Kaynaklı Birleşim Yerlerinde Yorulma Dayanımını Artırma Yöntemleri

1. Gerilim Yoğunluğunu Azaltma

Yorgunluk çatlakları, kaynaklı birleşim yerleri ve yapılardaki gerilme yoğunlaşmalarından kaynaklanır. Bu yoğunlaşmaları ortadan kaldıran veya azaltan her türlü önlem, yorgunluk mukavemetini artırabilir.

Sağlam bir yapısal form kullanın

• Uç uca birleşimleri tercih edin ve üst üste binme birleşimlerini en aza indirin. Mümkün olduğunda, kritik yapılardaki T-birleşimlerini veya köşe birleşimlerini uç uca birleşimlerle değiştirin ve kaynakları köşelerden uzak tutun. Bir T-birleşimi veya köşe birleşimi kaçınılmazsa, tam nüfuzlu kaynak kullanın.
• Eksantrik yüklemeden kaçının. İç kuvvet, ikincil gerilim oluşturmadan düzgün bir şekilde akmalı ve eşit olarak dağılmalıdır.
• Kalınlıkları veya genişlikleri önemli ölçüde farklı levhaların birleştiği yerlerde kademeli geçişler sağlayın. Keskin köşelerde ve kıvrımlarda geniş yarıçaplar kullanın.
• Üç kaynaklı uzamsal kesişimlerden kaçının. Kaynakları gerilme yoğunlaşma bölgelerinden uzak tutun ve ana çekme elemanları üzerinde enine kaynaklardan kaçının. Kaçınılmaz olduğu durumlarda, yüksek iç ve dış kaliteyi sağlayın ve kaynak ucu yoğunlaşmasını en aza indirin.
• Kritik bir yapıda, tek taraflı alın kaynağının arkasında kalıcı bir destek bırakmayın. Aralıklı kaynaklardan kaçının; zira her bir segmentin başlangıcında ve sonunda yüksek yoğunluklu bölgeler bulunur.

Dinamik yük altındaki veya düşük sıcaklıkta kullanılan yapılar, oda sıcaklığında statik yük taşıyan yapılara kıyasla daha titiz bir detay tasarımı gerektirir.

Kaynak Şekli ve Kalitesini Kontrol Etme

Uç uca kaynak takviyesini mümkün olduğunca küçük tutun ve kaynak yüzeyini tercihen düz bir şekilde zımparalayın veya taşlayın. T-birleşimlerinde dışbükey yerine içbükey köşe kaynakları kullanın. Kaynak ucunda pürüzsüz bir geçiş sağlayın; gerekirse bu bölgeyi zımparalayın veya TIG ile yeniden eritin.

Her kaynak kusuru bir miktar gerilim yoğunlaşmasına neden olur. Düzlemsel kusurlar — çatlaklar, yetersiz nüfuz, erime eksikliği ve alt kesik — yorulma mukavemeti üzerinde en büyük etkiye sahiptir. Her kaynak dikişini kolay erişim ve hatasız uygulama için tasarlayın ve kabul sınırlarını aşan tüm kusurları giderin.

2. Artık Gerilim Alanını Ayarlayın

Kalıntı basınç gerilimi yorulma mukavemetini artırırken, kalıntı çekme gerilimi ise bunu azaltır. Kaynak sırasını değiştirerek veya yerel ısıtma uygulayarak yüzeyde elverişli bir basınç alanı veya bir gerilim yoğunlaşması oluşturulabilir.

I-kirişli alın birleşiminde, en büyük eğilme gerilmesini 1 numaralı alın kaynağı taşır. Her iki uçta 3 numaralı köşe kaynağının kısa bir kısmını kaynaklanmamış bırakın, 1 numaralı kaynağı tamamlayın ve ardından 2 numaralı kanat alın kaynağını tamamlayın. 2 numaralı kaynağın büzülmesi, 1 numaralı kaynağı kalıcı sıkıştırma durumuna getirir. Son olarak, kaynak 3'ün kaynaklanmamış kısımlarını kaynaklayın; bu kısımların büzülmesi, hem kaynak 1'i hem de kaynak 2'yi kalıntı sıkıştırma durumuna sokar. Testler, bu sıralamanın, 1 numaralı kaynak dikişinden önce 2 numaralı kaynak dikişinin yapılmasına kıyasla 30%'nin yorulma mukavemetini artırdığını göstermiştir. Boyuna kaynaklarla birleştirilen bir köşebent plakası için, kaynak ucuna yakın çentikte uygun şekilde konumlandırılmış nokta ısıtması, yoğunlaşma noktasında faydalı bir kalıntı sıkıştırma oluşturabilir.

Haddeleme, dövme veya bilye kumlama yoluyla gerçekleştirilen yüzey deformasyonu ile güçlendirme işlemi, birleşme yüzeyini plastik olarak deforme edip sertleştirebilir ve yorulma mukavemetini artıran kalıcı sıkıştırma gerilimi oluşturabilir.

3. Kaynaklı Birleşimlerin Mikroyapısını ve Özelliklerini İyileştirme

Ana metal ve kaynak metalinin içsel yorulma direncini artırmak için, hem malzemenin hem de telin metalurjik kalitesinin daha iyi olması ve kalıntıların daha az olması gerekir. Uygulanabilir olduğu durumlarda, birleşim yerlerine uygulanan ısıl işlem, uygun bir mikroyapı oluşturarak mukavemeti, sünekliği, tokluğu ve yorulma direncini artırabilir.

Mukavemet, süneklik ve tokluk arasında bir denge sağlanmalıdır. Mukavemet kırılmaya karşı direnç sağlar, ancak yüksek mukavemetli malzemeler çentiklere karşı hassastır. Süneklik, deformasyon enerjisini emer, gerilme tepe noktalarını düşürür, yüksek gerilimi yeniden dağıtır ve çentik ile çatlak uçlarını köreltir; böylece çatlakların büyümesi yavaşlar veya durur. Süneklik, mukavemetin etkin bir şekilde kullanılmasını sağladığından, süneklik ve tokluğun artırılması, yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlı bağlantıların yorulma direncini belirgin şekilde iyileştirebilir.