Kaynak Metalurjisi: Isı Tesiri Altındaki Bölge (ITAB)

Bir kaynak dikişinin en zayıf halkası çoğu zaman ergiyen metalin kendisi değil, hemen yanında hiç ergimeden yalnızca ısınıp soğuyan o ince şerittir. Isı Tesiri Altındaki Bölge (ITAB, İng. HAZ — Heat Affected Zone), ana metalin ergime çizgisi ile termal olarak etkilenmemiş ana metal arasında kalan, birkaç milimetrelik ama metalurjik olarak son derece karmaşık bir geçiş bölgesidir. Servis kırıkları, hidrojen kaynaklı soğuk çatlaklar ve tokluk kayıplarının önemli bir kısmı tam olarak burada, kaynakçının gözünden kaçan bu şeritte başlar. Bu yazıda ITAB'ın alt bölgelerini, pik sıcaklık ve soğuma süresinin (t_8/5) mikroyapıya nasıl işlediğini, kaba taneli bölgedeki tokluk düşüşünü ve sertleşmeyi, ısı girdisi ile ön ısıtmanın rolünü ve saha/servis sertlik sınırlarını inspektör gözüyle ele alacağız.

1. ITAB nedir ve neden kritiktir?

ITAB, kaynak sırasında ergime sıcaklığının altında kaldığı için ergimeyen, ancak yeterince ısınarak katı hâlde faz dönüşümü, tane büyümesi veya temperlenme geçiren ana metal bölgesidir. Bir kaynak bağlantısı üç ana metalurjik bölgeden oluşur: kaynak metali (ergiyip yeniden katılaşan), ergime çizgisi (füzyon hattı) ve ITAB. ITAB'ın kritikliği şuradan gelir: bu bölge kaynak metalinden farklı olarak ilave metalin kimyasal kompozisyonu ile ayarlanamaz; tümüyle ana metalin kimyasına ve gördüğü termal çevrime bağlıdır. Yani inspektör veya kaynak mühendisi olarak ITAB'ı yalnızca termal çevrimi — pik sıcaklık ve soğuma süresini — kontrol ederek yönetebilirsiniz.

Prosedür vasıflandırmasında bu durum doğrudan deney numunesi konumlarına yansır. EN ISO 15614-1'e göre yapılan vasıflandırmada çentik darbe deneyi numunelerinde çentik, füzyon hattı üzerine ve füzyon hattından belirli mesafelere (tipik olarak FL, FL+2 mm ve FL+5 mm) yerleştirilir; amaç kaynak metalini değil, ITAB'ın farklı alt bölgelerini ayrı ayrı örneklemektir. ASME BPVC Section IX tarafında ise durum farklıdır: Section IX kendi başına çentik darbe deneyi veya sertlik ölçümü şart koşmaz; yalnızca vasıflandırma değişkenlerini (esas değişken, ilave esas değişken, esas olmayan değişken) yönetir. Çentik ve sertlik gerekliliklerinin kendisi ilgili yapım kodundan gelir (Section VIII Div. 1/Div. 2, B31.1, B31.3, NACE/ISO 15156 vb.) ve numune yerleri de o kodun atıf yaptığı hükümlere göre belirlenir. İki sistemi aynı cümlede eşitlemek, denetim planında doğrudan eksik deneyle sonuçlanır.

İnspektör açısından ITAB, üzerinde doğrudan bir kimyasal kalemi olmayan, yalnızca ısıl kontrolle biçimlendirilebilen bir bölge olarak düşünülmelidir; bu da ısı girdisi ve ön ısıtma parametrelerinin neden bu kadar titizlikle şartnameye bağlandığını açıklar. Aynı çerçevede kaynakçı yeterliliği (EN ISO 9606-1) de ITAB'ı dolaylı olarak ilgilendirir: vasıflandırılmış WPS'teki ısı girdisi ve pasolar arası sıcaklık aralığını sahada fiilen tutturacak olan kişi kaynakçıdır; yeterlilik belgesi bu parametrelere uyumu değil yalnızca el becerisini kapsar, dolayısıyla ısıl parametre uygunluğu ayrıca denetlenmelidir.

2. Pik sıcaklık ve termal çevrim: ITAB'ın haritası

ITAB tek tip değildir; ergime çizgisine olan uzaklığa göre her nokta farklı bir pik sıcaklığa ulaşır. Ergime çizgisine bitişik noktalar solidüs ile likidüs arasına girer (karbon çeliklerinde solidüs tipik olarak ~1450–1500 °C; saf demirde ergime 1538 °C, karbon arttıkça solidüs düşer) — yani bu dar şeritte tane sınırlarında yerel sıvılaşma görülebilir. Etkilenmemiş ana metale doğru gidildikçe pik sıcaklık A₁ sıcaklığının (denge ötektoid sıcaklığı, ≈ 727 °C; alaşım elementleriyle kayar — Mn ve Ni düşürür, Cr, Mo, Si ve V yükseltir) altına iner.

Bu pik sıcaklık gradyanı, ITAB'ı adeta bir demir-karbon faz diyagramının canlı bir kesiti hâline getirir: her mesafe, o noktanın hangi faz alanına kadar ısındığını belirler ve soğuma sırasında hangi mikroyapıyı vereceğini tayin eder. Bu yüzden ITAB'ı anlamanın anahtarı, "tek bir bölge" değil, pik sıcaklığa göre sıralanmış alt bölgeler dizisi olarak düşünmektir. Aynı kaynak dikişinin bir milimetre içinde bile mikroyapı, füzyon hattına yakın iri taneli ve sert bir yapıdan, ana metale yakın neredeyse değişmemiş bir yapıya kadar geçiş yapabilir.

3. ITAB alt bölgeleri

Ferritik-perlitik bir karbon-manganlı çelikte, füzyon hattından ana metale doğru şu alt bölgeler tanımlanır:

Kısmen ergimiş bölge (PMZ — partially melted / liquation zone): Füzyon hattı ile kaba taneli ITAB arasında kalan, pik sıcaklığı solidüs ile likidüs arasına giren çok dar şerittir. Burada tane sınırlarındaki düşük ergime noktalı film ve ayrışmalar (S, P, düşük ergimeli ötektikler) yerel olarak sıvılaşır ve katılaşma sırasında zayıf sınırlar bırakır. Sıvılaşma (liquation) çatlağının klasik yeridir; özellikle östenitik paslanmazlarda, Ni esaslı alaşımlarda ve S/P içeriği yüksek çeliklerde kritiktir. Metalografide çoğu zaman yalnızca yüksek büyütmede görülebildiği için sıradan makro incelemede kaçırılır.
Kaba taneli ITAB (CGHAZ): Tane kabalaşma sıcaklığının üzerinden solidüse kadar uzanır. Bu eşik C-Mn çeliklerde tipik olarak ~1100 °C'dir; mikroalaşımlı çeliklerde ise tane sınırını sabitleyen TiN/NbC çökeltilerinin çözünme sıcaklığına bağlı olarak ~1150–1250 °C'ye kayar. Östenit taneleri hızla ve aşırı büyür. Soğumada bu iri östenit taneleri, sertleşebilirliği yüksek olduğundan bainit veya martenzite dönüşme eğilimindedir. Mekanik olarak en problemli bölgedir.
Tane inceltilmiş / normalize ITAB (FGHAZ): Pik sıcaklık ~900 °C ile tane kabalaşma sıcaklığı arası, A₃'ün biraz üzeridir. Tam östenitleşme olur ama tane büyümesi sınırlıdır; soğumada ince taneli ferrit-perlit oluşur. Bu bölge genellikle bağlantının en tok kısmıdır — adeta yerinde bir normalizasyon.
Kısmi (interkritik) östenitleşme ITAB (ICHAZ): Pik sıcaklık A₁–A₃ arasıdır (~727–900 °C; A₃, düşük karbonlu C-Mn çelikte tipik olarak ~850–900 °C civarındadır ve hipoötektoid aralıkta karbon arttıkça düşer — ötektoid bileşimin ötesinde yükselen kol artık A_cm'dir). Yapının yalnızca bir kısmı östenite döner; soğumada karbonca zengin bu adacıklar sertleşerek yerel olarak sert-gevrek adalar, özellikle M-A (martenzit-östenit) adacıkları oluşturabilir.
Temperlenmiş / alt-kritik ITAB (SCHAZ): Pik sıcaklık A₁'in altındadır. Faz dönüşümü olmaz; ancak ıslah edilmiş (Q&T) veya soğuk şekillendirilmiş malzemelerde temperlenme, aşırı yumuşama ve mukavemet kaybı görülebilir. Yüksek mukavemetli çeliklerde bu "yumuşama bölgesi" tasarım açısından ihmal edilmemelidir.

Çok pasolu kaynaklarda her paso bir öncekinin ITAB'ını yeniden ısıttığı için bu bölgeler üst üste biner; bir sonraki paso, önceki pasonun kaba taneli bölgesini kısmen tane inceltir veya temperler. Bu "interkritik olarak yeniden ısınmış kaba taneli ITAB" (ICCGHAZ) tam olarak tokluk deneylerinde en düşük değerlerin çıktığı ve ünlü "yerel gevrek bölgeler" (LBZ — Local Brittle Zones) olarak bilinen sert-gevrek M-A adacıklarının yoğunlaştığı yerdir. Bu nedenle LBZ olgusu, tek pasoluk ICHAZ ile değil, esasen çok pasolu kaynakta yeniden ısınmış kaba taneli bölgeyle ilişkilendirilir.

4. Soğuma hızı ve t_8/5 kavramı

Pik sıcaklık hangi faz alanına çıkıldığını belirlerken, soğuma hızı o bölgenin hangi mikroyapıyla donacağını tayin eder. Kaynak metalurjisinde soğuma hızı çoğunlukla t_8/5 ile ifade edilir: parçanın 800 °C'den 500 °C'ye soğuması için geçen süre (saniye). Bu aralık kritiktir çünkü ferrit, perlit, bainit ve martenzit dönüşümlerinin büyük kısmı bu sıcaklık penceresinde gerçekleşir.

Burada sık yapılan bir hata, t_8/5'i yalnızca ısı girdisinin fonksiyonu sanmaktır. EN 1011-2 bağıntılarında t_8/5; ısı girdisi (Q), başlangıç/ön ısıtma sıcaklığı (T₀), kesit kalınlığı, ısı akışının boyutu (2 boyutlu mu 3 boyutlu mu) ve birleşim geometrisi düzeltme katsayıları (levha/köşe birleşimleri için F2 ve F3 şekil faktörleri) tarafından birlikte belirlenir. Kalınlık arttıkça ısı akışı 2 boyutludan 3 boyutluya geçer; parça kendi kendine bir ısı kuyusu gibi davranır ve t_8/5 kısalır. İki rejimi ayıran kalınlığa geçiş kalınlığı (transition thickness) denir: 3 boyutlu rejimde t_8/5 kalınlıktan pratik olarak bağımsızdır, 2 boyutlu rejimde ise yaklaşık olarak (Q/d)² ile ölçeklenir.

Kısa t_8/5 (hızlı soğuma): Kalın kesit / 3 boyutlu ısı akışı, düşük ısı girdisi, ön ısıtmasız uygulama, yüksek kısıtlama. CCT diyagramında dönüşüm eğrisinin sol tarafından geçilir; sertleşebilir çeliklerde martenzit/üst bainit ve yüksek sertlik oluşur. Hidrojen kaynaklı soğuk çatlak riski yüksektir. Kalın kesitte ön ısıtmanın zorunlu hâle gelmesinin sebebi tam olarak budur.
Uzun t_8/5 (yavaş soğuma): İnce–orta kesit / 2 boyutlu ısı akışı, yüksek ısı girdisi ve/veya ön ısıtma. Daha yumuşak ferritik-bainitik yapılar oluşur, sertlik düşer. Kalın kesitte aynı t_8/5'e ulaşmak için ısı girdisi ile ön ısıtmanın birlikte artırılması gerekir.

Bu nedenle t_8/5'in bir alt sınırı (sertlik ve soğuk çatlak kontrolü için) ve bir üst sınırı (tokluk için) vardır. İyi bir WPS, ısı girdisi ve ön ısıtmayı bu iki sınır arasındaki pencerede tutacak şekilde yazılır. Sık rastlanan bir yanlış anlama da EN 1011-2'nin "çelik türüne göre t_8/5 tabloları" verdiğini sanmaktır: EN 1011-2 esas olarak t_8/5'in hesaplanma yöntemini (2B/3B bağıntıları, şekil faktörleri) ve ön ısıtma belirleme metotlarını verir; kabul edilebilir t_8/5 penceresi ise ağırlıkla çelik üreticisinin ürün veri sayfasından (özellikle TMCP ve ıslah edilmiş yüksek mukavemetli çeliklerde) ve proje şartnamesinden gelir.

5. Kaba taneli ITAB: tokluk düşüşü ve sertleşme

ITAB'ın "problem çocuğu" kaba taneli bölgedir ve bunun iki ayrı ama örtüşen sebebi vardır. Birincisi tane irileşmesi: östenit tane büyümesi 800 °C penceresinde değil, çok daha yüksekte — tane kabalaşma sıcaklığının (tipik olarak ~1100 °C) üzerinde geçirilen sürede — gerçekleşir. Yani yüksek ısı girdisi, malzemeyi 1100 °C'nin üzerinde daha uzun süre tutarak taneyi irileştirir. İkincisi dönüşüm ürünü: t_8/5 penceresi tane boyutunu değil, o iri östenitin hangi ürüne dönüşeceğini belirler. Uzun t_8/5'te kaba ferrit yan levhaları (Widmanstätten), üst bainit ve M-A adacıkları gibi düşük tokluklu ürünler; kısa t_8/5'te ise sert martenzit/alt bainit oluşur. İri ön östenit tanesi (prior austenite grain) sertleşebilirliği de artırdığından, aynı soğuma hızında bile martenzit oluşma eğilimi yükselir. Sonuç, hem sert hem gevrek olabilen dar bir şerittir.

CGHAZ tokluğunun yalnızca kaynak parametreleriyle yönetilmediğini de eklemek gerekir: asıl belirleyici, ana metalin mikroalaşım tasarımıdır. TiN ve Ti-oksit çökeltileriyle tane sınırının sabitlenmesi, düşük karbon + Nb bileşimi ve oksit metalurjisi (ör. yüksek ısı girdisi için geliştirilen HTUFF tipi saclar) yüksek ısı girdisinde bile CGHAZ tane irileşmesini sınırlar. Bu yüzden "TMCP çelikleri yüksek ısı girdisine duyarlıdır" genellemesi eksiktir; duyarlılık ürün ailesine göre değişir ve yüksek ısı girdisi için özel olarak tasarlanmış saclar mevcuttur.

Sürünme koşullarında (yüksek sıcaklık servisinde, örneğin Grade 91 / CrMo(V) çeliklerinde) alt bölgelerin rolünü karıştırmamak gerekir. Kaba taneli ITAB, gerilim giderme (reheat) çatlağının ve "Tip III" sürünme hasarının klasik yeridir. Buna karşılık, sürünme dayanımlı ferritik çeliklerde en zayıf halka olan "Tip IV" sürünme çatlakları kaba taneli bölgede değil, ITAB'ın ana metale bakan dış kenarındaki ince taneli / interkritik ITAB'da (FGHAZ–ICHAZ) çekirdeklenir ve ilerler; burada karbür kabalaşması ve yumuşama nedeniyle düşük sürünme dayanımlı bir zon oluşur. Tip IV duyarlılığı PWHT sıcaklığına ve servis sıcaklığına bağlıdır; bağlantı ömrü çentiksiz hesaplanan ana metal ömrünün belirgin biçimde altına inebildiği için tasarımda kaynak mukavemet azaltma faktörü (WSRF) uygulanır — Grade 91 boru sistemlerinde bu faktör doğrudan izin verilen gerilmeye girer. İki mekanizma farklı alt bölgelerde geliştiğinden, ömür değerlendirmesi ve muayene planı buna göre kurgulanmalıdır. İnspektör açısından ders nettir: darbe deneyi ve sertlik ölçümü mutlaka füzyon hattını ve CGHAZ'ı da kapsamalıdır; yalnızca kaynak metalini test etmek yanıltıcıdır.

6. Sertlik: neden bir vekil parametredir?

ITAB sertliği pratikte en çok ölçülen ve şartname konulan büyüklüktür, çünkü ucuz, hızlı ve hem sertleşmenin hem de dolaylı olarak hidrojen kaynaklı soğuk çatlak ve sülfürlü gerilmeli çatlama (SSC — sulphide stress cracking) riskinin göstergesidir. SSC, adının "korozyon" çağrıştırmasına rağmen mekanizması hidrojen gevrekleşmesine dayanan bir çatlama türüdür ve anodik çözünmeyle ilerleyen klasik gerilmeli korozyon çatlaması (SCC) ile karıştırılmamalıdır.

Yüksek sertlik, yüksek martenzit oranının göstergesidir; bu da düşük tokluk ile hidrojen gevrekleşmesine ve H₂S ortamında sülfürlü gerilmeli çatlamaya (NACE koşulları) yatkınlık anlamına gelir. Ancak bu ilişki tek başına martenzit oranıyla kurulamaz: martenzitin sertliği ağırlıkla karbon içeriğine bağlıdır. %0,05 C'li bir çelikte %100 martenzit bile ~300 HV mertebesinde kalıp makul tokluk gösterebilirken, %0,25 C'de aynı martenzit oranı 450 HV'nin üzerine çıkar ve gevrektir. Doğru okuma "sertlik ≈ martenzit oranı × karbon içeriği" şeklindedir.

Sertlik, karbon eşdeğeri ve t_8/5 üzerinden öngörülebilir; ancak iki karbon eşdeğeri formülü birbirinin yerine kullanılamaz. CEV (IIW) formülü geleneksel, görece yüksek karbonlu çelikler için (tipik olarak C > %0,18) anlamlıdır; Pcm ise düşük karbonlu modern TMCP/HSLA çelikler için geliştirilmiştir. Yanlış formülün seçilmesi ön ısıtma sıcaklığını ciddi biçimde hatalı hesaplatır. Bu yüzden malzeme seçiminde doğru karbon eşdeğeri kontrolü, kaynak edilebilirliğin ilk kapısıdır.

Ölçüm tarafında da metot standardı belirleyicidir. Kaynaklı bağlantılarda sertlik ölçüm sıralarının konumu ve iz sayısı EN ISO 9015-1 (mikro sertlik için 9015-2) ile, izin kendisi ise ISO 6507-1 ile tanımlıdır: iz aralığı ve kenar mesafesi kurallarına uyulmadığında pik CGHAZ değeri sistematik olarak kaçırılır. HV10 izinin köşegeni ~0,4 mm mertebesinde olduğundan dar CGHAZ şeritlerinde iz bölge dışına taşabilir; bu durumda HV5 veya HV1 kullanılır. Profil, füzyon hattını kesecek şekilde çizilir ve pik değer genellikle CGHAZ'da görülür.

7. Isı girdisi ve ön ısıtmanın ITAB kontrolündeki rolü

ITAB'ı yönetmenin iki ana kaldıracı ısı girdisi ve ön ısıtma/pasolar arası sıcaklıktır.

Isı girdisi, t_8/5'i doğrudan etkiler. Burada iki farklı büyüklüğü ayırmak şarttır ve bu ayrım, PQR/WPS kayıtlarındaki en yaygın uygunsuzluk sebebidir:

Ark enerjisi (arc energy): E = (U × I) / (1000 × v) [kJ/mm] — verim çarpanı yoktur.
Isı girdisi (heat input): Q = k × E; burada k termal verim faktörüdür (η).

EN 1011-1 ve ISO/TR 18491'de tipik k değerleri: tozaltı ark kaynağı (SAW) 1,0; örtülü elektrot (MMA/SMAW), MIG/MAG (GMAW) ve özlü tel (FCAW) 0,8; TIG (GTAW) 0,6. Formülde U gerilim (V), I akım (A), v kaynak hızıdır (mm/s); 1000'e bölen katsayı J/mm değerini kJ/mm'ye çevirmek içindir. Kritik nokta şudur: ASME BPVC Section IX ve AWS D1.1 hesapta verim çarpanı uygulamaz, yani aynı dikiş için ISO ve ASME rakamları farklı çıkar. WPS ve PQR'de hangi tanımın (ark enerjisi mi, k ile çarpılmış ısı girdisi mi) sınırlandırıldığı açıkça yazılmalıdır; ayrıca EN ISO 15614-1, ısı girdisi yerine paso boyu (run-out length) üzerinden kontrole de izin verir.

Isı girdisini artırmak soğumayı yavaşlatır, sertliği ve soğuk çatlak riskini düşürür — ancak fazlası kaba taneli ITAB'ı genişletip tokluğu düşürür ve yüksek ısı girdisine duyarlı termomekanik haddelenmiş (TMCP) çeliklerde ITAB yumuşamasını artırır. Bu yüzden ısı girdisi PQR'de kaydedilir ve WPS'te alt/üst sınırla kontrol edilir; ASME sisteminde ise darbe deneyi istendiğinde ısı girdisi ilgili esas değişkenler arasına girer.

Ön ısıtma, kaynak öncesi ve sırasında parçayı belirli bir sıcaklığa getirerek üç işi birden yapar: soğuma süresini (t_8/5) uzatarak sert martenzit oluşumunu azaltır; difüzyona uğrayabilen (diffusible) hidrojenin — HD — yapıdan uzaklaşmasına zaman tanır (hidrojen kaynaklı soğuk çatlağı önlemenin temeli); ve termal gerilmeleri düşürür. Hidrojen kaynaklı soğuk çatlak tipik olarak ~200 °C'nin altında, ağırlıkla 100 °C'nin altında ve oda sıcaklığında gecikmeli olarak oluşur; bu yüzden ön ısıtmanın kaynak boyunca korunması ve gerektiğinde art ısıtma (post-heat) uygulanması önemlidir. Art ısıtma bir PWHT değildir; amacı gerilim gidermek değil, hidrojen difüzyonuna zaman tanımaktır.

Ön ısıtma sıcaklığı; karbon eşdeğeri, kesit kalınlığı, hidrojen seviyesi ve kısıtlama derecesine göre EN 1011-2 veya AWS D1.1 yöntemleriyle belirlenir. EN 1011-2'nin iki metodu birbirinin yerine kullanılamaz:

Metot A: CE (IIW) tabanlıdır — CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 — ve esasen geleneksel C-Mn çelikler içindir.
Metot B: CET tabanlıdır — CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40 — ve düşük alaşımlı yüksek mukavemetli (ıslah edilmiş/TMCP) çelikler içindir.

Yanlış metot seçimi doğrudan yetersiz ön ısıtma demektir. Her iki metotta da girdi olarak birleşik kalınlık (combined thickness) — birleşime giren tüm parçaların ısı akışına katkısının toplamı — ve ilave metalin hidrojen sınıfı kullanılır. Hidrojen seviyesi EN ISO 2560 / EN 1011-2 ölçeğiyle sınıflandırılır (A–E ölçeği: HD ≤ 15, ≤ 10, ≤ 5, ≤ 3 ml/100 g; ticari kullanımda H15/H10/H5 gösterimi) ve HD ölçümü EN ISO 3690'a göre yapılır. AWS D1.1 tarafında da tablo bazlı yöntem ile hidrojen kontrolüne dayanan ek yöntem farklı sonuç verebilir; hangisinin uygulandığı WPS'te belirtilmelidir.

Ön ısıtmanın bir de üst sınırı olduğu unutulmamalıdır: özellikle ıslah edilmiş ve TMCP çeliklerde aşırı ön ısıtma t_8/5'i gereğinden fazla uzatıp CGHAZ tokluğunu düşürür. Pasolar arası sıcaklığın üst sınırı da aynı mantıkla konur: ferritik çeliklerde gerekçe tokluk kaybıdır; östenitik paslanmazlarda tane sınırında Cr karbür çökelmesine bağlı duyarlılaşma, dubleks çeliklerde ise ferrit/östenit faz dengesinin bozulması ve sigma fazı çökelmesi ayrı gerekçeler oluşturur.

8. PWHT ve ITAB üzerindeki etkisi

Kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT — gerilim giderme), kalıcı gerilmeleri düşürmenin yanında ITAB açısından da metalurjik olarak faydalıdır: sert martenzit/bainit yapılarını temperleyerek sertliği düşürür, tokluğu iyileştirir ve difüzyona uğrayabilen hidrojeni uzaklaştırır.

PWHT'nin zorunlu olup olmadığı ise genelleme kaldırmaz: kalınlık, malzeme grubu (ASME P-No / CR ISO/TR 15608 grubu) ve servis koşullarının birleşimine bağlı olarak ilgili yapım kodunun PWHT tablosu ve muafiyet hükümleri belirler — ör. ASME BPVC Section VIII Div. 1 UCS-56 ve muafiyet koşulları, EN 13445-4. "Kalın kesitte çoğu zaman zorunludur" demek, okuyucuyu ya gereksiz PWHT'ye ya da yanlış muafiyete iter.

PWHT'nin kendi sınırları da vardır:

Ac1 sınırı: PWHT sıcaklığı hiçbir zaman malzemenin Ac1'ini aşmamalıdır. Aşılırsa yerel yeniden östenitleşme olur ve soğumada, artık temperlenmemiş martenzit kalır — yani işlem, düzeltmesi beklenen hasarı bizzat üretir. Grade 91'de Ac1 tipik olarak ~800 °C'dir ve kimyaya göre kayar (Ni + Mn arttıkça düşer); bu yüzden tipik PWHT penceresi 730–780 °C olarak verilir ve Ni + Mn toplamına şartname sınırı konur.
Gerilim giderme (reheat) çatlaması: Duyarlılık, ikincil karbür yapıcı elementlerin (V, Nb, Ti, Cr, Mo) CGHAZ'da çökelme sertleşmesi yapmasıyla ilişkilidir. Klasik duyarlı aileler: Cr-Mo-V çelikleri, 2¼Cr-1Mo, bazı Ni-Cr-Mo çelikleri ve stabilize östenitik paslanmazlar (tip 321/347). Mekanizma şudur: PWHT ısıtmasında ~500–700 °C bandında tane içinde ince karbürler çökelir, tane içi mukavemet artar ve gevşeme deformasyonu ön östenit tane sınırlarına yığılarak tane sınırı boyunca sürünme türü çatlak açar.
Aşırı temperleme: Uzun süre/yüksek sıcaklık, mukavemet kaybına ve ıslah edilmiş çeliklerde tasarım değerlerinin altına inmeye yol açar.

Yani PWHT parametreleri de tıpkı ısı girdisi gibi bir pencere içinde tutulmalıdır ve bu pencere hem alttan (etkin temperleme) hem üstten (Ac1 ve mukavemet kaybı) sınırlıdır.

9. ITAB sertlik sınırları: servis ve NACE

Uygulamaya göre ITAB için tipik maksimum sertlik sınırları şöyledir:

Genel yapısal/basınçlı hizmet: Tek bir genel eşik yoktur; EN ISO 15614-1 sertlik sınırlarını çelik grubuna ve ısıl işlem durumuna göre (Tablo 2) verir. Örnek olarak CR ISO/TR 15608 grup 1 ve 2 çelikleri için kaynak sonrası ısıl işlemsiz (as-welded) 380 HV10, ısıl işlem sonrası 320 HV10; grup 3 (ıslah edilmiş / yüksek mukavemetli) çelikler için as-welded 450 HV10, ısıl işlem sonrası 380 HV10 sınırları uygulanır. Cr-Mo grupları (4 ve 5) için sınır ISO 15614-1:2017 revizyonuyla 350 HV10'a yükseltilmiştir. Kesin değer için standardın kendi sertlik tablosuna bakılmalıdır; ayrıca proje şartnamesi çoğu zaman standarttan daha katı bir sınır koyar ve sözleşmede bağlayıcı olan odur.
Ekşi (sour) servis / H₂S ortamı (ANSI/NACE MR0175 / ISO 15156): Sülfürlü gerilmeli çatlamaya (SSC) karşı iki ayrı kriter vardır ve bunlar birbirinin dönüşümü değildir. Esas metal için karbon/düşük alaşımlı çeliklerde maks. 22 HRC (ASTM E140 dönüşümüyle ≈ 248 HV ≈ 237 HBW) uygulanır. Kaynak metali ve ITAB için ise prosedür vasıflandırmasındaki sertlik taramasında ayrı bir kabul kriteri olarak maks. 250 HV10 geçerlidir (ISO 15156-2 Ek A); bazı hat borusu/HSLA uygulamalarında ek vasıflandırma koşullarıyla 275 HV10'a izin veren hükümler bulunur. ITAB sertliği HRC ile ölçülmez: birkaç milimetrelik şeritte Rockwell C izinin boyutu ve kenar mesafesi kuralları geçerli sonuç vermez; bu, sahada raporun geçersiz sayılmasının klasik sebebidir.
Standart seçimi: MR0175/ISO 15156 upstream (üretim/saha) ekipmanı içindir; rafineri ve proses ekipmanı için ayrı bir standart olan NACE MR0103 / ISO 17945 uygulanır (karbon çeliği kaynaklarında tipik olarak 248 HBW sınırı). Yanlış standardın seçilmesi, doğru ölçülmüş bir sertliğin yanlış kriterle değerlendirilmesi demektir.
Islah edilmiş yüksek mukavemetli çelikler: Malzeme özel şartnamesine göre farklı sınırlar (ör. offshore projelerinde füzyon hattı için ayrı değerler) belirlenebilir.

Bu sınırlar PQR aşamasında sertlik haritasıyla, üretimde ise üretim deney parçalarıyla (production test coupon) ve gerektiğinde saha metalografisi (replika) ve portatif sertlik ölçümüyle doğrulanır. Ölçüm düzeni ve iz konumları EN ISO 9015-1'e, ekşi servis işlerinde ise ISO 15156-2'nin kendi ölçüm düzenine göre kurulmalıdır.

Saha notu

Sahada en sık yaptığım hata düzeltmesi şudur: kaynakçı çatlağı yalnızca kaynak metalinde arar. Klasik C-Mn ve yüksek CEV'li işlerde gecikmeli soğuk çatlağın baskın yeri gerçekten de füzyon hattına bitişik kaba taneli ITAB'dır; ancak düşük CEV'li modern TMCP çeliklerde yüksek mukavemetli ilave metalle yapılan kaynaklarda baskın konum kaynak metaline kaymıştır (özellikle boyuna çatlaklar ve "chevron" çatlakları). Bu yüzden muayene planı her ikisini de kapsamalı; tek bir bölgeye kilitlenmek inspektörü yanlış yere baktırır.

Zamanlama da kod meselesidir, tercih değil: hidrojen kaynaklı çatlak kaynaktan saatler, hatta 48 saat sonra ortaya çıkabildiği için kodlar gecikmeli muayeneyi zorunlu kılar — ör. AWS D1.1'de A514/A517 türü ıslah edilmiş çelikler için 48 saat, ASME B31.3'te bazı malzemeler için 24 saat. Kodun öngördüğü bekleme süresi (tipik olarak malzemeye göre 24–48 saat) dolmadan nihai NDT yapılmaz.

İkinci pratik nokta: ön ısıtmayı yalnızca ateşleme anında değil, temas termometresi veya termokupl ile pasolar arasında da doğrulayın — çünkü ön ısıtma düştüğünde ITAB'ın t_8/5'i kısalır ve sertlik fırlar. Sertlik ölçümünde de tek noktaya değil, füzyon hattını dik kesen bir profile bakın; iz aralığı ve kenar mesafesi kurallarına uyun. Pik değeri kaçırmak, raporu geçerli ama parçayı çatlamaya açık bırakır.

İlgili standartlar

ASME BPVC Section IX — Kaynak/lehim prosedür vasıflandırması ve personel yeterliliği (WPS/PQR); esas değişkenleri yönetir. Çentik darbe ve sertlik gerekliliklerinin kendisi Section IX'dan değil, ilgili yapım kodundan gelir (ör. Section VIII Div. 1, B31.1, B31.3).
EN ISO 15614-1 — Çelik ve nikel alaşımları için kaynak prosedürü vasıflandırma deneyi (ısı girdisi aralığı, sertlik ve çentik darbe deneyleri dahil).
CR/ISO/TR 15608 — Metalik malzemelerin kaynak amaçlı gruplandırma sistemi; metinde anılan "çelik grubu" kavramının kaynağıdır.
EN ISO 15609-1 — Kaynak prosedür şartnamesi (WPS) içeriği; ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık dahil.
EN 1011-1 — Ark kaynağı için genel rehber; ark enerjisi/ısı girdisi ve termal verim (k) faktörleri.
EN 1011-2 — Ferritik çeliklerin ark kaynağı için uygulama rehberi; ön ısıtma (Metot A: CE(IIW), Metot B: CET), birleşik kalınlık ve t_8/5 hesabı.
EN ISO 9015-1 / -2 — Kaynaklı bağlantılarda sertlik deneyi (HV10 profil konumları) ve mikro sertlik deneyi.
EN ISO 9016 — Kaynaklı bağlantılarda çentik darbe deneyi; numune yeri ve çentik işaretlemesi.
EN ISO 3690 — Ark kaynağında difüzyona uğrayabilen hidrojen (HD) tayini.
EN ISO 2560 — Örtülü elektrotların sınıflandırılması; hidrojen sınıfları (H15/H10/H5).
EN ISO 9606-1 — Kaynakçı yeterlilik sınavı (çelik); vasıflandırılmış ısıl parametrelerin sahada uygulanmasından sorumlu personelin belgelendirmesi.
EN ISO 5817 — Kaynak süreksizlikleri için kalite (kabul) seviyeleri.
EN ISO 6520-1 — Kaynak süreksizliklerinin sınıflandırılması ve terminolojisi.
AWS D1.1 — Yapısal çelik kaynak kodu; ön ısıtma (tablo yöntemi ve hidrojen kontrolü yöntemi), vasıflandırma ve gecikmeli muayene gereklilikleri.
ANSI/NACE MR0175 / ISO 15156 — Ekşi (H₂S) servis (upstream) için malzeme ve kaynak metali/ITAB sertlik sınırları.
NACE MR0103 / ISO 17945 — Rafineri ve proses ekipmanında ekşi servis için malzeme ve sertlik gereklilikleri.
ASME BPVC Section VIII Div. 1 (UCS-56) ve EN 13445-4 — Basınçlı kaplar; PWHT tabloları, muafiyetler ve yapım gereklilikleri.

Sahada yanınızda olsun: Bu yazıdaki kaynak standartlarını, prosedür mantığını ve saha kontrol adımlarını internet olmadan cebinizde tutmak için, ücretsiz ve tamamen çevrimdışı Doawise Welding Eng Guide uygulamasına göz atabilirsiniz.

DoaWise olarak kaynak mühendisliği ve muayene hizmetlerini ASME BPVC Section IX, EN ISO 15614 ve NACE MR0175 başta olmak üzere uluslararası standartlara göre yürütüyoruz; WPS/PQR gözden geçirmesinden ITAB sertlik haritalamasına, ön ısıtma doğrulamasından tokluk deneyi değerlendirmesine kadar her adımı kaydedilebilir, izlenebilir ve denetlenebilir sonuçlar üretecek şekilde belgeliyoruz. Amacımız, kaynağın yalnızca görünürde değil, ergime çizgisinin hemen yanındaki o kritik şeritte de standardı karşılamasını güvence altına almaktır.