Alüminyum Kaynaklı Birleşimler Neden Korozyona Uğrar?

Kaynaklı Birleşim Yerlerinde Korozyon

Korozyon, bir metal ile çevresi arasındaki kimyasal veya elektrokimyasal etkileşimin yol açtığı hasar veya tahribattır. Korozyon, kimyasal veya elektrokimyasal korozyon olarak sınıflandırılır ve en sık görülen korozyon türü elektrokimyasal korozyondur.

Kaynaklı birleşim yerleri genel korozyona, lokalize korozyona veya gerilime bağlı korozyona maruz kalabilir. Genel korozyon, yüzeyin tamamını veya büyük bir kısmını etkiler; korozyon hızı her yerde yaklaşık olarak eşit olduğunda buna homojen korozyon denir. Yerel korozyon ise, tanecikler arası korozyon veya çukurlaşma gibi durumlarda olduğu gibi, tercihen belirli yerlerde ve diğer yerlere göre çok daha hızlı bir şekilde gelişir. Gerilim, korozyon etkisini şiddetlendirir ve gerilme korozyonu ile gerilme korozyonu çatlaklarına yol açabilir.

Genel korozyon öngörülebilir ve nispeten daha az tehlikelidir. Yerel korozyonun öngörülmesi zordur ve belirgin bir uyarı olmaksızın ani arızalara neden olabilir.

Alüminyum Kaynaklarının Korozyon Özellikleri

Alüminyum genel olarak korozyona karşı iyi direnç gösterir, ancak bu davranış alaşım türüne, bileşimine ve ortama bağlıdır. Isıl işleme tabi tutulamayan alüminyum, Al-Mn ve Al-Mg alaşımları, ısıl işleme tabi tutulabilen Al-Cu-Mg ve Al-Zn-Mg alaşımlarına kıyasla korozyona karşı daha iyi direnç gösterir. Al-Cu-Mg alaşımları ve kaynakları tanecikler arası korozyona yatkınken, Al-Zn-Mg alaşımları ve kaynakları gerilme korozyonu ve gerilme korozyonu çatlamasına yatkındır. Alüminyum alaşımları genellikle atmosferik korozyona karşı direnç gösterir, ancak deniz suyu ve deniz iklimlerinde performansı daha düşüktür.

Tanelerarası korozyon, tane sınırları boyunca veya bu sınırlara yakın bölgelerde ilerler ve genellikle gerilme korozyonundan önce ortaya çıkar.

Yüzeyde sadece hafif bir aşınma görülürken, iç kısımdaki taneler arası çatlak ağı mukavemeti önemli ölçüde azaltır. Bunun başlıca nedeni, ikinci bir fazın tane sınırlarında çökelmesidir; bu çökelme, yakınındaki daha asil bir bileşeni tüketir. Örneğin Al-Cu-Mg duralümininde, CuAl₂ çökelmesi bakırdan yoksun bir bölge oluşturur. Ortak bir ortamda, potansiyeli daha negatif olan metal galvanik anot haline gelir ve daha kolay korozyona uğrar; buna karşılık potansiyeli daha pozitif olan metal ise katot görevi görme eğilimindedir. Dolayısıyla mikroyapısal değişiklik, elektrokimyasal taneler arası korozyonu tetikler. Gerilme korozyonu, kaynaklı alüminyum yapıların kırılma kontrolünde dikkate alınması gereken en önemli korozyon faktörüdür.

Alüminyum Kaynaklı Birleşim Yerlerinde Gerilme Korozyonu

Gerilme-Korozyon Çatlaması

Gerilme-korozyon çatlaması (SCC), korozif bir ortamda statik gerilim altındaki bir bağlantı noktasının kırılmasıdır. Bu durum, genellikle çekme gerilimi olan gerilimin ve belirli bir ortamın birleşik etkisinden kaynaklanır. Bir bağlantı veya yapı, akma mukavemetinin çok altındaki gerilmelerde ve hatta hafif korozif bir ortamda bile kendiliğinden çatlayabilir. Bu nedenle, düşük gerilimli kırılmanın özellikle tehlikeli bir türüdür.

Etkili gerilim, imalat ve kaynak kaynaklı kalıntı gerilimin ile hizmet geriliminin toplamıdır. Uygulanan gerilim, gerilim yoğunluk faktörü K veya J-integrali ilgili eşik değerin — kritik gerilim σ — altında olduğunda SCC meydana gelmez._SCC, eşik gerilme-yoğunluk faktörü K_ISCC, ya da eşik integrali J_ISCC. Mevcut bir gerilme-korozyon çatlağı, eşik değerin altına yayılmaz. Çatlak ucu gerilme yoğunluğu faktörü K değerini aştığında_ISCC, çatlak başlar ya da büyür; büyüme, malzemenin kritik durumuna ulaştığında kırılma meydana gelir.

Kırılma süreci üç aşamadan oluşur: çatlak oluşumu, kararlı altkritik büyüme ve kararsız büyüme. Çukurlaşma ve tanelerarası aşınma genellikle çatlakların başlangıç noktası olur ve oluşum süresini kısaltır. Başlayan bir çatlak, bir ağaç kökü gibi dallanır; dallardan biri hızla büyüyen ana çatlak haline gelirken, diğerleri durur veya yavaş büyür. Bir kez oluştuktan sonra, çatlak mekanik kararsızlık ortaya çıkana kadar neredeyse sabit bir hızda büyür.

Çatlak büyüme hızı da/dt ile çatlak ucu gerilme yoğunluk faktörü K arasındaki ilişki genellikle üç bölgeye ayrılır. Bölge I’de, K azaldıkça da/dt keskin bir şekilde düşer ve K değerinin altında herhangi bir büyüme gerçekleşmez._ISCC. Bölge II’de da/dt cinsinden istikrarlı bir büyüme söz konusudur_II. K değeri kırılma tokluğuna ulaştığında K_IC, III. Bölge başlar ve dengesiz büyüme kırılmaya devam eder.

Mühendislik açısından bakıldığında, K_ISCC ve da/dt_II malzemeler ve kaynaklı birleşim yerleri için yararlı direnç endeksleridir.

Makroskobik olarak, kırılma genellikle ana gerilime dik yöndedir ve çatlak dallanır. Korozyon ürünlerinin birikmesi, kırılmanın başlangıç noktası ile alt kritik büyüme bölgesindeki metalik parlaklığı ortadan kaldırır. Başlangıç noktasında çukurlaşma, taneler arası korozyon veya kaynak kusuru bulunabilir. Nihai kararsız bölge, radyal veya şevron desenleri gösterebilir. Mikroskobik olarak, çatlaklar ortama ve gerilime bağlı olarak tanecikler arası, tanecikler arası veya karışık olabilir. Kırılma yüzeyleri genellikle kaya şekeri, kabuk benzeri veya tüy benzeri desenlerle plastik deformasyon izlerini korur.

SCC’yi Etkileyen Faktörler

1. Malzeme Türü ve Bileşimi

Isıl işleme tabi tutulabilen yüksek mukavemetli alaşımlar, özellikle de ultra yüksek mukavemetli Al-Zn-Mg ve Al-Zn-Mg-Cu alaşımları, kaynak yerlerinde korozyon kaynaklı çatlamaya (SCC) karşı oldukça hassastır. Korozyona dayanıklı, ısıl işleme tabi tutulamayan Al-Mg alaşımları bile, magnezyum içeriği yüksek olduğunda bu duruma karşı hassas hale gelir.

2. Dolgu metali ile ana metalin uyumu

Dolgu malzemesi seçiminde genellikle kaynaklanabilirlik, bileşim, mukavemet, süneklik ve tokluk gibi özellikler ön plana çıkar. Bu durum, kaynak ile ana metal arasında büyük bileşimsel ve mikroyapısal farklılıklara ve buna bağlı olarak SCC'ye yatkınlığı artırabilecek elektrokimyasal farklılıklara yol açabilir.

3. Mikroyapısal Değişiklikler

Kaynak işlemi, kaynak dikişinde, erime bölgesinde ve ısıdan etkilenen bölgede tane irileşmesine, tane sınırı erimesine ve tane sınırı kırılganlaşmasına yol açabilir. Bu tür düzensiz veya dengesiz yapılar, korozyon çatlağına (SCC) yatkınlığı artırabilir. Termodinamik olarak dengeli bir kafes yapısı genellikle en yüksek direnci sağlarken, dengeden uzak bir yapı daha duyarlıdır.

4. Kaynak Kalan Gerilimi

Kalıntı gerilimin önemli bir etkisi vardır. Dış yük olmasa bile, kalıntı çekme gerilimi SCC’ye yol açmak için yeterli olabilir.

5. Kaynak Kusurları

Düzlemsel kusurlar, özellikle de katılaşma veya erime çatlakları, ciddi gerilme yoğunlaşmalarına yol açar. Bu kusurların kalıntı çekme gerilimi ile etkileşimi, gerilme kaynaklı korozyonu (SCC) kolayca tetikler.

Kaynak boyunca bileşim, mikroyapı ve mekanik özellikler değişiklik gösterdiğinden, doğru malzeme seçimi ve proses kontrolü yapılsa bile kaynağın SCC direnci genellikle ana metalinkinden daha düşüktür. Örneğin, 3% NaCl içeren sıvı bir ortamda, σ_SCC/R_eL Alüminyum ana metal için 0,6, kaynaklı birleşim yeri için ise 0,5'tir.

Kaynaklı Birleşim Yerlerinde SCC’nin Önlenmesi

1. Yapısal malzemeleri kapsamlı bir şekilde seçin. Hizmet özelliklerini, fizikokimyasal ve işleme özelliklerini, kaynaklanabilirliği ve korozyon direncini göz önünde bulundurun. Ana metal K'yi test edin_IC ve K_ISCC gerektiğinde.
2. Kaynak sarf malzemelerini kapsamlı bir şekilde seçin. Kusur önleme ve mekanik gerekliliklerin yanı sıra, kaynağın ve birleşim yerinin çevreye uygunluğunu, korozyon direncini ve SCC'ye yatkınlığını değerlendirin. K testi_IC ve K_ISCC gerektiğinde her bir eklem bölgesinde.
3. Kalıntı gerilimi azaltın. Kaynak kaynaklı kalıntı gerilimi azaltan veya ortadan kaldıran her türlü proses önlemi, SCC’nin önlenmesine yardımcı olur.
4. Kaynak sonrası işlem uygulayın. Al-Zn-Mg ve Al-Zn-Mg-Cu gibi alaşımlardaki kaynaklar, mikro yapıyı iyileştirmek ve hassasiyeti azaltmak amacıyla ısıl işlem gerektirebilir. Bazı ortamlarda ayrıca yapının ve birleşim yerinin yüzeyinin korunması da gerekebilir.