Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Ultrasonik Muayenesi. Zeki TUĞCULAR. Akdaş Döküm Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ankara, Türkiye ÖZET

Transkript

1 Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Ultrasonik Muayenesi Zeki TUĞCULAR Akdaş Döküm Sanayi ve Ticaret A.Ş. Ankara, Türkiye ÖZET Küresel grafitli dökme demirler günümüzde çelik dökümler yerine gerek üretim maliyetinin düşüklüğü ve gerekse üretim süreçlerinin daha kısa olması nedeniyle tercih edilen malzemeler olmuştur. Bu malzemelerin üretimi esnasında oluşabilecek bazı hata türleri vardır. Bunların bir kısmı ultrasonik muayene ile tespit edilebilmekte, bir kısmı da işlenmiş yüzeyde gözle görülebilir olduğu halde ultrasonik muayenede tespit edilememektedir. Bu sunumun amacı; küresel grafitli dökme demirlere özgü süreksizliklerin ultrasonik muayene ile nasıl tespit edileceği ve yorumlanacağı hakkında genel bilgi vermektir. ABSTRACT Spherodial graphite cast iron castings are, nowadays, are preferred over steel castings because of their lower cost of manufacture and shorter lead times. Some type of the internal imperfections or discontinuties formed in spheroidal graphite iron castings can be detected during UT inspections while some of them can only be detected on machined surfaces during visual inspections. In this study the methods used to detect internal imperfection in spheroidal graphite cast iron castings will be summarized. Key: ultrasonic testing, ductile iron, dross, shrinkage 1

2 1. GİRİŞ Küresel grafitli dökme demir malzemelerin ultrasonik muayenesine özgü EN standardı dışında başka bir uluslararası standart bulunmamaktadır. Zaman zaman ASTM A609 standardı da bazı parametreleri değiştirilerek muayene ve değerlendirme için kullanılabilmektedir. Her iki standardı harmanlayarak başka muayene ve kabul kriterleri de belirlenebilmektedir. En standardı hem muayene hem de kabul kriterleri açısından oldukça açık bir standarttır. Standartta düzlemsel süreksizlikler için kriter bulunmamaktadır. Bunun, nedeni, çatlak ve benzeri düzlemsel hataların bu malzemelerde çokça görülmemesi olabilir. Her ne kadar düzlemsel belirtiden bahsetmese de açılı problarla muayeneyi özellikle kalınlık doğrultusundaki süreksizliğin boyutlarını belirleme için belli bir ses yolu mesafesine kadar önermektedir. Bu standart 2011 yılında revize olmuş bazı temel değişiklikler yapılmıştır. Değişikliklerden birisi; dökümleri küçük döküm (500 kg a kadar) ve büyük döküm olarak (500 kg ve üstü) ikiye ayırması ve bunlar için farklı kabul kriterleri getirmesidir. Bu standartta yapılan değişikliklileri içeren bir çizelge de bulunmaktadır [1]. Küresel grafitli dökme demir malzemelerin ultrasonik muayenesi yapılmadan önce döküm tekniği hakkında önceden bilgi edinilmesi, gözle muayene, manyetik parçacık ya da penetrant muayeneleri gibi yüzey muayenelerinin yapılması muayeneyi muhtemel yüzey altı süreksizliklerin bulunması açısından ön bilgi vermektedir. Bu malzemelerin Ultrasonik Muayenesi özellikle ürün kalitesini geliştirme açısından geri beslemeler sağladığı için tercih edilen tahribatsız muayene yöntemlerinden biri olmuştur. 2. KÜRESEL GRAFİTLİ DÖKME DEMİRLERDE OLUŞABİLECEK BAŞLICA SÜREKSİZLİK VE YAPI KUSURLARI Küresel grafitli dökme demirlerde oluşabilecek süreksizlikler ve yapı kusurları Çizelge 1 de verilmiştir. Bu çizelgede grafit temelli yapı kusurlarının ultrasonik muayenede tespit edilemediği görülmektedir. Bunlar ancak malzeme işlendikten sonra ya da tahribatlı muayene yapıldıktan sonra gözle görülebilmektedir. 2

3 Çizelge 1: Küresel grafitli dökme demirlerde bulunabilecek süreksizlik ve yapı kusurlarından bazıları Kumla ilişkili kalıntılar Gazla ilişkili Süreksizlikler Curufla ilişkili süreksizlikler Çekinti Grafitle ilişkili hatalar Kum kalıntıları İğne deliği Curuf Mikro Çekinti Sinter Gaz boşlukları Dross Makro Çekinti X Grafit yüzmesi Yaprak grafit oluşumu X X Gaz olukları kaba grafit X Ultrasonik muayenede tespit edilebilir Ultrasonik muayenede tespit edilemez X Patlamış grafit X 3. SÜREKSİZLİKLERİN BOYUTLANDIRILMASI 3.1. Yüzeyine İz Düşümü Bulunan Süreksizliklerin Boyutlarının Belirlenmesi Muayene yüzeyine iz düşümü bulunan süreksizliklerin boyutlarının belirlemek için süreksizlik bölgesinde mümkün olan en küçük ses demetine sahip probların kullanılması önerilmektedir. Kaydedilecek süreksizliklerin boyutlarını belirlemek amacıyla; 1) en son maksimumunun 6 db altına düşen sinyal genliğinin olduğu bölgeleri tanımlayarak prob muayene bölgesinde hareket ettirilmelidir [1], ya da 2) Arka duvar düşmesinin 12 db ya da 20 db olduğu noktaları belirleyerek prob muayene bölgesinde hareket ettirilmelidir. Ultrasonik Muayenede belirlenen bir süreksizliğin boyutları, sadece belirli ön koşullar altında teknik uygulamalar için yeterli doğrulukta ölçülebilir (Örneğin süreksizlik tipinin, süreksizliğin basit geometrisinin, süreksizlik üzerinde en uygun ses basıncının bilinmesi). Bu ön koşullar küresel grafitli dökme demirlerde genellikle var olmaz [1]. Bu nedenle, küresel grafitli dökme demirlerde süreksizlik boyutları tam olarak belirlenemez. 3

4 3.2. Duvar Kalınlığı Doğrultusundaki Süreksizliklerin Boyutlarının Belirlenmesi Duvar kalınlığı doğrultusundaki süreksizliklerin boyutları karşı taraftan normal problar kullanılarak ölçülür. Bunun yapılamadığı durumlarda açılı problar ile derinlik tayini yapılabilir. Şekil 1 deki duvar kalınlığı doğrultusundaki süreksizlik kalınlığı bağıntısı ile belirlenir. d= t-(s1+s2) [1] Burada, d, Süreksizliğin duvar kalınlığı doğrultusundaki kalınlığı t, Malzeme kalınlığı s1, s2; ses yolu mesafeleridir. Şekil 1: Duvar kalınlığı boyunca süreksizlik kalınlığını tespiti 4

5 3.2.1 Örnek Çalışma: Bu bölümde ASTM A536 Gr malzeme kalitesinde üretilmiş bir ürüne yapılan ultrasonik muayenede tespit edilen süreksizliğin kesiti alınarak karşılaştırma yapılmıştır. Muayenede 2 MHz frekanslı ve Ø24 çaplı normal prob ile 2 MHz frekanslı çift kristalli normal prob kullanılmıştır. Ses hız 5640 m/s olarak ölçülmüştür. Bu değerin en az 5500 m/s olması gerekmektedir. Yapılan muayenede Şekil 2 deki süreksizlik tespit edilmiştir. Şekil 3 te elde edilen yankı formundan ikincil çekinti olduğu sonucuna varılmış ve bunu doğrulamak için de malzemenin hatalı bölgesinden kesit alınmıştır. Şekil 4 te süreksizliğin kesit görüntüsü bulunmaktadır. Beklendiği gibi tek bir süreksizlik değil, çoklu süreksizliğin bir araya gelmesiyle oluşan bir hata olduğu ve süreksizlik sınırlarının da kesitte görünen boyuta yakın olarak çizildiği tespit edilmiştir. s 1= 57 mm s 2= 8 mm EFS= 2 mm T (malzeme kalınlığı)= 101 mm d= 36 mm Şekil 2: Ultrasonik muayenede tespit edilen süreksizliğin boyutlandırılması Şekil 4 te görüldüğü gibi süreksizlikler rastgele yönlenmiş olduğundan dolayı EFS (Eşdeğer disk şeklindeki yansıtıcı çapı) 2 mm tespit edilmiştir. 5

6 Şekil 3: Ultrasonik muayenede tespit edilen süreksizliğin yankı formu Muayene Yönü Şekil 4: Ultrasonik muayenede tespit edilen süreksizliğin kesit görüntüsü 3.3. Dross Kalınlığının Belirlenmesi Dross küresel grafitli dökme demirlerde aşılama için kullanılan Magnezyumun MgO, MgS, MgSiO3 bileşikleri oluşturmasıyla ortaya çıkan süreksizliklere denir [2]. Dross yoğunluğu dökme demirden daha düşük olduğu için genellikle üst derecede birikir. Dolayısıyla, bir tabaka halinde bulunur. Şekil 5 te Manyetik parçacık muayene yöntemiyle tespit edilmiş dross lar görülmektedir. Bunlar görüntüsü rastgele dağılmış çizgisel belirtiler topluluğu şeklindedir. 6

7 Şekil 5: Dross un manyetik parçacık görüntüsü Dross tabakasının kalınlığı paralel yüzeyli bölgelerde dross bulunmayan diğer yüzeyden normal prob kullanılarak belirlenebilmektedir. Bunun için öncelikle mekanik olarak kesit kalınlığı ölçülür. Malzeme üzerinde dökümün sağlam bölgesinde mesafe kalibrasyonu yapılır. Arka duvar yankısı %80 ekran yüksekliğine getirilip db civarında artırılarak dross kalınlığı tespit edilir. Dross katmanını muayene yüzeyine en yakın olduğu dross belirtilerinin derinlikleri yazılır. Malzeme kalınlıklarından bu derinlikler çıkarılarak Şekil 6 daki gibi dross kalınlığı belirlenir [1]. Şekil 6: Dross kalınlığının belirlenmesi 7

8 Dross tabakasının kalınlığı için EN standardında kabul seviyeleri bulunmaktadır. Dross tabakasının işlenmeyecek bölgede mi yoksa işlenecek bölgede mi olduğu önemlidir. Eğer işlenecek bölgedeyse, işleme miktarı artırılarak dross katmanları işlenerek ortadan kaldırılabilir ya da azaltılabilir. İşleme olmayan bölgelerde de eğer ilgili teknik şartnameler izin veriyorsa ilave dross payı verilerek dross katmanının teknik resim kalınlığının dışında olması sağlanabilir. Bu yüzden değerlendirmede anma kalınlığı ve işleme paylarını göz önünde bulundurmak önemlidir. Şekil 7 de tespit edilen dross tabakasının ultrasonik muayene ekran görüntüsü bulunmakatır. 100 mm malzemede 10 mm lik dross kalınlığı tespit edilmiştir. Bu dross tabakası muhtemelen işlendikten sonra kaybolacaktır. Şekil 7: Dross tabakasının ekran görüntüsü Dross tabakası kalınlığı her bölgede eşit olmamaktadır. Şekil 8 de dross tabakası kalınlığının bölgesel olarak tespit edilen kalınlıkları görülmektedir. Şekil 8: Dross kalınlıklarının bölgesel değişimi 8

9 SONUÇ Karmaşık geometriye sahip küresel grafitli dökme demirlerin muayenesi oldukça zordur. Özellikle büyük kütleli dökümlerde muhtemel beklenen çekinti tipi ikincil çekintidir. Paralel yüzeylerin olmadığı bölgelerde çekintilerin değerlendirilmesi ve dross kalınlığı tespiti zor olmaktadır. d EFS s 1 s 2 t Semboller Süreksizliğin duvar kalınlığı doğrultusundaki kalınlığı Disk şeklinde yansıtıcıya eş değer süreksizlik çapı Ses yolu mesafesi Ses yolu mesafesi Malzeme kalınlığı Teşekkür Bu çalışmalarımda bana desteğini esirgemeyen Dr. F. Önder Orhaner e, Ali Ateş e, Ramazan Yılmaz a Mete Ercan a, Orhan Çakır a ve bu çalışmayı yapmam konusunda yüreklendiren Sayın Niyazi Akdaş a teşekkür ederim. Kaynakça [1] EN :2011 Founding Ultrasonic testing Part 3: Spheroidal graphite cast iron castings [2] The Sorelmetal Book of Ductile Iron, Rio Tinto Iron & Titanium Inc., Canada 9