hz ok yksek olursa mikro yap ok ferritik olur. Bu nedenle duplex malzemenin kaynatlmasnda ok yksek souma hzlarndan kanlmaldr. Buna karlk ok dk souma hzlar da ferrit dnmnn i metal faz bozulmalarna ve dolaysyla korozyon ve mekanik zelliklerin bozulmasna neden olur. Gzel bir kaynak mikro yaps elde edebilmek iin uygun bir souma hz tercih edilmelidir. Bu da kaynak blgesine olan s giriinin ve ara pas scaklklarnn iyi tayin edilmesi zorunluluunu getirir. [9]

2.3. Duplex Paslanmaz eliklerin Kaynaa HazrlanmasDuplex paslanmaz eliklerin kaynaa hazrl stenitik paslanmaz eliklerinki ile ayndr. Bu hazrlklar kaynak dizaynn, kaynak aznn ve blgesinin hazrln ve temizliini ierir.

Az hazrlamada plazma kesme yntemi kullanlabilir, fakat kesme yzeylerinde oluan oksitler ve sdan etkilenen blgeler 1-2mm ilenerek veya talanarak temizlenmelidir. Kaynaa hazrlkta normal kesme yntemleri ve dikkatli yaplan elle talama iyi sonu verir. Kaynak edilecek yzeylerde kaynak hatalarnn olumasna neden olan kir, ya, boya v.b. braklmamaldr. Bu tr kirlilikler, aseton ve tiner kullanlarak temizlenebilir. Markalamada kullanlacak kalemler korozyona neden olmayacana dair onayl olmaldr. Kaynak edilecek blgelerde ve kullanlan kaynak malzemelerinde nem olmamaldr. Aksi halde kaynak dikiinde gzenek oluumu kanlmazdr. Duplex paslanmaz elikler alma ortamnda hibir ekilde karbonlu eliklerle temas ettirilmemelidir. Temizleme fralar zel paslanmaz elikten yaplm olmal, kullanlan talar bu i iin uygun seilip baka malzemelerde kullanlmamaldr. Duplex paslanmaz eliklerin sl genleme katsaylar ferritik eliklerden daha yksek stenitik eliklerden %30 orannda daha dktr. Bu nedenle oluacak arplma, ferritik eliklerden daha fazla, stenitik eliklerden azdr. [1]2.3.1. Kaynak Az DizaynDuplex paslanmaz eliklerde kaynak az dizayn malzemede hibir yanma olmayacak ve kaynak kesitinde tam nfuziyet salayacak ekilde olmaldr. Kaynak az ekilleri ekil 9 ve 10da verilmitir. Malzeme kalnl 12mmden byk ise ift tarafl simetrik kaynak az dizayn kullanlabilir. Kk pasolar TIG veya rtl elektrot ark kayna ile yaplr ve dier pasolar uygun kaynak yntemi seilerek gerekletirilebilir. TIG kayna ile punta veya kk paso kayna yaparken tersten gaz korumas yaplmaldr. Kk kayna veya puntalama rtl elektrot ile yaplyorsa, kaynaktan sonra kaynan kk pasosu veya puntalar tersten temizlenmelidir. [1]Ksaca; Kaynak az tam penetrasyon temini yannda ana malzemenin ar seyrelmesini ve yanmasn engelleyecek ekilde seilmeli ve hazrlanmaldr.

Kaynak az tipi iyi bir gaz koruma temin edecek ekilde belirlenmelidir.

Her iki taraftan kaynak edilmesi durumunda, aln kaynak az detaylar, kaynak yntemine, para kalnlna bal olarak aada gsterilmitir. [9]

ekil 9: Duplex Paslanmaz elikler iin Baz Kaynak Yntemlerine Uygulanan Kaynak Az ekilleri [1]

ekil 10: *Duplex Paslanmaz eliklerde Kullanlan Kaynak rnekleri [4]

*GMAW: MIG, GTAW: TIG, SAW: Tozalt, SMAW: rtl Elektrotla Metal Ark Kayna demektir.

2.3.2. n Istma ve Pasolar Aras ScaklklarDuplex paslanmaz eliklerin kaynanda genellikle n stma gerekli deildir. [1] n stma dk scaklklarda yalnzca soutma hzn etkilemektedir. Dk soutma hz mikro yapnn bozulmasna neden olmaktadr. [9] Bununla birlikte kaynak yaplacak blgelerde mevcut olan nemi ve dolays ile neden olaca kaynak hatalarn ortadan kaldrmak iin zellikle souk ortamlarda ve darda kaynak yaparken malzeme oda scaklna kadar stlmaldr. Malzeme kalnlnn 15mmden byk olduu hallerde kaynak sonras hzl soumay ve sonucunda doacak problemleri engellemek iin baz konstrksiyonlarda 100-150C arasnda n stma nerilebilir. Ancak n stmann homojen yaplmasna dikkat edilmeli ve yerel s girdisinden kanlmaldr. Kaynak ilemi esnasnda pasolar aras scaklk, malzemenin alam ieriine gre retici tarafndan tavsiye edilen deerlerde tutulmaldr. Ancak duplex paslanmaz eliklerde pasolar aras scaklk 150Cyi gememelidir. Kaynak sonras zndrme tav yaplacak ise pasolar aras scaklkta bir snrlama yoktur. [1]2.4. Duplex Paslanmaz eliklerde Kaynak Sonras Isl lemler

Duplex paslanmaz eliklerde kaynak sonras sl ilem genellikle gerekli deildir ve nerilmez. Ancak, doru kaynak prosedrne uyulmad durumlarda, kaynakta ve sdan etkilenen blgelerde (ISTAB) yksek gerilimler ve istenmeyen kelmeler oluur. Bu durum, malzemenin snekliinin ve korozyon direncinin dmesine neden olur. istenilen zellikleri tekrar kazanabilmek iin kaynaktan sonra zndrme tav yaplr. zndrme tavnda malzeme 1050-1100Cde tavlanr ve ardnda hzl soutmaya tabi tutulur. Malzemeyi 950-1000C arasnda tavlamak sigma () faznn oluumuna neden olduu iin sakncaldr. [1]2.5. Duplex Paslanmaz eliklerde Kullanlan Kaynak YntemleriHemen hemen btn kaynak yntemleri duplex paslanmaz eliklerin kaynanda kullanlabilinir.

ekil 11: 2205 Basnl Peroksit Takviye Kab [4]2.5.1. TIG Kayna

15mmnin altndaki salarn kaynanda otomatik veya yar otomatik olarak bu yntem kullanlmaktadr. Bu yntem genellikle rtl elektrot ve tozalt kaynak yntemleri ncesinde kk kaynak olarak kullanlr. [9] Bu yntem en temiz kaynak metali elde edilmesini salar. Bu yntem dolgu telsiz olarak kaynak yapldnda 4mmden ince kesitli paralarn kaynanda, tek tarafl kaynaklarn kk pasolarnda, boru kaynaklarnda ve puntalama ilerinde tercih edilir. Koruyucu gaz genellikle Ardur. Duplex paslanmaz eliklerde azot (N) eksilmesine neden olmamak iin Ar iine bir miktar N ilave edilmelidir. [1] Tavsiye edilen koruyucu gaz olarak %98 Ar + %2 N2 karm kullanlr. Daha fazla azotun bulunmas tungsten elektrotun bozulmasna neden olur. Gaza azot ilavesi mikro yap ve korozyon direnci ynnden nemlidir. Koruyucu gaz miktar nozul apna bal olarak iyi ayarlanmaldr. Tungsten elektrotun nozul ucundan dar kma miktar apnn iki veya katn gememelidir. Tor zerinde gaz mercei varsa buna gerek yoktur. Bylece ulalmas zor olan blgelere bile 20mm civarndaki elektrot uzunluuyla kolayca ulalabilir. Arkadan koruyucu gaz olarak %99,95 orannda saf Ar kullanlmaldr. Kaynak dikileri kaln olarak ekilmemelidir. [9]Duplex paslanmaz eliklerin kaynanda yksek frekans (HF) devresi olan doru akm (DC) kaynak makineleri kullanlr. Makinelerin ok iyi akm ayar hassasiyetine ve n-gaz son-gaz, krater kapatma opsiyonlarna sahip olmas gereklidir. Uygulamada tungsten elektrot negatif (-) kutupta olmaldr. Pozitif (+) kutuplama elektrot ucunun ergiyip bozulmasna neden olur. ounlukla AWS A 5.12 EW Th-2 standardnda %2 toryum ieren tungsten elektrotlar kullanlr. [1]

2.5.2. rtl Elektrot Ark Kayna

Duplex paslanmaz elikler doru akm (DC) kaynak makineleri ile elektrot pozitif (+) kutupta kaynak edilir. Kaynak edilecek malzemenin kimyasal kompozisyonu ve kaynak pozisyonlar dikkate alnarak elektrot seimi yaplr. Elektrotlar ana malzemelere gre daha yksek Ni ihtiva etmeli ve istenilen ferrit/stenit dengesini koruyabilmelidir.Elektrot rtleri rutil, bazik veya karma (bazik-rutil) karakterli olabilir. Bazik rt karakteri yksek tokluk deerleri verir. Bazik elektrotlar, her pozisyonda kaynak yapmaya elverilidir fakat rutil elektrotlara gre kullanmlar zordur. Karma rtllere gre de cruflar hzl katlatndan cruf temizlii daha zor ve kaynak dikileri konvekstir. Bu nedenle uygulamada daha az tercih edilirler. Rutil elektrotlar her pozisyonda kaynaa elverili olup, uygulamada kullanm kolaydr, dz kaynak dikileri verirler ve cruflar kolay temizlenir. Karma rtl elektrotlar daha ziyade dz ve yatay i kse kaynaklarna uygundur, kullanmlar kolaydr ve crufu kolay temizlenir.rtl elektrot ile kaynak yaparken mmkn ise kaynan arka tarafndan gaz korumas yaplmaldr. Eer gaz korumas yaplmyorsa, kaynak ilemi tamamlannca arka taraftan kk kayna talanarak, yeniden kaynak edilir. Kaynak ileminde ark balanglar daima kaynak aznn iinde yaplr. Kaynak, ksa ark boyuyla yaplmal, kaynak balang ve bitileri taslanmaldr. yi birletirme salayacak minimum akm ayar tercih edilerek, pasolar aras scaklk 150Cnin altnda tutulmal ve ok sral kaynaklarda cruf ve sramalar iyice temizlendikten sonra kaynaa devam edilmelidir. Kk kaynaklarnda, ince apl elektrotlar, dolgu pasolarnda ise kaln apl elektrotlar kullanlr. Salnm hareketi yaplacaksa salnm genilii elektrot apnn iki katn gememelidir. Elektrotlar kuru ve nemsiz olmaldr, gerekirse elektrotlar kullanlmadan nce kurutularak, 100Clik termoslarda tutulmaldr. Kaynak sonras temizlikte kullanlacak fralar paslanmaz elik olmal, kaynak dikiinde ve kenarlarda oluan yanmalar ince zmpara ile iyice temizlenmeli daha sonra yzey bu pastadan arndrlmaldr. [1]2.5.3. Gazalt (MIG) KaynaDuplex paslanmaz eliklerde kaynak ekonomisi ve yksek metal yma hznn istendii yerlerde gazalt kaynak yntemi tercih edilir. Sistem otomatik veya mekanize hale getirilebilir. Kullanlan kaynak makineleri sabit gerilimli olup elektrot (tel) doru akm pozitif (+) kutba balanr. Gazalt kaynanda eit metal damla geii vardr. Bunlar;1. Ksa devre damla geii,2. Sprey ark geii3. Darbeli damla geii

Gazalt kaynanda kullanlan masif teller makaralara sarl haldedir ve tel srme sistemi ile srekli olarak kaynak blgesine srlr. Kaynak metalinde ferrit/stenit dengesini salayabilmek iin tel elektrotlar ierisindeki nikel miktar da ana metale gre yksektir. Gazalt kayna daima kapal ortamda yaplr. Koruyucu gazlar %100 Ar veya %69 Ar+%30 He + %1 O2 olabilir. Helyum (He) ilavesi, ergimi kaynak metalinin akkanln iyiletirir, N (azot) ilavesi ise daha nce belirtildii gibi ferrit/stenit dengesini salamakta faydaldr. Kk kaynaklarnda ve puntalama esnasnda alttan gaz korumas yaplr. Ark balanglar daima kaynak aznn iinde yaplmaldr. Ark balanglar ve sramalar yksek ferrit ierdiinden atlamaya ve korozyona hassastr, bu nedenle bunlar uygun bir ekilde temizlenmelidir. Kk kaynaklar yaplrken artlar uygun ise seramik altlk kullanlabilir. Pasolar aras scaklk, 150Cyi amamal ve kaynak biti noktalar talanmaldr. Gazalt kayna ounlukla yatay pozisyonda en iyi sonucu verir, gerekli olduu durumlarda dik pozisyonda da baar ile uygulanabilir. Kaynak yaparken tor malzeme ile dike yakn bir a yapacak ekilde tutulur. Tel ve tel srme klavuzlar her zaman temiz olmal, kaynak telleri kullanlmad zaman kapal kutularda ve rutubetsiz ortamlarda muhafaza edilmelidir. Kaynak sonras temizlik rtl elektrotlarda olduu gibi yaplabilir. Duplex paslanmaz eliklerin kaynanda gaz korumal ve gaz korumasz zl teller kullanlarak zl tel kayna yaplabilir. zl tel kullanm pozisyon kaynaklarnda ve kaln kesitli malzemelerde metal yma orannn yksek olmas nedeniyle avantajldr. Ayrca, masif tellere gre sramann dk oluu, arkn kararll, crufun kolay temizlenmesi ve kaynak formunun dzgn olmas zl tellerin dier stnlkleridir. zl tellerle kaynak yaparken reticinin nerdii kaynak parametreleri ve koruyucu gaz kullanlmaldr. [1]

Yar otomatik ve tam otomatik olarak uygulanan bu kaynak yntemi 3mm kalnlktan itibaren kullanlmaktadr. Is giriini azaltmak iin ince salarda ksa devre s transferi yaplmaldr. Yksek amperaj ve voltaj ile sabit bir ark ve yksek kaynak verimi elde edilir. Her iki yntemde de koruyucu gazn seimi nemlidir. l ve drtl gaz kombinasyonlar (Ar + CO2 + N2), (Ar + CO2 + He + N2) kullanlabilir. Kaynak hznn 40cm/dak. olarak seilmesi kaynak blgesinin kompakt olmasn salar: Bu da rntgen kontrolleri iin uygun olur. [9]

2.5.4. Tozalt KaynaKaln kesitli duplex paslanmaz eliklerde tozalt kaynak yntemi ile de kaynak yaplabilir. Kaynak az dizayn ve kaynak parametreleri dier yntemlerde olduu gibi tam nfuziyet salayacak ekilde olmaldr. Kullanlan tozalt kaynak telleri ana metale gre daha yksek alama sahiptir ve bu tellerle bazik karakterli ntr (alamsz) kaynak tozlar kullanlarak yksek mekanik zellikler elde edilebilir. Kullanlan kaynak telinin ve tozunun rutubetsiz ve kuru olmasna zellikle dikkat edilmelidir. Kaynak hazrl ve kaynak sonras temizlik dier yntemlerde anlatld gibi yaplmaldr. [1]

Bazik rt kaynak blgesindeki mukavemet ve sneklik ynnden fayda salarken rutil rt crufun ok rahat kalkmasna neden olur ve poroziteye kar daha az duyarldr. Kk apl dolgu teli (sklkla 2,4mm) seilmesi s girii uyarlamasna imkan verir. Verilen bir s girii deeri iin kaynak parametrelerinin (I, V, S) seimi nemlidir. Uygun parametrelerin seilmesi durumunda ekme ve porozite deerleri daha dk olur ve tahribatsz muayenede problem kmaz. [9]

ekil 12: Duplex Paslanmaz eliklerin Tozalt Kayna [4]2.5.5. Kaynak Dolgu Malzemesinin Seimi

Kaynak dolgu malzemesi olarak genelde tip malzeme kullanlmaktadr. Bunlardan birinci normal duplex malzemelerin kaynanda kullanlan yksek alaml %22Cr ve Ni ihtiva eden duplex malzeme, ikincisi ise sper duplex malzemelerin kaynanda kullanlan %25Cr ihtiva eden sper duplex malzemedir. Bakr katkl olanlarn korozyon dayanm daha yksek olmaktadr. nc olarak kullanlan dolgu malzemesi Ni bazl E Ni Cr Mo 10 ve SG Ni Cr 23 Mo 16 olarak adlandrlan dolgu malzemeleridir. Bu rnler en iyi korozyon direncini salarlar. [9]

ekil 13: Duplex Paslanmaz eliin Kayna [4]

2.6. Duplex Paslanmaz Malzemelerin Dier elikler ile Kayna

Duplex paslanmaz elikler, karbon elikleri, dier paslanmaz elikler ve nikel bazl alamlarla kaynatlabilir. Karbon elikleri, dk alaml elikler ve stenitik paslanmaz elikler ile kaynakta sper duplex, duplex yahut 309L-Mo dolgu malzemeleri kullanlr. [9]

2.7. Kaynak Yerlerinin TemizlenmesiKaynak blgesinin temizlii, mekanik ve kimyasal yntemlerle yaplr. Kaynaklar ok ince taneli talarla talanabilir veya parlatlabilir. Kum pskrtme ve elektro polisaj uygulanabilir. Dalama ilemi stenitik paslanmaz eliklerde kullanlan dalama asitleri ile yaplabilir. Tutma veya bekleme sresi 2 katna kartlmaldr. Dalama ileminden sonra iyi bir temizlik yaplmaldr. [9]

2.8. Kaynak Hatalar ve nlenmesi

Duplex paslanmaz eliklerin kaynanda birinci kural; hatalardan kanmaktr. Eer nerilen kaynak prosedrne uyularak kaynak yaplrsa, hata riski de minimuma iner. Kaynaa balamadan nce kaynak aznn temizlendiinden emin olunmaldr. Scak atlaa neden olabilecek ya, boya ve dier kirlilikler kaynak blgesinden temizlenmelidir. Kaynak prosedrnde belirtilen kaynak parametreleri ile allmal ve kaynak esnasnda bu parametreler srekli kontrol edilmelidir. Bylece yksek s girdisi engellenerek scak atlak riski ortadan kaldrlr. Seyrelme istenilen oranda tutularak malzemenin snekliinin dmesi ve olas atlamalar da engellenmi olur. Kullanlan kaynak malzemelerini ve kaynak yaplacak yzeylerin nemli olmas, kaynak dikiinde gzenek oluumuna neden olur fakat hidrojen atlana neden olmaz, nk hidrojen stenit iinde znr. Kaynak dikileri temizlendikten sonra gzle ve uygun tahribatsz test yntemleri ile kontroller yaplr. Eer hata tespit edilmi ise hatann yeri ve boyutu belirlenerek markalama yaplr. Tespit edilen hata uygun yntemle alr. Hatann bulunduu blge penetrant testine tabi tutulur Tamir kayna, prosedrne uygun olarak tercihen yatayda yaplarak hata giderilir. Tamir kayna yaplan blge tekrar gzle ve tahribatsz test yntemleri ile kontrol edilir.Sonu olarak duplex paslanmaz eliklerin kayna dier malzemelerin kaynana gre daha fazla zen istedii iin, malzeme seiminde, kaynaa hazrlkta, kaynak malzemesi seiminde, ve kaynak prosedr hazrlnda daha dikkatli davranlmaldr. Kaynak ile ilgili tm personel, konu zerinde eitime ve kalifikasyona sahip olmal, kaynak uygulamalarn prosedrlere bal kalarak kaynak ilemlerini yerine getirmelidir. [1]Kaynaka

http://www.oerlikon.com.tr/

[1]http://www.gerpaas.com/

[2]http://www.oceanint.com/

[3]http://www.imoa.info/

[4]http://www.kobi-efor.com.tr/

[5]http://www.kuralpaslanmaz.com/

[6]http://www.thefabricator.com/

[7]http://www.gowelding.com/

[8]http://www.tersanedergisi.info/

[9]

181