Temper El Kitabı - Yorsan Cam Merkezi

TEMPER EL KiTABI
ÖNSÖZ
Cam Merkezi olarak Temper Fırını yatırımı yapmış olan
müşterilerimize her an başvuracakları bir kılavuz olması ve
sanayicilerimize üretirken kazanmalarına, daha az enerji ile daha az
fire ile ve daha verimli şekilde fırınlarını kullanmalarına destek olması
amacıyla bu kitapçığı hazırladık.
Umarız tüm firma sahipleri, yöneticileri ve operatörleri yararlanırlar.
Konusunda büyük deneyime sahip Sn. Jonathan Barr’ın “The Glass
Tempering Handbook / Understanding the Glass Tempering Process”
adlı kitabından alıntılar yaptık. Kendisine teşekkür ediyoruz.
( Hereby I highly appreciate Mr. Jonathan Barr for his permission to extract some
information and illustrations from his book “The Glass Tempering Handbook /
Understanding the Glass Tempering Process”.)
Şener Ungan
Cam Doktoru / Cam Merkezi San.Tic.A.Ş.
Mart / 2015
1
İÇİNDEKİLER
Önsöz....................................................................................... 1
Camın Genel Dayanım Özellikleri............................................... 3
Temperli Camın Mukavemeti....................................................... 3
Temper İşleminde Ham Camın kalitesinin önemi.......................... 5
Lowe Kaplamalı camlar...............................................................6
Cam Kesimi............................................................................... 7
Kenar İşleme.............................................................................. 8
Cam Temperleme İşlemi............................................................. 9
Eğitimli Operatörün Önemi.........................................................9
Camı Isıtmak............................................................................. 9
Cam nasıl soğutulmalı................................................................ 11
Isıtmada yaşanan problemler...................................................... 12
Kalın Camları temperlerken yaşanan problemler.......................... 13
Camı soğutmada yaşanan problemler......................................... 14
Camda gerilim oluşturmak......................................................... 15
Temperli Camın kırılması............................................................ 16
Isıl temper ile Kimyasal temper karşılaştırması............................. 17
Yarı temper nedir? (Heat Strengthening)...................................... 18
Temperlenmiş camda kusurlar ( Batıklar, Puslu lekelenme)............ 19
Sülfür Dioksit Gazı..................................................................... 20
Nikel sülfit parçacıkları............................................................... 20
Isıl Banyo Testi (Heat Soak Test)................................................... 21
Temperli camda distorsiyon (kamburluk, merdane dalgası, uç kenar kıvrılması)............ 21
Camda Kamburluk (Genel kamburluk)........................................ 24
“S” şeklinde kamburluk.............................................................. 25
Düzensiz Kamburluk................................................................... 26
Kaliteli Temperli Cam İçin........................................................... 26
Delikler...................................................................................... 27
Sonuç........................................................................................ 28
2
CAMIN GENEL DAYANIM ÖZELLİKLERİ:
Ham düz cam baskı altında çok dayanıklıdır. Sahip olduğu sıkıştırma
mukavemeti 1000MPa üzerindedir – yani camı sıkıştırarak kırmak neredeyse
imkansızdır.
Teorik olarak pürüzsüz bir yüzeye sahip olan camın (mikro çatlaklar
bulundurmayan) çekme mukavemeti de 1000MPa üzerindedir. Ama cam
pratikte çekme gerilimine dayanamaz 25-25MPa arasında bir değerde
kırılır. Bunun nedeni cam yüzeyinde bulunan mikro çatlakların merkeze
doğru ilerlemesi ve kırılmaya neden olmasıdır.
Cam temperlendiği zaman camın tüm yüzeyleri ve kenarları sıkıştırma
gerilimi altına girer. Camın iç kısımları ise doğal olarak çekme gerilimine
maruz kalır. Böylece tüm kuvvetler dengelenmiş olur. Ancak çekme gerilimi
altında olan yüzeyler camın içinde kalmıştır ve her hangi bir mikro çatlak,
habbe, parçacık vs bulunmaması durumunda cam kırılmadan bu
dengelenmiş kuvvetleri taşımaya devam eder.
Bu gerilim farkı temperli camı kırması çok zor bir hale getirir. Genel olarak
tempersiz camdan 5 kat daha güçlü olduğu söylenebilir.
TEMPERLİ CAMIN MUKAVEMETİ
Camın mukavemeti genellikle bükme testi ile ölçülür ve kırılması için gerekli
olan baskı kuvvetine bakılır. Mimari camlar için 4 nokta bükme testi vardır
ve camın 90MPa kuvvete dayanması beklenir
Aşağıdaki şekilde 30cm boyunda tempersiz camın 2,4cm derinliğe kadar
bükülmesi için 27 MPa gerekir ve bu kuvvet camın kırılması için yeterlidir.
Temperli camda ise yüzeyler sıkıştırma gerilimine zaten sahiptir ve aynı
ölçüde camı 5,5mm derinliğe kadar büktüğümüzde dahi yüzey sıkıştırılma
gerilimi sıfıra iner ve cam kırılmaz.
3
Bükülmeye Dayanım
1-Tempersiz cam
Sıkıştırma
Çekme
Sıkıştırma
Çekme
Sıkıştırma
Çekme
Sıkıştırma
Çekme
1-Temperli cam
Bu yüzden temperli cam, tempersiz cama göre binalarda rüzgar yüklerine
karşı çok daha dayanıklıdır. Ayrıca yüzeyine gelen bir darbede de kolaylıkla
kırılmaz. Camın kuvvetinin kaynağı temper prosesinde soğuma sırasında
katılaşırken yüzey ve merkez arasındaki sıcaklık farkları ile oluşan gerilim
farkları olduğu için temperli cam ısıya maruz kaldığında yüzeyler
genleşmeye çalışacak ve yüzeydeki sıkıştırma gerilimini azaltacaktır (aynı
bükme testinde olduğu gibi). Bu nedenle sıcaklık değişimlerine karşı da çok
daha dayanıklıdır. Caphelerde çerçeve içinde kalmış olan soğuk bölge ile
güneş yüzünden ısınan orta bölge arasındaki sıcaklık farkına tempersiz düz
cam dayanamazken, temperli cam kırılmadan dayanabilir.
Temperli camın ani sıcaklık değişimine karşı direnci 200°C’dir.
4
TEMPER İŞLEMİNDE HAM CAMIN KALİTESİNİN ÖNEMİ
Float hattında camın üretimi sırasında oluşabilecek birkaç problem aşağıda
listelenmiştir.
Doğru tavlama yapılmaması: Eğer cam düzgün tavlanmamışsa cam
üzerinde gerilim kalmış olabilir. Bunun sonucunda cam kesim sırasında
düzgün şekilde kopmaz, kırma sırasında elmas izini takip etmez. Kenar
işleme (rodaj veya zımpara) sırasında kenarlarda çapaklanmalar olur ve
düzgün rodaj kenarı oluşmaz. Bu mikro çatlaklar ve çapaklar temper
prosesi sırasında soğutma bölümünde kırılmalara neden olabilir.
Yabancı maddeler: (Habbe, parçacık, çizik, çatlak) Eğer camda
istenmeyen yabancı maddeler varsa ve özellikle çekme gerilimli bölgede
yani camın içindeyse, camın temper sonrasında beklenmedik şekilde
kırılmasına neden olabilir. Özellikle Nikel Sülfit parçacıklarının neden
olduğu sıkıntılar ve çözümleri ileride açıklanmıştır.
Kalınlık değişimleri: Float hattında çekme yönünde olan kalınlık
değişimleri görsel olarak fark edilebilir ve çizgi, şerit, rim,vs olarak
isimlendirilir. Plakanın muhtelif bölgelerinde kalınlık farklılığı olması ise
temperde ısıtma sırasında camın her yerinin eşit sıcaklıkta olmamasına
neden olur. Bu da soğutma sonrasında distorsiyon veya sekürit testinde
parçacık sayısında zaafiyet olarak karşımıza çıkabilir.
5
LOW-E KAPLAMALI CAMLAR
Sıradan düz camın emisivitesi 0,84’tür ve bu oran camın yüzeyine ince bir
katman metal oksit kaplanarak düşürülebilir. Böylece üzerine gelen enerjiyi
daha iyi yansıtır. Bu bir çiftcamda bulunan kaplamalı camın kızıl ötesi ışınları
yansıtmasını ve soğuk iklimlerde evin için daha sıcak kalmasını sağlar. Sıcak
iklimlerde ise solar ısıtma etkisini azaltarak evin daha serin olmasını sağlar.
Ama aynı zamanda camın temper fırını içinde daha zor ısıtılmasına neden
olur.
Camlar genellikle iki farklı şekilde kaplanırlar. Hat üzerinde (pirolitik/sert)
kaplama olarak veya hat dışında çok ince gümüş oksit katmanlarının
püskürtülmesi ile (yumuşak kaplama) kaplanırlar.
Sert kaplamalı low-e camlar yaklaşık 0,15 – 0,30 yüzey emisivitesine
sahiptir. Kaplama oldukça dayanıklıdır ve normal temper fırınlarında camın
üstten (kaplamalı yüz) ısınmasına yardımcı olacak basit bir basınçlı hava
aspiratör sitemi ile rahatça temperlenebilirler.
Yumuşak kaplamalı Low-e’ler ise 0,03’e kadar inen emisiviteye sahiptirler ve
kaplamaları oldukça kırılgan ve bozulmaya karşı dayanıksızdır. Genellikle
lowe kaplamanın üstünde temper sırasında yanan koruyucu bir ilave
katman vardır. Bu tür camların temperlenmesinde camın ısınmaya karşı
oldukça yüksek direnç gösteren kaplamalı yüzüne yoğun bir şekilde sıcak
hava kütlesini bastıracak etkili bir konveksiyon sistemi bulunması gerekir.
Kaplamanın kalınlık değişimlerinde ise camın ısınmasında düzensizlikler
olacak ve sağlıklı temperleme yapılamayacaktır.
Not: Bütün kaplamalı camlar kaplama merdanelere temas etmeyecek
şekilde temperlenmelidir.
6
CAM KESİMİ
Camın çekme dayanımının çok zayıf olmasını kesim sırasında görebiliriz.
Camın yüzeyinde ince bir çizik oluşturmak (genellikle bir elmas ile) ve
ardından camı bükmek, kolayca kırmak için yeterli olmaktadır. Çünkü
elmasın oluşturduğu mikro çatlaklar bükme sırasında camın merkezine
doğru ilerleyip kırılmayı gerçekleştirirler.
Aşağıda iyi bir kesim örneği gösterilmiştir.
Şekil 2. Düzgün bir kesim ve koparma
Eğer gereğinden fazla elmas basıncı uygulanır veya camın kalınlığına göre
yanlış açıda elmas kullanılırsa, kötü bir koparma gerçekleşecektir ve ilave
çatlak oluşumlarına sebep olacaktır. Daha sonra kenar işleme sırasında
kesimde oluşan küçük çatlakların tamamı giderilemeyebilir ve temper
prosesinde soğutma esnasında cam kırılmalarına neden olabilir. Kötü bir
kesim örneği aşağıda verilmiştir.
Şekil 3. Kötü bir kesim ve koparma
7
KENAR İŞLEME
Camın kenarlarını zımparalama veya rodaj yapmanın sebebi temper
sırasında sıkıntı yaratacak çatlakların, çapakların, keskin köşelerin
tamamının temizlenmesidir.
Şekil 5. İyi bir Rodaj örneği
Şekil 4. Kötü bir zımpara
Aşağıda resmi gösterilen 12mm Düz parlak rodajlı cam temperde soğutma
sırasında kırılmıştır.
Bu hataların önüne geçmenin yolları rodaj hızını düşürmek ve taşın baskısını
düşürmektir.
Çapak oluşumu
Rodaj taş izi
Şekil 6. Soğutmada kırılmaya yol açabilen hata örnekleri
Eğer zımpara işlemi uygulanacaksa zımpara kayışları sürekli ıslatılmalı ( su
sürtünmeden dolayı ısınmayı engelleyecek, böylece kenarlarda mikro
kırılmalara sebep olmayacaktır ) Ayrıca zımparalar düzenli aralıklarla
değiştirilmelidir Aşınmış zımparalar kenarlarda mikro çatlak oluşumunu
destekler.
8
CAM TEMPERLEME İŞLEMİ
Temper Prosesi çok basit bir prosestir.
•Camı geçiş sıcaklığı (şekil alma sıcaklığı) üzerinde iyice ısıt,
•Camı ısınırken düz olarak muhafaza et veya isteniyorsa şekil ver (bombe
işlemi),
•Camın üst ve alt yüzey sıcaklıklarını eşit olacak şekilde hızlıca soğut,
•Ardından ortam sıcaklığına düşene kadar soğutmaya devam et.
Bu sıraladıklarım iyi bir temper işleminin esaslarıdır. Kaliteli bir temper işlemi
için aşağıdakilerin de sağlanması gereklidir:
•Cam fırını terk edip Quench (soğutma) bölümüne girerken her yeri eşit
oranda ısınmış olmalı
•Camın sıcaklığı şekil alma sıcaklığından yüksek olmalı (567 °C)
•Camın sıcaklığı yumuşama noktasından düşük olmalı (710 °C)
•Fırın içinde cam düz hareket etmeli
•Camın Quench’e transferi sırasında fazla ısı kaybı yaşamamalı
•Quench’te kontrollü bir hızla soğutulmalı
•Toplama sıcaklığına kadar soğutmaya devam edilmeli
EĞİTİMLİ OPERATÖRÜN ÖNEMİ
Bu kadar basit görünen bir işlemde Operatöre büyük iş düşüyor. Temper
Prosesini iyice anlamış bir operatör, camın kalınlığındaki değişimlerde
(örneğin 4mm cam kimi zaman 3,85 mm kimi zaman 4,00 mm kalınlıkta
olabilir) camın geçiş sıcaklığına ulaşma hızının değişeceğini bilir. Ya da kimi
üreticilerinin düz cam diğerlerine göre biraz daha fazla demir içermesinden
dolayı rengi daha yeşildir. Bu da ısınma hızını biraz değiştirir. Ayrıca kenar
işleme kalitesi soğutmada kırılma yüzünden oluşan kayıplarda etkilidir.
Düşük kaliteli bir rodaja sahip bir camı daha fazla ısıtmak soğutmada
kırılmaları azaltmak için çözüm olabilir. Operatörlerin temper prosesinin
temel mantığını anlamaları önemlidir.
CAMI ISITMAK
Sıcak Temper Fırınına soğuk cam konulduğunda camın ısınma hızı fırın
sıcaklığı ile cam sıcaklığı arasındaki fark ile doğru orantılıdır. Yani,
başlangıçta cam soğukken ısı transferi hızlıdır, cam ısınmaya başladıkça ısı
farkı azaldığından ısı transferi hızı da azalır. Camın Fırın içinde Isınma hızı
eğrisi aşağıda verilmiştir.
9
Şekil 7. Isıtma Eğrisi
Bir örnek verelim:
700 °C’ye ısıtılmış bir fırında herhangi bir kalınlıktaki camımızın 625 °C
olması için sabitimiz 2,2 dir.
Eğer 4mm düz cam temperliyor isek (düz cam için standart radyan fırın
sabitimiz de 17,6 dir)
Isıtma süresi = 2,22 x 4 x 17,6 = 156 sn
10mm için ısıtma süresi = 2,22 x 10 x 17,6 = 390 sn.
Düz camlar için bu formülü şöyle basitleştirebiliriz.
HER 1 mm KALINLIK İÇİN 40sn ISITMAK LAZIM…
Tabii ki bu düz şeffaf camlar için geçerli.
Cam renkli olursa 17,6 olan sabit 16’ya düşer, yani ısıtma süresi %10
azaltılmalıdır,
Kaplamalı olursa ise ısınmaya karşı direnç göstereceği için ısınma süresi
uzatılmalıdır.
Yukarıda standart fırın sabiti olarak 17,6 almıştık. Eğer Fırınımız FUL
KONVEKSİYON Fırın ise bu sabit 12,5 oluyor ve formüle yerleştirirsek;
4mm için ısıtma süresi = 2,22 x 4 12,5 = 111 sn.
Bir FCH (Ful Konveksiyon Fırın) fırında normalde daha düşük sıcaklıkta
çalıştırarak (680 °C) 4mm düz cam için 120 sn sıtma süresi verilebilir.
Bu grafik bize bir bilgi daha veriyor. Cam fırın içinde daha uzun kalırsa ısı
transferi daha yavaş olur, ve camın düzgün ısınması ihtimali artar. Yani
zaman sabitini 2,2 yerine 5 alırsak ve fırını 630 °C’ye ısıtırsak camımızın
sıcaklığı 625 °C’ye 350 saniyede ulaşır.
T= 5 x 4 x 17,6 = 352 sn.
Demek ki fırının sıcaklığına göre süreyi hesaplamak elimizdedir.
10
CAM ISINIRKEN NE OLUYOR ?
Cam Temper Fırınına girdikten sonra 3 farklı şekilde ısı enerjisini absorbe
eder.
1- Camın yüzeyinden aldığı ve biraz camın içine doğru yayılan kızılötesi
ışınım.
2- Camın alt yüzünün seramik merdanelere temasından dolayı aldığı enerji
iletimi
3- Fırının içinde dolaşan hava kütlesinin camın her iki yüzeyine zorla teması
ile aldığı enerji iletimi. Bu iki şekilde olabilir:
a) Standart bir fırında basınçlı hava aspiratörleri ile ısıtmayı destekleyerek
b) Konveksiyon fırında hava sirkülasyon fanlarının hava kütlesini hareket
ettirmesi ile.
Camın uygun şekilde ısıtılmasından sonra temper özelliğini kazanması için
uygun hızla soğutulması da gereklidir.
CAM NASIL SOĞUTULMALI
Daha önceki bölümlerde camı fırın içinde geçiş sıcaklığının üzerinde (567
°C) ama yumuşama sıcaklığının altında ( 710 °C) bir sıcaklığa ulaşana
kadar ısıtmamız gerektiğini yazmıştık.
Aşağıdaki şekil 4mm camın temper ve soğutma grafiğini gösteriyor.
Şekil 8. 4mm düz cam ısıtma ve soğutma çevrimi
Cam ısıtılıp uygun hızda soğutulduktan sonra yüzeyinde sıkıştırma
gerilimi (compressive stress) merkezinde ise çekme gerilimine (tensile
stress) sahip olması gerekiyor.
11
Bunu sağlamak için fırından quench bölümüne giren cam alt ve üstten
basınçlı soğuk hava ile şiddetle soğutulur ve önce alt/üst yüzeyler,
sonrasında merkez hızla ısı kaybeder. Bu farkı muhafaza edebilmek için
soğutma hızını kontrol etmemiz gerekli.
Cam temperlenince neden boyu uzar? İkinci temperde neden kısalır?
Cam quench’teki ilk 2 saniyesinde her iki yüzeyinden de gerildiği için
başlangıçtaki ölçüsünden daha büyüktür. Tipik olarak 1000mm uzunluktaki
bir camda 0,6-0,7mm büyüme gerçekleşir.
Eğer temperlenmiş camı tekrar temperler isek, bu sefer cam fırına girerken
üzerinde gerilim barındırdığı için fırına girdikten sonra yüzeyler geçiş
sıcaklığına ulaştığında plastik deformasyon başlarken camın merkezinde
hala çekme gerilimi olduğu için camı sıkıştırmaya çalışır ve boyunda ufalma
olur. 1000mm olarak fırına verdiğimiz cam 1mm kadar küçük çıkabilir.
ISITMADA YAŞANAN PROBLEMLER
Işıma ile ısı enerjisi
Temas ile ısıtma
Işıma ile ısı enerjisi
Şekil 9. Asimetrik ısıtma
Işıma ile ısı enerjisi
Işıma ile ısı enerjisi
Şekil 10. Fırın içinde kamburlaşma
12
Cam ısınırken yüzeyler önce merkez sonra ısınır. Ama şekilde görüldüğü gibi
camın alt yüzeyi ilave olarak seramik merdanelerin teması ile de ısındığı için
üst yüzeye göre daha hızlı ısınacak ve çekme gerilimi üst yüzeye göre daha
fazla olacağı için cam alttaki şekilde görüldüğü gibi bombe yaparak
düzgünlüğünü yitirecektir.
Bunun önüne geçmek için camın üst yüzeyine etki eden ısıyı artırmak
gerekecektir. Bunu başarmak için basınçlı hava aspiratörleri kullanılır. Ama
hava ısındıkça hafiflediği için (25 °C de hava 1.2 kg/m³ iken 700°C’de
0,3kg/m³ ‘tür) aspiratörlerle hareket ettirilen ve cam yüzeyine üflenen hava
hemen ısı kaybedecek ve yeniden sıcak fırın havası ile tazelenmesi
gerekecektir. Full Force Convection bir fırında ise cam yüzeyine çarpan hava
camın ağırlığından 8 kat ağırdır ve bu basıncı sağlayacak fanlar aracılığıyla
üflenmektedir
Camın neden fırın içinde hareket ederken dümdüz olmasını istiyoruz? Eğer
figürde görüldüğü gibi bombe yaparsa, merdaneler üzerindeki hareketi
sırasında noktasal temas etmeye başlar ve camın ağırlığı ile oluşturduğu
baskı camın alt yüzeyinde deforomasyona ve kalıcı izlere sebep olur. Bu
problem genellikle fırın içinde ısınmaya direnç gösteren kaplamalı yüzeylere
sahip (reflekteler, low-e camlar gibi) camlarda sonradan giderilemeyen ve
fire oranını artıran hatalara neden olur.
KALIN CAMLARI TEMPERLERKEN YAŞANAN PROBLEMLER
Kalın bir cam ( 10mm ve üzeri ) fırına girdiğinde camın büyük kütlesinden
dolayı ince camlara göre fırının sıcaklığı daha fazla düşer. Cam fırına
girdikten 50-60 saniye sonra ısı kontrol sistemi ısıtma elemanlarını 100%
güçle yoğun ısıtma moduna geçirir. Bu yoğun ısıtma camın yüzeyine çarpar,
alt ısıtma elemanlarından gelen ışıma ise seramik merdaneler ve koruyucu
paneller tarafından gölgelenir. Yani camın alt yüzeyi üst yüzeyin gördüğü
yoğun şiddette ısıtma etkisine maruz kalmaz. Sonuçta üst yüzey daha fazla
ısınır ve genişleyerek camı ters bombe (şemsiye şeklinde) haline getirir.
Camın tüm ağırlığı köşelerdedir ve cam fırın içinde seramik merdanelere
çarparak hareket etmektedir. Bu çok risklidir, köşelerde oluşacak çapaklar
camın içine doğru çatlaklar oluşturur ve camın fırın içerisinde kırılmasına
neden olur.
Şekil 11. Köşe çapaklanma nedeni
13
CAMI SOĞUTMADA YAŞANAN PROBLEMLER
Cam geçiş sıcaklığı (transition temperature – şekillenme sıcaklığı) üzerinde
iken yüzeyleri ile merkezi arasında sıcaklık farkını oluşturmak için camın
yüzeyinden çok hızlı bir şekilde sıcaklık almak gerekir. Temper fırınının
soğutma bölümünde bunu gerçekleştirmek için camın yüzeyine soğuk hava
üflenir.
İnce camları temperlemek çok daha zordur. Bunun nedeni camın merkezi ile
yüzeyleri arasında az mesafe olduğu için kalın camlara göre merkez çok
daha çabuk ısı kaybeder. Bu yüzden kalın camlara göre ince camları
soğuturken çok daha hızlı soğuk hava üflemek gerekir.
Aşağıdaki grafikte camın kalınlığına göre uygulanması gereken üfleme
basıncı gösterilmektedir. Dikkat ederseniz 15mm kalınlıkta bir cam için
neredeyse hiç hava üflemeye gerek yok gibidir. Çünkü cam çok kalındır ve
yüzeyi ortam sıcaklığında bile merkezine göre çok daha hızlı soğuyacaktır.
Kalın camları temperlerken hava üflenmesinin nedeni camın genel
kamburluğunu engellemek içindir.
Soğutma sırasında hava üflemek camın yüzeylerinin ışınım yolu ısı
kaybetmesine yardımcı olur. Low-e kaplamalı camlar kaplamasız camlara
göre daha düşük emisiviteye sahip oldukları için yüzeyden fazla ısı
kaybetmeyeceklerdir. Bu yüzden böyle camları soğutma sırasında kaplamalı
yüzeye daha yüksek basınçta hava üflemek gerekir.
İnce Camları temperlerken (3-4 mm) üflemede çok yüksek basınçlı hava
kullanılması gerektiği için üfleme bölgesinde camlar rulolar üzerinde
dönebilir hatta havalanabilir. Üst ve alt üfleme nozullarının ayarlanması ile
bu problemin önüne geçilebilir.
Quench Basıncı (Pa)
Quench Basıncı (inwg)
Quench basıncı vs Cam Kalınlığı
Cam Kalınlığı (mm)
Şekil 12. Cam kalınlığına göre soğutma basıncı eğrisi
14
CAMDA GERİLİM OLUŞTURMAK
Temper prosesinin esası camın yüzeyi ve merkezinin farklı hızda soğuması
ile gerilim farkı yaratmaktır.
Geçiş sıcaklığı üzerinde ısınmış bir cam quench’e girdiğinde ani ve yüksek
basınçta hava ile soğutulunca yüzeylerde sıkıştırma, sonra soğuyan
merkezde ise çekme gerilimi oluşur.
Katman kalınlığı
Sıkıştırma
Çekme
Sıkıştırma
Sıkıştırma
Camdaki Gerilim MPa
Çekme
Şekil 13. Temperli camda gerilim dağılımı
Aşağıdaki resimde temperli cam kırığı bir parçaya yandan bakıldığında
gerilim farkı oluşan bölgeler görülmektedir. Sıkıştırma gerilimi oluşan
katman yaklaşık cam kalınlığının 1/6’sı kadardır. Bu yüzey kusursuz bir
yüzeydir ve mikro çatlakları barındırmaz. Bu yüzden normal camın
kırılmasına yetecek kuvvetlerin çok daha fazlasına kırılmadan
dayanabilir.Ama eğer merkezdeki çekme gerilimli bölgede bir çatlak oluşur
ise ( merkezden bir darbe, Nikel Sülfit parçacığı, vs) çekme kuvveti camın
kırılmasına neden olacaktır.
Sıkıştırma katmanı
Nötr bölge
Maksimum çekme
Nötr bölge
Sıkıştırma katmanı
Şekil 14. Temperli camın yan kesit görünüşü
15
TEMPERLİ CAMIN KIRILMASI
TS EN 12150-1 “Termal olarak temperlenmiş soda kireç silikat emniyet
camı” standardına göre camın kırılma testi aşağıdaki şekilde yapılır ve
değerlendirilir.
Test edilecek cam aşağıdaki şekilde gösterilen noktadan vurarak kırılır:
Şekil 15. Kırma testi için vurma noktası (uzun kenarın ortasından 13mm içeri)
Kırıldıktan sonra aşağıda taralı olarak gösterilen alanlar değerlendirme dışı
bırakılır.
Şekil 16. Parça sayımında hariç tutulan bölge (taralı alan)
5cm x 5cm ölçüsünde bir şablon hazırlanır cam üzerinde en büyük
parçaların görüldüğü alan üzerinde 25cm²’lik bir kare çizilir. Ardından bu
kare içinde kalan bütün parçalar sayılır. Karenin çevresine temas eden
parçalar ise ½ parça olarak değerlendirilir. Toplam parça sayısı için
aşağıdaki tabloya göre karar verilir.
Şekil 17. Cam Kalınlığına göre minimum parça sayısı tablosu
16
Tipik bir temperli cam kırık resmi aşağıda verilmiştir.
Şekil 18. Temperli cam (tipik kırılma)
Temperli cam kırılırken neler olur?
Camın merkezindeki Çekme Gerilimli bölgede (tension stres layer) bir çatlak
oluşunca camdaki gerilim bir şok dalgası yayar. Çatlak noktasından yayılan
ve gözle fark edilemeyen bu dalganın hızı 3387metre/sn’dir. Camın her
tarafı neredeyse aynı anda kırıldığı için buna camın patlaması da
denmektedir.
ISIL TEMPER İLE KİMYASAL TEMPER KARŞILAŞTIRMASI
İyon değişimi öncesi
İyon değişimi sonrası
potasyum nitrat banyosu potasyum nitrat banyosu
potasyum
iyonları
cam yüzeyi
cam yüzeyi
sodyum
iyonları
Kimyasal Temperlenen Cam
Şekil 19. Kimyasal Temper
17
Isıl temper
Kimyasal temper
Şekli 20. Kimyasal temper ve ısıl temper gerilim dağılımı
Kimyasal temperde cam bir Potasyum tuzu havuzuna daldırılır. Cam
yüzeyine tutunan Potasyum iyonları çok ince bir katman oluştururlar. Bu
katmanın çok yüksek bir sıkıştırma gerilimi (Compressive Stress) olduğu için
merkeze de çekme gerilimi yüklenmiş olur.
Temperli camın kırılması camın merkezindeki çekme geriliminin (Tensile
Stress) oluşan çatlağı hızlandırması ile gerçekleştiği için Kimyasal
temperlenmiş bir camda benzer kırılmayı görmeyiz. Yukarıdaki Gerilim
grafiğine bakıldığında Isıl temperli camın merkezinde Çekme geriliminin
50Mpa seviyelerindeyken Kimyasal temperlenmiş bir cam 5Mpa seviyesinde
bir Çekme Gerilimine sahiptir. Bu yüzden Kimyasal temperli bir cam
kırıldığında küçük parçalara ayrılmaz bu yüzden de bir emniyet camı
sınıfında kabul edilmez.
YARI TEMPER NEDİR? (HEAT STRENGTHENING)
Yarı Temperli cam kırılma şekli
Temperli cam kırılma şekli
Şekil 21. Yarı temper yapılmış camın tipik kırılması
18
Tam temperlenmiş bir cam kırıldığında 50mm x 50mm alan içerisinde 40
parçadan fazla bulundurur. Yarı temper ile ilgili standart ise her kırık
parçasının en az bir kenarının camın kenarına temas etmesi gerektiğini yani
kırık parçaları arasında bir adacık oluşturan parça olmaması gerektiğini
söyler. Bu durumda kırılma esnasında çerçeveden cam parçası düşmesi
gerçekleşmez.
Yarı temperli cam daha düşük çekme gerilim olan cam demektir. Bu ise
normal temperli cama göre daha düşük quench üfleme basıncı ile sağlanır.
Genellikle normal üfleme basıncının %20’si kadar bir üfleme basıncı ile yarı
temper sağlanabilir.
Aşağıdaki grafikte normal tempere göre yarı temper ve süper temper için
gerekli üfleme basıncı oranları verilmiştir.
Üfleme basıncı değişimine göre camdaki gerilim
Üfleme basınç oranı (normal cama göre)
Süper temperli (yangın sınıfı)
cam için gerilim değeri
(138 MPa)
Temperli Cam gerilim değeri
(90 MPa)
Yarı temeprli cam için
ideal gerilim değeri (50 MPa)
Cam yüzey gerilim değeri
Şekil 22. Soğutma basıncına göre yüzey gerilimi değişim grafiği
TEMPERLENMİŞ CAMDA KUSURLAR ( Batıklar, Puslu lekelenme)
Özellikle kalın camlarda fırın içinde seramik merdaneler temiz olmadığı
zaman noktasal “batık” adı verilen kusurlar oluşur. Bu kusurlar bazen
portakal kabuğu gibi yaygın şekilde yüzey bozuklukları olarak ta görülürler.
Camın tam ortasında beyaz bulutsu lekelerde oluşabilir. Bunun nedeni
camın fırın içinde kamburlaşması ve merdanelere uzun süre noktasal temas
etmesidir.
Camı ısınma süresince düz durumda olmasını sağlamak puslu lekelerin
oluşmasını engeller.
19
SÜLFÜR DİOKSİT GAZI
Sülfür dioksit gazı kullanılması ise batık hatalarının azalmasına yardımcı
olur.
Sülfür dioksit gazı gerekmedikçe kullanmamak gerekir. Sülfür dioksit cam
yüzeyindeki Sodyum (Na) birleşerek sodyum sülfat (NaSO2) oluşturur ve
kolayca seramik merdaneler üzerinde yoğuşur. Fırın sıcaklıklarında sıvı
durumdadır ve bu yüzden seramik merdaneler ile cam arasında
kayganlaştırıcı bir rol oynar. Ancak fırın soğuk bakıma alındığı zaman
Soyum sülfat katılaşır ve seramikten daha yüksek genleşme özelliği vardır.
Eğer çok miktarda sülfür dioksit kullanıldıysa merdaneler üzerinde çok
miktarda katılaşmış sodyum sülfat olacak ve merdane yüzeyinin
zedelenmesine neden olacaktır. Eğer merdaneler yüzeyinde böyle birikmeler
görürseniz en erken zamanda sıcak su (70°C) ile yıkamalısınız. Kesinlikle
bıçak ile kazımayınız.
NİKEL SÜLFİT PARÇACIKLARI
Temperli cam için nikel sülfüt parçacıkları çok zararlıdır. Cam üretimi
sırasında hammadde içinde bulunabilir. Bu parçacık çok küçüktür (yaklaşık
100 – 200 mikron) ve gözle görülmesi neredeyse imkansızdır. Cam
temperlendiğinde camın içinde olan NiS parçacığı daha sonra kullanım
yerinde camın ısınması ile birlikte genleşerek temperli camın patlamasına
neden olmaktadır.
Madem ısınınca camı kırıyor, neden temper sırasında bir şey olmuyor?
NiS’in 2 hali var. Sıcak Alfa Fazı ve 380°C altında Soğuk Beta Fazı. Cam
üretilirken Sıcak Alfa Fazında oluşan NiS, tavlama fırınında yavaş ve
kontrollü soğuma yüzünden Beta fazına kolayca dönüşüyor.
Tempere girdiğinde ise ısınınca Alfa fazına tekrar geçen NiS, Quench’te ani
soğutma sırasında henüz Beta Fazına dönüşemeden Alfa Fazında
hapsoluyor. Ama bu malzeme uzun süre Alfa Fazında kalamıyor ve tekrar
soğuk Beta Fazına dönmek istiyor. Bu dönüşüm sırasında boyutları %2-4
arası büyüyor ve bu genleşme sırasında temperli camın içinde mikro
çatlaklara yol açıp camın kırılmasına neden oluyor.
Bu nedenle kırılma her an olabilir, saatler, günler, aylar hatta yıllar içinde
olabilir ama mutlaka olur.
20
Şekil 23. Nikel sülfit yüzünden kırılan cam. (8 şeklinde kırık başlangıcı)
Nikel sülfit parçacığı yüzünden kırılmalar yukarıdaki resimde görüldüğü gibi
olur. 8 şekli mutlaka fark edilir. Nikel sülfit parçacığının büyütülmüş fotoğrafı
aşağıdadır.
NİKEL SÜLFİT PARÇACIĞI (NiS)
Artık günümüzde Nikel Sülfit parçacıkları yüzünden
kırılmalar giderek azalmıştır çünkü float hatları çok
daha temiz ve kirlenmemiş hammaddeler ile üretim
yapabilmektedirler. Yine de böyle bir riski ortadan
kaldırmak için Isıl Banyo Testi yapılmaktadır.
ISIL BANYO TESTİ ( HEAT SOAK TEST )
Temperli camlar 290 °C ‘de 2 saat boyunca bekletilir. (Cam 290°C’ye
ulaştıktan sonra 2 saat bekletilmelidir). Bu fırınlama sırasında eğer Nikel
sülfit parçacığı varsa faz değişimi hızlanır ve kırılma gerçekleşir. Eğer cam
testten sağlam olarak çıktıysa, ya cam içinde Nikel sülfit parçacığı yoktur, ya
o kadar küçük bir çapta vardır ki risk teşkil etmez, ya da parçacık sıkıştırma
gerilimli (yüzeylerden birinde) alandadır ve camın kırılması için risk
taşımıyordur. Yine de bu test riski minimuma indirse de tam bir garanti
sağlamaz. Yapılan araştırmalar, 10.000’de 1 ihtimal ile testten geçmesine
rağmen monte edildiği yerde camın bu sebeple kırılabileceğini
göstermektedir.
21
TEMPERLİ CAMDA DİSTORSİYON (KAMBURLUK, MERDANE DALGASI,
UÇ KENAR KIVRILMASI)
Sistem mekanik olarak doğru ayarlandı ise, bütün ısıtma elemanları ve
aspiraörler, fanlar doğru çalışıyorsa cam yüzeyinde görülecek her türlü
distorsiyon camın ısıtma veya soğutmasında harici zorlamalara maruz
kaldığı içindir. Çünkü iyi ısıtılmış ve soğutulmuş bir cam normal olarak
dümdüz çıkar. Tek istisna merdane dalgası ve uç kenar kıvrılmasıdır.
Merdane dalgası & Uç Kenar kıvrılması
Merdane dalgaları (Ondülasyon) ve uç kenar kıvrılması sadece ısıtmanın
son birkaç dakikasında olur. Bu anlarda cam oldukça yumuşamıştır ve şekil
alabilir.
Uç Kenarlarda kıvrılma ön ve arka kenarlar bir merdaneden diğerine
geçerken camın ağırlığı ile kenarın aşağıya doğru sarkmasından dolayı olur.
Merdanelerin dönüş hızı ve merdane sıklığı bu hatanın miktarını belirler.
Yüksek hız ve sık merdanelerde bu hata daha az görünür.
Merdane dalgası (Ondülasyon)ise ekseni kayık merdaneler yüzünden olur.
Daha yüksek seviyede olan merdane camı yukarı doğru iter ve dalganın
uzunluğu hatalı merdanenin çapı kadardır.
Merdane çevresi
Kaçık Eksenli Merdane
Merdane dalgası
(maximum 0,08mm olmalı)
Şekil 25. Merdane dalgası
Merdane dalgalarının neden olduğu distorsiyon özellikle cephelerde
aşağıdaki gibi görsel bozukluklara neden olur.
22
Şekil 26. Merdane dalgasının neden olduğu görsel bozukluk
Her iki hata için de cam ne kadar sıcak ise hata olma riski o kadar fazladır.
Çünkü cam o kadar yumuşaktır ve kolayca şekil bozukluna uğrar.
Bu yüzden camı düşük sıcaklıklarda temperlemek bu tarz görsel hatalardan
korunmak için iyi bir çözüm olsa da soğutmada kırılma riski de o oranda
artacaktır. Sıcaklığı yükseltmenin de kenar işleme hataları nedeniyle
soğutmada kırılmaların önüne geçilmesi için faydalı olduğunu da
unutmamak gerekir.
Camdaki distorsiyonun operatör tarafından fark edilmesi için en iyi yöntem
soğutma çıkışında Zebra desenli bir fon oluşturmaktır. Soğutmadan çıkan
camın yüzeyindeki yansımadan camdaki merdane dalgaları kolaylıkla fark
edilir.
Şekil 27. Soğutma çıkışında Zebra desen pano
23
Operatörün eğitimli olması ve temper prosesini iyi anlamış olmasının
avantajı, bu gerçekleri bilerek duruma göre çözüm üretebilmesidir.
CAMDA KAMBURLUK (GENEL KAMBURLUK)
Soğutma sonrasında eğer cam ‘şemsiye’ (yukarı doğru kambur) veya ‘kase’
(aşağı doğru kambur) şeklinde bir kamburluğa sahipse bunun nedeni
soğutmada camın her iki yüzeyinin eşit hızda soğutulmamasıdır. Quench’te
cam katılaştığı anda alt ve üst yüzey sıcaklıkları birbiri ile aynı olmalıdır.
Soğuma devam ederken daha sıcak olan yüzey soğuk olana göre daha
fazla çekecektir. Ve daha kısa olan yüzey camı kamburlaştıracaktır.
Genel Kamburluk
Eşit olmayan ısıtmanın etkileri (üstten alta)
Kase şeklinde kamburluk
Şekil 28. Genel Kamburluk
Bu hatanın giderilmesi için daha sıcak olan yüzeye daha fazla soğutma
uygulanmalıdır.
Bu alt veya üst üfleme basıncını ve/veya oranını değiştirerek yapılabilir.
Daha sık uygulanan çözüm ise daha fazla soğutma yapılması gereken
yüzeye üfleme nozullarını yaklaştırmaktır.
GENEL KURAL = “ ÇUKURA DOĞRU ÜFLE “
Yani kamburlukta çukur olan yüzeye daha fazla hava üflemeli, veya o
yüzeye nozulları daha fazla yaklaştırmalıdır.
Genel Kamburluk için standartlara göre izin verilen oran %0,3 ‘tür. Yani
1000mm camda olabilecek maksimum kamburluk 3mm’dir.
Aşağıda TS 12150-1 satandardından kamburluk ölçme yöntemi ve
kamburluk için sınırlar gösterilmiştir.
24
3
1) Levhanın tamamını kaplayan kamburluğun hesaplaması için şekil bozukluğu
2) B veya H veya köşegen uzunluğu
3) Bölgesel kamburluk
4) Uzunluk: 300 mm
4
Şekil 29. Genel Kamburluk ölçeme metodu (TS EN 12150-1)
1
2
Şekil 30. Kamburluk kabul kriterleri ( TS EN 12150-1)
‘S’ ŞEKLİNDE KAMBURLUK
Eğer cam soğutmaya girerken fırına doğru bir hava akımı varsa cam S
şeklinde kamburluğa sahip olacaktır. Camın ön tarafı kase, arka tarafı
şemsiye şeklinde bir kamburluğa sahip olacaktır. Bunun çözümü soğutma
girişine bir hava perdesi (metal olması tavsiye edilir) koymaktır. Bu perde
camın yüzeyinden 2-3mm yukarıya kadar inmelidir.
HAVA PERDESİ
Fırın
Camın üst yüzeyinden
fırının içine doğru hava hareketi
camın bir kısmı quenche girmeden başlamaz.
O yüzden camın ön kısmı etkilenmez.
Üfleme bölgesi
Camın hareket yönü
Üfleme bölgesi
Kase şeklinde kamburluk
Camın hareket yönü
Düzeltmek için: 1. Hava perdesini camın 2-3mm yukarısına kadar indirin.
Şemsiye şeklinde kamburluk
Camın Son Şekli
“S” şeklinde kamburluk
2. Quenche giriş hızını artırın
Şekil 31. S şeklinde kamburluk
25
DÜZENSİZ KAMBURLUK
Sadece büyük ölçüdeki camlarda görülür. Cam inceldikçe (3-4 mm) ve şekli
kareye yaklaştıkça (en boy oranı 1’e yaklaştıkça) bu problem daha da
kötüleşir. Cam uzun ve ince ise böyle bir problem görülmez.
Camın her yerinin eşit ısıtılamaması nedeniyle oluşur. Aşağıdaki şekilde iki
farklı kamburluk için örnek verilmiştir.
Kamburluk (Düzensiz)
Eşit olmayan ısıtmanın etkileri ( Sadece çok büyük ölçüde camlarda görülür)
Şekil 32. Düzensiz Kamburluk
Soldaki şekilde oluşan kamburluk camların peş peşe yüklenmesi sonucu
merdanelerin orta kısımlarının ısı kaybetmesi nedeni ile oluşabilir. Çözümü
fırın sıcaklığını düşürüp ısıtma süresini uzatmaktır.
Sağdaki şekilde kamburluğa nadiren rastlanır. Nedeni Quench’te camın
ortasına yeteri kadar hava üfleyememek ve camın ortasının daha sıcak
kalmasıdır. Bunun bir çözümü camı kenara yakın yüklemektir. Eğer sorun
devam ediyorsa bir ısıtma problemi olabilir, fırın sıcaklığını düşürüp süreyi
uzatmak özüm olacaktır.
KALİTELİ TEMPERLİ CAM İÇİN
•FIRINI ELİNİZDEN GELDİĞİNCE SOĞUK ÇALIŞTIRIN
•EKSANTRİK MERDANELERİNİZİ DEĞİŞTİRİN
•KENAR İŞLEME (RODAJ / ZIMPARA) KALİTESİNE DİKKAT EDİN
•CAMIN TEMİZLİĞİNE DİKKAT EDİN
26
DELİKLER
Camın üzerinde delik olması ısıtma sırasında sorun yaratabilir.Deliklerin iç
kenarları ısıyı soğuracağı için çevresini saran cam kütlesinden daha fazla
genleşir. Bunun zararı nedir? Eğer kenara yakın bir delik varsa aralarında
bir çekme gerilimi oluşacak, ve delik kenarında küçük çatlaklar varsa camın
kırılmasına ya da çatlamasına yol açacaktır. Bu yüzden delik kenarlarının
çapaksız olması, eğer mümkünse havşalı olması soğutmada muhtemel
kırılmalı azaltacaktır.
TS EN 12150-1 standardında deliklerin çağları ve kenara olan mesafeleri
ile ilgili tavsiye edilen hesaplar verilmiştir.
1- Delik Çapı: Genel olarak deliğin çapı cam kalınlığından küçük
olmamalıdır.
2- Deliğin kenara mesafesi: Camın kalınlığının 2 katından az olmamalıdır
d= camın kalınlığı
1) Deliğin kenarının cam kenarına olan mesafesi, a, 2'den daha az olmalıdır.
a
Şekil 33
3- Delikler arası mesafe: Camın kalınlığının 2 katından az olmamalıdır.
2) İki deliğin kenarları arasındaki mesafe, b, 2d'den daha az olmamalıdır.
b
Şekil 34
27
SONUÇ
Bu kitapçıktaki bilgiler cam temper prosesinin temel esaslarını, temper
sırasında cama neler olduğunu, problemlerin neden oluştuğunu ve nasıl
çözülebileceğini anlatabilmek amacıyla derlenmiştir.
Kitabın başında belirtildiği gibi cam temper prosesi çok basittir; Camı eşit
oranda geçiş sıcaklığının üzerinde ısıt, fırın içinde düz tut, soğutmaya
gönder ve kontrollü bir hızla eşit oranda soğut, sonrasında toplamak için
oda sıcaklığına kadar soğutmaya devam et.
28
...
Ansızca Köyü Hıdırcıbağlar Mevkii No:366 Kemalpaşa – İzmir
Tel:0 232 878 21 21 • Fax : 0 232 878 98 48
www.cammerkezi.com