GAZALTI KAYNAK YÖNTEMLERİ Yrd. Doç. Dr. İbrahim ERTÜRK İÇİNDEKİLER 1.
BÖLÜM ............................................................................................................ 1
2.
BÖLÜM ............................................................................................................ 4
2.1.
TIG Kaynak Donanımı .............................................................................. 6
2.2.
Kaynak Torçları......................................................................................... 8
2.3.
Hava Soğutmalı Torçlar ............................................................................ 9
2.4.
Su Soğutmalı Torçlar .............................................................................. 10
2.5.
TIG Kaynak Elektrodları.......................................................................... 13
2.6.
Saf Tungsten TIG Kaynak Elektrodlar .................................................... 16
2.7.
Alaşımlı Tungsten TIG Kaynak Elektrodları ............................................ 18
2.8.
Elektrod Tutucuları.................................................................................. 21
2.9.
Torç Bağlantı Paketi ............................................................................... 22
2.10.
Koruyucu Gaz Donanımı ........................................................................ 22
2.11.
Koruyucu Gazlar ..................................................................................... 23
2.12.
TIG Kaynak Yönteminde Kullanılan Akım Üreteçleri............................... 26
2.13.
TIG Kaynak Yönteminde Arkın Tutuşturulması....................................... 28
2.13.1.
Elektrodu değdirerek tutuşturma............................................................. 28
2.13.2.
Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması ........................................ 29
2.13.3.
Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması....................................... 29
2.14.
TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Ağızlarının Hazırlanması.................... 29
2.15.
TIG Kaynak Yöntemi için Kaynak Dolgu Metali (Tel ve Çubuk Elektrodlar) ...................................................................... 31
2.16.
TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin Seçimi..................... 33
2.17.
Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler.................................................. 34
2.17.1.
Erimeyen elektrodun türü........................................................................ 34
2.17.2.
Erimeyen elektrod çapı ........................................................................... 34
2.17.3.
Akım türü ................................................................................................ 35
2.17.4.
Koruyucu gazın türü................................................................................ 36
2.18.
Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler ........................................... 39
2.18.1.
Kaynak akım şiddeti................................................................................ 39
2.18.2.
Ark gerilimi (ark boyu)............................................................................. 40 i
2.18.3.
Kaynak hızı ............................................................................................. 40
2.19.
İkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler............................................. 40
2.19.1.
Elektrod açıları........................................................................................ 40
2.19.2.
Elektrod serbest uç uzunluğu ................................................................. 41
2.20.
Yarı Otomatik TIG Kaynağı..................................................................... 41
2.21.
TIG Nokta Kaynağı ................................................................................. 42
3.
BÖLÜM .......................................................................................................... 44
3.1.
Koruyucu Gazlar ..................................................................................... 46
3.2.
Çalışma Tekniği ...................................................................................... 53
3.3.
MIG-MAG Kaynak Yönteminin Üstünlükleri ............................................ 70
3.3.1.
Kaynak dikişinin ağırlığı:............................................................................. 71
3.3.2.
Elektrik enerjisi tüketimi:............................................................................. 71
3.3.3.
Elektrod kaybı:............................................................................................ 72
3.3.4.
Cüruf temizleme: ........................................................................................ 72
3.3.5.
Uygulama kolaylığı: .................................................................................... 72
KAYNAKÇA ...............................................................................................................75
ii
1. BÖLÜM GİRİŞ Örtülü elektrod ile ark kaynağında elektrod örtüsünün görevlerinden en önemlisi ve vazgeçilmez olanı, kaynak metali üzerinde bir koruyucu gaz atmosferi ve cüruf oluşturarak kaynak banyosunu havanın oksijen ve azotunun olumsuz etkilerinden korumasıdır. Bütün kaynak yöntemlerinde ana tema, çıplak elektrod telini el ile ya da mekanik bir tertibat yardımı ile otomatik olarak sürekli ilerletip, akımı ark bölgesine çok yakın bir yerden vermek ve telin yüklenebileceği akım şiddetini artırarak, erime gücünü yükseltmektir. Yalnız burada en önemli husus elektrod örtüsünün görevini yüklenecek bir faktörün devreye sokulmasıdır. Bu görevi Gazaltı Kaynak Yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan soy gazlar, aktif gazlar ya da bunların karışımı mix. Gazlar yapmaktadır. Örtülü elektrodun geliştirilmesi elektrik ark kaynağının önemini artırmıştır ve bütün metallerin kaynağı için yeni yöntemlerin gelişmesine yol açmıştır. Bilinen yöntemlerin geliştirilmesi ve yeni yöntemlerin bulunması yolunda yapılan araştırmalar sonucu son 70 yıl içerisinde sayılamayacak derecede gelişmeler olmuştur. Birinci Dünya Savaşı' na kadar emekleme dönemi yaşayan kaynak, iki dünya savaşı arasında perçinli birleştirmenin yerini alarak, kalın saclann, tekne, gemi ve tankların kaynağında yaygın olarak kullanılır hale geldi. İkinci Dünya Savaşı esnasında uçaklarda kullanılan alüminyum, magnezyum alaşımlarının kaynağında karşılaşılan zorluklar TIG yönteminin gelişmesine yardımcı oldu. Soy gaz koruması altında yapılan TIG kaynak yöntemi ile önceleri sadece korozyona dayanıklı çelikler kaynatılırken, bugün bütün metal ve alaşımlarını kaynak yapmak mümkün hale gelmiştir. Yalnız yöntemin yavaşlığı araştırmacıları, benzer sonuçları veren daha hızlı bir yöntemin arayışına yöneltmiştir. Soy gaz koruması altında eriyen elektrod ile yapılan MIG yöntemi, bir çok alanda TIG yönteminin yerini alarak işlemin hızlanmasına yol açmıştır. Uygulama kolaylığı nedeni ile tüm demir dışı metal ve alaşımlarının kaynağında 1
kullanılan MIG yönteminin yalın karbonlu ve az alaşımlı çeliklerde uygulama alanı bulmamasının nedeni soy gazların pahalılığı olmuştur. MAG diğer bir deyimle, aktif gaz koruması altında eriyen elektrod ile yapılan kaynak, son yıllarda büyük bir gelişme göstermiş yalın karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynağında önemli ölçüde kullanılır hale gelmiştir. Önceleri yalnız CO2 koruması altında yapılan bu yöntemde, gereken durumlarda arkı yumuşatmak, sıçramayı azaltmak için CO2' ye Ar karıştırılıp kullanılmaktadır. Ar + CO2' nin içine az miktarda O2 ilave edilerek Ar + CO2 + O2’den oluşan üçlü gaz koruması altında daha kalın çaplı elektrodlar ile her pozisyonda çalışabilme olanağı sağlanmış ve düzgün görünüşlü kaynak dikişleri elde edilebilmiştir. Ayrıca bu yöntemin kullanılması ile işlemlerin hızlanmasına ve otomatikleşmesine olanak sağlanmıştır. Son yıllarda geliştirilen, darbeli akım yönteminde, kaynak akımı ayarlanan frekansta bir alt ve bir üst değer arasında değiştirilerek iş parçasına aktarılan ısı girdisi minimumda tutularak, özellikle ince parçalarda çarpılma azaltılmıştır. Yine son yılların önemli gelişmelerinden bir tanesi de inverter türü kaynak makinelerinin uygulama alanına girmesidir, bu tür kaynak makineleri ile gerçekleştirilen kaynak işlemlerinde yalnız CO2 kullanılması halinde dahi sıçrama tamamen ortadan kalkmıştır. Günümüzde konstrüksiyonlar, iş verimi ve güvenliğini artırmaya, boyutları ve ağırlığı küçültmeye, malzeme ve üretim masraflarını azaltmaya yöneliktir. Buna paralel olarak birleştirme teknolojisi de sürekli şekilde kendini yenilemek zorunda kalmıştır. Endüstrileşmiş ülkelerde en çok kullanılan yarı otomatik ve tam otomatik kaynak yöntemi olan MIG/MAG yöntemi, son yıllarda ülkemizde de hızla yayılmaktadır. Gerek MIG/MAG kaynak makinesi, gerekse tel elektrod üretimindeki hızlı artış bunun en önemli göstergesidir. Koruyucu gaz ile yapılan kaynak denince aklımıza kaynak yeri, bir gaz atmosferi (şemsiyesi) ile korunarak yapılan ark kaynağı gelir. Argon ve helyum gibi soy gazlar kullanılarak TIG ve MIG kaynak yöntemleri ile çeşitli metal ve alaşımlarının pasta ya da dekapan kullanmadan, fazla deformasyona 2
uğramadan kaynak edilmeleri mümkündür. Aktif gaz kullanılarak MAG kaynak yöntemi ile yalın karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklerin yarı otomatik ve tam otomatik olarak kaynak edilmeleri mümkündür.
3
2. BÖLÜM ERİMEYEN ELEKTROD İLE TIG KAYNAĞI TIG kaynak yöntemi çok geniş bir uygulama alanına sahiptir, kaynakçı tarafından kullanılması kolaydır, prensip olarak gaz eritme kaynağını andırır, yalnız torç biraz değişiktir, yanıcı yakıcı gaz yoktur,
ısı enerjisi elektrik arkı tarafından
sağlanmaktadır. Bu yöntem de erimeyen bir elektrod kullanıldığı için kıvrık alın kaynak ağzı hazırlanmış ince parçalar, ek kaynak metaline gereksinme göstermeden birleştirilebilir; gerektiğinde esas metalin eritilerek, ek kaynak metaline olan gereksinmeyi ortadan kaldırması da yöntemin göz önüne alınması gereken üstünlüklerinden bir tanesidir. Kaynak bağlantısı için ilave metal gerektiğinde, oksi-asetilen yönteminde olduğu gibi, tel halinde kaynakçı tarafından kaynak bölgesine verilmektedir.
Şekil 2.1. TIG Kaynak yönteminde ark bölgesi TIG kaynak yönteminin diğer bilinen ve endüstride sık uygulanan eritme kaynağı yöntemlerine göre en önemli üstünlüğü, ısı girdisinin ve eriyen ek kaynak metali miktarının birbirlerinden bağımsız oluşudur. Bu önemli özelik yöntemin çok ince parçalara uygulanabilmesine olanak sağlamakta, kök pasoların çekilmesinde, pozisyon kaynaklarında ve tamir işlerinde de kaynakçıya büyük kolaylıklar sağlamaktadır. İlk gelişme yıllarında sadece havacılık endüstrisinde uygulama alanı bulmuş olan bu kaynak
yöntemi
deneysel
ölçüde,
magnezyum
alaşımlı
parçaların
birleştirilmesinde kullanılmış ve alınan doyurucu sonuçlar, yöntemin endüstrinin diğer 4
alanlarında da uygulanabilirliğini kanıtlamış ve hızla alüminyum, magnezyum ve diğer endüstriyel demir dışı metal ve alaşımlar ile paslanmaz çeliklerin kaynağında çok aranılan bir yöntem haline gelmiştir. Alışılagelmiş kaynak yöntemlerinde kullanılan korrozif örtü ve flakslar, kaynaklı parçaların ancak sınırlı alanlarda kullanılmasına olanak tanıdığından, özellikle hafif metallerin
alaşımlarından
yapılmış
kaynaklı
parçaların
endüstriyel
kullanımını
kısıtlıyordu. TIG yönteminin geliştirilmesi sonucu, hafif alaşımlar için yeni kullanım alanları açılmış, korrozif flaksların yarattığı olumsuzlukların ortadan kalkması sonucu uçak ve gemi yapım mühendisleri bu alaşımların sunduğu her tür avantajdan yararlanabilir hale gelmişlerdir. Gaz türbinlerinin hızlı gelişmesinde de TIG Kaynak Yönteminin katkısı oldukça önemlidir, yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımların emniyetli bir biçimde kaynakla birleştirilebilmesi, jet motorlarının özellikle yanma odalarının en optimum biçimde tasarımına olanak sağlamıştır. Kimya, gıda endüstrisi ile alkollü, alkolsüz içki üretiminde, alüminyumun, paslanmaz çeliğin, bronzun ve bakırın kaynağında artık tamamen bu yöntem uygulanmaktadır. Örneğin, bu yöntemin yaygınlaşmasından sonra bira, tahta fıçı yerine alüminyum fıçılarda nakledilmeye başlamıştır. Elektrik makinaları üreticileri pek çok yerde cıvata ve somun yerine bu yöntemi kullanmaktadırlar, pek çok transformatörde
laminasyon
paketi
cıvata
yerine
kaynak
bağlantılı
olarak
yapılmaktadır. TIG kaynak yöntemi her pozisyonda ve prensip olarak ta her kalınlıktaki parçalara uygulanabilirse de, fazla kalın parçalar için işlem süresinin uzaması yöntemin ekonomikliğini yitirmesine neden olmaktadır, bu bakımdan 7 mm'den kalın parçaların kaynağı için önerilmez; bununla beraber yüksek kalite ve kaynak emniyetinin gerekli olduğu uçak ve uzay endüstrisinde çok pasolu kaynak uygulayarak bu olumsuzluğun etkisi azaltılmaya çalışılır. Akım şiddeti azaltılarak diğer eritme kaynak yöntemleri ile birleştirilmesi olanaksız olan 0.1'mm kalınlığa kadar ince saclar bu yöntem ile çok sağlıklı olarak birleştirilebilmektedir. TIG kaynak yöntemi özellikle 1950'den itibaren büyük bir önem kazanarak gerek AWS ve gerekse de DIN sınıflandırmasında yerini almıştır.
5
2.1.
TIG Kaynak Donanımı
Bir TIG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur: •
Kaynak hamlacı diye de adlandırılan bir kaynak torcu.
•
Kaynak akım ve kumanda şalter kablosunu, gaz hortumunu ve gerektiğinde soğutma suyu giriş ve çıkış hortumlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli, torç bağlantı paketi.
•
Kaynak akımının, gaz akışının ve gerektiğinde soğutma suyunun devreye giriş ve çıkışını, arkın tutuşmasını ve alternatif akım ile çalışma halinde arkın sürekliliğini sağlayan devreleri de bünyesinde toplayan kumanda dolabı.
•
Kaynak akım üreteci.
•
Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu gaz tüpü.
TIG kaynak yönteminde bu temel donanımların yanı sıra gerek duyulduğunda veya sistemin, otomatik olarak çalışması arzu edildiğinde aşağıda belirtilmiş olan ek donanımların kullanılmasına gereksinim vardır: •
Yüksek akım şiddetleri ile çalışıldığında, ısınan torcu soğutmak için soğutma suyu sirkülasyon sistemi.
•
Özellikle doldurma işlerinde kullanılmak üzere akımın kontrol ve ayarı için ayak pedalı.
•
Otomatik
kaynak
uygulamalarında
gerektiğinde
torca
salınım
hareketleri
yaptıracak bir osilatör. •
Otomatik kaynak uygulamalarında kullanılmak üzere tel besleme tertibatı.
•
Otomatik kaynak uygulamaları için torç veya iş parçasını ilerletme tertibatı.
•
Darbeli akım uygulamaları için, kaynak akımını ayarlanmış iki akım değeri arasında öngörülen frekansta değiştiren elektronik cihaz; bu cihaz genelde ayrı bir ünite olmayıp, kaynak akım üretecinin içine monte edilir.
6
Şekil 2.2. TIG kaynak donanımı prensip şeması TIG kaynak donanımı, şekil 2.2'de görüldüğü gibi uygun bir akım üreteci, koruyucu gaz tüpü, gaz basınç ve debi ayar tertibatı, tungsten elektrodu taşıyan torç, akım kabloları ve gaz hortumu ile genelde akım üreteci üzerine monte edilmiş bir kontrol panelinden oluşur; ayrıca yüksek akım şiddeti ile çalışma halinde bir de torcu soğutmak için soğutma suyu devresi vardır. El kaynağı halinde torcun hareketi ve kaynak metali beslemesi kaynakçı tarafından yapılır; yarı otomatik yöntemde torç gene kaynakçı tarafından hareket ettirilir, burada tek fark kaynak ek metalini sağlayan telin ark bölgesine otomatik olarak bir tertibat tarafından sokulması ve sürekli olarak sabit bir hızla beslenmesidir. Yarı otomatik TIG yönteminin geniş bir uygulama alanı bulmamasına karşın otomatik TIG yöntemi olukça yaygındır. Bu yöntemde, sisteme kaynakçının müdahalesi söz konusu değildir, tüm işlem sistem tarafından gerçekleştirilmektedir. Yöntemin başarılı olabilmesi için, bağlantının konumunun sistem tarafından erişilebilir olması ve ekonomiklik açısından da çok sayıda aynı parçanın kaynatılması gereklidir. Bu yöntemin ilk uygulamalarında elektrod pozitif kutba bağlanarak kaynak yapılmış ve aşırı ısınan elektrottan tungsten damlacıklarının kaynak dikişine geçtiği görülmüş ve elektrod negatif kutba bağlanarak bu engel ortadan kaldırılmıştır; bu durumda paslanmaz çeliklerin kaynağında başarı sağlanmasına karşın, alüminyum ve magnezyum gibi refrakter bir oksit tabakası ile kaplı metallerin kaynağı problemi ile karşılaşılmıştır. Alternatif akım arkının sürekliliğini sağlayan, yüksek frekans üreten generatör ve devrelerin keşfi sonucu, alternatif akım yardımı ile bu tür metal ve alaşımlarının çok kaliteli bir biçimde kaynağı gerçekleştirilmiştir. 7
2.2.
Kaynak Torçları
TIG kaynak yönteminde torç, iş parçası ile ucundaki tungsten elektrot arasında kaynak için gerekli olan elektrik arkını oluşturabilmek için, akım kablosundan aldığı akımı elektroda iletmek, koruyucu gazı kaynak banyosunun üzerini örtecek biçimde sevk etmek görevlerini yerine getirmek için geliştirilmiş bir elemandır. TIG kaynak yönteminde kullanılan torçlar uygulama koşulları göz önünde bulundurularak çeşitli tür ve büyüklüklerde üretilmektedirler. El ile yapılan TIG kaynağında kullanılan torçlar hafif, küçük ve elektrik akımı kaçaklarına karşı etkin bir biçimde yalıtımlı olarak tasarlanmış ve üretilmişlerdir. Torç ile akım üreteci ve gaz tüpü ve soğutma suyu ile bağlantıları değişik kalınlıklardaki kablolar ve hortumlar ile sağlanır ve bunların tümü torç bağlantı paketi adı verilen çelik spiral takviyeli bir kalın hortum içine yerleştirilmişlerdir. Bir TIG torcunun çekirdek kısmını erimeyen tungsten elektrodun tutucusu oluşturur. Bu parça genel olarak üzerinde boylamasına yarıklar bulunan ve bir tarafı konik bir kovandır ve elektrod yüksüğü adı ile de anılır. Her büyüklük ve türdeki torçlar için kullanılan çeşitli boyutlardaki tungsten elektrodların boyutlarına uygun farklı iç delik çaplarında, dış boyutları aynı olan elektrod tutucuları üretilmiştir, diğer bir anlatımla her çaptaki elektrod için ayrı bir elektrot tutucusu vardır. Elektrot tutucusu, elektrot tutucusu kovanı diye adlandırılan bir parçanın içine girer ve bu parça da özel bir somun ile torç gövdesine tespit edilir. Torç gövdesinin uç kısmına takılan koruyucu gaz nozulu çeşitli çaplarda üretilir, aynı torca gaz gereksinimine ve kaynak işlemine göre çeşitli büyüklüklerde gaz nozulu takılabilir. Genel olarak koruyucu gaz debisi arttıkça, gaz nozulu çapı da büyür.
8
Şekil 2.3. Bir TIG kaynak torcunun parçaları Torçlar
uygulamada
kullanılabilecekleri
maksimum
akım
şiddetine
göre
sınıflandırılırlar. Her büyüklükteki torca belirli sınırlar içinde kalmak koşulu ile çeşitli çap ve türlerde elektrod ve gaz nozulu takılabilir. Torçları sınıflandırmada en önemli kriter yüklenebilecekleri maksimum akım şiddeti olduğundan ve bu konu da torcun soğutma sistemini belirlediğinden, genelde torçlar hava soğutmalı ve su soğutmalı olarak iki ana gruba ayrılırlar. 2.3.
Hava Soğutmalı Torçlar
Hava soğutmalı torçlarda, soğutma torcun dış kısmından hava yardımı ile iç kısmından ise akan koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir, bu neden ile bunlar gaz soğutmalı torçlar adı ile de anılırlar. Bunlar hafif, akım yüklenme kapasitesi 200 Amperi geçmeyen, manipülasyonu kolay ve su soğutmalılara nazaran daha ucuz torçlardır. Akım kapasitelerinin sınırlılığı nedeni ile ancak ince parçaların kaynağı için uygundurlar. Kafa açısı diye tanımlanan, tungsten elektrod ile torç sapı arasındaki açı normal olarak 120o dir, bununla beraber bu açının 90o olduğu dik torçlar, 180o olduğu kalem tipi torçlar ve uç açısının ayarlanabildiği döner başlıklı torçlar da uygulamada kullanılmaktadır. Kalem tipi torçlar görünüşleri bir kurşun kalemi andırdıkları ve kullanırken de baş kısmı 9
aşağıya gelecek biçimde kalem ile yazı yazar gibi tutuldukları için bu şekilde adlandırılmışlardır; bunlar diğer türlerin giremediği yerlerde kullanılabilen, hafif ve manipülasyonu kolay oldukları için özellikle ince sac kullanan üreticiler tarafından tercih edilmektedirler. Bu torçların çok yaygın olarak bir diğer kullanım alanı da uçak endüstrisidir, özellikle jet motorlarının yanma odalarına ve diğer parçalarına rakor ve manşonların kaynatılmalarında bu tür torçlar büyük bir manipülasyon kolaylığı sağlamaktadır. Döner başlıklı torçlar biçim olarak kalem tipi torçları andırırlar, burada torcun meme ve elektrot tutucu kısmı küresel mafsallı olarak sapa bağlanmıştır ve bu şekilde torç açısı değiştirilerek kullanma sahası genişletilmiş ve torca üniversallık kazandırılmıştır. 2.4.
Su Soğutmalı Torçlar
Su soğutmalı torçlar ile daha yüksek akım kapasitelerinde çalışılabildiğinden bunlar daha büyük daha ağır ve daha pahalıdırlar. Bunlar yüksek akım şiddetlerinde su soğutmalı metalsel gaz nozulları ile kullanılmak koşulu ile standard olarak 1000 Amper akım kapasitesine kadar üretilirler; otomatik TIG kaynak sistemlerinde sadece bu tür torçlar kullanılır. Doğal olarak bu tür bir torcun kullanılabilmesi için kaynak donanımının bir soğutma suyu devresine ve birde su soğutma ünitesine sahip olması gereklidir. Bu torçlar normal olarak torç bağlantı paketi ile beraber satılırlar, zira kaynak akım kablosu, soğutma suyu dönüş hortumu içine yerleştirilmiş ve bu şekilde ısınması önlenerek daha küçük kesitli kablo kullanabilme olanağı sağlanmıştır. Bu torçlar kullanılmadan önce soğutma suyunun torç içine sızmaması için contaları sık sık kontrol edilmeli ve tam bir sızdırmazlık sağlanmalıdır; zira aksi halde sızan su, çalışma sırasında buharlaşarak koruyucu gaza karışır kaynağın kalitesini bozar, gözenek ve çatlak oluşumuna neden olur.
10
Şekil 2.4. Su soğutmalı bir TIG kaynak torcunun kesiti TIG kaynak torçlarına takılan gaz memeleri, torcun biçimine, türüne, kapasitesine, hava veya su soğutmalı olmasına, kullanılan gaz debisine ve kaynak yerine göre değişik çap ve tipte olabileceği gibi değişik malzemelerden de üretilmiş olabilir. Günümüz endüstrisinde kullanılan gaz nozulları, malzemeleri açısından başlıca dört gruba ayırabiliriz: •
Seramik gaz nozulları,
•
Metalsel gaz nozulları,
•
Saydam gaz nozulları,
•
Çift gazlı gaz nozulları.
Hava soğutmalı torçlarda tercih edilen seramik gaz nozulları kırılgan olmalarına karşın, fiyatlarının ucuzluğu, oldukça yüksek sıcaklıklarda dahi kullanılabilmeleri ve alternatif akım uygulamalarında yüksek frekans akımının oluşturduğu çapraz ateşlemelere mani olması nedeni ile endüstride en yaygın olarak kullanılan TIG gaz nozulu türüdür. Seramik gaz nozulları sürekli kullanma sonucu gevrekleşir ve alt dudaklarından ufak parçacıklar kopar ve aynı zamanda iç cidarlarında metal sıçraması, metal buharları çökelmesi ve parçacıklar kopması sonucu pürüzlülük oluşur; bu durum koruyucu gaz akımının laminerliğini bozduğundan bu hale gelmiş gaz nozulu yenisi ile değiştirilmelidir. Genellikle bakır ve alaşımlarından üretilen metalsel gaz nozulları yüksek akım şiddeti ile uygulamalarda kullanılan su soğutmalı torçlarda tercih edilir, bunların hava soğutmalı torçlar ile kullanılan türleri de vardır. Metalsel gaz nozulları, seramik olanlara nazaran daha pahalıdır, buna karşın su 11
soğutmalı torçlar ile kullanıldıklarında çok daha uzun ömürlüdürler ve kırılgan olmadıklarından da, kullanılmaları sırasında büyük bir itina gerektirmezler. Metalsel gaz memelerinde, özellikle yüksek frekans akımının devrede olduğu alternatif akım uygulamalarında karşılaşılan çapraz ateşleme olayı, koşulların elverdiği en büyük çaplı gaz memesi kullanılarak önlenebilir. Saydam gaz nozullarının kullanılması halinde, kaynak bölgesini ve kaynak arkını görebildikleri için kaynakçılar tercih etmektedirler. Eritilmiş kuartzdan yapılmış olan bu gaz nozulları, tungsten elektrodun az bir miktar kirlenmesi sonucunda dahi yayınan şiddetli metal buharlarının iç cidarlarına çökelmesi sonucu saydamlıklarını yitirirler. Saydam gaz nozulları kuartzdan yapılmış olmaları nedeni ile kırılgandırlar ve kullanılmaları sırasında dikkat gerektirirler. Çift gazlı kaynak nozulları, MIG kaynak yöntemindeki MACCI uygulamasının bir alternatifi olarak geliştirilmiştir, burada konsantrik iç içe iki nozul vardır, elektrodu çevreleyen iç nozul asal bir koruyucu gaz sevk ederek arkın oluşumunu ve dış nozul da azot veya karbondioksit gibi bir gaz sevk ederek kaynak bölgesini atmosferik etkilerden korur. Asal gazdan ekonomi sağlamak amacı ile geliştirilmiş olan bu yöntemin uygulaması yok denecek kadar azdır. TlG kaynak torçlarında kullanılan gaz nozulları hangi malzemeden yapılmış olurlarsa olsunlar, kullanılmalarında itina gereklidir, iç cidarlarında ve alt dudaklarında sıçramalardan veya parçacık kopmasından ileri gelen ufak bir pürüzlülük dahi gaz akımının laminer akışını türbülanslı hale dönüştürür ve bu tür bir gaz akışı da gerekli korumayı gerçekleştiremediğinden kaynak bağlantısında hataların ortaya çıkmasına ve kalitenin bozulmasına neden olur. Herhangi bir TlG kaynak işlemi için gaz nozulu seçiminde, özellikle seramik nozulların kullanılması halinde, nozulun dudak kısmı diye de adlandırılan, kaynak banyosuna bakan alt kısmının, arkın sıcaklığından erimeyecek kadar küçük çaplı olmasına dikkat edilmelidir. Küçük ağız çaplı nozullar arkın daha stabil yanmasına, dar kaynak ağızları içinde daha rahat çalışmaya ve kaynakçının torcu fazlaca eğmeden kaynak bölgesini görebilmesine olanak sağlamaktadır. Buna karşın büyük ağız çaplı gaz nozulları daha etkin bir koruyucu gaz örtüsü oluşturabilmekteler ise de, TlG kaynak yönteminde en önemli girdilerden bir tanesi olan gaz sarfiyatı çok 12
yükselmektedir. Bu bakımdan büyük çaplı gaz nozulları, ancak yüksek sıcaklıklarda atmosferin etkilerine hassas titanyum gibi metallerin kaynağında uygulama alanı bulmaktadır. Gaz nozulu çapı ile tungsten elektrod çapı arasındaki ilişki konusunda katı bir kural yoktur, uygulamada gaz nozulu çapı elektrod çapının 4 ila 6 katı arasında seçilmektedir. TlG kaynak yönteminde kullanılan gaz nozulları genelde biçim olarak silindirik veya konik olarak üretilirler; bu gaz nozullarının bazı türlerinin iç kısımlarına gaz merceği adı verilen gözenekli bir perde yerleştirilerek gaz akışının laminerliliği garantilenerek nozul dışında da oldukça uzun girdapsız akan bir koruyucu gaz sütunu oluşturulur. Bu tür gaz nozullarının kullanılması sonucu, nozul dışında kalan tungsten elektrod boyu uzun tutulabilir ve bu da gerek kaynakçının kaynak banyosunu daha kolay kontrol edebilmesine ve gerekse de dar ağız açıları içinde rahat çalışabilmesine olanak sağlar. Yüksek sıcaklıklarda, havanın oksijeninden etkilenen metal ve alaşımların kaynağı ile bazı özel durumlar için değişik biçimli özel nozul türleri de geliştirilmiştir. Bunlar kaynağı tamamlanmış kısım üzerine, dikiş soğuyuncaya kadar koruyucu gaz gönderecek biçimde dizayn edilmişlerdir. Bu tür nozulların tamamlanmış kaynak dikişi üzerine de koruyucu gaz gönderen uzantıları vardır, bu uzantının ağız kısmı gözenekli bir perde ile kapanmıştır ve ek koruyucu gaz bu gözeneklerden geçerek soğumamış kaynak dikişinin atmosferin olumsuz etkilerinden korunmasını sağlar. Bu tür gaz nozulları özellikle otomatik TlG kaynak sistemlerinde uygun sonuçlar vermektedirler. 2.5.
TIG Kaynak Elektrodları
TIG kaynak yöntemi ile diğer elektrik ark kaynağı yöntemleri arasındaki en önemli fark, ek kaynak metalinin elektrod tarafından sağlanmaması ve elektrodun sadece ark oluşturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bakımdan burada, erime sıcaklığı 3500°C civarında olan Tungsten, elektrod malzemesi olarak seçilmiştir. Yüksek erime sıcaklığının yanı sıra tungsten çok kuvvetli bir elektron yayıcıdır ve yayınan elektronlar ark sütunu içinde kuvvetli bir elektron akımı oluşturur ve ark sütunundaki atomları iyonize ederek, arkın kararlılığını sağlar. Günümüz endüstrisinde ticari saflıktaki tungsten (% 99.5 W) ile toryum, zirkonyum ve lantanyum ile alaşımlandırılmış elektrodlar kullanılmaktadır. Uygulamada karşılaşılan TIG kaynak 13
elektrodlarını, saf tungsten elektrodlar, alaşımlı elektrodlar ve çizgili elektrodlar olmak üzere üç grup altında toplamak mümkündür. TIG kaynak elektrodları, AWS A5.12 ile DIN 32528'de bileşimlerine göre sınıflandırılmış ve bunları birbirlerinden kolaylıkla ayırt edebilmek için de renk kodları kullanılmıştır. Tablo 2.1. Tungsten elektrodların kimyasal bileşimleri ve renk kodları (DIN 32528) İşareti
Malzeme No.
Oksit İçeriği
Katışkılar %
W WT 10 WT 20 WT 30 WT 40 WZ 4 WZ 8 WL 10
2.6005 2.6022 2.6026 2.6030 2.6036 2.6050 2.6062 2.6010
0.90…1.20 ThO2 1.80…2.20 ThO2 2.80…3.20 ThO2 3.80…4.20 ThO2 0.30…0.50 ZrO2 0.70…0.90 ZrO2 0.90…1.20 LaO2
≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.20
Renk Kodu Yeşil Sarı Kırmızı Leylak Portakal Kahverengi Beyaz Siyah
DIN 32528 de TIG kaynak elektrodlarının çapları 0.5, 1.0, 1.6, (2.0), 2.4, (3.0), 3.2, 4.0, (5.0), (6.0), 6.4 ve 8.0 mm boyları ise 50, 75, 150, 175 mm olarak belirlenmiştir. AWS A5.12 de ise elektrodların çaplan 0.01, 0.02, 0.04, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 3/16, 1/4 inç boyları ise 3, 6, 7, 12, 18 ve 24 inç olarak saptanmıştır, 7 inçten daha uzun olanlar sadece mekanize ve otomatik kaynak yöntemlerinde kullanılırlar. Uygulamada elektrod çapı, elektrodun maksimum akım yüklenebilme kapasitesi göz önüne alınarak seçilmelidir, bu değere yaklaşıldığında arkın ısı yoğunluğu artmakta, daha stabil bir ark ile nüfuziyeti fazla, dikiş yüksekliği az bir dikiş elde edilebilmektedir. TIG kaynak yönteminde kullanılan elektrodların akım yüklenebilme kapasitesi çok sayıdaki etkene bağlı olarak oldukça geniş bir aralık içinde değişmektedir. Bu etkenleri şu şekilde sıralayabiliriz; •
Elektrodun bileşimi,
•
Koruyucu gazın türü,
•
Elektrodun, elektrod tutucusunun dış kısmında kalan boyu,
•
Elektroda uygulanan soğutma sisteminin etkinliği,
•
Akım türü ve kutuplama, 14
•
Kaynak pozisyonu. Tablo 2.2. Tungsten elektrodların bileşim ve çaplarına göre akım yüklenebilme kapasiteleri Elektrod Çapı mm
0.5 1.0 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 6.4
Alternatif Akım A
Doğru Akım A
W Elektrod
WT Elektrod
W ve WT Elektrod (- )
W ve WT Elektrod (+)
5…15 10…60 50…100 100…160 150…210 200…275 250…350 325…425
5…20 15…80 70…150 140…235 22S…325 300…425 400…525 500…700
5…20 15…80 70…150 150…250 250…400 400…500 500…650 650…800
10…20 15…30 25…40 40…55 55…80 80…125
Elektrodun maksimum akım taşıyabilme kapasitesi çok sayıda etkene bağlı olduğundan tablolarda verilen değerler sadece bir kılavuz olarak kabul edilmelidir, zira kaynatılan parçanın yüzey durumu dahi bu olayı etkiler, örneğin parlak yüzeyli bir malzeme halinde mat ve yüzeyi tufal kaplı bir malzemeye göre, elektrod yansıyan ışınlardan daha fazla ısındığından maksimum akım taşıyabilme kapasitesi azalır. Arkın oluşturduğu ısı enerjisinin üçte ikisi pozitif ve üçte biri negatif kutupta oluştuğundan elektrodun doğru akımda negatif kutba bağlanması (doğru kutuplama) halinde, aşırı ısınma oluşmadan, elektrodun pozitif kutupta (ters kutuplama) olması haline nazaran daha fazla akım yüklemek mümkündür, gene bu duruma göre elektrod doğru akım negatif kutupta iken alternatif akım haline nazaran daha yüksek akım ile yüklenebilir. Benzer şekilde, kaynatılan parçaya öntav uygulanmış olması da elektrodun maksimum akım yüklenebilme kapasitesini azaltır. Doğru akım uygulamalarında negatif kutupta kullanılan elektrodun akım yüklenme kapasitesinin toryum veya diğer alaşım elementleri ilavesi ile de fazla yükseltilemediği konusu olukça dikkat çekicidir, zira bu elementlerin ilavesi elektron emisyonunu arttırmakta ve elektrodun uç kısmı daha az ısınmaktadır; burada unutulmaması gereken en önemli olay, akım taşıma kapasitesini sınırlayan en önemli etken elektrik direncinin neden olduğu ısınmadır, dolayısı ile akım şiddetinin yükseltilmesi halinde elektrod elektrik direnci nedeni ile ısınır ve ucu erimeye başlar. 15
Elektrodun aşırı ısınması halinde en uygun çözüm elektrod çapını değiştirmektir, bunun yanısıra, elektrod tutucusunun elektrod ile arayüzeyini arttırmak, elektrodun serbest boyunu kısa tutmak, metalsel ve soğutmasız ise gaz nozulunu seramik veya daha ideali su soğutmalı metalsel bir nozul ile değiştirmek de bir dereceye kadar elektrod ısınmasına karşı alınabilecek önlemlerdir. Koruyucu gaz debisini arttırmak ta bu konuda faydalı ise de, maliyeti direkt olarak etkilediğinden önerilen bir önlem değildir. DIN 32528'e göre tungsten elektrodlar şu biçimde gösterilmektedir: Elektrod; DIN 32528 1.6 - 75 - WT 10 Burada 1.6 elektrodun mm. olarak çapını, 75 mm. olarak boyunu ve WT 10 da bileşiminde % 0.9 ila 1.2 toryum-oksit bulunduğunu belirtmektedir 2.6.
Saf Tungsten TIG Kaynak Elektrodlar
En ucuz elektrod türü olan saf tungsten elektrodlar alternatif akımda alüminyumun kaynağında tercih edilirler. Bu elektrodlar iyi bir elektron emisyon özeliğine sahip olmalarına karşın, toryum alaşımlılara nazaran daha düşük akım’da yüklenme kapasitesine sahiptirler, kirlenmeye ve oksitlenmeye daha yatkındırlar. Bu elektrodlar gerek DIN 32528 ve gerekse de AWS A5.12'ye göre yeşil renk ile işaretlenmişlerdir. Tungsten elektrod gerektiğinden daha düşük bir akım şiddeti ile yüklendiğinde, ark elektrodun uç kısmında gezinmeye başlar; gerektiğinden daha yüksek bir akım şiddeti ile çalışıldığında elektrodun uç kısmında erime başlar ve bir sıvı tungsten damlacığı oluşur ve kaynak sırasında bu damlacık oldukça yüksek bir frekans ile titremeye başlar ve bu esnada da tungsten zerrecikleri arkı izleyerek veya buhar halinde kaynak metaline geçer. Akım şiddetinin çok yükselmesi arkın stabilitesinin bozulmasına neden olur ve bu durumda tungsten kaynak metaline zerrecikler veya buhar halinde değil oldukça iri damlalar halinde geçmeye başlar, ideal akım şiddetinde elektrodun uç kısmında erimiş tungsten bir yarım küre şeklinde görülür. Saf tungsten elektrod kullanılması halinde, en stabil ark akım şiddetinin izin verdiği en küçük çaplı elektrod ucunda yarım küre şeklinde erimiş tungsten damlacığı oluştuğu anda görülür. Bu şekildeki bir çalışmada, özellikle otomatik kaynak halinde uzun 16
çalışma süreleri sonunda dahi elektrodda bir aşınma görülmediği gibi, kaynak koşullarının izin verdiği en uzun ark boyu ile de çalışmak mümkün olur. Normal çalışma koşullarında tungsten elektrod buharlaşma ile aşındığından aşınma miktarını belirlemek için hassas ölçümlere gerek vardır; buna karşın uygulamada görülen elektrod kayıpları uygun olmayan çalışma koşullarında tungstenin damlacıklar halinde kaynak metaline geçmesi ve kaynak sırasında elektrodun uç kısmının kaynak banyosuna, iş parçasına veya kaynak dolgu metaline değmesi sonucu oluşur. Tungsten elektrod aşınmasının bir diğer önemli nedeni de ark söndürüldükten sonra, elektrod kızgın halde iken, koruyucu gaz akımının hemen kesilmesidir. Bu durumda tungsten elektrod oksitlenir ve yeniden kaynağa başlandığında ark içinde, kaynak banyosuna doğru hızla fırlayan beyaz parlak oksit zerrecikleri görülür. Bu şekilde oksitlenme sonucu elektrodda aşınma normal halin 30 katına kadar çıkabilir. Bu olayı önlemek için en etkin çözüm kaynak bittikten sonra elektrod soğuyuncaya kadar koruyucu gaz akışını sürdürmektir. Elektrod yüzeyi normalde beyaz gümüş rengi ve parlaktır, herhangi bir matlaşma ve renk değişimi elektrodun sıcak iken oksijen ile temas etmiş olduğunu gösterir. Tungsten elektroddan kaynak metaline, elektrodun değmesi veya akım şiddetinin yüksek seçilmesi sonucu tungsten geçmesi halinde, işlemin durdurulup kaynak dikişinin o kısmının işlenerek dikişi zayıflatan tungsten parçacığının çıkartılması gereklidir, bu işlem için taşlama pek önerilmez, zira taş tungsten parçacıklarını içe doğru gömer. Tungsten elektrodun ucunun kirlenmesi kaynakta süreksizlik oluşturur ve arkın stabilitesini bozar. Elektrod ucunun kirlenmesinin nedenleri şu şekilde sıralanabilir: •
Elektrod ucunun kaynak banyosuna değmesi,
•
Elektrod ucunun kaynak dolgu teline değmesi,
•
Koruyucu
gaz
debisinin
yeterli
olmaması
ve
gereken
biçimde
koruma
gerçekleştirememesi, •
Kaynak biter bitmez elektrod ucu henüz daha kızgın iken koruyucu gaz akımının kesilmesi.
Kaynak sırasında elektrodun ucu tungstenin erime sıcaklığı olan 3350°C'nin üzerinde 17
bir sıcaklıktadır, bu uç kaynak banyosu veya kaynak dolgu teli ile temas ettiğinde, uca yapışan metalin bir kısmı hemen buharlaşır ve bir kısmı da, elektrodun uç kısmında bir yarım küre biçiminde olan tungsten damlacığını alaşımlandırarak arkın stabilitesinin bozulmasına neden olur. Kirlenmiş elektrod ile yapılan kaynakta arkın stabilitesini kaybetmesine, elektrod ucunun biçiminin değişmesi ile kirletici metalin buharlarının ark yoluna geçmesine neden olmaktadır. Böyle bir durum karşısında yapılabilecek iki şey vardır; elektrodun ucunu kırıp yeniden şekillendirip kullanmak veya bir bakır parça üzerinde, yüksek akım şiddeti ile bir ark oluşturup, kirletici metal buharlaşıp yok oluncaya kadar arkı devam ettirmek. Bu şekilde yapılan temizleme işleminde tek değerlendirme yöntemi arkı izlemektir, ark stabilitesini kazandığı an temizleme işlemi tamamlanmış demektir. Kirlenmiş elektrodun uç kısmının kırılıp yeniden şekillendirilmesinin gerekli olduğu hallerde, kırma iki pense kullanarak elektrodun uç kısmından en fazla 10-12 mm kadarlık kısımda yapılmalıdır; zira bu bölge gevrekleşmiştir kırılabilir, elektrodun diğer kısımlarından kırmaya zorlandığında eğilir ve düzeltmek çok zor bir iştir. 2.7.
Alaşımlı Tungsten TIG Kaynak Elektrodları
Bileşiminde % 1-2 toryum oksit (ThO2) içeren tungsten elektrodlar saf tungsten elektrodlara göre daha yüksek bir akım yüklenme kapasitesine, iyi bir elektron yayınımına, daha uzun bir kullanma ömrüne, kirlenme oksitlenmeye karşı daha büyük bir dirence, daha kolay bir tutuşma ve daha kararlı bir ark oluşturma özeliğine sahiptirler. Toryum-Oksit miktarının % 4'de kadar yükselmesi ile ark karakteristikleri daha da iyi bir duruma gelir. Toryum-Oksit ile alaşımlanmış tungsten elektrodlar da, saf tungsten elektrodlar gibi sinterleme ile üretilir. Tungsten tozları ve toryum oksit tozları belirli bir oranda karıştırıldıktan sonra preslenerek şekil verilir ve pişirilerek elektrod elde edilir. ToryumOksit alaşımlı tungsten elektrodlar, normal akım yüklenme kapasitelerinde erime göstermezler, aşırı bir akım ile yüklendiklerinde, saf tungsten elektrod halinde olduğu gibi erimiş tungsten damla halinde kaynak banyosuna geçmez, burada sadece elektrodda hızlı bir boy kısalması görülür. Bu olay alaşımlı elektrod halinde aynı elektron emisyonu yoğunluğunda sıcaklığın saf tungsten elektroddan daha düşük olmasından kaynaklanmaktadır. 18
Ark ateşleyicisi olarak yüksek frekans akım generatörü kullanıldığı hallerde, bu elektrodlar ile, değdirme yöntemi halinde uygulanan gerilimden çok daha düşük bir gerilimde ve daha uzun bir ark boyunda ark ateşlemesi gerçekleştirilebilir. Bu konu özellikle yüzey kalitesinin önemli olduğu haller için bir üstünlüktür. Bu tür elektrodlar ile değdirerek ark ateşlemesini yapılması halinde de saf tungsten elektrodlar halinde görülen kıvılcım sıçraması ve çakma görülmez; bu biçimde ark ateşlemesi için bu tür elektrodlar halinde en iyi sonuç yüksek bir boşta çalışma gerilimi ve koruyucu gaz olarak ta argon kullanıldığı zaman alınmaktadır. Bu tür ark ateşlemeye, kaynatılan metal türünün de etkisi vardır, örneğin paslanmaz çelik bu tür ark ateşlemesine alüminyumdan daha yatkındır. Akım yüklenme kapasitesi açısından, alternatif akım halinde artan toryum oksit içeriğine bağlı olarak bu tür elektrodlar saf tungsten elektrodlara nazaran % 50'ye kadar varan bir fazlalık gösterirler, özellikle koruyucu gaz olarak helyum kullanılması halinde oldukça yüksek akım yüklenme kapasitelerine çıkılabilmektedir. Toryum oksit alaşımlı elektrodlar ile yapılan kaynak dikişinin nüfuziyetinin derinliği, aynı akım şiddeti ve aynı ark boyu halinde saf tungsten elektrod ile yapılan kaynak dikişininkinden daha azdır, zira bu elektrodlarda ark gerilimi 3-5 Volt daha düşük olmaktadır. Uygulamada bu elektrodlar ile daha yüksek akım şiddeti ile çalışıldığından bu olayın farkına varılmaz. Toryum oksit alaşımlı tungsten elektrodlar ile paslanmaz çeliklerin kaynağı halinde yatay oluk pozisyonunda elektrod ucunun kaynak banyosuna değmesi bir sorun oluşturmaz, elektrod veya banyo bu olaydan etkilenmez, buna karşın dik veya tavan kaynağı halinde bu olay elektroda banyodan bir miktar kaynak metali sıvaşmasına neden olur ve bu da elektrodu deforme eder, bu durumda elektrod ucunun uygun bir noktadan kırılarak yeniden şekillendirilmesi gerekir. Elektrod ucunun sivriltilerek daha yoğun ve sert bir ark oluşturulabilir ve bu da özellikle derin kaynak ağzı hazırlanmış boru birleştirmelerinde büyük bir kolaylık sağlar. Düşük akım şiddeti ile otomatik kaynak uygulamalarında saf tungsten elektrodlar toryum oksitli elektrodlara tercih edilir, zira uzun süre kullanma sonucu elektrodun ucunda bazı bölgelerde toryum segregasyonu oluşur ve ark bu noktalara doğru kayarak 19
stabilitesini yitirir. Bileşimlerinde zirkonyum oksit (ZrO2) içeren elektrodların özelikleri saf tungsten elektrod ile toryum oksitli elektrodların özellikleri arasındadır. Alternatif akım ile kullanılmaları halinde saf tungsten elektrodların ark stabilitesini, toryum oksitli elektrodların akım yüklenme kapasitesi ile kolay ark tutuşturma özelliğini gösterirler. Bu elektrodlar zirkonyum oksit içeriğine göre kahverengi ve beyaz renk ile işaretlenmişlerdir. 1980'li yılların başlarından itibaren özellikle ABD'de Seryum oksit (CeO2) içeren elektrodlar endüstride, toryum oksitli elektrodların bir alternatifi olarak kullanılmaya başlanmıştır. Çizgili tungsten elektrodlar diye adlandırılan bu elektrodların gövdeleri saf tungstenden yapılmış ve gövde üzerinde bulunan çizgi şeklindeki kanalcıklar ise toryum oksit ile doldurularak saf tungsten elektrodun alternatif akım ile kullanma halindeki ark stabilitesi ile toryum oksit alaşımlı elektrodların akım yüklenme kapasitesi ve arkın kolay tutuşma özeliği bir arada sağlanmıştır. Son yıllarda geliştirilmiş olan ve ülkemizde pek tanınmayan çizgili elektrodlarda, seryum elektrodun tüm kesidinde üniform olarak dağılmamış, elektrod üzerine çizgi gibi görünen açılmış kanalcıklar içine doldurulmuştur. Bu tür elektrodların uygulamada sağladığı üstünlük ve kolaylıklar şu şekilde sıralanabilir: •
Yüksek akım şiddetlerinde daha küçük çaplı elektrod ile çalışabilme olanağı sağlarlar,
•
İyi bir ark stabilitesi sağladıklarından, daha üniform kaynak dikişleri elde edilir,
•
Düşük bir akım direncine ve yüksek bir sıcaklık dayanımına sahip olmaları nedeni ile yüksek bir akım ile yüklenebilme kapasitesine sahiptirler,
•
Kaynak sırasında, elektrodun uç kısmında çok dengeli bir sıvı tungsten damlacığı oluşur ve elektroddan kaynak dikişine damlama ve sıçrama görülmez, kaynak metalinin tungsten ile kirlenmesi olayı ile karşılaşılmaz,
•
Bu elektrodlar ile arkın tutuşması daha kolay bir biçimde gerçekleşir ve kaynak sırasında ark gerilimi değişme göstermez,
•
Bütün metal ve alaşımların kaynağında uygun sonuçlar verir, saf tungsten 20
elektrodlardan daha iyi bir performansa sahiptirler, •
Alüminyumun kaynağında, elektrod kaynak banyosuna veya ek dolgu metaline değme sonucu kirlenme göstermez.
TIG Yönteminde kullanılan elektrodların yüzeyleri taşlanarak veya kimyasal olarak temizlenmiş olarak piyasaya sunulur. Taşlama sonucu elde edilen yüzey düzgünlüğü nedeni ile bu elektrodların akım yüklenebilme kapasiteleri daha yüksektir, zira elektrod tutucusu ile çok iyi temas etmeleri sonucu arayüzey direnci azalarak temas bölgesinde oluşan sıcaklık yükselmesi daha düşük düzeyde kalmaktadır. Herhangi bir tür TIG elektrodu, yüzeyi taşlanarak veya kimyasal yöntem ile temizlenmiş olsun daima açık parlak bir renktedir, kullanma sonucu matlaşması renk değiştirmesi onun oksitlendiğini gösterir, oksitlenme sonucu elektrod sarfiyatı artar, ark stabilitesini yitirir ve kaynak dikişinin kalitesi bozulur. TIG kaynak elektrodları kullanılmadıkları zaman temiz bir kutuya konmalı yağ ve kirden korunmalıdır. Yüzeyinde çukurcuk, çizik, enklüzyon ve çatlak bulunan elektrodlar kullanılmamalıdır. 2.8.
Elektrod Tutucuları
Elektrod tutucuları, TIG kaynak yönteminde elektrodu torca bağlayan ve aynı zamanda da elektroda kaynak akımını ileten bir parçadır. Bunlar genellikle bakırdan yapılır ve iç delikleri kullanılan elektrodun çapına uygun olarak hassas bir şekilde işlenmiştir. Otomatik kaynak uygulamalarında sıcaklığa dayanıklı olabilmeleri açısından nikel-krom alaşımları da kullanılmaktadır. Elektrod tutucular yarıklı veya sürmeli türde üretilmektedir ve elektrod ile temas eden iç kısmı elektrod ile tam teması sağlayacak bir yüzey düzgünlüğüne sahiptir dış kısmı da elektrod tutucu yüzüğü diye adlandırılan parçanın iç kısmına yerleştiğinden hassas bir şekilde işlenmiştir. Elektrod tutucularının her kullanımdan önce özellikle iç kısımları kontrol edilmeli, kir, yağ artıkları temizlenmeli, iç kısmı derin bir biçimde çizilmiş veya tungsten elektrodun uygun çapta olmaması nedeni ile ark oluşması sonucu içinde kraterler oluşmuşlar kullanılmamalıdır. Elektrod tutucuları, eski deyim ile tutucu hamili genelde diffüzör diye adlandırılan bakırdan yapılmış ve koruyucu gaz kanallarına sahip bir parçanın içine yerleştirilir; 21
elektrik akımı bu parçadan memeye geçtiğinden ve bu parça sayesinde tutucu tungsten elektrodu sıkıca kavrayabildiğinden bu geçmenin de toleransları ve işleme hassasiyeti önemlidir. Bu parça üst ucundan direkt olarak üzerindeki dişler ile veya bir somun yardımı ile torç gövdesine bağlanır; alt ucuna ise gaz nozulu takılır. 2.9.
Torç Bağlantı Paketi
TIG kaynak donanımların büyük bir kısmında, torç kaynak akım üretecine, içinde akım kablosunu, koruyucu gaz hortumunu, kumanda kablolarını ve gerektiğinde de soğutma suyu geliş ve gidiş hortumlarını bir arada tutan, torç bağlantı paketi diye adlandırılan bir metal spiral takviyeli kalın bir hortum ile bağlanmıştır. Burada saf bakırdan yapılmış olan akım kablosu makina veya torcun en üst akım değerini taşıyabilecek bir kesite sahiptir. Bu kesiti mümkün olduğu kadar ufaltabilmek amacı ile su soğutmanın var olduğu hallerde akım kablosu su hortumu içinden geçirilerek ısınmaması sağlanır. Koruyucu gaz olarak helyum'un kullanılması halinde, kauçuk helyumun diffüzyonuna mani olamadığından özel bir plastikten imal edilirler. 2.10. Koruyucu Gaz Donanımı TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak sadece asal gazlar kullanılmaktadır, bu yöntemde koruyucu gaz içinde az miktarda dahi aktif bir gazın varlığına müsaade edilemez, zira kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod bu olaydan etkilenir. Koruyucu gaz basınçlı tüplerden veya stasyoner bir büyük basınçlı kaptan borular yardımı ile dağıtılarak kullanım alanına sevkedilir. Ülkemizde TIG kaynağı için gerekli gaz basınçlı tüplerden sağlanır, işletme içi merkezi gaz dağıtım şebekeleri henüz uygulama alanı bulamamıştır. Burada kullanılan gaz tüpleri oksijen veya diğer basınçlı gaz tüpleri gibi çelikten imal edilmişlerdir. Ülkemizde asal gaz tüpü olarak da 40 litrelik ve 150 Atü'lük tüpler kullanılmaktadır, bunlar TS 1519 ve DIN 4664'te tanımlanmışlar ve gri renge boyanmışlardır. Bu tüpler içinde gaz basınç altında bulunduğu için bunlar basınçlı kaplar sınıfına girerler ve oksi gaz kaynağında etraflıca açıklanmış olan tüplerin bakımı ve kullanılması sırasında dikkat edilmesi gerekli hususlara aynen uymak zorunludur. Gelişmiş Batı Ülkelerinde tüp doldurmaya gönderilir iken içinde 1 Atü basıncında gaz kaldığı zaman tüpün vanası kapatılır ve bu halde doldurmaya gönderilir ve tüp ventili açık tutulmadığı için hava tüpe giremez ve doldurulan gaz daha saf olur; aksi halde 22
tüpün içindeki hava emilmeden yapılan doldurmalarda tüp hacmi kadar hava argona karışmış olur bu da % 0.75'lik bir safiyetsizliğe karşı gelir. Bu kadar bir safiyetsizlik örneğin titanyumun kaynağında hemen kendini belli eder ve kaynak kalitesi bozulur. Basınç
altındaki
gazın
basıncını
ve
debisini
ayarlayıp
kaynak
bölgesine
sevkedebilmek için aynen oksijen tüplerine takılana benzeyen bir basınç ayar tertibatı tüpün üzerine takılır. Bu tertibatın üzerindeki manometrelerden tüpe yakın olanı tüpteki gaz basıncını ikincisi ise litre/dakika olarak gaz debisini gösterir. Bazı hallerde gaz debisi flowmetre denilen bir konik cam tüp içinde hareketli bir bilya bulunan tertibat ile de yapılır. Gaz tüplerine takılan basınç ayar ventilleri sadece belirli bir gaz içindir ve bunlar dizayn edildikleri gaz için kullanılmalıdır. Kaynak sırasında tüp başlangıçta bir kez vanasından açılır, gaz debi ayarı yapılır bundan sonra çalışma sırasında verilen aralarda, ark sönünce gaz akımı da makinede bulunan selenoid ventil tarafından kesilir. 2.11. Koruyucu Gazlar TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın tek amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve erimeyen tungsten elektrodu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır. TIG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, Helyum ve argon veya bunların karışımı gibi asal gazlar olup, kimyasal bakımdan nötr karakterde, kokusuz ve renksiz monoatomik gazlardır. Kaynak sırasında koruyucu gazlar kaynak bölgesine bir ısı katkısında bulunmasalar da, ısı girdisini bir dereceye kadar etkilerler. TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan asal gazlar veya bunların karışımı kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod ve erimiş kaynak banyosu ile bir reaksiyon
oluşturmazlar,
kaynak
metalinin
kalitesine
olumsuz
bir
etkide
bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli etkide bulunurlar. Argon ve helyumun kaynak karakteristiklerinin farklılığı bu gazlar ile yapılan uygulamalarda, bazı metal ve alaşımlar için biri diğerine nazaran daha iyi sonuçlar vermektedir. Argon satış fiyatının daha ucuz olması ve kolay tedarik edilebilmesinin de etkisi ile TIG yönteminde en çok kullanılan gazdır. Tarihsel süreç 23
içinde bu yöntemin ilk uygulamalarında ABD’de helyum kullanılmış ve yöntem Heliark adı ile anılmıştır. ABD'nin doğal gazdan yeterli miktarda helyum elde edebilmesine karşın, Avrupa’da helyumun yokluğu havadan ayrıştırma ile elde edilen argonun bu yöntemde kullanılmasına neden olmuş ve yönteme de Argonark adı verilmiştir. Helyum doğada hidrojenden sonra en hafif gaz olup, özgül ağırlığı 0,179 kg/m3 olup havadan yaklaşık 7 kat daha hafiftir; argonun özgül ağırlığı ise 1,784 kg/m3 tür ve havadan 1,4 kere daha ağırdır. Bu farklılık her iki gazın kaynakta kullanımında gaz sarfiyatını etkilemektedir, tavan kaynak pozisyonu haricinde, kaynak işlemende aynı korumayı gerçekleştirebilmek için daha fazla helyuma gerek vardır. Ayrıca kapalı yerlerde yapılan kaynak işlerinde, örneği bir kazan veya basınçlı kap içinde, havadan ağır olan argonun yere çökmesine karşın, helyum üst kısımlarda biriktiğinden gerekli önlemin alınmadığı hallerde kaynakçının boğulmasına neden olabilmektedir. Aynı akım şiddetinde helyum atmosferi içinde oluşan ark, argon atmosferinde oluşandan daha yüksek bir ark gerilimine sahiptir bu da kaynak ısı girdisini ve dolayısı ile de nüfuziyeti arttırmaktadır. Bu olay özellikle ince kesitli parçalarda argonun, kalın kesitli ve
ısı
iletkenliği
yüksek
olan
malzemelerin
kaynağı
ile
otomatik
kaynak
uygulamalarında helyumun tercih edilmesine neden olmaktadır. Argon atmosferinde oluşturulan kaynak arkı, helyuma nazaran daha yumuşak ve daha sakindir, arkın sakinliği ve ısı girdisinin da kaynakçıyı rahatsız etmeyecek mertebede olmasından ötürü manuel kaynak uygulamalarında argon gazı tercih edilir.
24
Tablo 2.3. Argon ve Helyum gazlarının TIG yönteminde davranışlarının karşılaştırılması Argon
Helyum
Düşük ark gerilimi sonucu ısı girdisinin Yüksek ark gerimi sonucu oluşan daha sıcak azalması, 1.5 mm'den ince parçaların el ile ark, ısı iletkenliği yüksek malzemeler ile kalın kaynağında büyük bir üstünlük sağlar. parçaların kaynağında daha üstün sonuçlar verir. Alüminyum ve alaşımları gibi yüzeyleri refrakter bir oksit tabakası ile kaplı malzemelerin Yüksek ısı girdisi ve yüksek kaynak hızı daha kaynağında temizleme etkisi daha şiddetlidir. dar bir ITAB oluşturur ve bunun sonucu kaynak bağlantısının mekanik özelikleri iyileşir ve Arkın tutuşması daha kolaydır. Ark daha sakin çarpılması ve kendini çekmeler azalır. ve daha stabil yanar. Havadan çok daha hafif olması sonucu Havadan ağır olması nedeni ile daha az koruyucu gaz sarfiyatı yüksektir ve torcun çıkan gaz akımı hava koruyucu gaz ile daha etkin bir koruma sağlar. memesinden hareketlerine hassastır. Dik ve tavan kaynaklarında, gaz sarfiyatının fazla olmasına karşın, ısı girdisinin azlığı Otomatik kaynak işlemlerinde yüksek kaynak sonucu oluşan, daha ufak kaynak banyosuna hızlarında karşılaşılan gözenek ve yanma kaynakçının kolaylıkla hakim olabilmesine çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir. olanak sağlar. Otomatik kaynak işlerinde hızın yükselmesi, gözenek oluşumuna neden olur. Farklı metallerin kaynağında daha iyi sonuçlar alınır.
Paslanmaz çelik, inkonel ve monelin kaynağında bazı hallerde gözeneğe mani olmak için Ar-He karışımları kullanılabilir. Bu gaz karışımı hidrojenin olumsuz metalürjik etkileri bulunan çeliklerde hiç bir zaman kullanılmamalıdır. Koruyu gaz içinde hidrojenin varlığı ark gerilimini yükseltmekte ve kaynak banyosu daha akıcı yapmakta ve sıvı kaynak metalinin ıslatma kabiliyetini yükseltmektedir. ABD'de özellikle ince paslanmaz çelik boruların üretiminde tercih edilen bu karışım gazın iki ayrı bileşimi % 15 He - % 85 Ar ve % 5 He - % 95 Ar bu alanda oldukça yaygın bir uygulamaya sahiptir.
25
Tablo 2.4. Çeşitli metallerin TIG kaynağı için önerilen koruyucu gazlar ve elektrodlar Metalin türü
Kalınlığı
Akım Türü
Elektrod Türü
Koruyucu Gaz
Alüminyum
Tüm Kalınlıklar Kalın Parçalar İnce Parçalar
AA DAE.N. DAE.P.
W veya WT WT WTeya WZ
Ar veya Ar-He Ar He veya Ar Ar
Bakır ve Bakır Alaşımları Magnezyum Alaşımları
Tüm Kalınlıklar İnce Parçalar Tüm Kalınlıklar İnce Parçalar
DAE.N. AA AA DAE.P.
WT W veya WZ W veya WZ WZ veyaWT
Ar veya Ar-He Ar Ar Ar
Nikel ve Alaşımları Yalın karbonlu ve az alaşımlı çelik Paslanmaz Çelik
Tüm Kalınlıklar Tüm kalınlıklar İnce parçalar Tüm Kalınlıklar İnce Parçalar
DAE.N. DAE.N. AA DAE.N. AA
WT WT W veya WZ WT W veya WZ
Ar Ar veya Ar-He Ar Ar veya Ar-He Ar
Titanyum
Tüm Kalınlıklar
DAE.N.
WT
Ar
Bazı özel hallerde, bakır ve alaşımlarının TIG kaynağında Azot'ta yüksek ark gerilimi ve
yüksek
akım
şiddetinin
gerekli
olduğu
hallerde
koruyucu
gaz
olarak
kullanılmaktadır. Bu uygulamada azot asal bir gaz olmadığından elektrod kirlenmesini azaltmak amacı ile yüksek miktarda toryum oksit içeren elektrodlar kullanılmak zorundadır. 2.12. TIG Kaynak Yönteminde Kullanılan Akım Üreteçleri Tüm ark kaynak yöntemlerinde, kaliteli bir kaynak dikişi eldesi ancak kararlı bir ark gerçekleşebildiğinden, akım üretecinin seçimine özen göstermek gereklidir. TIG kaynak yönteminde, arkın kararlılığı, kutuplama ve akım türü diğer ark kaynak yöntemlerinden daha etkin bir biçimde kaynak dikişinin kalitesini etkilediğinden bu konuda daha büyük özen göstermek gereklidir. TIG kaynak yöntemi için geliştirilmiş çeşitli tür ve büyüklüklerde akım üreteçleri piyasada mevcuttur; bunların şantiyelerde kullanılan türleri bir içten yanmalı motor ile tahrik edilirler; fabrika ve atölyelerde kullanılan türleri ise şebekeden beslenirler. Bunların giriş voltajı şebeke geriliminde olabildiği gibi özel durumlar için değişik giriş geriliminde üretilmiş akım üreteçleri de vardır. TIG yönteminde kullanılan kaynak akım üreteçleri, örtülü elektrot ile ark kaynağında kullanılan türdekiler gibi sabit akım, diğer bir tanım ile düşen karakteristikli akım üreteçleridir. Sabit akımlı kaynak akım üreteçleri düşen tip voltamper 26
karakteristiğine sahiptirler ve bu sayede, ark boyu değiştiği zaman akım sabit kalabilmektedir. Eğimi fazla olan bir volt-amper eğrisinde kaynak çalışma aralığında ark voltajındaki değişmelere bağlı olarak akımdaki değişmeler oldukça küçüktür. Sabit akımlı kaynak akım üreteçlerine ait tipik bir volt-amper eğrisi Şekil 2.5'de görülmektedir.
Şekil 2.5. Bir kaynak akım üretecine ait düşen tür volt-amper karakteristiği TIG kaynak yöntemi akım üreteçlerinden, generatör ve alternatörler daima bir kuvvet makinası tarafından tahrik edilirler. Güç elektroniği günümüz düzeyine erişmeden önce, fabrika veya atölye içinde kullanılan TIG akim üreteçleri de bir elektrik motoru tarafından tahrik edilirlerdi; artık günümüzde bu türün üretimi yoktur; şantiye ve arazi çalışmalarında, şebeke akımının bulunmadığı hallerde bunlar içten yanmalı motorlar (benzin veya dizel) tarafından tahrik edilirler. Bu tür üreteçler örtülü elektrot ile ark kaynağı için kullanılanların aynısıdır. TIG kaynak yönteminde, kaynatılan malzemenin türüne göre hem alternatif akım hem de doğru akım kullanıldığından, modern akım üreteçleri her iki tür akımı da gerektiğinde sağlayabilecek türde dizayn edilmişlerdir, iyi bir kaynak akım üreteci hem alternatif hem de doğru akım sağladığında, kaynak akımını sabit tutabilmen ve ayrıca doğru akımda tutuşmayı, alternatif akımda ise arkın sürekliliğini sağlamak için bir yüksek frekans generatörüne sahip olmalıdır. Son yıllarda birçok uygulamada bu konuda darbeli akım da kullanılmaktadır Günümüzde TIG kaynak yönteminde akım üreteci olarak transformatör ve 27
redressör türleri generatör ve alternatörlere nazaran çok daha yaygın bir kullanma alanına sahiptir. Redressörler, akımı kaynak gerilimine ayarlayan bir transformatör ve bu akımı doğrultan bir redressörden oluşmuşlardır, bu neden ile hem doğru akım hem de alternatif akım üreten bu tür üreteçler ile her tür metal ve alaşımın kaynağını yapmak mümkün olabilmektedir. Cihaz üzerindeki bir şalter yardımı ile kaynak akımı ister transformatör çıkışından, istenir ise de redressör çıkışından alınabilir; redressör çıkışından akım çekme halinde, bir başka şalter yardımı ile düz kutuplama (torç negatif kutupta) veya ters kutuplama (torç pozitif kutupta) bağlantılarından bir tanesi seçilebilir; bu seçimi kaynakçı kaynak yapacağı metal ve alaşımın türüne göre belirler. Günümüzde gelişmiş TIG kaynak redressörleri bir de darbeli akım üretecek biçimde dizayn edilmişlerdir. Darbeli akım doğru akımın şiddetinin iki sınır değer arsında öngörülen frekansta değişmesidir. Bu şekilde akımın üst sınır değerinin nüfuziyeti ele edilebilmekte ve aynı zamanda ortalama akım şiddetinin ısı girdisi parçaya uygulanmaktadır bu bakımdan daha çok D.A.E.N. ile çalışmada tercih edilen darbeli akım pozisyon kaynaklarında çok iyi sonuçlar vermektedir. Son yıllarda inverterler TIG kaynak yönteminde yaygın bir uygulama alanı bulmuştur; bu akım üreteçleri daha hafif olukları gibi daha stabil bîr ark oluşturduklarından pek çok kullanıcı tarafından tercih edilmektedirler. 2.13. TIG Kaynak Yönteminde Arkın Tutuşturulması TIG kaynak yönteminde kaynağa başlar iken arkın tutuşturulması önemli konulardan bir tanesidir, bu konuda uygulanan yöntemler şunlardır
2.13.1.
Elektrodu değdirerek tutuşturma
Sadece doğru akım ile çalışmada uygulanan bu tutuşturma yönteminde kaynak makinesi çalıştırılıp koruyucu gaz akımı başladıktan sonra torç elektrod iş parçasına değinceye kadar yaklaştırılır ve değmeden hemen sonra hafifçe geri çekilerek ark oluşturulur. Bu yöntemin en önemi üstünlüğü basitliği ve kaynak akım üretecinde ek donanımlara gerek yoktur. Bu değdirme sonucu elektrod iş parçası ile temas ettiğinden özellikle saf tungsten elektrodlarda elektrod ucunun kirlenmesi ve elektroddan da iş parçasına tungsten geçişini önlemek mümkün değildir.
28
2.13.2.
Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması
Yüksek frekans ile tutuşturma gerek doğru akım ve gerekse de alternatif akım uygulamalarında kullanılır. Bu sitemde yüksek gerilim ve yüksek frekansta çalışan bir küçük üreteç seri halde kaynak akım devresinde yer alır. Yüksek gerilim elektrod parçaya birkaç mm kadar yaklaştırılınca yüksek gerilim arkı oluşturur ve bu ark elektrod ile iş parçası arasındaki gazı iyonize eder ve hemen kaynak arkı oluşur. Doğru akım ile çalışmada bu yüksek gerilim arkına sadece arkın tutuşturulması anında gereksinim vardır, alternatif akım halinde ise bu ark kaynak süresince sürekli olarak devrede kalır. Yüksek frekans genaratörünün yayınladığı dalgalar civardaki radyo, bilgisayar gibi elektronik cihazların çalışmalarını etkiler; batı ülkelerinde bu konuda uyulması gerekli nizamnameler vardır ve kaynak akım üreteci dizaynında burada öngörülmüş olan koşullara uyulur.
2.13.3.
Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması
Elektrod iş parçasına yaklaştırıldığında bir yüksek gerilim akım darbesi elektrod ile iş parçası arasındaki gazı iyonize ederek kaynak arkının oluşmasını sağlar. Bu yöntem genellikle doğru akım ile kaynak yapan otomatik TIG kaynak donanımlarında kullanılır. 2.14. TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Ağızlarının Hazırlanması TIG kaynak yöntemi, bir eritme kaynak yöntemi olduğundan, kaynak işlemi öncesi muhakkak bir kaynak ağzı hazırlamak gereklidir. TIG kaynak yönteminde uygulanan kaynak ağızları diğer eritme kaynak yöntemleri için hazırlanan ağızlardan biçim olarak farklılık göstermese de boyut olarak bazı farklılıklar gösterir. TIG kaynağında uygulanan kaynak ağızları TS 3473 te ve daha ayrıntılı olarak ta DIN 8551 Teil 1 ve DIN 8552 Blatt 1 ve Blatt 3'te açıklanmıştır. Bu yöntemde kaynak metali uygulanan akımın şiddetine bağlı olmayıp da dışarıdan ark bölgesine sokulduğu için daha çok kıvrık alın, köşe, dik alın, üçlü alın ve küt alın birleştirmeler mümkün olan her yerde tercih edilerek bağlantı ek kaynak metali kullanmadan gerçekleştirilir. Küt alın birleştirmede kaynak tek taraftan, mümkün mertebe az kök aralığı bırakılarak çelik malzeme halinde 3-4 mm, alüminyum halinde 5 mm kalınlıklara kadar uygulanır. İki taraftan uygulanan I küt alın birleştirmede kalınlık 8 mm' ye kadar çıkabilir. Alüminyum bakır gibi, ısı iletim katsayıları yüksek 29
malzemelerde, küt alın kaynak ağzı ile birleştirmeler, dik pozisyonda iki taraftan aynı anda kaynak uygulanarak gerçekleştirilir ve bu şekilde ısı yoğunluğu arttırıldığı için daha az çarpılma ile karşılaşılır. 8 mm ve daha kalın parçaların tek taraftan birleştirilmesinde V ağzı tercih edilir, yalnız burada kök alın yüksekliği diğer eritme kaynak yöntemlerine göre daha yüksek alınır. Çelik halinde kök alın yüksekliği parça kalınlığına göre 0-4 mm, ağız açısı 60°, Alüminyum halinde kök alın yüksekliği 0-3 mm, ağız açısı 70° olarak seçilir. Kalın parçalar halinde U ağzı TIG kaynak yönteminde uygulanır; yalnız TIG yöntemi kalın parçaların kaynağı için ekonomik olmadığından bu tür parçalarda kök paso TIG ile dolgu pasoları diğer uygun bir yöntem ile yapılır. Kaynak ağızlarının hazırlanmasında çelikler halinde oksijen ile kesme, paslanmaz çelik ve alüminyum halinde ise plazma kullanılabilir. Küt alın kaynak birleştirmesi halinde ince parçalar mekanik olarak giyotin ile de kesilebilir. Doğal olarak gerektiğinde kaynak ağızları takım tezgahları veya taşlama yardımı ile hazırlanabilir. Yalnız Alüminyum ve alaşımları halinde bağlayıcısı plastik olan taşlar kullanıldığında kaynak dikişinde gözenek görülür. TIG kaynak yönteminde kaynak ağızlarının kirlenmemesine ve kaynak öncesi temiz olmasına özel bir dikkat gösterilmelidir.
30
Kıvrık alın
Dik alın
Ağız Biçimi
Köşe alın
Çelik Aralık Kök mm alın Yük. mm
Kalınlık mm
Açı
tüm
-
-
<4
-
<8
Üçlü alın Alüminyum Aralık Kök mm alın yük. mm
Uygulama
Kalınlık mm
Açı
Uygulama
-
-
tüm
-
-
-
-
s
-
Tek taraftan
<5
-
0…5
-
Tek taraftan
-
s/2
-
Çift taraftan
<12
-
0…5
-
Çift taraftan
>8
60
0…3
0…4
Çift taraftan
>10
70
0…6
0…3
Çift taraftan
>10
60
0…4
0…6
Genelde kök paso
>12
70
0…6
0…4
Genelde kök paso
>12
8
0…3
3
Genelde kök paso
>20
>15
0…3
3
Genelde kök paso
-
-
-
-
-
>10
>20
-
-
Genelde kök paso
Şekil 2.6. TIG yönteminde uygulanan kaynak ağız ve kıvrık alın birleştirme türleri
2.15. TIG Kaynak Yöntemi için Kaynak Dolgu Metali (Tel ve Çubuk Elektrodlar) TIG kaynak yönteminde gerekli olan kaynak dolgu metali el ile yapılan kaynakta tel çubuk halinde kaynakçı tarafından otomatik tel besleyici sistemlerde ise tel halinde 31
sistemin tel sürme tertibatı tartından kaynak bölgesine sokulur. Burada kaynak metalinin ark tarafından taşınımı söz konusu değildir ve ark asal bir gaz atmosferi altında oluşturulmuştur. Bu bakımdan özellikle alaşım ve dezoksidasyon elementlerinin büyük çapta yanması diye bir olay söz konusu değildir ve kayıplar gözönüne alınamayacak derecede azdır. Her tür metal ve alaşımın kaynağına uygulanabilen TIG yöntemi için her tür metal ve alaşım için çok geniş bir spektrumu kapsayan kaynak telleri üretilmiştir. Bunlar bileşim olarak, MIG kaynak yönteminin de uygulanabildiği metal ve alaşımlarda aynı bileşimdedirler; sert dolgu telleri ile MIG yönteminin uygulanamadığı alaşımlarda farklılık gösteririler. Bu yöntemde kullanılan koruyucu gazın pahalılığı ve işlemin büyük çapta el ile yapılması kolay kaynatılabilen yalın karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin kaynağı için bir engel oluşturur; buna rağmen 50 mm'den düşük çaplı tesisat ve doğalgaz borularının kaynağında ve birçok halde daha kalın çaplı boruların ve payplaynların kök pasolarında vazgeçilemez yöntemlerden bir tanesidir. TIG Yöntemine kullanılan kaynak alaşımları döküm ile elde edilmiş sert dolgu metalleri dışındakiler çekilerek üretilmiş 1 metre boyunda çeşitli çaplarda tellerdir. Bunların çapları DIN 8556 ya göre 1, 1.2, 1.6, 2, 2.4, 3, 3.2, 4 ve 5 mm’ dir çap toleransları ise 4 mm.'ye kadar ±0.10 mm, 5 mm. için ise ±0.15 mm.dir. Otomatik ve tel sürme tertibatlı sistemlerde kaynak telleri aynen MIG kaynak yönteminde kullanılanlar gibi kangal halinde pazara sunulurlar. Tel
çubuk
halindeki
kaynak
metallerinden
kalın
çaplı
olanların
üzerine
damgalama yöntemi ile, ince çaplılara ise özel bir etiket yapıştırılarak, telin standard işareti belirtilmek zorunludur, aksi halde ambalajından çıkartılan telleri birbirlerinden ayırt etmek mümkün değildir. Kaynak metali seçiminde bu yöntemde en önemli kriter esas metal ile kimyasal bileşim bakımdan uygunluktur, kaynak dikişinin kalitesine ve bileşimine dolgu metalinin etkisi daha şiddetli olduğundan endüstride kullanılan norm bileşimdeki metal ve alaşımlar için dahi burada kimyasal bileşim daha dar aralıklarda değişmeye izin verilir. Bunun yanısıra çekme ve darbe zorlamalarına dayanıklık, elektrik iletkenliği, korozyon direnci ve kaynak dikişinin görünüşü de önemli kriterlerdir. Kaynak teli üreticileri bunları yüzeyleri gayet temiz olarak kutu veya özel ambalajlarda pazara sunarlar, bunların işletmelerde uygun olmayan koşullarda 32
depolanması özeliklerinin bozulmasına neden olur. Nemli yerlerde depolanan bazı tür tellerin yüzeylerinde oksit tabakası oluşabilir, yağlı el ile tutulan veya yağlı gresli maddeler ile temas eden teller ile açıkta ambalajı açılmış olarak depolanan tellerin yüzeyinde gerek rutubetin ve gerekse de ortamdaki tozların çökelmesi sonucu kir tabakası oluşur bütün bunlar kaynak sırasında banyoya geçerek bağlantının beklenen kalitede olmamasına neden olurlar. Tablo 2.5. TIG Kaynak yönteminde çeşitli metal ve alaşımlar için kullanılan kaynak tellerine ait standartlar Alaşımın Türü Yalın C'lu ve Az Alaşımlı Çelikler Sıcağa Dayanıklı Çelikler Paslanmaz Çelikler Alüminyum & Alaşımları Bakır & Alaşımları Nikel & Alaşımları Titanyum & Alaşımları Magnezyum Alaşımları Zirkonyum & Alaşımları Sert Dolgu Alaşımları
TS
DIN
AWS
5618
8559 8575 8556 1732 1733 1736
A5.18 - A5.28 A5.28 A5.9 A5.10 A5.7 A5.14 A5.16 A5.19 A5.24 A5.21
8555
2.16. TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin Seçimi Kaynak parametreleri kaynak işleminin ve elde edilen kaynak bağlantısının kalitesini belirleyen en önemli etmenlerdendir; bunların uygun seçimi, kaynakçının çalışma koşullarını kolaylaştırdığı gibi gereken özelikte kaynak bağlantısı elde edebilme olasılığını da arttırır. Bunların saptanmasında kaynaklanan parçanın malzemesi, kaynak ağız ve parça geometrisi gözönünde bulundurulur. Kaynak parametreleri kaynak öncesi saptanan ve kaynak süresince değiştirilemeyen kaynak parametreleri, birinci derecede ayarlanabilir ve ikinci derecede ayarlanabilir kaynak parametreleri olmak üzere üç grupta incelenecektir. Kaynak öncesi saptanan parametreler TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun çapı, uç biçimi, malzemesi, koruyucu gaz türü ve akım türüdür. Bunlar kaynak öncesi kaynaklanan parçanın malzemesi, geometrisi, boyutları ve kaynak ağız biçimi göz önüne alınarak önceden saptanır ve kaynak süresince değiştirilmeleri mümkün değildir. Birinci derecede ayarlanabilir diye adlandırılan ve ikinci gruba giren parametreler 33
kaynak işlemini kontrol altında tutan değişkenlerdir ve birinci gruba giren parametreler saptandıktan sonra belirlenirler; bunlar kaynak dikişinin genişliğini, yüksekliğini, nüfuziyetini, arkın stabilitesini ve kaynak bağlantısının emniyetini etkileyen değişkenlerdir. TIG kaynağında bunlar kaynak akım şiddeti, ark boyu ve kaynak hızıdır. Bu parametreler değer sayıları ile ölçülebildiği gibi kaynak işlemi sırasında da değiştirilebilirler. Üçüncü gruba giren, ikinci derecede ayarlanabilir parametreler ise torç açısı, elektrod serbest uzunluğu ve parçanın yatay düzlem ile olan eğimidir. Bu değişkenlerin ölçülmesi daha zordur ve kaynak dikişi üzerine etkileri daha azdır. TIG kaynak yönteminde parametreler incelenir iken bunların kaynak dikişinin biçimi ve bağlantının güvenliği göz önüne alınır ve erime gücüne etkileri göz önüne alınmaz; zira bu yöntemde kaynak metali ark bölgesine dışarıdan ve genelde el ile sokulduğu için parametrelerin erime gücüne etkileri en düşük düzeydedir. 2.17. Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler
2.17.1.
Erimeyen elektrodun türü
TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun türü genelde kaynaklanan metalin türü ile ilgili olarak seçilir. Kaynaklanan malzemenin türüne göre kullanılan elektrodlar ile ilgili bilgiler Tablo 2.5'te genel olarak verilmiştir. Saf tungsten elektrodların akım taşıma kapasiteleri düşük ve kaynak sırasında kirlenmeye ve kaynak dikişinde kalıntı bırakmaya meyilleri daha fazladır; bu neden ile daha az kritik işlerde fiyatlarının ucuzluğu nedeni ile tercih edilirler. Alüminyum ve magnezyum alaşımlarının kaynağında alternatif akım ile kaynağında saf tungsten elektrodlar, alternatif akım halinde daha uzun ömürlü olduklarından, yaygın bir uygulama alanına sahiptirler. Toryum ile alaşımlı elektrodlar yüksek akım taşıma kapasiteleri, uzun ömürleri, kirlenmeye karşı dirençleri, arkın tutuşma kolaylığı ve oluşan arkın stabilitesinden ötürü uygulamada en fazla tercih edilen elektrodlardır. Zirkonyum alaşımlı elektrodlar ise alternatif akım ile daha üstün karakteristiklere sahiptirler ve alüminyum ve magnezyumun kaynağında kaynak dikişinde tungsten kalıntısı riski daha azdır.
2.17.2.
Erimeyen elektrod çapı
Genel olarak kullanılan erimeyen elektrodun çapını belirleyen çalışılacak olan akım 34
şiddetidir. Tablo 2.2'de çeşitli çap ve tür elektrodların akım yüklenebilirliği verilmiştir. Erimeyen elektrodun akım yüklenebilirliğini, bileşim ve çap gibi bu iki önemli etkenin yanısıra, uygulanan akımın türü, kutuplama, elektrod serbest ucu ve kullanılan koruyucu gazın türü de etkilemektedir. Belirlenmiş bir akım şiddeti için doğru akım halinde elektrodun pozitifte bağlı olması ısı yükü nedeni ile daha büyük çaplı elektrod gerektirmektedir, aynı çaptaki elektrod halinde de elektrodun negatif kutba bağlı olması halinde en yüksek akım taşınabilirliği elde edilmektedir. Erimeyen elektrod ile kaynak uygulamalarında elektrod çapı akım yüklenebilirliğinin en etkin faktörü olduğu için kalın parçalar kalın çaplı ince parçalar ise küçük çaplı elektrodlar ile kaynak edilirler.
2.17.3.
Akım türü
Akım türünün seçiminde en önemli etmen kaynatılan malzemenin türüdür, akım şiddetinin seviyesi ise doğal olarak sadece akım üretecinin kapasitesi ile ilgili bir konudur. Tablo 2.4'te çeşitli metal ve alaşımlar için önerilen akım türleri ve kutuplama belirtilmiştir.
35
Akım Türü ve Kutuplama
D.A.E.N.
D.A.E.P.
A.A.
Oksit temizleme etkisi
Yok
Var Kuvvetli
% 50 İş parçası % 50 Elektrod ucu
Nufuziyet
Derin ve dar
Az ve geniş
Orta
Elektrod Akım Kapasitesi
Fevkalade 3,2 mm çapta 400 A
Kötü 6,4 mm çapta 120 A
İyi 3,2 mm çapta 225 A
Isı Dağılımı
% 70 İş parçasına %30 Elektrod ucuna
% 30 İş parçasına % 70 Elektrod ucuna
% 50 İş parçasına % 50 Elektrod ucuna
Elektronların ve iyonların akış yönü
Dikişin nufuziyet biçimi
Şekil 2.7. TIG kaynak yönteminde akım türünün kaynak özelliklerine etkisi
Doğru akım elektrod pozitif ince alüminyum ve magnezyum parçaların kaynağı için uygundur zira bu tür çalışmada arkın oksit temizleme özeliği iyidir ve nüfuziyeti az, geniş kaynak dikişleri elde edilir. Elektrodun aşırı ısınması ve erimeye meyletmesi nedeni ile doğru akım elektrod pozitif uygulamaları sadece ince parçaların kaynağı ile sınırlıdır. Doğru akım elektrod negatif uygulamalarında arkın oksit temizleme özeliği yoktur, derin nüfuziyetli kaynak dikişleri elde edilir ve tür uygulama alüminyum ve mağnezyum dışında tüm metal ve alaşımları için uygundur. Alüminyum ve mağnezyumun kaynağında yüksek frekans akımı ile takviyeli alternatif akım en yaygın uygulama alanına sahiptir, zira bu durumda hem oksit temizleme özeliği hem yeterli nüfuziyet bir arada elde edilebilmektedir.
2.17.4.
Koruyucu gazın türü
Koruyucu gazın türü kaynak dikişinin nüfuziyetini, ısı girdisini ve kaynak işleminin maliyetini etkileyen bir faktördür. TIG kaynak yönteminde en fazla kullanılan koruyucu gaz argondur, helyuma nazaran daha az nüfuziyet ve daha düşük ısı girdisi sağlamasına karşın daha aynı kaynak işlemi için az miktarda gaz ile yeterli koruma 36
sağlamaz ve fiyatı ucuzdur; bu nedenlerden ötürü helyum daha ziyade ısı iletkenliği yüksek kalın parçaların kaynağında tercih edilir. Hem maliyeti azaltmak ve hem de iki gazın üstün özelliklerinden faydalanabilmek amacı ile helyum-argon karışımları da koruyucu gaz olarak yaygın bir uygulama alanına sahiptir. Elektrod uç açısı, sadece toryum alaşımlı tungsten elektrodlara uygulanan bir işlemdir; erimeyen elektrodun ucunun konik biçimde taşlanması sonucu ortaya çıkan koninin tepe açısıdır. Bu taşlama sonucu arkın tutuşmasını sağlayan yüksek frekans akımı, arkı daha kolay oluşturmakta ve daha stabil bir ark ile çalışma olanağı elde edilmektedir. Elektrod uç açısının daralması sonucu kaynak dikişinin genişliği daralmakta, buna karşın nüfuziyeti artmaktadır. Bu açının çok daralması elektrod ucunun aşınmasını arttırmaktadır, uygulamada yaklaşık 22°'lik bir açı tercih edilir bu da yaklaşık olarak yüksekliği çapının 2,5 katı olan bir koniye karşı gelir.
Şekil 2.8. Kaynak sırasında akım türü ve şiddetine göre elektrod uç biçiminin görünüşü
TIG kaynak yönteminde kullanılan erimeyen elektrodların uç biçimlerinin oluşan kaynak arkının yoğunluğuna ve dolayısı ile de ısı girdisine etkileri oldukça şiddetlidir. Pinch-Effect diye tanımlanan arkı büzmeye çalışan etki, akım yoğunluğunun karesi ile doğru orantılıdır; elektrod ucu konik olduğu zaman, uçta akım 37
yoğunluğu yükseldiğinden Pinch-Effect'in etkisi şiddetlenir ark daha büzülerek ark sütunun merkezinin yoğunluğu artar ve bu olay da kaynak dikişinin nüfuziyetini etkiler; aynı akım şiddetinde konik uçlu elektrod ile yapılan kaynak dikişi, düz silindirik elektrod ile yapılan kaynak dikişinden daha derin bir nüfuziyete sahip olur.
Şekil 2.9. Aynı akım şiddeti uygulanarak yapılan TIG kaynağında, tungsten elektrod uç biçiminin dikişin nüfuziyetine etkisi
Ucu sivriltilmiş elektrod kullanma halinde elektrodun kalan kısmının kalın çaplı olması kaynak dikişinin biçimi üzerine hissedilir bir etkisi olmadığından, torcun izin verdiği kalınlıkta bir elektrod kullanarak, elektrod gövdesinde akım yoğunluğu azaltılarak elektrod ısınması önlenebilmektedir. Toryum oksit ve zirkonyum oksit ile alaşımlandırılmış elektrodlar oldukça geniş bir çalışma aralığında uç biçimlerini korurlar, buna karşın saf tungsten elektrodların uç kısmında daha önceden de bahsedilmiş olduğu gibi yarı küresel bir erimiş tungsten damlacığı oluşur, bu bakımdan saf tungsten elektrod halinde uç biçimini belirli bir iş için belirlemekte uygulamada çok sık başvurulan bir yöntem şudur: elektrod ucu çapın 3 ila 5 katı bir boyda taşlanarak konikleştirilir, ve bu elektrod ile öngörülen koşullarda, bir deney parçası üzerinde kaynağa başlanır elektrodun uç kısmı eriyerek damlamaya başlar, elektrodun uçunda stabil, yarımküre biçiminde erimiş tungsten damlacığı oluştuğunda işleme son verilir ve elektrod ucunda o koşullar için ideal biçim elde edilmiştir. Otomatik TIG kaynağı uygulamalarında elektrod uçlarının taşlanarak konikleştirilmesi makina ile yapılmalı ve bu şekilde sürekli hep aynı uç formu elde edilerek kaynak dikişinin üniformluğu sağlanmalıdır. 38
2.18. Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler
2.18.1.
Kaynak akım şiddeti
Önceden ayarlanan parametrelerden sonra kaynak dikişinin biçimine en önemli etkiyi kaynak akım şiddeti yapar. Kaynak akım şiddeti makine üzerinde bulunan bir düğme yardımı ile kolaylıkla ayarlanabilir; bazı tür otomatik makinelerde bu ayar kaynak programı tarafından yapılır. Erimeyen elektrodun türü, çapı, akımın türü, kaynak pozisyonu, ağız biçimi, parçanın kalınlığı ve kaynak akım üretecinin gücü akım şiddeti seçimini sınırlayan faktörlerdir. Kaynak akım şiddeti kaynak dikişinin nüfuziyetini ve erime miktarını etkileyen en etkin faktördür. Tablo 2.6. Tungsten elektrod uç biçimleri ve uygulama yerleri (DVSMerkblattO911,teil 1) Simge
A
Uç Biçimi
Tungsten Elektrod DİN 32558
Kaynak Yöntemi
Akım Türü
T1G ve Plazma Kaynağı Max20A
DAE.N
W WT10...WT 40 WZ4.«WZ8 WL
Uç hazırlama uygulanmadan
TIG ve Plazma Kaynağı Max20A
DAE.N
W WT10...WT 40 WZ 4... WZ 8 WL
Düşük akım şiddeti ile uygulamalarda
Açıklama
B
TIG
D-AEN:
WT 1O...WT 40
Normal akım şiddeti ile uygulamalarda, elektrod ucu yuvarlatılmış
C
Plazma 20 A.'den yüksek akım şiddetinde
DALN.
WT20 WL10
Elektrod ucu kesik koni biçiminde
D
TIG
AA
W WT10
Özelikle Al ve alaşımları için
DAE.P.
Tüm türler ve özellikle WT 10J/VT 40
Yalnız doğru akım ve elektrod pozitif kutupta haü için
E
TIG
39
Diğer faktörler sabit kalmak koşulu ile kaynak akım şiddetinin artması kaynak dikişinin nüfuziyetinin ve boyutlarının artmasına neden olur; aşırı yükselmesi halinde nüfuziyet aşırı derinleşir, yanma olukları artar ve kaynak dikişi düzgünlüğünü kaybeder. Diğer ayarlar değiştirilmemek koşulu ile akım şiddetinin azaltılması dişin nüfuziyetinin ve boyutlarının azalmasına neden olur. Aşırı derecede düşük akım ile çalışmada kaynak dikişinde çok zayıf bir nüfuziyet, erime azlığı ve kaynak metali yığılması görülür.
2.18.2.
Ark gerilimi (ark boyu)
Ark gerilimi kullanılan koruyucu gazın türü ile ark boyuna bağlı olarak değişir. El ile yapılan kaynakta ark boyu kaynakçı tarafından ayarlanır; otomatik kaynak halinde ise elektrod ucu ile iş parçası arasındaki mesafe değiştirilerek ark gerilimi ayarlanır. Koruyucu gazın ark gerilimi üzerine etkisi vardır aynı ark boyunda helyum gazı kullanılması halinde daha yüksek ark gerilimi elde edilir. Bununla beraber ark gerilimine en büyük etki ark boyu tarafından yapılmaktadır uzun ark yani yüksek ark gerilimi ile çalışma halinde nüfuziyet azalır, koruyucu gaz kaynak banyosunu gerektiği gibi koruyamaz, kaynak dikişi gözenekli olur ve renklenme gösterir. Ark boyunun kısalması halinde nüfuziyet ve elektrodun kaynak banyosundan kirlenme riski artar; ayrıca aşırı ısınmadan ötürü torcun gaz lülesi ile elektrodun servis ömrü kısalır.
2.18.3.
Kaynak hızı
Burada kaynak hızından kastedilen kaynak arkının iş parçası üzerindeki hızıdır. Aynı akım şiddeti ve ark gerilimi halinde hızın azalması parçaya olan ısı girdisini arttırır. Hızın artması nüfuziyetin eriyen kaynak metalinin birim kaynak boyunda azalmasına neden olur. El ile yapılan kaynakta kaynak hızı kaynakçı tarafından işin gereğine göre ayarlanır, otomatik makine ile yapılan işlerde hızın ayarlanması önemli bir konudur. Aşırı hız, kaynak dikişinin nüfuzîyetinin ve boyutlarının azalmasına şeklinin bozulmasına, çok yavaş hız da kaynak dişinin ebatlarının aşırı artmasına ve dikiş üzerine kaynak metali taşmasına neden olur. 2.19. İkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler
2.19.1.
Elektrod açıları
Elektrodun iş parçası ile yaptığı açı da kaynak dikişinin biçimini etkileyen 40
faktörlerdendir. Otomatik TIG kaynağında çalışma açısı 0° olarak belirlenir. El ile yapılan kaynakta bu açı 20° civarındadır. Hareket açısı el kaynağında normal koşullarda 20° ila 30° civarındadır. Bu açı 0° 'ye doğru yaklaştıkça nüfuziyet azalır ve doldurma kaynağında tercih edilir açının artması ise kaynak dikişinin yüksekliğinin artmasına neden olur. Hareket açısının negatif olması halinde kaynak dikişinin nüfuziyeti azalır ve genişliği artar, hareket açısı yalnız otomatik kaynak yönteminde negatif olarak seçilebilir. El ile yapılan TIG kaynağı uygulamalarında elektrod açısı kaynakçıdan kaynakçıya bir miktar farklılık gösterir.
2.19.2.
Elektrod serbest uç uzunluğu
Elektrod serbest uç uzunluğu erimeyen elektrodun torç gaz lülesi dışında kalan kısmının uzunluğudur ve genelde bu elektrod çapının 1 veya 2 katı olarak seçilir. Elektrodun ucunun uzunluğunun büyümesi elektrodun kaynak banyosu ilave kaynak metali tarafından kirlenme riskini ve kaynak banyosunun koruyucu gaz tarafından yeterince korunmama tehlikesini arttırır. Elektrod serbest ucunun kısa tutulması halinde ise torcun gaz lülesinden yansıyan ışınlar elektrodun aşırı ısınmasına neden olur. Uzun serbest uç daha ziyade iç köşe dikişleri. V ağzı açılmış kalın parçaların kök pasolarında gaz lülesi parçaya değmeden kaynak edebilmek ve çok kısa boylu ark ile çalışmada kaynakçının banyoyu görerek kontrol edebilmesi amacı ile tercih edilir. Uzun serbest elektrod ucu ile çalışma elektrodun kirlenme riski yanısıra gaz sarfiyatını da arttırdığından gerekmeyen hallerde kullanılmaması önemle önerilen bir konudur. 2.20. Yarı Otomatik TIG Kaynağı Yarı otomatik TIG kaynak yönteminde, aynen MIG-MAG kaynak yönteminde olduğu gibi, kaynak dolgu metalini kaynak bölgesine ileten ve ek kaynak metali miktarını kontrol altında tutan bir tertibat vardır. Ufak bir elektrik motoru ile tahrik edilen bu tertibat, tel halindeki kaynak metalini kangalından sağarak, ayarlanmış bir hız ile esnek bir kılavuz içinde torcun uç kısmına dıştan takılmış bulunan bir meme ile ark bölgesine sevk eder ve tel orada eriyip esas metal ile de karışarak kaynak metalini oluşturur. Torç üzerine yerleştirilmiş bir buton veya tetik yardımı ile telin ilerlemesi durdurulup yeniden başlatılabilir. TIG kaynak yönteminde tel besleme tertibatları soğuk tel besleme ve sıcak tel besleme 41
olmak üzere iki türdür. Sıcak tel besleme tertibatında tel kaynak akım üretecinden veya ayrı bir AA üretecinden alınan akım yardımı ile kaynak banyosu içine daldırılmış olan kaynak teli ısıtılır ve bu şekilde yöntemin erime gücü arttırılarak MIG-MAG kaynak yöntemi seviyesine yaklaştırılmış olur. Sıcak tel yöntemi genellikle az alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler, nikel alaşımları ve bakırın mekanize kaynağında önemli bir uygulama alanına sahiptir. 2.21. TIG Nokta Kaynağı TIG nokta kaynağı genel olarak bir tabanca biçimli, su soğutmalı ve gaz nozulunun dudakları tırtıklı bir torç yardımı ile manuel olarak uygulanır. Bazı özel uygulamalarda robot tarafından kumanda edilenleri de vardır. Burada nozul nokta kaynağının çevresine uygun bir biçimde boyutlandırılmıştır; torç birbiri üstüne bindirme olarak yerleştirilmiş iki saç levha üzerine kuvvetle bastırılır, üst parçaya temas eden nozul bu şekilde iki parça arasındaki aralığın ortadan kalmasını sağladığı gibi, iş parçası ile tungsten elektrod arasındaki mesafeyi de tayin eder. Bu yöntemde D.A.E.N (Doğru Akım Elektrod Negatif) ve AA (Alternatif Akım) kullanılabilir. Torcun tetiği çekildiğinde gaz akımı başlar hemen akabinde ark tutuşur üst parçada erime başlar, kaynak banyosu kafi derecede derinleşip alt parçada da erime başlayınca akım kesilir, katılaşma sona erinceye ve parça önceden belirlenmiş bir sıcaklığa kadar soğuncaya kadar torcun konumu korunur ve gaz akımı devam eder. Parçanın malzemesi ve kalınlığına bağlı olarak eldeki datalardan yararlanarak akım şiddeti, ark süresi ve tutma süresi belirlenir ve tüm bunlar makine üzerinde programlanır ve tüm saykıl otomatik olarak makinenin kumandası altındadır. Otomatik zaman kumandası olmayan makineler ile bu kaynak uygulandığında başarı şansı sınırlıdır.
Şekil 2.10. TIG Nokta kaynağının prensip şeması 42
43
3. BÖLÜM ERİYEN ELEKTROD İLE (MIG/MAG) KAYNAĞI İlk defa ABD'de alüminyum ve alaşımlarının sonra da sırası ile yüksek alaşımlı çeliklerin, bakır ve alaşımlarının, karbonlu çeliklerin kaynağında kullanılmış olan MSG (Metal İnert Gas) kaynak yönteminde ark helyum veya argon gibi asal bir gaz atmosferi altında yanar. Bu yönteminin TIG yönteminden farkı arkın iş parçası ve kaynak metali ikmalini sağlayan eriyen bir elektrot arasında oluşturulmasıdır. Bir MIG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur: •
Bir kaynak tabancası.
•
Tel şeklindeki elektrot ve muhafazasını kaynak kablosunun, soğutma suyu giriş ve çıkış elemanlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli hortum.
•
Tel şeklindeki elektrodun hareketini sağlayan tertibat.
•
Kaynak akımının geçişini, soğutma suyunun devreye girişini, koruyucu gazın akışını ve telin hareketini sağlayan kumanda dolabı.
•
Kaynak akım üreteci.
•
Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu gaz tüpü.
Şekil 3.1. MIG kaynak donanımı blok şeması
44
Şekil 3.2. Çeşitli tip MIG kaynak donanımları MIG kaynak yönteminde doğru akım kullanılır ve elektrodun kolaylıkla eriyebilmesi ve prodüktivitenin arttırılması açısından ötürü, örtülü elektrotla yapılan elektrik ark kaynağına nazaran daha yüksek bir akım yoğunluğu ile çalışılır. Ark boyunun sabit 45
kalması için sürekli olarak; eriyen kaynak metali miktarına göre elektrot telinin kaynak donanımı tarafından otomatik olarak ilerletilmesi, bu yöntemde kaynakçının çalışma şartlarını kolaylaştırır, örtülü elektrotla, yapılan ark kaynağının aksine bu yöntemde kaynakçının yetiştirilmesi bir sorun yaratmaz. Yalnız bu yöntemde akım yoğunluğunun yüksekliği dolayısı ile kuvvetli bir ışınım oluştuğunda gözlerin ve cildin korunması için gereken önlemler alınmalıdır. 3.1.
Koruyucu Gazlar
Bütün koruyucu gaz kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MIG yönteminde de koruyucu gazın ark bölgesini tamamen örtmesi ve atmosferin olumsuz etkilerinden koruması gerekir. Ark atmosferinin karakteri, kullanılan çeşitli gaz ve gaz karışımlarına bağlı olarak değişir. Argon, helyum gibi asal gazların meydana getirdikleri ark atmosferinin nötr bir karakter göstermesine karşın, argon gazına oksijen veya karbondioksit gibi aktif gazların karıştırılmasıyla ark atmosferine oksitleyici bir karakter kazandırabilir. Hidrojen gazının karıştırılması halinde ise redükleyici bir gaz atmosferi oluşur. Argon gazına oksijen veya karbondioksit gazlarını karıştırılması ile oluşan exzoterm bir reaksiyon neticesinde kaynak banyosunun sıcaklığı yükselir ve yüzey gerilimi zayıflar. Böylece kaynak banyosunun akıcılığı yükseltilmiş ve gazı giderilmiş olur. Ayrıca, koruyucu gazın oksijen içermesi düşük akım yoğunluklarında da ince taneli ve kısa devresiz damla geçişinin (Spray ark) oluşmasına yardımcı olur. Çeliğin MIG kaynağında argon gazına oksijen ve karbondioksit karıştırılmaktadır. Böylece oksijen kolay eriyen oksitlerin oluşumunu hızlandırarak, eriyen elektrot telinden düşen damlaların yüzey gerilimini zayıflatmakta ve ince taneli bir metal geçişi sağlamaktadır. Oksijenin, oksitleyici etkisi oksijene karşı büyük bir afinitesi olan mangan, silisyum, alüminyum, titanyum, zirkonyum gibi alaşım elementlerinin kaynak telindeki miktarının arttırılması ile dengelenir. Koruyucu gazların farklı kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı, düzgün ve sakin yanışlı bir ark ile kaynak yapabilmek için, her bir gaza belirli bir ark gerilimi ve akım şiddeti uygulamak gerekmektedir. Örneğin; karbondioksit molekülünün ayrışması için yüksek akım yoğunluğuna gerek vardır. Bunun neticesi olarak iri taneli, sıçramalı bir damla geçişi meydana gelir ve derin 46
nüfuziyetli kaynak dikişleri elde edilir. Bununla beraber bazı metal ve alaşımların kaynağında argon gazında çok düşük derecede bir safiyetsizlik bulunması, kaynak dikişinde oksit, nitrür ve gözenek oluşmasına sebep olmaktadır. Asal gazlar, kabuklarındaki bütün yerlerin elektronla dolu olması, diğer bir deyimle dış kabuğun kapalı olması dolayısı ile diğer elementlerin atomları ile elektron alışverişinde bulunmazlar; yani kimyasal bir reaksiyon meydana getiremezler. Koruyucu gaz kaynağı yöntemlerinde, asal gaz olarak helyum ve argon kullanılır. Argon gazı içinde oluşan arkın gerilim düşümü diğer koruyucu gazlara nazaran daha azdır. Ayrıca argonun ısı iletme kabiliyetinin de zayıf olması dolayısı ile ark sütunu daha geniş ve sıcaklığı bilhassa dış kısımlarda düşüktür. Sütunun merkezinde gerek metal buharları ve gerekse damla geçişi dolayısı ile sıcaklık daha yüksektir. Bu bakımdan argonu koruyucu gaz olarak kullanarak yapılmış kaynak dikişlerinde nüfuziyet dikişin merkezinde derin, kenarlarda azdır. Al ve Cu gibi metallerin kaynağı için uygun olan argon, çelikler halinde ancak başka gazlarla karıştırılarak kullanıldığında iyi neticeler vermektedir. Helyum'un havadan çok hafif olması gaz sarfiyatını çok arttırmaktadır. Örneğin; yatay pozisyonda aynı şartlarda argonun yaptığı korumayı sağlamak için 3 misli helyuma ihtiyaç vardır. Helyum atmosferi, ısıyı iyi ilettiğinden, bu gazın koruyucu gaz olarak kullanılması halinde nüfuziyeti iyi kaynak dikişleri elde edilir. Ark geriliminin düşümü de argona nazaran yüksek olduğundan, helyum atmosferinde oluşan kaynak arkı daha yüksek enerjilidir. Bu bakımdan ısıyı iyi ileten metallerin kalın kesitlerinin kaynağında ekseriya ön ısıtma gerektirmez.
He ve Ar karışımı koruyucu gaz olarak yukarıda belirtilmiş olan özelliklerini karışım oranına göre gösterirler. Argon gazına az miktarda Oksijen, çeşitli oranlarda CO2 ilave ederek karışım gazlar elde edilir. Oksitleyici karakterdeki bu gazlar sadece çeşitli çeliklerin kaynağında kullanılır. Karbondioksit atmosferi altında yapılan, diğer bir deyimle karbondioksiti koruyucu gaz olarak kullanılan kaynak yöntemine Metal Activ Gas kelimelerinin baş harflerinden faydalanılarak MAG adı verilmiştir. Alüminyum, magnezyum ve alaşımları gibi kolaylıkla oksitlenen malzemelerin kaynağında CO2, gibi aktif bir gazın kullanılmamasına rağmen, bu gaz çeliklerin kaynağında yeni imkanların ortaya çıkmasına sebep olmuştur. 47
Karbondioksit, argon gibi monoatomik elementer bir gaz olmadığından, arkın yüksek sıcaklığında karbonmonoksit ve oksijene ayrışır. Serbest kalan oksijen kaynak banyosundaki elementlerle birleşir; ark sütünü içinde iyonize olan gaz kaynak banyosuna doğru gelir ve bir miktarı tekrar karbondioksit haline geçer ve dolayısı ile ayrışma esnasında almış olduğu ısıyı tekrar verir. Bu da dikişin nüfuziyetinin artmasına yol açar. Banyo içinde ayrıca serbest oksijenin oluşturduğu demir-oksit mangan, silisyum ve karbon tarafından redüklenir. Mangan ve silisyum kaybı kaynak telinin bileşimi tarafından karşılanır. Bu bakımdan çeliklerin kaynağında MIG kaynak telleri, MAG yönteminde kullanılamaz. MAG kaynağında, kaynak işlemi esnasında bir miktar alaşım elementi oksidasyonla kaybolduğundan, dikişin üzerinde çok ince bir cüruf tabakası oluşur ve bu da çok kolay bir şekilde kalkar. Günümüz endüstrisinde MAG kaynak yönteminde kullanılan kaynak telleri şu şekilde gruplanabilir. •
Alaşımsız teller; bunlarda sadece mangan ve silisyum miktarı normal çeliklere nazaran biraz daha fazladır.
Şekil 3.3. Koruyucu gaz cinsine bağlı olarak çeşitli metallerde nüfuziyetin değişim •
Alaşımlı teller; bunlar özel bileşimde olup özel işler için geliştirilmişlerdir, ayrıca zirkonyum ve titanyum gibi dezoksidasyon maddeleri içerirler.
•
Kenetli teller; bunlar ince bantların bir dekapanla birlikte sarılması ile elde edilmişlerdir. Alaşımlama dekapan tarafından sağlanır. 48
Günümüzde MIG kaynak akım üreteçleri 600 Amper 'e kadar çeşitli güçlerde imal edilmektedirler. Sabit gerilimli diye isimlendirilen bu kaynak akım üreteçlerinde, gerilimin tamamen sabit tutulması mümkün değildir. Her 100 A için azami 7 V kadar ark gerilimi düşümüne müsaade edilir; Kaliteli üreteçlerde bu değer 2 ilâ 5 V arasındadır. Tablo 3.1. MIG Kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar Kaynak usulü
Gazın Karakteri
Çelik haricinde bütün
Asal
1.2
He °/o 100
metal ve alaşımları Cu ve Al alaşımları
Asal
1.3
He °/o 25-75 Ar kalanı
Cu ve Al alaşımları
O2 % 1... 3
Paslanmaz Çelikler
M. 1.1 Oksitleyici
M. 1.2 M. 1.3
Karışım Gazlar
Kullanma Yeri
Ar % 100
Hafif
Oksitleyici
M. 2.1 M. 2.2
M. 2.3 . Kuvvetli Oksitleyici
M.3.1 M. 3.2 M.3.3
MAG
Gazın Bileşimi
1.1
Asal MIG
Gazın İşareti DİN 32526
C
Ar kalanı CO2 % 2... 5 Ar kalanı CO2 % 6... 14 Ar kalanı CO2 % 15... 25 Ar kalanı CO2 % 5... 15 O2 % 1... 3 Ar kalanı O2 % 4... 8 Ar kalanı CO2 % 26... 40 Ar kalanı CO2 °/o 5... 20 0, % 4... 6 Ar kalan. O2 % 9... 12 Ar kalanı CO2 °/o 100
Paslanmaz Çelikler Alâşımsız ve az alaşımlı çelikler Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler (özlü elektrod ile) Alaşımlı ve az alaşımlı çelikler Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler Alaşımsız çelikler Alaşımsız ve az alaşımlı çelikler
49
Şekil 3.4. Koruyucu gaz cinsinin ark ve kaynak dikişine etkisi
C
Si
Mn
P ≤
S ≤
Cu ≤
Ni ≤
≤
0,35
0,7
Cr O.15 V 0,05 Zr-Ti 0,02 Mo 0,15
SGRl
0,05 . -0,12
0,2 ...0,6
0,1... 1,4
0,03
0,03
SGBI
0,05.. .0,12
0,15 ...0,45
0,4... 1,6
0,03
0,03
0,35
0,7
Al 0,02 Mo 0,15
Şekil 3.5. MAG kaynağında kullanılan kenetli tel elektrodlar
50
Tablo 3.2. Yumuşak çeliklerin kaynağında kullanılan MAG kaynak telleri
Tablo 3.3. Alüminyum ve alaşımlarının MIG Kaynağında kullanılan elektrodlar. Esas Malzeme Al 99,8 Al 99,5 AlMn AlMgMn
Kaynak Teli S-AI 99,5
AIMg3 AIMg5 AIMgSi AIZnMg
S-AIMg5
Al 99,5 AIMgSi AIZnMg
S-AISi5
AIMgMn AIMg3 Almg5 AIZnMg
S-AIMg4,5Mn
Bu tip kaynak akım üreteçlerinde iç ayar diye isimlendirilen ∆l ark boyu ayar skalası vardır. Bu tip üreteçlerde ark gerilimi ve tel ilerleme hızı ve buna bağlı olarak da akım şiddeti ayarlanır. Bu tür makinalarda tel ilerletme motoru, seçilmiş sabit bir devirle döner, yani diğer bir deyimle tel hızı sabittir. Kaynak esnasında herhangi bir nedenle ark boyu uzadığı zaman Şekil 3.7'de görüldüğü gibi akım şiddeti büyük miktarda azalır. Buna bağlı olarak eriyen tel miktarı 51
azaldığından ark normal boyuna döner; aksi halde, yani ark boyunun kısalması halinde ise akım şiddeti süratle artar; eriyen tel miktarı da buna bağlı olarak artacağından neticede de ark boyu normale döner (Şekil 3.7). Bu kaynak yönteminde görüldüğü gibi ark boyunun ayarlanması yarı otomatik kaynak halinde dahi, kaynakçının melikesine veya dikkatine bırakılmamıştır. Ark boyu kaynak akım üretecinin yatay karakteristiği sayesinde kendinden ayarlanmaktadır.
Şekil 3.6. MIG - MAG Akım üreteci ve ayarlar
52
Şekil 3.7. ∆t ayarı ile ark boyunun kaynak süresince sabit kalması. 3.2.
Çalışma Tekniği
Prensip olarak bilinen kaynak bağlantı (dikiş) şekilleri MIG yöntemi ile de kaynak edilebilir. Yatay pozisyondaki dikişler hem el hem de otomatik olarak kaynak edilebilir. Buna karşın zor pozisyonlarda yalnız el kaynağı kullanılır. Genel anlamda MIG yönteminde uygulanacak kaynak tekniği, kaynaklanan malzemenin cinsine, ısıl iletkenliğine, ağız şekline ve kaynak pozisyonuna bağlıdır. Kaynak dikişinin yüksekliği, genişliği ve nüfuziyeti aynı hamlaç tutuluşunda kaynak gerilimini, kaynak akım şiddetini ve kaynak hızını değiştirerek ayarlanabilir. Akım şiddeti yükseldikçe nüfuziyet artar, buna karşın dikiş genişliği yüksekliği azalır. Kaynak geriliminin ve hızının yükselmesi de, dikişin genişliğine ters yönde etkir. Kaynak hamlacı, kaynak yönüne ters doğrultuda en fazla 30° lik bir eğimle tutularak kaynak yapılıyorsa kaynakçı, kaynak banyosuna ve elektrodun erime işlemine kolayca bakabilir. Eğer bu meyil fazlalaşırsa nüfuziyet azalır ve dikiş de incelir. Bu durumda, 53
kaynak hızının arttırılması gerekir, aksi halde kaynak banyosunun önünde bir yığılma meydana gelir ve aynı zamanda da dikişte kalıntı ve gözenekler olur. Hamlaç eğiminin artması diğer yönden koruyucu gaz akımının şeklini de etkilediğinden, koruyucu gazın koruma etkinliği azalır. Derin bir nüfuziyetin gerekli olduğu kalın kaynak dikişleri hamlaca kaynak yönünde en fazla gene 30°'lik bir meyil vererek elde edilir. Bu durum bilhassa tam otomatik MIG-MAG kaynak yönteminde uygulanır. Yüksek akım şiddeti ile yapılan kaynak işlemlerinde ark üflemesi zaman zaman ciddi bir mahzur oluşturur. Bu olaya mani olmak için parçanın kutuplanmasında gereken itina gösterilmelidir.
Şekil 3.8. Hamlacın meyline göre dikiş formunun değişimi. MIG kaynak yönteminde güvenilir kaynak bağlantısı elde edebilmek için ayarlanması gereken kaynak parametrelerinin başında akım şiddeti ve gerilimi gelir. Sabit gerilimli veya diğer bir deyimle yatay karakteristikli kaynak akım üreteçlerinde bu iki parametre birbirlerinden bağımsız olarak ayarlanabilir. Kaynak gerilimi, akım üretecinin ince ve kaba ayar düğmelerinden kademeli olarak veya bazı özel tiplerde ise potansiyometre ile kademesiz olarak ayarlanabilir. Kaynak akım şiddeti ise MIG kaynak akım üreteçlerinde tel ilerletme düğmesinden ayarlanır. Seçilmiş olan gerilim ve akım şiddetinin dikiş formu ve ark şekli üzerine etkileri Şekil 3.10'da gösterilmiştir. Uygun seçilmiş bir çalışma noktası arkın sakin ve kararlı bir şekilde yanışı ile kendini belli eder. Bir MIG kaynak akım üretecinde sabit gerilim karakteristik ayar imkanı ne kadar fazla olursa optimal çalışma noktasının 54
saptanması da o derece kolay olur. Genel olarak standart akım üreteçlerinde 3 kaba ayar ve 5 adet de ince ayar vardır bu da toplam 15 kademede gerilim ayar olanağı sağlar. Kaynak işlemi esnasında metal damlacıklarının geçiş özelliğine göre çalışma karakteristiği seçimi ile 14 ila 24 V arasında kısa ark, 23 ila 34 V arasında ise uzun ve sprey ark (duş şeklinde damla geçişi) elde edilir. 18 ila 28 V arasında ise uzun ve kısa ark arası bir damla geçişi karşılanır. Damla geçişine bağlı olarak akım yoğunluğu kısa ark halinde 125 A/mm2 den küçük, uzun ve sprey ark haline ise bu değerden büyük olmalıdır.
Kaynak teli çapı
Normal MAG - Kaynağı
(mm)
Akım Şiddeti (Amper)
0,6 0,8 1,0 1,2
140-130 180-240 220-300
Ark gerilimi Erime gücü (Volt) i kg; saat) 22-25 24-26 25-29
2.0-2.8 2.4-3.3 2.3-4.5
Kısa ark boyu ile yapılan kaynak Akım şiddeti (Amper)
A/k gerilimi (Volt)
Erime gücü (kg/saat)
40-80 70-120 90-130 120-150
13-16 14-19 17-20 18-23
0.5-0.9 0.3-1.6 1,2-1.9 1.5-2.2
Şekil 3.9. Kısa Ark ve Uzun Ark ile yapılan MAG kaynağında arkın davranışı. 55
Şekil 3.10. MAG kaynağında kaynak parametreleri ile dikiş formunun değişimi Arkın şekli sadece gerilim ve akım şiddetinin yukarıda verilmiş olan salt değerlerine bağlı değildir, elektrod malzemesi, serbest tel mesafesi ve koruyucu gazın cinsi gibi faktörlere de bağlıdır. 56
Eriyen elektrod ile koruyucu gaz kaynağında gerek kaynak parametrelerinin hatalı seçilmesi ve gerekse de uygulama esnasındaki hatalı davranışlardan ötürü ortaya çıkan birtakım kaynak hataları ile karşılaşılır. Bu hataların oluşum nedenleri ve giderilme çareleri Şekil 3.18, Şekil 3.19 ve Şekil 3.20'de gösterilmiştir. Bütün eritme kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MIG ve MAG kaynak yönteminde de parçaların kaynaktan evvel hazırlanmaları gereklidir; bu yöntem için önerilen kaynak ağız formları Şekil 3.22 ve Şekil 3.23‘de verilmiştir. Alüminyum, bakır ve alaşımları ile paslanmaz çeliklerin kaynağında MIG, az alaşımlı çeliklerin kaynağında da MAG yöntemi ekonomik ve teknolojik kolaylıklar sağladığından günümüzde büyük çapta uygulama alanı bulmaktadır.
Şekil 3.11. MIG - MAG kaynağında gaz sarfiyatı tel çapı, lüle çapı ve akım şiddeti arasındaki bağıntı.
57
yükselir artar artar az artar
Akım şiddeti Ark gerilimi Nüfuziyet sıçrama kontak borusu ısınması
Azalır Yükselir Azalır Fazla Azalır
Şekil 3.12. Serbest tel uzunluğunun dikiş formuna etkisi (şematik)
Şekil 3.13. Serbest tel uzunluğunun uygun değerleri
58
Şekil 3.14. Kaynak pozisyonuna göre dikiş formunun değişimi
Şekil 3.15. Yukarıdan aşağıya dik kaynak halinde, nüfuziyetin kaynak hızı ile değişimi
59
Şekil 3.16. Kaynak pozisyonuna göre kaynak parametrelerinin seçimi
azalır artar alçalır azalır oluşur
Erime gücü nüfuziyet Dikişli tırtılı Sıçrama Alüminyum kaynağında oksit temizleme
büyür azalır yükselir fazlalaşır oluşmaz
Şekil 3.17. Kutuplamanın dikiş formuna etkisi
60
Yanma olukları
Ark fazla uzun Kaynak hızı çok yüksek Hamlaç salınım yapmamış Hamlaç dik tutulmamış Hamlaç yana eğik tutulmuş Kuvvetli oksitleyici bir koruyucu gaz kullanılmış Ark gücü çok fazla Ark fazla uzun Tel ilerleme hızı kafi değil Kaynak hızı çok az Dikiş fazla kalın Uygun olmayan kaynak pozisyonu
Ark gücü çok fazla Ark gerilimi çok büyük Salınım hareketi az Dikiş kenarında durma az Hamlaç hareketi yanlış Kaynak hızı fazla
Şekil 3.18. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu kaynak hataları
61
Yanlış hazırlanmış kaynak ağzı
Hatalı bindirme
Kaynak gerilimi az Akım şiddeti düşük Kaynak hızı çok yüksek Ark boyu fazla uzun
Şekil 3.19. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu kaynak hataları 62
Erime gücü yüksek Kaynak hızı çok yavaş Hamlaç eğimi çok fazla Parça fazla kalın Kaynak ağzı fazla geniş
Hamlaç gereksiz yere yana eğilmiş
Kaynak telinin uç kısmı eğilmiş
Kaynatılan
parçanın
konstrüksiyonunun sebep olduğu hata
Şekil 3.20. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu kaynak hataları
63
Kaynak pasosunun hatalı çekilmesi
Hamlacın fazla eğik tutulmasının neden olduğu gözenekler
Hava
akımının
olduğu gözenekler
neden
Uzun serbest el boyunun neden olduğu gözenekler
Parça yüzeyindeki kir ve yağın neden olduğu gözenekler
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu gözenekler ve nedenleri
64
Ark
üflemesinin
neden
olduğu gözenekler
İç kısımda hapsolmuş gazın neden olduğu gözenekler
Hatalı paso şeklinin neden olduğu gözenekler
Kaynak
banyosunda
Koruyucu gaz debisi fazla
gözenek oluşumu
Koruyucu debisi az
Serbest tel uzunluğu fazla
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu gözenekler ve nedenleri
65
Gaz lülesi ufak
Kontak memesi eğrilmiş
Gaz lülesi tıkanmış
Soğutma suyu koruyucu gaza karışıyor
Lüle, kısmen tıkanmış veya izolasyon ringi hatalı monte edilmiş
Segregasyon bölgelerinin neden olduğu gözenekler
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep olduğu gözenekler ve nedenleri
66
S mm
b mm
c mm
a
1…4
0…0,25 s
-
-
5…10
<1,0
-
-
5…12
<1,0
2,5
90o
5…20
<1,0
2,5
60o
>10
<1,0
2,5
90o
>10
<1,0
3
60o
>6
5…10
2
40o
>18
5…7
5
70o
>30
-
-
90o
Şekil 3.22. MIG kaynağında kullanılan kaynak ağız şekilleri (Alüminyum için). 67
S mm
b mm
c mm
a
<2
-
-
-
<2
-
-
-
<2
2,5 s
-
-
<1,5
-
-
-
<4
0,5 s…1 s
-
-
<10
0…0,5 s
-
-
>4
2,5…4
1
<50o
>8
-
2…4
<50o
>5
>6
-
<50o
>10
0…4
2…4
<50o
>10
-
-
<50o
Şekil 3.23. MAG kaynağında kullanılan ağız şekilleri. 68
-
-
-
3…4
2
40o
0…4
0…3
40o
Şekil 3.23. MAG kaynağında kullanılan ağız şekilleri.
69
Şekil 3.24. MAG kaynağı için tavsiye edilen altlıklar
3.3.
MIG-MAG Kaynak Yönteminin Üstünlükleri
Bir yarı otomatik kaynak yöntemi olan MIG-MAG, kaynağın bir üretim yöntemi olarak kullanılması halinde, örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kaynağına nazaran çok büyük üstünlükler göstermektedir. Günümüz endüstrisinde en fazla kullanılan bu iki yöntemi çeşitli bakımlardan karşılaştırdığımızda şu hususlar belirgin bir şekilde ortaya çıkmaktadır:
70
3.3.1. Kaynak dikişinin ağırlığı: Bütün eritme kaynağı yöntemlerinde, kaynak dikişinin ağırlığı, eriyen metal miktarının dolayısı ile enerji sarfiyatının bir göstergesidir. Kaynak dikişi kaynak metali ve esas metalin kesiti boyunca değişen oranlarda bir karışımdır, elektrod miktarı ise kaynak maliyetini etkileyen en önemli faktördür. MAG kaynağında kullanılan kaynak telinin örtülü elektrod ile karıştırıldığında oldukça ince olması, daha dar bir kaynak ağzı içinde çalışabilme olanağını sağlamaktadır Elektrik ark kaynağında 60° olan kaynak ağız açısı ve takriben elektrod çekirdek teli çapına eşit alınan kök aralığı, MAG kaynağı halinde küçülmektedir. MAG kaynağında ağız açısı azami 50° olarak alınmakta ve bazı hallerde bu değer 30°’ye kadar düşürülmekte ve ayrıca kök aralığı da 1 mm. civarında alınabilmektedir; bu şekilde eriyen bölge ufalmakta ve dolayısı ile de ilave metalden çok büyük bir tasarruf yapılabilmektedir. Elektrik ark kaynağında, kaynak ağız açısının 60°'den daha küçük alınması, dikişin kök kısmında cüruf olmasına karşın, MAG yönteminde konstrüksiyonun elverdiği hallerde ağız açısının 30°'ye kadar düşürülmesi halinde dahi hatasız kaynak dikişi elde edilebilmektedir.
3.3.2. Elektrik enerjisi tüketimi: MIG-MAG yönteminde, kaynak dikiş hacminin elektrik ark kaynağına göre daha küçük olması, elektrik enerjisinin tüketiminin azalmasına neden olmaktadır, zira eriyen metal miktarı birim dikiş boyunda daha az olmaktadır. Ayrıca aynı akım şiddetinde, bir saat zarfında eriyen elektrod miktarı MAG yönteminde daha fazladır, zira burada örtülü elektrod halinde, örtüyü oluşturan elementlerin reaksiyona girmesi için harcanan enerji ve elektriğin ark bölgesine elektrod boyunca iletilmesi dolayısı ile ortaya çıkan direnç kaybı ortadan kalkmaktadır. MIG-MAG yönteminde, kaynak esnasında elektrod değiştirme ve cüruf temizleme gibi zaman kaybettirici unsurların olmayışı nedeni ile kaynak sürekli olarak yapılabilmekte ve dolayısı ile de makinanın boşta çalışmasından kaynaklanan elektrik enerjisi kayıpları ortadan kalkmaktadır.
71
3.3.3. Elektrod kaybı: Örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kaynağında elektrodun uç kısmının (koçanının) kullanılmadan atılması ve sıçrama kayıpları dolayısı ile % 20'ye erişen bir kayıp ile karşılaşılır. MAG veya MIG yönteminde koçan kaybı yoktur, burada sadece sıçramalardan ortaya çıkan % 3-5 civarında bir kayıp vardır; bu da olaya büyük bir ekonomiklik kazandırmaktadır.
3.3.4. Cüruf temizleme: MIG-MAG yönteminde, kaynak banyosu, havanın olumsuz etkilerinden koruyucu gaz tarafından korunmaktadır ve dikiş üzerinde temizlemeyi gerektiren bir cüruf oluşmaz. MAG yöntemi uygulamalarında dezoksidasyon ve oksidasyon sonucu dikiş üzerinde ince bir tabaka halinde SiO2, MnO, FeO, CuO gibi oksitlerden oluşan bir cüruf ile karşılaşılırsa da, bu cüruf bir temizleme işlemi gerektirmez ve üzerine yeniden kaynak yapılabilir; buna karşın örtülü elektrod halinde dikiş üzerinde oluşan cürufun muhakkak temizlenmesi gereklidir. Bu büyük bir zaman kaybına neden olduğu gibi, işçilik olarak da çok külfetlidir ve dikkat gerektirir. Bilhassa kök pasolar ve yanma oluklarında katılaşan cürufun temizlenmesi çok zordur. Dikiş içinde kalmış cüruf, kaynak dikişinin mukavemetini şiddetli bir şekilde zayıflattığından, cüruf kalıntısı gibi bir kaynak hatasının MAG kaynak yönteminde görülmemesi, bu yöntemin en önemli üstünlüklerinden bir tanesidir.
3.3.5. Uygulama kolaylığı: Elektrik ark kaynağında, ark boyunun kontrolü tamamen kaynakçı tarafından kontrol altında tutulmaktadır, ayrıca kaynak banyosunun üzeri cüruf ile örtülürken, kaynakçı dikiş üzerinde cürufun kapanışını sürekli izlemektedir; cürufun kaynak yapılan yönde ileriye geçmesi, kaynak işlemini güçleştirdiği gibi, çeşitli kaynak hatalarına neden olmaktadır. Bütün bunlar ancak yetişmiş kaynakçılar gerektirmekte ve bu da oldukça pahalıya mal olmaktadır. MIG-MAG yönteminde, ark boyu makina tarafından sabit tutulmakta ve cüruf da bulunmadığından,
kaynakçıların
yetiştirilmesi
çok
daha
kısa
zamanda
gerçekleşmekte ve ucuza mal olmaktadır. Elektrik ark kaynağında kaynak banyosu kullanılan elektrodun türüne bağlı olarak 72
kısmen veya tamamen cüruf ile örtülüdür ve dolayısı ile kaynak esnasında kaynakçı, işlem esnasında yaptığı hatayı hemen görüp ortadan kaldırılması için çalışmada bulunamaz;
buna
karşın
MIG-MAG
yönteminde
kaynak
banyosu
kolayca
izlenebildiğinden hata yapma olasılığı azalmaktadır. MIG-MAG kaynağında 40-200 A. akım üreteçleri kullanarak örtülü elektrod ile kaynatılamayacak kadar ince (0.6-1 mm) saclar da kolaylıkla kaynatabilmekte; ayrıca arkın tutuşturulması örtülü elektroda nazaran çok daha kolay olduğundan, puntalama işlemleri çok kolay ve sıhhatli bir şekilde yapılabilmektedir. Elektrik ark kaynağında her pozisyonda kaynak yapma olanağı her tür elektrod ile mümkün değildir; buna karşın, MAG yöntemi her pozisyonda kaynak yapma olanağı sağlamaktadır. MIG-MAG yönteminde kalın parçalar daha az sayıda paso ile kaynatılabildiklerinden parçalarda ortaya çıkan distorsiyonlar azalmakta ve dolayısı ile de doğrultma işlemleri için sarf edilen zaman ve işçilik azalmaktadır. MIG-MAG kaynağının en tartışılmaz üstünlüklerinden bir tanesi mekanizasyon ve otomasyona olan yatkınlığıdır; günümüzde bilhassa robotlar yardımı ile bu yöntem montaj hatlarında büyük bir üstünlük sağladığı gibi birçok sahada da tozaltı kaynak yönteminin yerini almaktadır. Örtülü elektrodlarda, örtüdeki elementlerin ark sıcaklığında kimyasal reaksiyona girerek oluşturdukları gaz ve dumanların çoğuna gazaltı kaynak yöntemlerinde rastlanılmaz ve dolayısı ile bir konuda özel koruyucu tedbirlere başvurulmaya gerek kalmamaktadır. MIG-MAG yönteminin en önemli dezavantajı, kaynak makinalarının ilk yatırım maliyetlerinin, elektrik ark kaynak makinalarına nazaran oldukça daha yüksek olmasıdır; ilk bakışta bu makinalar biraz karışık bir görünüşte olmalarına rağmen kullanılmaları büyük bir zorluk göstermez. Kaynağa başlamadan evvel örtülü elektrod halinde seçilmiş bulunan elektrod çapına ve türüne göre makina kutup durumu ve kaynak akım şiddeti ayarlanırken, gazaltı makinalarında tel elektrod ilerleme hızı, gaz debisi, kaynak gerilimi ayarlanır ve tel ilerletme düzeni,, torçtaki gaz lülesi ve diğer mekanik kısımlar bakım ve kontrolden geçirilir ve bu da büyük bir tekniği bilgi ve 73
maharet gerektirmez. Son yıllarda ülkemizde de bilhassa yumuşak çeliklerin kaynağında, geniş çapta uygulama alanı bulan eriyen elektrod ile gazaltı kaynak yöntemi ekonomik teknolojik ve iş güvenliği açısından bilinen diğer yöntemlere nazaran önemli üstünlükler göstermektedir.
74
KAYNAKÇA 1. ANIK, S., “Kaynak Teknolojisi El kitabı”, Ergür Matbaası, İstanbul 1983. 2. TÜLBENTÇİ, K., “Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynak Yöntemleri”, Gedik Holding yayını, İstanbul 1987. 3. TÜLBENTÇİ, K., “Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynağında (MIG/MAG) Parametrelerinin Seçimi”, Gedik Holding Kaynak Dünyası, 1982 İstanbul Haziran 1988. 4. TÜLBENTÇİ, K., “MIG/MAG Gazaltı Kaynak Yöntemleri”, Arctech A.Ş. Yayını, İstanbul 1998. 5. ANIK, S., VURAL, M., “Gazaltı Ark Kaynağı (TIG-MIG-MAG)”, Gedik Eğitim Vakfı Yayını, Yayın No: 3, İstanbul 1998. 6. TÜLBENTÇİ, K., “MIG/MAG Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynağı”, Gedik Holding yayını, İstanbul 1990. 7. ERTÜRK, İ., “MIG/MAG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin Sıçrama Kayıplarına Etkilerinin İncelenmesi”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara 1994. 8. ERTÜRK, İ., “Gazaltı Kaynak Teknikleri”, Küçük Sanayi İşletmelerinde Danışmanlık Hizmetleri Projesi, Türkiye Halk Bankası A.Ş. Yayını, Ankara 1987. 9. ERTÜRK, İ., “Gazaltı Kaynak Teknikleri”, Ankara Sanayi Odası Dergisi, Sayı 77-79, Ankara 1986. 10. AICHELE, G., “111 Arbeitsregeln für das Schultzgassch-weissen”, Deutsche Verband für Schweisstechnik, Band 14, Germany 1988. 11. N. N., “Schutzgas Handbuch”, Messer Griesheim Gmbti, Deutsche. 12. AICHELE, G., “116 Arbeitsregeln für das Schutzgasschweissen”, DVSVerlag, Die Schweisstecnische Praxis Band 14, 1993, Dusseldorf, Deutsche. 75
13. ERTÜRK, İ., TÜLBENTCİ, K., “MAG Kaynak Yönteminde Kaynak Akım ve Ark
Geriliminin
Sıçrama
Kayıplarına Etkisi”,
Uluslararası Kaynak
Teknolojisi Sempozyumu, Gedik Eğitim Vakfı, 1996 Bildiri Kitabı, S.71-84. 14. ERYÜREK, B., “Gazaltı MIG/MAG Kaynağı”, Kaynak Tekniği Sanayi ve Ticaret A.Ş. yayını, İstanbul 1998. 15. GÜLENC, B., TÜLBENTCİ, K., “Düşük Karbonlu ve Az Alaşımlı Çeliklerin MIG/MAG Kaynağında Koruyucu Gaz Seçimi”, Uluslararası Kaynak Teknolojisi Sempozyumu, Gedik Eğitim Vakfı, 1996 Bildiri kitabı, S.15-17. 16. Baum LM., Fichter V. “Der Schutzgas Schweisser”, 1-11 DVS 1982, Deutsche.
76
