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
1. GİRİŞ
Küresel grafitli dökme demir malzemelerin ultrasonik muayenesine özgü EN 12680-3
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 12680-3 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
Çizelge 1: Küresel grafitli dökme demirlerde bulunabilecek süreksizlik ve
yapı kusurlarından bazıları
Kumla ilişkili
kalıntılar
Kum
kalıntıları
Sinter
Gazla ilişkili
Süreksizlikler
Curufla ilişkili
süreksizlikler
Çekinti
Grafitle ilişkili
hatalar
√
İğne deliği
√
Curuf
√
√
Gaz boşlukları
√
Dross
√
Gaz olukları
√
kaba grafit
X
√
Patlamış
grafit
X
Mikro
Çekinti
Makro
Çekinti
X
Grafit
yüzmesi
√ Yaprak grafit
oluşumu
Ultrasonik muayenede tespit edilebilir √
Ultrasonik muayenede tespit edilemez X
3. SÜREKSİZLİKLERİN BOYUTLANDIRILMASI
3.1.
Yüzeyine İz
Belirlenmesi
Düşümü
Bulunan
Süreksizliklerin
Boyutlarının
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
X
X
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
d= t-(s1+s2)
[1]
bağıntısı ile belirlenir.
Burada,
d, Süreksizliğin duvar kalınlığı doğrultusundaki kalınlığı
t, Malzeme kalınlığı
s1, s2; ses yolu mesafeleridir.
Şekil 1: Duvar kalınlığı boyunca süreksizlik kalınlığını tespiti
4
3.2.1 Örnek Çalışma:
Bu bölümde ASTM A536 Gr. 65-45-12 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.
s1= 57 mm
s2= 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
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
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 15-20 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
“Dross” tabakasının kalınlığı için EN 12680-3 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
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
s1
s2
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 12680-3:2011 Founding Ultrasonic testing Part 3: Spheroidal graphite cast iron castings
[2] “The Sorelmetal Book of Ductile Iron”, Rio Tinto Iron & Titanium Inc., Canada
9
Download

Küresel Grafitli Dökme Demirlerin Ultrasonik