Ön Isıtma ve Pasolar Arası Sıcaklık Neden Önemli?

Kaynak dikişi çoğu zaman gözle görülür bir süreksizlik vermeden reddedilir; çünkü asıl sorun dikişin kendisinde değil, onun altında ve yanında kalan ısı tesiri altındaki bölgede (ITAB, İng. HAZ) gizlidir. Bir birleştirmenin uzun vadeli güvenilirliğini belirleyen kritik parametrelerin başında ön ısıtma (preheat) ve pasolar arası (interpass) sıcaklık gelir. Bu iki değer, ilk bakışta yalnızca "metali biraz ısıtmak" gibi görünse de aslında soğuma hızını, hidrojenin dikişten kaçış zamanını, ITAB sertliğini ve nihai tokluğu yöneten termal kontrol araçlarıdır. Yanlış uygulandığında sonuç, montajdan günler hatta haftalar sonra ortaya çıkan gecikmeli soğuk çatlaklardır; doğru uygulandığında ise ömür boyu sorunsuz çalışan bir bağlantı. Bu yazıda ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklığın metalurjik mantığını, hesap temelini ve saha kontrolünü inspektör gözüyle ele alıyoruz.

1. Kaynakta soğuma hızı: görünmeyen değişken

Bir kaynak dikişi, saniyeler içinde ergime sıcaklığından oda sıcaklığına doğru soğur. Bu soğumanın hızı, ITAB'da hangi mikro yapının oluşacağını belirleyen en temel etkendir. Genellikle 800 °C ile 500 °C arasındaki geçiş süresi (t8/5) referans alınır; çünkü çeliğin faz dönüşümlerinin çoğu bu aralıkta gerçekleşir.

Soğuma çok hızlı olursa (kısa t8/5), östenit yeterli difüzyon zamanı bulamadan sert ve gevrek martenzite dönüşür. Ancak buradan "ne kadar yavaş o kadar iyi" sonucu çıkmaz: tokluk t8/5 ile monoton artmaz, bir optimum aralık vardır (tipik yapısal çeliklerde ~5–25 s mertebesi; kesin aralık malzemeye ve akma dayanımı sınıfına bağlıdır). Çok kısa t8/5 sert martenzit üretir; çok uzun t8/5 ise iri taneli ITAB'da tane sınırı ferriti, üst beynit ve M-A adacıkları verir. Her iki uç da tokluğu düşürür, hatta çok uzun t8/5'te tokluk martenzitten de kötü çıkabilir. Ön ısıtmanın birincil işlevi bu pencereyi yakalamaktır: kaynak bölgesinin başlangıç sıcaklığını yükselterek soğuma hızını düşürmek, yani t8/5'i kontrollü biçimde uzatmak.

Ancak t8/5'in tek kolu ön ısıtma değildir. Basitçe t8/5 = f(ön ısıtma sıcaklığı, ısı girdisi, kalınlık ve ısı akış geometrisi) yazabiliriz. Isı girdisi, WPS'te tanımlanan ve doğrudan ölçülebilen bir parametredir; ancak birim dönüşümü atlanırsa formül kJ/mm vermez:

Q = (U × I × k) / (v × 1000) — v: mm/s ise Q = (U × I × k × 60) / (v × 1000) — v: mm/dk ise

Burada Q: ısı girdisi (kJ/mm), U: ark gerilimi (V), I: kaynak akımı (A), v: kaynak ilerleme hızı, k: prosese bağlı termal verim faktörü. EN 1011-1 ve ISO/TR 18491'e göre tipik k değerleri: SAW 1,0; SMAW, GMAW ve FCAW 0,8; GTAW 0,6. Önemli bir ayrım: ısı girdisi ile ark enerjisi aynı şey değildir; k çarpanı uygulanmadıysa elinizdeki değer ark enerjisidir ve WPS'te hangisinin sınırlandığı açıkça yazılmalıdır.

Isı akışının iki boyutlu (ince kesit) veya üç boyutlu (kalın kesit) olması da t8/5'i belirgin biçimde değiştirir. Bu nedenle ön ısıtma tek başına değil, ısı girdisi aralığı ve birleştirme geometrisiyle birlikte değerlendirilmelidir. EN 1011-2'nin hesap yöntemleri de tam olarak bu girdileri birlikte kullanır.

2. Hidrojen difüzyonu ve neden zaman kazanmamız gerekir

Kaynak esnasında ergimiş banyoya nem, yağ, pas veya elektrot kaplamasından hidrojen çözünür. Bu difüze olabilen hidrojen (HD), sıcaklık yüksekken metal içinde hareketli kalır ve serbestçe dışarı kaçabilir. Mekanizmanın kritik adımı şudur: hidrojen çözünürlüğü östenitte (FCC) yüksek, ferrit ve martenzitte (BCC) çok düşüktür. Dönüşüm anında yapı aniden aşırı doygun hâle gelir; metal oda sıcaklığına vardığında hidrojen artık ITAB'ın en kritik bölgelerinde, tuzaklarda ve martenzit içinde hapsolur.

Asıl açıklayıcı büyüklük ise çözünürlük değil difüzyon katsayısıdır (difüzivite). Hidrojenin BCC ferritteki difüzivitesi östenittekinden mertebelerce (tipik olarak 4–5 mertebe) yüksektir. Ön ısıtmanın hidrojen kaçışını hızlandırması tam da bu yüzden etkilidir: yapı BCC'ye dönüştükten sonra hâlâ yüksek sıcaklıktaysa hidrojen hızla dışarı difüze olabilir. Aynı ilke, östenitik paslanmaz kaynak metalinin neden hidrojen çatlağına belirgin biçimde dirençli olduğunu da açıklar: FCC yapıda hidrojen çözünür ama difüzivitesi düşük olduğu için kritik bölgelerde birikip çatlak başlatacak yerel doygunluğa kolay ulaşmaz.

Ön ısıtma ve yeterli pasolar arası sıcaklık, dikişin yüksek sıcaklıkta geçirdiği süreyi uzatarak hidrojene kaçış zamanı tanır. Yani ön ısıtma yalnızca soğuma hızını değil, hidrojenin dışarı difüze olma penceresini de kontrol eder.

Aynı mantığın uzantısı, kaynak biter bitmez uygulanan hidrojen giderme tavıdır (DHT / art ısıtma). Tipik uygulama 200–300 °C mertebesinde, kalınlığa bağlı olarak 1–4 saattir; yaygın kural 25 mm kalınlık başına 1 saat, en az 2 saat bekletmektir. İki şart atlanırsa işlem büyük ölçüde etkisiz kalır:

Art ısıtma sıcaklığı ön ısıtma sıcaklığından düşük olmamalıdır.
Parça, art ısıtma başlatılana kadar ön ısıtma / pasolar arası sıcaklığının altına hiç düşürülmemelidir. Parça soğuduktan sonra uygulanan DHT çatlağı önlemez, yalnızca geciktirir; hidrojen çoktan tuzaklanmış, çatlak çoktan başlamış olabilir.

DHT'yi gerilme giderme ısıl işlemiyle (PWHT) karıştırmamak gerekir: art ısıtma çok daha düşük sıcaklıkta, farklı amaçla ve PWHT uygulanacaksa ondan önce yapılan ayrı bir işlemdir.

Hidrojeni kaynağında kes

Ön ısıtma, hidrojenle mücadelenin yalnızca bir kolu. Ölçülebilir ve denetlenebilir asıl kol sarf yönetimidir:

HD ölçümü: Difüze olabilen hidrojen miktarı EN ISO 3690'a göre belirlenir ve ml/100 g cinsinden verilir.
Sarf sınıflandırması: Sarf işaretlemesinde EN ISO 2560 tarafında H5 / H10 / H15 (sırasıyla ≤5, ≤10, ≤15 ml/100 g), AWS A5 serisi sarflarda ise H4 / H8 / H16 olarak görülür.
Sınıfın hesaba çevrilmesi: Sarf işaretlemesindeki HD değeri, hesap yönteminin doğrudan girdisi değildir; ilgili kodun kendi hidrojen ölçeğine çevrilir. EN 1011-2 Method B (CEV) hidrojeni A–E skalasıyla alır (A: >15, B: 10–15, C: 5–10, D: 3–5, E: <3 ml/100 g); EN 1011-2 Method A (CET) HD'yi doğrudan ml/100 g olarak alır; AWS D1.1 Annex B ise kendi H1 / H2 / H3 hidrojen seviyelerini kullanır (sırasıyla ≤5, ≤10, ≤16 ml/100 g mertebesinde). Bu dönüşüm yapılmadan nomograma girmek tipik bir hesap hatasıdır.
Kurutma ve saklama: Düşük hidrojenli örtülü elektrotlar üreticinin belirttiği sıcaklıkta yeniden kurutulur, ardından taşınabilir elektrot saklama fırınında (quiver, tipik 120–150 °C) saklanır. AWS D1.1 kapsamındaki işlerde hermetik ambalaj açıldıktan veya fırından çıkarıldıktan sonra elektrotlar en az 120 °C [250 °F] tutulan fırında saklanmalıdır; daha düşük quiver sıcaklığı kod ihlalidir. Elektrotlar, kod ile üreticinin izin verdiği atmosfere maruz kalma süresi limiti içinde tüketilir.
Ağız temizliği: Pas, yağ, boya, nem ve yoğuşma, en iyi elektrot yönetimini bile geçersiz kılar.

3. Soğuk (hidrojen) çatlak: dört koşulun buluşması

Soğuk çatlak, gecikmeli çatlak veya hidrojen kaynaklı çatlak olarak da bilinir ve şu koşulların bir araya gelmesiyle oluşur:

Hassas mikro yapı — yüksek sertlikte martenzit içeren ITAB veya kaynak metali,
Difüze olabilen hidrojen — banyoda çözünmüş ve tuzaklanmış hidrojen,
Çekme gerilmesi — büzülme ve kısıtlamadan (restraint) doğan artık gerilmeler,
Düşük sıcaklık penceresi — yapının yaklaşık 150–200 °C'nin altına inmesi; hidrojen çatlağı yüksek sıcaklıkta oluşmaz.

Bu koşullardan herhangi biri yeterince düşürülürse çatlak riski kabul edilebilir düzeye iner; pratikte risk sıfırlanmaz, yönetilir. Ön ısıtma aynı anda üç cepheye vurur: soğuma hızını düşürerek sertliği azaltır, hidrojene kaçış zamanı tanır ve kritik sıcaklık penceresine inişi geciktirir.

Çatlak her zaman ITAB'da değildir. Modern yüksek mukavemetli (≥ 690 MPa) ve düşük karbonlu TMCP çeliklerde baskın çatlak yeri kaynak metalidir. Esas metalin karbonu düştükçe ITAB sertleşebilirliği azalır; buna karşılık kaynak metali dönüşümünü daha geç tamamladığı için hidrojeni kendi içinde hapseder. Bu durumda çatlak tipik olarak enine (transverse) veya chevron morfolojisinde, doğrudan kaynak metalinde çıkar. İlave metalin mukavemetini gereğinden yüksek seçmek (overmatching) riski belirgin biçimde artırır; ilave metal seçimi bu nedenle yalnızca mukavemet değil, çatlak riski kararıdır.

Çatlağın "gecikmeli" olması, onun en sinsi yanıdır. Muayene anında dikiş sağlam görünebilir; hidrojenin difüzyonla kritik noktalarda birikmesi birkaç saatten 48 saate, kimi zaman daha uzun bir süreye yayılır. Bu nedenle bekleme süresi kodla belirlenir: AWS D1.1, ASTM A514, A517 ve A709 Grade 100 / 100W çeliklerinde tahribatsız muayene kaynak ortam sıcaklığına soğuduktan sonra başlatılabilse de kabul kriterinin, kaynak tamamlandıktan en az 48 saat sonra yapılan muayeneye dayanmasını şart koşar. Diğer çeliklerde ortam sıcaklığına soğuma yeterli sayılabilir; birçok basınçlı ekipman şartnamesi ise yüksek mukavemetli çeliklerde 24–48 saat bekleme ister. "Genel bir 48 saat kuralı" yoktur; proje şartnamesine ve koda bakılır.

Muayene yöntemi seçimi de bu noktada kritiktir: ITAB'daki ve kaynak metalindeki gecikmeli çatlakların önemli bir kısmı yüzeye açılmayan alt-dikiş (underbead) çatlaklarıdır ve MT bunları göremez. Yüzeye açılmayan gecikmeli çatlaklar için hacimsel muayene (UT, uygun hâllerde PAUT veya TOFD) gerekir; MT tek başına yeterli bir güvence değildir.

4. Karbon eşdeğeri: sertleşme eğiliminin haritası

Bir çeliğin ön ısıtmaya ne kadar ihtiyaç duyacağı büyük ölçüde kimyasal bileşimine bağlıdır. Karbon tek başına belirleyici değildir; mangan, krom, molibden, vanadyum, nikel ve bakır gibi elementler de sertleşebilirliği artırır. Bu etkileri tek sayıda toplamak için karbon eşdeğeri kullanılır — ancak tek bir karbon eşdeğeri formülü yoktur ve formüller birbirinin yerine kullanılamaz.

IIW / CEV (klasik bağıntı): CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

CEV değeri yükseldikçe martenzit oluşturma eğilimi artar. Kaba bir pratik eşik olarak CEV ≈ 0,40 üzeri "ön ısıtmaya dikkat" bölgesi kabul edilir; bu asla mutlak bir sınır değildir. Eşik kalınlıktan bağımsız da değildir: ince kesitte CEV 0,45'te bile ön ısıtma gerekmeyebilirken, 50 mm birleşik kalınlıkta CEV 0,38'de gerekebilir. CEV tek başına asla ön ısıtma kararı vermez; mutlaka birleşik kalınlık, ısı girdisi ve HD seviyesiyle birlikte nomograma girilir. IIW bağıntısı, karbon içeriği yaklaşık %0,18'in üzerindeki çeliklerde anlamlı sonuç verir.

AWS D1.1 bağıntısı (Annex B): CE = C + (Mn+Si)/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

Görüldüğü gibi silisyum terimi eklidir. Burada çok yaygın bir kavram karışıklığını netleştirmek gerekir: AWS D1.1 Annex B'de CE, yalnızca ITAB sertlik kontrolü yönteminin girdisidir. Hidrojen kontrolü yönteminin girdisi CE değil, Pcm ve H hidrojen seviyesinden türetilen hassasiyet indeksidir (Susceptibility Index Grouping, A–G). IIW formülüyle hesaplanan değerle D1.1'in ITAB sertlik kontrolü tablolarına girmek yanlış sonuç verir; CE'yi hassasiyet indeksinin girdisi sanmak ise iki yöntemi birbirine karıştırmaktır. Hangi kodla ve hangi yöntemle çalışıyorsanız o yöntemin kendi formülünü kullanın.

Yöntem seçiminde bir sınır daha vardır: ITAB sertlik kontrolü yöntemi yalnızca köşe (fillet) kaynakları için geçerlidir; küt (alın) kaynaklarda kullanılamaz. Küt kaynaklarda hidrojen kontrolü yöntemine gidilir.

Pcm (Ito–Bessyo çatlama parametresi): Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Pcm bir AWS formülü değildir; Ito ve Bessyo (Nippon Steel, 1968) tarafından geliştirilmiş, sonradan JIS / WES 3001 içinde standartlaşmıştır. AWS D1.1 onu Annex B hidrojen kontrolü yönteminde kullanır. Karbonu düşük çeliklerde (yaklaşık C ≤ %0,18, modern TMCP ürünleri dahil) IIW bağıntısına göre daha hassas bir ayrım sağlar.

CET (EN 1011-2, Method A): CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 + Ni/40

EN 1011-2 Annex C, ön ısıtma hesabı için iki ayrı yöntem verir:

Method A — CET tabanlı. Ağırlıklı olarak düşük alaşımlı yüksek mukavemetli çelikler için geliştirilmiştir. Girdileri: CET, plaka kalınlığı d, HD (doğrudan ml/100 g) ve ısı girdisi.
Method B — CEV tabanlı. BS 5135 kökenli nomogram yaklaşımıdır, ağırlıklı olarak C-Mn çelikleri içindir. Girdileri: CEV, birleşik kalınlık, A–E hidrojen skalası ve ısı girdisi.

Bu yöntem–harf eşlemesi standartta sabittir; "hangi yöntemin hangi harfle anıldığı baskıya göre değişir" diye bir durum yoktur. Yine de dikkat edilmesi gereken gerçek risk şudur: yanlış karbon eşdeğeriyle doğru nomograma girmek tipik bir saha hatasıdır.

CET yöntemi kapalı bir ampirik bağıntıdır ve geçerlilik aralığı dışında kullanılırsa sonuç anlamsızdır. BS EN 1011-2:2001 Annex C'ye göre sınırlar:

CET = %0,20 – 0,50
Kalınlık d = 10 – 90 mm
HD = 1 – 20 ml/100 g
Isı girdisi Q = 0,5 – 4,0 kJ/mm
Akma dayanımı ≤ 1000 N/mm²

Yani 8 mm sacta veya 6 kJ/mm'lik bir SAW pasosunda bu formülü uygulamak geçersizdir; bu durumlarda Method B'ye veya deneyle vasıflandırmaya gidilir.

Ön ısıtmanın hedefi bir sıcaklık değil, bir sertlik ve mikroyapı sonucudur. Sıcaklık yalnızca araçtır; ölçülebilir çıktı sertliktir. AWS D1.1 Annex B'nin ITAB sertlik kontrolü yöntemi doğrudan bir hedef ITAB sertliğine göre kritik soğuma hızını seçer: genel hâlde 350 HV, düşük hidrojenli ilave metal kullanıldığında 400 HV. Ekşi servis (H2S içeren) hatlarda ise NACE MR0175 / ISO 15156 sınırı çok daha katıdır: ≤ 250 HV10 (≈ 22 HRC). Pratik özet: yapısal işlerde tipik hedef ≤ 350 HV10, ekşi servis hatlarında ≤ 250 HV10. Ön ısıtmanın doğru seçilip seçilmediği, nihayetinde vasıflandırma sırasında ve gerektiğinde saha replikasyonu/taşınabilir sertlik ölçümüyle doğrulanır.

5. Kalınlık, kısıtlama ve birleşik kalınlık

Aynı çelik, 8 mm'de ön ısıtmasız kaynak edilebilirken 40 mm'de ciddi ön ısıtma isteyebilir. Sebep, kalın kesitin bir ısı emici gibi davranmasıdır: ısı üç boyutta hızla dağılır, dikiş çok daha hızlı soğur, t8/5 kısalır. AWS D1.1'in ön vasıflandırılmış (prequalified) minimum ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık tablosu (Tablo 5.8) bu yüzden yalnızca malzeme grubuna göre değil, birleştirilen en kalın parçanın kalınlığına göre de kademelendirilir.

Bu tablonun zorunlu olmadığını vurgulamak gerekir: Tablo 5.8 yalnızca ön vasıflandırma yolu (Clause 5, Part F) seçildiğinde bağlayıcıdır. WPS deneyle vasıflandırılıyorsa (Clause 6) ön ısıtma değeri PQR'a dayanır; Annex B alternatif yöntemi kullanılıyorsa tablodakinden daha düşük bir ön ısıtma gerekçelendirilebileceği gibi, yüksek kısıtlama veya yüksek hidrojen seviyesinde tablodan daha yüksek bir değer de çıkabilir.

Kalınlık aynı zamanda kısıtlamayı artırır. Kalın ve rijit bir montaj büzülmeye direnç gösterir; bu da ITAB'da daha yüksek artık çekme gerilmesi demektir. Hesaplarda birleşen tüm parçaların kalınlıkları birleşik kalınlık (combined thickness) olarak dikkate alınır. EN 1011-2'de birleşik kalınlık, birleşmeye giren parça kalınlıklarının kaynak hattından 75 mm mesafede ölçülen toplamıdır; kaç parçanın toplanacağı birleştirme tipine göre değişir — alın birleştirmede iki parça, T birleştirmede üç parça (gövde + iki taraftaki flanş kesiti), bindirme birleştirmede yine ilgili kesitler toplanır. Kısacası ön ısıtma kararı üç değişkenin ortak fonksiyonudur: kimya (CEV/CET/Pcm) + kalınlık ve kısıtlama + hidrojen seviyesi (proses ve sarf).

Buna bir de ortam koşulu eklenir. AWS D1.1'de iki ayrı kural vardır ve karıştırılmamalıdır:

Esas metal 0 °C'nin altındaysa, yoğuşma ve buzun giderilmesi ile birlikte esas metal en az 20 °C'ye ısıtılır ve bu sıcaklık kaynak boyunca korunur.
Ortam sıcaklığı −18 °C'nin altındayken kaynak yapılmaz. Bu koşul esas metale değil ortama ilişkindir; kaynakçının ve işin bulunduğu ısıtılmış barınak içinde ölçülen sıcaklık esas alınabilir.

6. Pasolar arası üst sınırı: ısıtmak kadar sınırlamak da önemli

Ön ısıtma ve pasolar arası sıcaklık genellikle "alt sınır" olarak düşünülür, oysa pasolar arası sıcaklığın bir de üst sınırı vardır. Çok pasolu kaynaklarda her yeni paso, alttaki pasolara ısı biriktirir. Üst sınır kontrolsüz aşılırsa:

Soğuma hızı aşırı yavaşlar, t8/5 çok uzar. Tane irileşmesinin başlıca etkeni tepe sıcaklık ve ~1100 °C üzerinde geçirilen süredir; yüksek ısı girdisi ve yükselen pasolar arası sıcaklık birlikte ITAB'da tane irileşmesini artırır.
Kaynak metali ve ITAB'ın tokluğu düşer; özellikle düşük sıcaklık çentik darbe (Charpy) performansı bozulur.
Su verilip temperlenmiş (Q&T) ve TMCP çeliklerde temperleme sıcaklığına yaklaşılmasıyla aşırı temperlemeden ileri gelen mukavemet kaybı oluşur.
Dubleks ve süper dubleks paslanmaz çeliklerde asıl gerekçe faz dengesidir. Tekrarlı termal çevrim, ferrit/östenit dengesini bozar ve ikincil östenit oluşumuna yol açar; bu da hem tokluğu hem korozyon direncini düşürür. Buna ek olarak sigma (σ) ve ki (χ) intermetalik fazları yaklaşık 600–1000 °C aralığında ve bu aralıkta geçirilen süreye bağlı olarak çökelir. Daha düşük sıcaklıkta ise 475 °C kırılganlığı (alfa-prime çökelmesi, yaklaşık 300–525 °C) devreye girer; pasolar arası tavanının düşük tutulmasının gözden kaçan ikinci gerekçesi budur. Östenitik paslanmazlarda ise asıl risk sıcak çatlak ve krom karbür çökelmesidir (duyarlılaşma).

Malzeme ailesine göre kademeli düşünmek gerekir. Proje şartnamelerinde sık karşılaşılan uygulama değerleri şöyledir (bağlayıcı bir kod maddesi değil, yaygın WPS pratiğidir): C-Mn çeliklerinde tavan çoğunlukla 250 °C; tokluğun kritik olduğu işlerde, Q&T ve TMCP çeliklerde çoğu kez ≤200 °C; standart/lean dubleks paslanmazlarda (2205 gibi) tipik olarak ~150 °C; süper dubleks (25Cr) paslanmazlarda ise çoğu şartnamede ≤100 °C ve ısı girdisi tipik olarak ≤1,5 kJ/mm ile birlikte sınırlanır. Bağlayıcı değer daima WPS ve proje şartnamesidir. Yani inspektör hem "yeterince sıcak mı" hem de "fazla sıcak mı" sorusunu birlikte sorar.

7. Ölçüm: nereden, ne zaman, nasıl

Doğru değer kadar doğru ölçüm de önemlidir. EN ISO 13916, ön ısıtma, pasolar arası ve ön ısıtma sürdürme (koruma) sıcaklığının ölçümünü tanımlar. (Sık yapılan bir çeviri hatası, üçüncü parametreyi "ön ısıtma azaltma sıcaklığı" sanmaktır; kastedilen tam tersi, ısıtmanın sürdürülmesidir.)

Ölçüm konumu (EN ISO 13916): Sıcaklık, kaynakçının baktığı yüzeyden ve kaynak ağzı kenarından A mesafesinde ölçülür:

Kalınlık t ≤ 50 mm ise A = 4 × t, en çok 50 mm.
Kalınlık t > 50 mm ise istenen sıcaklık ağızdan en az 75 mm (veya taraflarca anlaşılan mesafe) içinde sağlanmalıdır.

Buradaki 50 mm bir üst sınırdır, alt sınır değil. Örneğin 22 mm et kalınlığında 4 × 22 = 88 mm hesaplanır, tavan uygulanır ve ölçüm noktası 50 mm olur.

Bu kuralı, AWS D1.1'in ısıtma bölgesi kuralıyla karıştırmamak gerekir: D1.1'e göre ön ısıtma ve minimum pasolar arası sıcaklık, kaynak noktasından her yöne en kalın parçanın kalınlığı kadar ama en az 75 mm mesafede sürdürülür. Bu bir ölçüm noktası tanımı değil, ısıtmanın kapsaması gereken alan tanımıdır.

Zamanlama: Ölçüm, ısının kesit boyunca dengelenmesinden sonra yapılmalıdır. Mümkünse ısıtılan yüzün karşı tarafından okunur. Isıtılan yüzden okumak zorunlu ise ısı kaynağı çekildikten sonra, standardın kılavuz değeri olarak her 25 mm esas metal kalınlığı için yaklaşık 2 dakika dengelenme süresi tanınır (22 mm için ~2 dakika). Bu değer EN ISO 13916'da bilgilendirici bir kılavuzdur; bağlayıcı süre WPS veya proje şartnamesiyle belirlenir.

Pasolar arası: Bir sonraki pasoya başlamadan hemen önce, ön ısıtmayla aynı ölçüm konumundan (A mesafesi) ölçülür. Burada iki kodun farklı soru sorduğunu görmek gerekir: EN ISO 13916 alt sınır ölçümünü A mesafesine bağlar; ASME Section IX tarafında ise üst sınır denetiminde kaydedilen maksimum pasolar arası sıcaklık esastır (QW-406.3), yani pratikte en sıcak bölge belirleyici olur. WPS aksini belirtmedikçe alt sınır kontrolünde A mesafesi esas alınır; dikiş kenarından gelişigüzel okuma her iki hâlde de yanıltıcıdır.

Araçlar:

Isılçift (termokupl): En güvenilir yöntem, kayıt altına alınabilir; kritik işlerde referans budur.
Sıcaklık kalemi (tempil kalemi, marka örneği: Tempilstik): Yalnızca bir eşiğin aşılıp aşılmadığını gösterir. Maksimum pasolar arası kontrolünde tek başına yetersizdir (üst sınır için ayrı bir kalem veya ısılçift gerekir) ve dikiş yüzeyine sürülen kalem artıkları kontaminasyon yaratabilir. Paslanmaz, dubleks ve nikel alaşımlarında klorür, sülfür veya düşük ergime noktalı metal içeren kalemler birçok şartnamede tamamen yasaktır (gerilmeli korozyon çatlaması ve düşük ergime noktalı metal gevrekleşmesi riski). Bu malzemelerde yalnızca sertifikalı düşük halojen/sülfür içerikli tipler, o da yalnızca A mesafesinde ve dikiş dışında kullanılır.
Temassız pirometre / termal kamera: Pratiktir, ancak yüzey yayma oranına (emisivite) duyarlıdır; oksit, boya ve yüzey parlaklığı okumayı kaydırır. İkinci hata kaynağı ölçüm noktası çapı / mesafe oranıdır (D:S) — cihaz uzaktan tutulduğunda ölçüm alanı büyür ve çevredeki soğuk yüzeyi de ortalamaya katar. Üçüncüsü, cihazın ısılçiftle korele edilmemesidir. Pratik kural: temassız cihaz her vardiya başında ısılçift ile korele edilmeli ve kalibrasyon kaydı tutulmalıdır.

Isıtmanın uygulanışı: Alev, elektrik direnç battaniyesi veya endüksiyon kullanılabilir. Isıtma bandı kaynak ağzının her iki yanında yeterli genişlikte ve mümkünse çevresel olarak homojen olmalıdır. Alevle lokal ısıtmada en büyük hata kaynağı, yüzeyin ısınıp kesitin ısınmamasıdır.

8. Kontrol ve kayıt: prosedür ile sahanın buluşması

Ön ısıtma ve pasolar arası değerleri keyfi değildir; EN ISO 15609-1 (ark kaynağı WPS) veya ASME BPVC Section IX'a göre hazırlanmış ve EN ISO 15614-1 / Section IX kapsamında vasıflandırılmış prosedüre dayanır.

Değişken sınıfı ayrımı önemlidir. ASME BPVC Section IX'da:

Vasıflandırılan ön ısıtma sıcaklığının 55 °C'den (100 °F) fazla düşürülmesi esas değişkendir (QW-406.1).
Maksimum pasolar arası sıcaklığın 55 °C'den fazla artırılması tamamlayıcı esas (supplementary essential) değişkendir (QW-406.3) ve yalnızca çentik darbe şartı arandığında devreye girer.
QW-406.2 bu konu değildir: o madde, kaynak bitiminde ve PWHT öncesinde ön ısıtmanın sürdürülmesindeki (veya azaltılmasındaki) değişikliği kapsar ve çoğu proseste esas olmayan değişkendir. İki maddeyi karıştırmak yaygın bir hatadır.

EN ISO 15614-1 tarafında ise vasıflandırılan ön ısıtma alt sınırının altına inilemez, vasıflandırılan maksimum pasolar arası sıcaklığın üstüne çıkılamaz.

İnspektörün pratik kontrol listesi:

WPS'teki ön ısıtma minimumu, ilk paso başlamadan sağlanıyor mu?
Ölçüm doğru konumdan (4t, en çok 50 mm) ve doğru araçla mı yapılıyor?
Dengelenme süresi (standardın kılavuz değeri olarak 25 mm başına ~2 dakika) tanınıyor mu?
Ön ısıtma minimumunun aynı zamanda minimum pasolar arası sıcaklık olduğu biliniyor mu?
Puntalar (tack), ark tutuşmaları, geçici bağlantı ve kulak kaynakları ile termal oluk açma (gouging) işlemleri de aynı minimum ön ısıtma ile yapılıyor mu? Punta kaynakları, düşük ısı girdisi ve yüksek soğuma hızı nedeniyle hidrojen çatlağının en klasik başlangıç noktasıdır.
Çok pasolu dikişte pasolar arası her paso öncesi kontrol ediliyor ve üst sınır aşılmıyor mu?
Kaynağa ara verilip parça soğuduğunda yeniden ön ısıtma yapılıyor mu?
Ön ısıtma tüm kaynak süresince korunuyor mu; ısıtma bandı genişliği yeterli mi?
Art ısıtma (DHT) gerekiyorsa parça ön ısıtma sıcaklığının altına düşürülmeden başlatılıyor mu?
Sarf HD sınıfı (EN'de H5/H10/H15, AWS'de H4/H8/H16) WPS ile uyumlu mu; kurutma, quiver sıcaklığı (≥120 °C) ve maruz kalma süresi kayıtlı mı?
Sertlik hedefi tanımlı mı (yapısal işlerde ≤350 HV10, ekşi servis hatlarında ≤250 HV10) ve doğrulanıyor mu?
Değerler kaynak takip formuna / ısıl kayda işleniyor mu? (İzlenebilirlik EN ISO 3834-2 kalite gerekleri açısından önemlidir.)

Kayıt olmadan yapılan doğru ısıtma bile denetimde "yapılmamış" sayılır; ölçüm kadar dokümantasyon da işin parçasıdır.

Saha notu

Bir proses tesisi projesinde, ASME B31.3 kapsamındaki basınçlı boru spool'unda 22 mm et kalınlıklı ağır cidarlı bir birleştirmede WPS 100 °C ön ısıtma öngörüyordu. (Ölçüm yöntemi olarak EN ISO 13916, proje şartnamesiyle sözleşmede benimsenmişti; boru hattı çevresel kaynaklarında yönetici kod tipik olarak API 1104 veya ASME B31.4/B31.8 olur ve ölçüm hükümleri farklıdır — hangi kodun altında olduğunuzu baştan netleştirin.) Ekip ön ısıtmayı uyguluyor, sıcaklık kalemi de tutuyordu; ancak ölçümü doğrudan kaynak ağzından, alevin geçtiği noktadan alıyorlardı. Isılçift ile kontrol yapıldığında, EN ISO 13916'nın öngördüğü konumda — 4 × 22 = 88 mm hesaplandığı, tavan uygulandığı için ağız kenarından 50 mm uzakta — gerçek sıcaklığın yalnızca 60–65 °C olduğu görüldü. Yani yüzey "ısınmış" görünürken kesit yeterince ısınmamıştı.

Kök pasodan 48 saat sonra proje şartnamesi gereği tekrarlanan MT + UT muayenesinde ITAB'da ince, uzunlamasına gecikmeli çatlaklar tespit edildi; belirtilerin bir kısmı yüzeye açılmıyordu ve yalnızca UT ile bulundu — klasik hidrojen çatlağı imzası. Çözüm dört adımlıydı: ölçüm noktasını 4t / en çok 50 mm kuralına uygun konuma taşımak; ısıtılan yüzden okuma yapıldığı için 25 mm başına ~2 dakika dengelenme süresi tanımak; sarf tarafında bilinçli bir tercihle kök paso dahil düşük hidrojenli (H5) elektroda geçmek — yeniden kurutma sonrası taşınabilir elektrot saklama fırınında (quiver, ≥120 °C) taşımak ve üreticinin tanımladığı atmosfere maruz kalma süresi limitini aşmadan tüketmek; ve düzeltmenin işe yaradığını taşınabilir sertlik ölçümüyle doğrulamak — deney parçasında ve üretim kaynağında ITAB sertliği 350 HV10 hedefinin altına indi. Bu düzeltmelerden sonra aynı prosedürle sıfır çatlak elde edildi. Alınacak ders: doğru sayı yanlış yerden ölçülürse yanlış sayıdır; ve düzeltmenin kanıtı sıcaklık değil, sertliktir.

İlgili standartlar

EN ISO 13916:2017 (yeni baskı: 2025) — Ön ısıtma, pasolar arası ve ön ısıtma sürdürme sıcaklıklarının ölçümü; ölçüm konumu (t ≤ 50 mm için A = 4t, en çok 50 mm) ve dengelenme süresi kılavuz değerleri.
AWS D1.1/D1.1M:2020 ve :2025 — Çelik yapı kaynak kodu; Tablo 5.8'de ön vasıflandırılmış (prequalified) WPS'ler için minimum ön ısıtma/pasolar arası değerleri, Annex B'de alternatif yöntemler: (a) ITAB sertlik kontrolü yöntemi — yalnızca köşe (fillet) kaynakları, girdisi CE; (b) hidrojen kontrolü yöntemi — girdisi Pcm + hidrojen seviyesinden türetilen hassasiyet indeksi ve kısıtlama seviyesi. Not: 2020 öncesi baskılarda bu ek Annex XI (daha eski baskılarda Annex H) olarak numaralandırılmıştı; eski ek harflerine göre atıf yapmayın ve madde/tablo numaraları için elinizdeki baskıyı teyit edin.
EN ISO 15609-1:2019 — Ark kaynağı için kaynak prosedürü şartnamesi (WPS); ön ısıtma ve pasolar arası değerlerin belgelenmesi.
EN ISO 15614-1:2017+A1:2019 / ASME BPVC Section IX (yürürlükteki baskı) — Prosedür vasıflandırması. Section IX'da ön ısıtmada 55 °C'den fazla düşüş esas değişkendir (QW-406.1); maksimum pasolar arası sıcaklıkta 55 °C'den fazla artış tamamlayıcı esas değişkendir (QW-406.3); QW-406.2 ise ön ısıtmanın sürdürülmesi/azaltılmasıyla ilgili ayrı bir değişkendir.
EN 1011-2:2001+A1:2003 — Ferritik çeliklerin kaynağı için tavsiyeler; Annex C'de Method A (CET tabanlı) ve Method B (CEV tabanlı) ön ısıtma hesap yöntemleri, t8/5, birleşik kalınlık ve hidrojen skalası. EN 1011-1 ise ısı girdisi ve k verim faktörü tanımını verir (ISO/TR 18491 ile birlikte).
EN ISO 3690:2018 — Kaynak metalinde difüze olabilen hidrojen tayini; H5/H10/H15 sınıflandırmasının ölçüm temeli.
EN ISO 3834-2:2021 — Kaynakta kapsamlı kalite gerekleri; ısıl parametrelerin kontrolü ve kaydı çerçevesi.
NACE MR0175 / ISO 15156 — Ekşi (H2S) servis için malzeme gerekleri; kaynak ve ITAB için ≤250 HV10 (≈22 HRC) sertlik sınırı.

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, EN ISO ve AWS başta olmak üzere uluslararası standartlara göre yürütüyoruz; ön ısıtmadan pasolar arası sıcaklık kontrolüne, prosedür vasıflandırmasından tahribatsız muayeneye kadar her adımı ölçülebilir, kaydedilebilir ve denetlenebilir sonuçlar üretecek şekilde planlıyoruz. Amacımız yalnızca standarda uygun bir dikiş değil, sahadan yıllar sonra da güvenle arkasında durabileceğiniz bir birleştirme ortaya koymaktır.