Modern Kay Nak 2008

KARABÜK ÜNİVERSİTESİ TEKNİK EĞİTİM FAKÜLTESİ METAL EĞİTİMİ BÖLÜMÜ

MET 342 MODERN KAYNAK TEKNOLOJİSİ DERS NOTLARI

Öğretim Elemanı: Doç. Dr. Nizamettin KAHRAMAN

Eylül 2007

KARABÜK 

1

1. GİR İŞ İŞ Kaynak tekni ği, pek çok bilimsel ve teknik disiplinleri içerisine alan orijinal bir dü şünce üzerine kurulmuştur. Gelişmesi, uygulay ıcılar ın edindikleri yeni bilgileri, kar şılaştıklar ı yeni problemlere uygulamalar ı sonucu oluşmuştur. Geçen y ıllar sürecinde, kaynak tekni ğinin nasıl değiştiğini gösteren en iyi belirtilerden biri, metal endüstrisinin kaynak yöntemlerine kar şı tutumu olmuştur. Önceleri metaller nas ıl kaynak edilir veya edilmez diye s ınıflandır ılırken, bugün metallerin kaynak kabiliyeti üzerinde durulmaktad ır. Günümüzde metal ve ala şımlar ı piyasaya çıkar ılmadan önce, kaynak edilebilme kabiliyetleri geli ştirilmektedir. Günümüzdeki kostrüksiyonlar i ş verimi ve güvenli ğini arttırmaya, boyutlar ı ve ağırlığı küçültmeye, ayn ı zamanda malzeme ve üretim masraflar ını azaltmaya yöneliktir. Buna paralel olarak birleştirme teknolojisi de geli şmesine rağmen sürekli bir  şekilde yeni problemlerle kar şı kar şıya kalmaktad ır. Gelişen günümüz endüstrisinde ihtiyaç duyulan malzeme özelliklerinin çok  çeşitli olması da farklı özelliklere sahip bu metalsel malzemelerin en uygun biçimde nas ıl  birleştirilebileceği sorusunu ortaya ç ıkarmaktadır. Bu soruya, geli şmekte olan kaynak teknolojisi en iyi cevab ı verebilmektedir. Günümüzde kat ıhal kaynak teknikleri farkl ı metalsel malzemelerin  birleştirilmesinde başar ı ile kullanılabilmektedir. Bugün çok say ıda birleştirme tekniği vardır ve günümüzdeki sorun birle ştirmenin nasıl yapılacağı değil, en iyi birle ştirme yönteminin nas ıl seçilece ğidir. Bronz ça ğı insanı birleştirme yöntemi olarak sadece kama kullanma veya deri şeritle bağlama arasında seçim yapmak zorunda iken, günümüzde bir tasar ım mühendisi, ayn ı derecede uygun dört veya be ş değişik birleştirme tekniğinin olduğu durumlarla kolayl ıkla kar şılaşılabilir. Her yöntemin kendine has özellikleri vardır ve en uygun seçim için birçok hususun de ğerlendirilmesi gerekir. Mukavemet, üretim kolaylığı, maliyet, ömür, korozyon dayan ımı ve görünüş gibi faktörlerin göreceli önemi büyük  ölçüde göz önüne al ınan uygulamaya ba ğlıdır. Birleştirme teknolojisinin tarihçesi, gerçekte bir grup insan kütlesinin tarihidir. Bunlar ın büyük   bir k ısmı ufak tamircilik yapan, bir k ısmı da hayal kuranlard ır desek daha uygun olur. Bütün  bunlar ın hepsi de kendilerine göre bir katk ıda bulunmu şlardır. Bu insanlar, s ık sık kazançl ı olmayan ara ştırmalarla, arkada şlar ının alaylar ına bile maruz kalm ışlardır. Fakat bütün bunlara rağmen neye inanm ışlar ise, onun için sava şan bu insanlar, ufak katk ılar ı ile dünyamıza iyi bir  metal birleştirme usulünü armağan etmişlerdir. Bunlar ın başlıcalar ı ise, lehimleme veyahut da demirci kayna ğı ile yapılan birleştirmelerdir. Günümüzde demirci kayna ğı, pratikte her ne kadar  unutulmuş ise de, orijinal bir metal birle ştirme işlemi olarak nazari itibara al ınabilir. Birinci Dünya Sava şından sonra kaynak teknolojisi ilerlemelerini sa ğlamlaştırmış ve tamir yöntemi olarak kullan ılmasının yanında, üretim arac ı haline de gelmi ştir. Kaynak endüstrisinde önceleri az, sonralar ı da daha çok bir talep görünmeye ba şlandı 1941 ila 1942 y ıllar ı arasında kaynak  endüstrisi % 350 nispetinde fazla bir kapasiteye eri şti. Bu ise, gelece ğin ancak bir k ısmı idi. Türkiye’de kayna ğın gelişmesi 1950’li yıllar ın ortasından itibaren olmu ştur. İstanbul Teknik  Üniversitesi eğitim planına kayna ğı 1951’de almıştır. Makine Malzeme ve İmal Usulleri Enstitüsü, endüstriye ilk kaynak kurslar ını 1955 yılında açmıştır. Ayr ıca, Ankara’da önceleri Yüksek Teknik Ö ğretmen Okulu’nda daha sonralar ı Teknik Eğitim Fakültesi bünyesinde kaynak  eğitimi ile ilgili çeşitli dersler verilmiş ve 2000 y ılında kaynak alan ındaki geli şmeleri duyurmak  ve iletişimi sağlamak üzere Gazi Üniversitesi Teknik E ğitim Fakültesi’nde Kaynak Teknolojisi Derneği kurulmuştur. Endüstride kullan ılan imalat yöntemleri aras ında kaynak, en çok kullan ılan birleştirme tekniklerinden birisidir. Teknolojinin ilerlemesiyle yeni kaynak yöntemleri geli ştirilmiş ve klasik 

1

1. GİR İŞ İŞ Kaynak tekni ği, pek çok bilimsel ve teknik disiplinleri içerisine alan orijinal bir dü şünce üzerine kurulmuştur. Gelişmesi, uygulay ıcılar ın edindikleri yeni bilgileri, kar şılaştıklar ı yeni problemlere uygulamalar ı sonucu oluşmuştur. Geçen y ıllar sürecinde, kaynak tekni ğinin nasıl değiştiğini gösteren en iyi belirtilerden biri, metal endüstrisinin kaynak yöntemlerine kar şı tutumu olmuştur. Önceleri metaller nas ıl kaynak edilir veya edilmez diye s ınıflandır ılırken, bugün metallerin kaynak kabiliyeti üzerinde durulmaktad ır. Günümüzde metal ve ala şımlar ı piyasaya çıkar ılmadan önce, kaynak edilebilme kabiliyetleri geli ştirilmektedir. Günümüzdeki kostrüksiyonlar i ş verimi ve güvenli ğini arttırmaya, boyutlar ı ve ağırlığı küçültmeye, ayn ı zamanda malzeme ve üretim masraflar ını azaltmaya yöneliktir. Buna paralel olarak birleştirme teknolojisi de geli şmesine rağmen sürekli bir  şekilde yeni problemlerle kar şı kar şıya kalmaktad ır. Gelişen günümüz endüstrisinde ihtiyaç duyulan malzeme özelliklerinin çok  çeşitli olması da farklı özelliklere sahip bu metalsel malzemelerin en uygun biçimde nas ıl  birleştirilebileceği sorusunu ortaya ç ıkarmaktadır. Bu soruya, geli şmekte olan kaynak teknolojisi en iyi cevab ı verebilmektedir. Günümüzde kat ıhal kaynak teknikleri farkl ı metalsel malzemelerin  birleştirilmesinde başar ı ile kullanılabilmektedir. Bugün çok say ıda birleştirme tekniği vardır ve günümüzdeki sorun birle ştirmenin nasıl yapılacağı değil, en iyi birle ştirme yönteminin nas ıl seçilece ğidir. Bronz ça ğı insanı birleştirme yöntemi olarak sadece kama kullanma veya deri şeritle bağlama arasında seçim yapmak zorunda iken, günümüzde bir tasar ım mühendisi, ayn ı derecede uygun dört veya be ş değişik birleştirme tekniğinin olduğu durumlarla kolayl ıkla kar şılaşılabilir. Her yöntemin kendine has özellikleri vardır ve en uygun seçim için birçok hususun de ğerlendirilmesi gerekir. Mukavemet, üretim kolaylığı, maliyet, ömür, korozyon dayan ımı ve görünüş gibi faktörlerin göreceli önemi büyük  ölçüde göz önüne al ınan uygulamaya ba ğlıdır. Birleştirme teknolojisinin tarihçesi, gerçekte bir grup insan kütlesinin tarihidir. Bunlar ın büyük   bir k ısmı ufak tamircilik yapan, bir k ısmı da hayal kuranlard ır desek daha uygun olur. Bütün  bunlar ın hepsi de kendilerine göre bir katk ıda bulunmu şlardır. Bu insanlar, s ık sık kazançl ı olmayan ara ştırmalarla, arkada şlar ının alaylar ına bile maruz kalm ışlardır. Fakat bütün bunlara rağmen neye inanm ışlar ise, onun için sava şan bu insanlar, ufak katk ılar ı ile dünyamıza iyi bir  metal birleştirme usulünü armağan etmişlerdir. Bunlar ın başlıcalar ı ise, lehimleme veyahut da demirci kayna ğı ile yapılan birleştirmelerdir. Günümüzde demirci kayna ğı, pratikte her ne kadar  unutulmuş ise de, orijinal bir metal birle ştirme işlemi olarak nazari itibara al ınabilir. Birinci Dünya Sava şından sonra kaynak teknolojisi ilerlemelerini sa ğlamlaştırmış ve tamir yöntemi olarak kullan ılmasının yanında, üretim arac ı haline de gelmi ştir. Kaynak endüstrisinde önceleri az, sonralar ı da daha çok bir talep görünmeye ba şlandı 1941 ila 1942 y ıllar ı arasında kaynak  endüstrisi % 350 nispetinde fazla bir kapasiteye eri şti. Bu ise, gelece ğin ancak bir k ısmı idi. Türkiye’de kayna ğın gelişmesi 1950’li yıllar ın ortasından itibaren olmu ştur. İstanbul Teknik  Üniversitesi eğitim planına kayna ğı 1951’de almıştır. Makine Malzeme ve İmal Usulleri Enstitüsü, endüstriye ilk kaynak kurslar ını 1955 yılında açmıştır. Ayr ıca, Ankara’da önceleri Yüksek Teknik Ö ğretmen Okulu’nda daha sonralar ı Teknik Eğitim Fakültesi bünyesinde kaynak  eğitimi ile ilgili çeşitli dersler verilmiş ve 2000 y ılında kaynak alan ındaki geli şmeleri duyurmak  ve iletişimi sağlamak üzere Gazi Üniversitesi Teknik E ğitim Fakültesi’nde Kaynak Teknolojisi Derneği kurulmuştur. Endüstride kullan ılan imalat yöntemleri aras ında kaynak, en çok kullan ılan birleştirme tekniklerinden birisidir. Teknolojinin ilerlemesiyle yeni kaynak yöntemleri geli ştirilmiş ve klasik 

2

kaynak yöntemleri ilerletilmi ştir. Yapılan araştırmalar sonucu elde edilen malzeme gruplar ını işleme ve birleştirmeye yönelik çal ışmalarda buna paralel olarak geli şmiş ve bu doğrultuda metallerin özelliklerini kaybetmeden birbirleriyle birle ştirme gereksinimi ortaya ç ıkmıştır. Bilindiği gibi, günümüzde metal ve metal olmayan birçok malzemenin birle ştirilmesinde değişik  kaynak yöntemleri uygulanmaktad ır. Ayr ıca, kaynak teknolojisi konusundaki geli şmeler  elektronik ve bilgisayar alan ındaki gelişmelerle daha da h ızlanmıştır. Bu günkü teknikte kaynak  yöntemlerinin yayg ın uygulanabilmesi, mikro birle ştirmelerden, yüksek nüfuziyet derinli ği isteklerine kadar ihtiyaçlar ı giderebilmesi nedenine dayand ığı gibi, başlangıçta ortaya ç ıkan  problemlerin büyük çapta çözümlenmi ş olmasına da borçlu bulunmaktad ır. “Modern Kaynak  Yöntemleri” olarak da tan ımlanan bu yeni uygulamalar bir yandan birle ştirilmelerde ön görülen koşullara bağlı olarak seçilip kullan ılmakta, di ğer yandan yeni isteklere göre geli şmelerini sürdürmektedirler. Ancak, bu derece hayati öneme sahip kaynak i şlemleri için kaynak yöntemi seçimi teknik beceri ve bilgisi yeterli olmayan vas ıfsız kişilerce yapılmakta ve sonuçta telafisi olmayan kazalar meydana gelmektedir. Haz ırlanan bu notlarda, konstrüksiyona uygun kaynak  yönteminin seçimi ve bu kaynaklar ın tanıtılması amaçlanmıştır.

3

2. TIG KAYNAK YÖNTEM İ TIG kaynağı; kaynak için gerekli ısı enerjisi bir tungsten elektrod ve i ş parçası arasında oluşturulan ark taraf ından sağlanan ve kaynak bölgesi de elektrodu çevreleyen bir nozuldan gönderilen asal gaz taraf ından korunan kaynak yöntemidir ( Şekil 2.1). Koruyucu bir asal gaz atmosferi altında kaynak yöntemi uygulamas ı ilk defa İkinci Dünya sava şında uçaklarda kullanılan bazı magnezyum ala şımlı parçalar ın birleştirilmesiyle başlamıştır. Çok k ısa bir süre içinde bu yöntemin çe şitli sahalarda kullan ılabilmesi ve di ğer yöntemlerle kaynat ılması zor metal ve alaşımlar ın kaynağı için uygunluğu anlaşılmış ve bugün en çok aran ılan yöntemlerden birisi haline gelmiştir.  Nozul Koruma gazı Dolgu metali

Ark 

Kaynak yönü

Esas metal Kaynak metali

Kaynak havuzu

Şekil 2.1. TIG kayna ğının prensibi. Bu yöntemde kaynak edilen parça ile erimeyen elektrod (Tungusten ve / veya ala şımlar ı) arasında oluşturulan bir elektrik ark ı kaynak için gerekli s ıcakl ığı sağlar. Atmosferin kaynak   bölgesine olan olumsuz etkilerine mani olabilmek için banyo ve elektrod kaynak esnas ında bir  asal gaz ak ımı ile örtülür. İlave TIG kayna ğında başlangıçta helyum daha sonralar ı ise argon gaz ı kullanılmaya başlamıştır. Hafif metal ve ala şımlar ının kaynağında kullanılan argon gaz ının çok  saf olması gerekir. Aksi taktirde gaz içerisinde bulunabilecek su buhar ı, oksijen ve azot gibi safiyetsizlikler kayna ğın kalitesini düşürür. TIG kaynağı paslanmaz çelik, alüminyum, magnezyum, bak ır ve diğer demir dışı metaller gibi kaynak i şlemi zor olan metallerin  birleştirilmesinde yaygın olarak kullan ılmaktadır. Tel kullanıldığı hallerde, tel kaynak bölgesine aynı oksi asetilen kayna ğında olduğu gibi verilir. Şekil 2.2’de TIG kayna ğı ile elde edilmiş bir  kaynak diki şi görülmektedir.

Şekil 2.2 Kaynak diki şi fotoğraf ı

4

TIG Kaynak Donan ımı Bir TIG kaynak donan ımı şu k ısımlardan oluşur: • Kaynak hamlac ı diye de adland ır ılan bir kaynak torcu. • Kaynak ak ım ve kumanda şalter kablosunu, gaz hortumunu ve gerekti ğinde soğutma suyu giriş ve çık ış hortumlar ını bir arada tutan metal spiral takviyeli, torç ba ğlantı paketi. • Kaynak ak ımının, gaz ak ışının ve gerekti ğinde soğutma suyunun devreye giri ş ve çık ışını, ark ın tutuşmasını ve alternatif ak ım ile çalışma halinde ark ın sürekliliğini sağlayan devreleri de bünyesinde toplayan kumanda dolab ı. • Kaynak ak ım üreteci. • Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibat ı bulunan koruyucu gaz tüpü.

TIG Kaynak Torcu TIG kaynak yönteminde torç, i ş parçası ile ucundaki tungsten elektrot aras ında kaynak için gerekli olan elektrik ark ını oluşturabilmek için, ak ım kablosundan ald ığı ak ımı elektroda iletmek, koruyucu gaz ı kaynak banyosunun üzerini örtecek biçimde sevk etmek görevlerini yerine getirmek için geliştirilmiş bir elemandır.

(a)

(b)

Kaynak yönü

Soğutma su girişi

Elektrikli düğme Gaz geçişi Dolgu metali

Tungsten elektrod Koruma gazı Ark  Katılaşmış kaynak  metali

Dolgu metali

Koruyucu gaz tüpü

AC veya DC Ak ım üreteci

Torç

İş parçası Ayak pedalı (seçmeli)

Atık  su

Ergimiş kaynak metali

Şekil 2.3.(a) TIG kaynak torcu şematik, (b) TIG kaynak donanımı Bir TIG torcunun çekirdek k ısmını erimeyen tungsten elektrodun tutucusu olu şturur. Bu parça genel olarak üzerinde boylamas ına yar ıklar bulunan ve bir taraf ı konik bir kovandır ve elektrod yüksüğü adı ile de anılır. Her büyüklük ve türdeki torçlar için kullan ılan çeşitli boyutlardaki tungsten elektrodlar ın boyutlar ına uygun farklı iç delik çaplar ında, dış boyutlar ı aynı olan elektrod tutucular ı üretilmiştir, diğer bir anlatımla her çaptaki elektrod için ayr ı bir elektrot tutucusu vardır. Elektrot tutucusu, elektrot tutucusu kovan ı diye adland ır ılan bir parçanın içine girer ve bu  parça da özel bir somun ile torç gövdesine tespit edilir. Torç gövdesinin uç k ısmına tak ılan koruyucu gaz nozulu çe şitli çaplarda üretilir, ayn ı torca gaz gereksinimine ve kaynak i şlemine göre çeşitli büyüklüklerde gaz nozulu tak ılabilir. Genel olarak koruyucu gaz debisi artt ıkça, gaz nozulu çapı da büyür. Uygulama yerine ve kullan ılan ak ım şiddetine göre çe şitli tip torçlar geliştirilmiştir; su ve hava ile soğutulan tipleri mevcuttur, genellikle 100 A kadar olanlar hava, daha yüksek ak ım şiddetine çalışanlar ise su ile so ğutulurlar.

5

TIG Kaynağı Ak ım Üreteçleri Günümüzde TIG kaynak yönteminde ak ım üreteci olarak transformatör ve redressör türleri  jeneratör ve alternatörlere nazaran çok daha yayg ın bir kullanma alanına sahiptir. Redresörler, ak ımı kaynak gerilimine ayarlayan bir transformatör ve bu ak ımı doğrultan bir redresörden oluşmuşlardır, bu neden ile hem do ğru ak ım hem de alternatif ak ım üreten bu tür üreteçler ile her  tür metal ve alaşımın kaynağını yapmak mümkün olabilmektedir. Cihaz üzerindeki bir  şalter  yardımı ile kaynak ak ımı ister transformatör ç ık ışından, istenir ise de redresör ç ık ışından alınabilir; redresör çık ışından ak ım çekme halinde, bir ba şka şalter yardımı ile düz kutuplama (torç negatif kutupta) veya ters kutuplama (torç pozitif kutupta) ba ğlantılar ından bir tanesi seçilebilir; bu seçimi kaynakç ı kaynak yapaca ğı metal ve alaşımın türüne göre belirler. Günümüzde geli şmiş TIG kaynak redresörleri bir de darbeli ak ım üretecek biçimde dizayn edilmişlerdir. Darbeli ak ım doğru ak ımın şiddetinin iki sınır değer arsında öngörülen frekansta değişmesidir. Bu şekilde ak ımın üst sınır değerinin nüfuziyeti ele edilebilmekte ve ayn ı zamanda ortalama ak ım şiddetinin ısı girdisi parçaya uygulanmaktad ır bu bak ımdan daha çok D.A.E.N. ile çalışmada tercih edilen darbeli ak ım pozisyon kaynaklar ında çok iyi sonuçlar vermektedir. Kural olarak TIG kaynak usulünde alüminyum, magnezyum gibi ala şımlar ın kaynağında alternatif ak ım (AC), bak ır ın kaynağında ise sadece do ğru ak ım (DC) kullanılır, diğer  malzemelerin kayna ğında ak ım cinsinin hissedilir bir tesiri olmamakla birlikte genelde DC ak ımı kullanılır. Negatif kutup so ğuk kutuptur ve bu nedenle kaynak s ırasında tunsten elektrodun ak ım yüklenebilirliği ve dayanıklığı pozitif kutuplamasına göre negatif kutuplanmas ı halinde çok daha yüksektir. Alternatif ak ımda kullanım halinde tungsten elektrodun ak ım yüklenebilirliği, doğru ak ımda negatif kutuplamadaki de ğerine erişemez ancak pozitif kutuplamaya göre birkaç kat daha yüksektir. Yüksek sıcaklıkta ergiyen oksit tabakas ı içeren malzemelerde kat ı oksit tabakası, kaynak   banyosunun akmas ını ve damlalar ın üzerine düştüğü paso ile birle şmesini engeller. Yakla şık  2050 oC’lik ergime sıcaklığıyla alüminyumoksit, ergitme kayna ğında çok zor parçalanan oksitlerden biridir. TIG kayna ğında bu oksit tabakas ının uzaklaştır ılması arktaki yük taşıyıcılarla sağlanır. Yük taşıyıcılar, elektronlardan ve elektronlar ın ayr ılmasıyla oluşan pozitif yüklü gaz iyonlar ından oluşur. Elektronlar büyük bir h ızla hareket eder ancak, kütlelerinin küçüklü ğü nedeniyle kinetik enerjileri azd ır. Bu nedenle sadece iyonlar, esas malzeme yüzeyine çarptıklar ında oksit tabakas ını parçalamak için yeterli enerjiye sahiptir. DA elektrod negatif  E      l      e     k     t      r     o     n   

    n    o     y          İ

DA elektrod pozitif 

    n    o     y          İ

E      l      e     k     t      r     o     n   

 AA (dengeli)

    n    o     y          İ

E      l      e     k     t      r     o     n   

Kaynak havuzu

Derin ve dar nüfuziyet Yüzeydeki oksit temizlenmez

Sığ ve geniş nüfuziyet Yüzeydeki oksit temizlenir 

Şekil 2. 4. TIG kayna ğında arkta yük ta şıyıcılar ın üç farkl ı hareketi

Orta nüfuziyet Yüzeydeki oksit temizlenir 

6

Şekil 2.4’de arktaki yük ta şıyıcılar ın hareketleri şematik olarak verilmi ştir. Elektronlar katottan anoda doğru yer de ğiştirir ve burada çarpma sonucu ısı üretilir. İyonlar ise ters yönde hareket eder. Ancak iyonlar ın kinetik enerjisi, sadece elektrod anod ve parça da katod oldu ğunda kaynak   banyosunun yüzeyi üzerine uygulanabilir. Fakat bu şekilde temizleme etkisi önemli oranda düşük olur. Çünkü pozitif kutuplanm ış elektrodun kuvvetli bir  şekilde ısınması, ak ım şiddetini zayıflatır. Alternatif ak ım kullanılması ile bu durumun iyi bir ortalamas ı elde edilebilir. TIG Kaynak Yönteminde Kullan ılan Kaynak Makineleri Tüm ark kaynak yöntemlerinde, kaliteli bir kaynak diki şi eldesi ancak kararl ı bir ark ile gerçekleşebildiğinden, kaynak makinesinin seçimine özen göstermek gereklidir, TIG kaynak  yönteminde, ark ın kararlılığı, kutuplama ve ak ım türü diğer ark kaynak yöntemlerinden daha etkin bir biçimde kaynak diki şinin kalitesini etkiledi ğinden bu konuda daha büyük özen göstermek gereklidir. TIG kaynak yönteminde, kaynat ılan malzemenin türüne göre hem alternatif ak ım hem de do ğru ak ım kullanıldığından, modern kaynak makineleri her iki tür ak ımı da gerekti ğinde sağlayabilecek türde tasarlanm ışlardır. TIG kaynağında kullanılan redresörler, ak ımı kaynak  gerilimine ayarlayan bir transformatör ve bu ak ımı doğrultan bir doğrultmaçtan oluşmuşlardır. Son yıllarda inverterler TIG kaynak yönteminde yayg ın bir uygulama alan ı bulmuştur; bu ak ım üreteçleri daha hafif oluklar ı gibi daha stabil bir ark olu şturduklar ından pek çok kullan ıcı taraf ından tercih edilmektedirler.

TIG Kaynağında Yardımcı Elektrik Donanımları: 1-Yüksek Frekans Üniteleri : Yüksek frekans cihazlar ının TIG kaynak usulünde şu faydalar ı vardır: a) Alternatif ak ımda, bilhassa pozitif yar ım sayk ıllar ın ba şlangıcında, sıf ır peryodlar ında ark ın ateşlenmesine yardım eder ve bu suretle yüksek bo şta çalışma gerilimi ihtiyacını ortadan kaldır ır. b) Tungsten elektrod ile parça aras ında fiziksel temasa lüzum kalmadan ark ın ateşlenmesini sağlar. 2) Kaynak Kontaktörleri : Kontaktörler kaynak yap ılmadığı anlarda torçda boşta çalışma gerilimi  bulunmasını önleyerek operatörü kaynak ak ımına kar şı tedric ederler. 3) Otomatik Argon Ekomösörü: Bu cihazlar bir otomatik zaman rölesi gibidir; K ızıl derecede tavlı tungsten elektrodun havada oksitlenmesini önlemek için kaynaktan sonra asal gaz gönderme süresin hassas olarak ayarlamaya yararlar.

TIG Kaynak Elektrodlar ı TIG kaynak yöntemi ile di ğer elektrik ark kayna ğı yöntemleri arasındaki en önemli fark, ek  kaynak metalinin elektrod taraf ından sağlanmaması ve elektrodun sadece ark olu şturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bak ımdan burada, erime s ıcaklığı 3500°C civar ında olan Tungsten, elektrod malzemesi olarak seçilmi ştir. Yüksek erime sıcakl ığının yanı sıra tungsten çok kuvvetli  bir elektron yayıcıdır ve yay ınan elektronlar ark sütunu içinde kuvvetli bir elektron ak ımı oluşturur ve ark sütunundaki atomlar ı iyonize ederek, ark ın kararlılığını sağlar. Günümüz endüstrisinde ticari safl ıktaki tungsten (% 99.5 W) ile toryum, zirkonyum ve lantanyum ile alaşımlandır ılmış elektrodlar kullanılmaktadır. Uygulamada kar şılaşılan TIG kaynak 

7

elektrodlar ını, saf tungsten elektrodlar, ala şımlı elektrodlar ve çizgili elektrodlar olmak üzere üç grup altında toplamak mümkündür. TIG kaynak elektrodlar ı, AWS A5.12 ile DIN 32528'de  bileşimlerine göre sınıflandır ılmış ve bunlar ı birbirlerinden kolaylıkla ayırt edebilmek için de renk  kodlar ı kullanılmıştır. Çizelge 2.1. Tungsten elektrodlar ın kimyasal bileşimleri ve renk kodlar ı (DIN 32528) İşareti Malzeme No. Oksit İçeriği Katışk ılar % W 2.6005 <0.20 WT 10 2.6022 0.90…1.20 ThO2 <0.20 WT 20 2.6026 1.80…2.20 ThO2 <0.20 WT 30 2.6030 2.80…3.20 ThO2 <0.20 WT 40 2.6036 3.80…4.20ThO2 <0.20 WZ 4 2.6050 0.30…0.50 ZrO2 <0.20 WZ 8 2.6062 0.70…0.90 ZrO2 <0.20 WL 10 2.6010 0.90…1.20 LaO2 <0.20

Renk Kodu Yeşil Sarı   Kırm   ızı Leylak   Portakal Kahverengi Beyaz Siyah

DIN 32528 de TIG kaynak elektrodlar ının çaplar ı 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 boylar ı ise 50, 75, 150, 175 mm olarak belirlenmi ştir. AWS A5.12 de ise elektrodlar ın çaplan 0.01, 0.02, 0.04, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 3/16, 1/4 inç boylar ı ise 3, 6, 7, 12, 18 ve 24 inç olarak saptanm ıştır, 7 inçten daha uzun olanlar sadece mekanize ve otomatik kaynak  yöntemlerinde kullanılırlar. Uygulamada elektrod çap ı, elektrodun maksimum ak ım yüklenebilme kapasitesi göz önüne al ınarak seçilmelidir, bu de ğere yaklaşıldığında ark ın ısı yoğunluğu artmakta, daha stabil bir ark ile nüfuziyeti fazla, diki ş yüksekliği az bir dikiş elde edilebilmektedir. TIG kaynak yönteminde kullan ılan elektrodlar ın ak ım yüklenebilme kapasitesi çok say ıdaki etkene ba ğlı olarak oldukça geni ş bir aralık içinde de ğişmektedir. Bu etkenleri şu şekilde sıralayabiliriz; • • • • •

•

Elektrodun bileşimi, Koruyucu gazın türü, Elektrodun, elektrod tutucusunun d ış k ısmında kalan boyu, Elektroda uygulanan so ğutma sisteminin etkinliği, Ak ım türü ve kutuplama, Kaynak pozisyonu.

TIG kaynağında kullanılan tungsten elektrodlar kural olarak boylamas ına taşlanmalıdır (Şekil 2.5). Aksi halde dönel ta şlama izleri ark ın sapmas ına ve ak ımın sınırlanmasına neden olur. Gerekli durumlarda ta şlama tozlar ının parlatılarak uzaklaştır ılması gereklidir. TIG kaynak  elektrodunun uç formunu uzun süre koruyabilmek için kaynak parametrelerinin uygun seçilmesi gereklidir. Kaynak esnas ında (elektrod uçlar ını koruyabilmek için) ak ımın doğru ayarlandığı elektrod ucunun ald ığı şekilden kolayca anla şılabilir. Şekil 2. 6’da alternatif ak ımda elektrod çaplar ına göre elektrod uç formlar ı görülmektedir.

8

D 30o

~

   D    2     ~

Şekil 2.5 TIG kaynak elektrodlar ının taşlanması (Doğru ak ımla kaynakta elektrod ucu) D

D

D

~90o

D < 1,6 mm

D ≥ 1,6 mm

Şekil 2.6. Elektrod çap ına göre elektrod uçlar ı (Alternatif ak ımla kaynakta elektrod ucu) Elektrod Tutucuları Elektrod tutucular ı, TIG kaynak yönteminde elektrodu torca ba ğlayan ve ayn ı zamanda da elektroda kaynak ak ımını ileten bir parçad ır. Bunlar genellikle bak ırdan yapılır ve iç delikleri kullanılan elektrodun çap ına uygun olarak hassas bir  şekilde işlenmiştir. Otomatik kaynak  uygulamalar ında sıcaklığa dayanıklı olabilmeleri açısından nikel-krom alaşımlar ı da kullanılmaktadır. Elektrod tutucular yar ıklı veya sürmeli türde üretilmektedir ve elektrod ile temas eden iç k ısmı elektrod ile tam temas ı sağlayacak bir yüzey düzgünlü ğüne sahiptir d ış k ısmı da elektrod tutucu yüzü ğü diye adland ır ılan parçan ın iç k ısmına yerleştiğinden hassas bir  şekilde işlenmiştir. Elektrod tutucular ının her kullanımdan önce özellikle iç k ısımlar ı kontrol edilmeli, kir, yağ artıklar ı temizlenmeli, iç k ısmı derin bir biçimde çizilmi ş veya tungsten elektrodun uygun çapta olmamas ı nedeni ile ark oluşması sonucu içinde kraterler olu şmuşlar  kullanılmamalıdır.

Torç Bağlantı Paketi TIG kaynak donan ımlar ın büyük bir k ısmında, torç kaynak ak ım üretecine, içinde ak ım kablosunu, koruyucu gaz hortumunu, kumanda kablolar ını ve gerekti ğinde de so ğutma suyu geli ş ve gidiş hortumlar ını bir arada tutan, torç ba ğlantı paketi diye adland ır ılan bir metal spiral takviyeli kalın bir hortum ile ba ğlanmıştır. Burada saf bak ırdan yapılmış olan ak ım kablosu makina veya torcun en üst ak ım değerini taşıyabilecek bir kesite sahiptir. Bu kesiti mümkün olduğu kadar ufaltabilmek amac ı ile su so ğutmanın var olduğu hallerde ak ım kablosu su hortumu içinden geçirilerek  ısınmamas ı sağlanır. Koruyucu gaz olarak helyum'un kullan ılması halinde, kauçuk helyumun diffüzyonuna mani olamad ığından özel bir plastikten imal edilirler.

9

Koruyucu Gaz Donan ımı TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak sadece asal gazlar kullan ılmaktadır, bu yöntemde koruyucu gaz içinde az miktarda dahi aktif bir gaz ın varlığına müsaade edilemez, zira kaynak  sırasında k ızgın durumda bulunan tungsten elektrod bu olaydan etkilenir. Koruyucu gaz bas ınçlı tüplerden veya stasyoner bir büyük bas ınçlı kaptan borular yard ımı ile dağıtılarak kullanım alanına sevkedilir. Ülkemizde TIG kayna ğı için gerekli gaz bas ınçlı tüplerden sağlanır, işletme içi merkezi gaz da ğıtım şebekeleri henüz uygulama alan ı bulamamıştır.

Koruyucu Gazlar TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanman ın tek amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve erimeyen tungsten elektrodu havan ın olumsuz etkilerinden korumakt ır. TIG kaynak  yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, Helyum ve argon veya bunlar ın kar ışımı gibi asal gazlar  olup, kimyasal bak ımdan nötr karakterde, kokusuz ve renksiz monoatomik gazlard ır. Kaynak  sırasında koruyucu gazlar kaynak bölgesine bir  ısı katk ısında bulunmasalar da, ısı girdisini bir  dereceye kadar etkilerler. TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak kullan ılan asal gazlar  veya bunlar ın kar ışımı kaynak sırasında k ızgın durumda bulunan tungsten elektrod ve erimi ş kaynak banyosu ile bir reaksiyon olu şturmazlar, kaynak metalinin kalitesine olumsuz bir etkide  bulunmamalar ına kar şın, kaynak h ızına ve kaynakl ı bağlantının kalitesine önemli etkide  bulunurlar. Argon ve helyumun kaynak karakteristiklerinin farkl ılığı bu gazlar ile yap ılan uygulamalarda,  bazı metal ve alaşımlar için biri diğerine nazaran daha iyi sonuçlar vermektedir. Argon sat ış fiyatının daha ucuz olmas ı ve kolay tedarik edilebilmesinin de etkisi ile TIG yönteminde en çok  kullanılan gazdır. Helyum doğada hidrojenden sonra en hafif gaz olup, özgül a ğırlığı 0,179 kg/m3 olup havadan yaklaşık 7 kat daha hafiftir; argonun özgül a ğırlığı ise 1,784 kg/m3 tür ve havadan 1,4 kere daha ağırdır. Bu farklılık her iki gaz ın kaynakta kullan ımında gaz sarfiyat ını etkilemektedir, tavan kaynak pozisyonu haricinde, kaynak i şlemende ayn ı korumayı gerçekleştirebilmek için daha fazla helyuma gerek vard ır. Ayr ıca kapal ı yerlerde yapılan kaynak i şlerinde, örneği bir kazan veya basınçlı kap içinde, havadan a ğır olan argonun yere çökmesine kar şın, helyum üst k ısımlarda biriktiğinden gerekli önlemin al ınmadığı hallerde kaynakç ının boğulmasına neden olabilmektedir. Aynı ak ım şiddetinde helyum atmosferi içinde olu şan 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, kal ın kesitli ve ısı iletkenliği yüksek olan malzemelerin kayna ğı ile otomatik kaynak uygulamalar ında helyumun tercih edilmesine neden olmaktad ır. Argon atmosferinde oluşturulan kaynak ark ı, helyuma nazaran daha yumu şak ve daha sakindir, ark ın sakinliği ve ısı girdisinin da kaynakç ıyı rahatsız etmeyecek mertebede olmas ından ötürü manuel kaynak uygulamalar ında argon gaz ı tercih edilir.

10

Çizelge 2.2. Argon ve Helyum gazlar ının TIG yönteminde davranışlar ının kar şılaştır ılması

Argon

Helyum

• Düşük ark gerilimi sonucu ısı girdisinin azalması, 1.5

• Yüksek ark gerimi sonucu oluşan daha

sıcak ark, ısı iletkenliği yüksek malzemeler  ile kalın parçalar ın kaynağında daha üstün sonuçlar verir.

mm'den ince parçalar ın el ile kaynağında büyük bir  üstünlük sağlar. • Alüminyum ve alaşımlar ı gibi yüzeyleri refrakter bir oksit

tabakası ile kaplı malzemelerin kaynağında temizleme etkisi daha şiddetlidir.

• Yüksek  ısı girdisi ve yüksek kaynak h ızı

daha dar bir ITAB oluşturur ve bunun sonucu kaynak bağlantısının mekanik  özelikleri iyileşir ve çarpılması ve kendini çekmeler azalır.

• Ark ın tutuşması daha kolaydır. Ark daha sakin ve daha

stabil yanar. • Havadan ağır olması nedeni ile daha az koruyucu gaz ile

• Havadan çok daha hafif olmas ı sonucu

daha etkin bir koruma sağlar.

koruyucu gaz sarfiyatı yüksektir ve torcun memesinden çıkan gaz ak ımı hava hareketlerine hassastır.

• Dik ve tavan kaynaklar ında, gaz sarfiyatının fazla

olmasına kar şın, ısı girdisinin azlığı sonucu oluşan, daha ufak kaynak banyosuna kaynakç ının kolaylıkla hakim olabilmesine olanak sağlar.

kaynak işlemlerinde yüksek  kaynak hızlar ında kar şılaşılan gözenek ve yanma çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir.

• Otomatik

• Otomatik kaynak işlerinde hızın yükselmesi, gözenek 

oluşumuna neden olur.

• Havadan daha hafif olması sonucu tavan

• Farklı metallerin kaynağında daha iyi sonuçlar al ınır.

kaynaklar ında daha iyi koruma sağlar.

Çizelge 2.3. Çeşitli metallerin TIG kaynağı için önerilen koruyucu gazlar ve elektrodlar  Metalin türü Alüminyum Bak ır ve Bak ır  Alaşımlar ı Magnezyum Alaşımlar ı  Nikel ve alaşımlar ı Yalın karbonlu ve az alaşımlı çelik  Paslanmaz Çelik  Titanyum

Kalınlığı

Ak ım Türü

Elektrod Türü

Koruyucu Gaz

Tüm Kalınlıklar  Kalın Parçalar  İnce Parçalar 

AA DAEN DAEP

W veya WT WT WT veya WZ

Ar veya Ar-He Ar-He veya Ar  Ar 

Tüm Kalınlıklar  İnce Parçalar  Tüm Kalınlıklar  İnce Parçalar  Tüm Kalınlıklar Tüm kalınlıklar  Tüm Kalınlıklar  İnce Parçalar  Tüm Kalınlıklar

DAEN. AA AA DAEP DAEN DAEN AA DAEN AA DAEN

WT W veya WZ W veya WZ WZ veya WT WT WT W veya WZ WT W veya WZ WT

Ar veya Ar-He Ar  Ar  Ar  Ar  Ar veya Ar-He Ar  Ar veya Ar-He Ar  Ar 

TIG Kaynak Yönteminin Uygulama Alanlar ı Bu yöntem genellikle hafif metallerin birle ştirilmesinde kullanılır. Çeşitli büyüklükteki torçlarla 15 mm ye kadar kal ınlıktaki parçalar ı kaynatmak mümkündür. Bu yöntemde yukar ıdan aşağıya doğru dikey ve tavan kaynaklar ının da uygulanmas ı mümkündür. Yüksek miktarda çinko ihtiva eden bronzlar, titanyum ala şımlar ı, zirkonyum, uranyum gibi kaynak kabiliyetleri zay ıf metaller  de bu yöntemle gözeneksiz olarak kaynat ılabilir.

11

TIG kaynak yönteminin kullan ıld ı ğ ı önemli alanlar  şunlard ır: 1. Her çeşit alüminyum konstrüksiyonlar; Mutfak tak ımlar ı, süt güğümleri, bira f ıçılar ı, boru tesisatlar ı tanklar, taşıt imalatı, hayal hatlar, teleferik kabinleri, gemi in şaatı v.s. 2. Döğme magnezyum parçalar. 3. Paslanmaz çelikler; Kimya ve g ıda sanayiinde kullan ılan cihazlar, buzdolab ı, boru tesisatı, tı bbi aletler, ısı eşanjörleri, tanklar, gaz ve buhar türbinleri, meme donan ımlar ı, uçak  motorlar ı, kaynatma kazanlar ı, çamaşır makineleri v.s. 4. Dezokside edilmi ş bak ır ve alaşımlar ı; Kimya endüstrisinde ve elektro-teknikte kullan ılan  bak ır donanımlar v.s. 5. Sert tabaka doldurma kaynağı; Supaplar ın oturma yüzeyleri, a şınan parçalar ın doldurulması v.s. 6. DKP çelik saclar; karoseri işleri, çok ince saclarla yap ılan konstrüksiyonlar, uçak in şaatı v.s. 7. Özel işler; transformatör saclar ı, çinko kapl ı saclar, atom reaktörlerini in şasında kullanılan çeşitli parçalar ın imalatı v.s. TIG kaynak usulü memleketimizde son senelerde paslanmaz çelik e şya üreticileri taraf ından kullanılmaya başlanmış ve argon kayna ğı adı altında tanınmıştır.

TIG Kaynak Makinelerinde ve Yöntemin Uygulanmas ında Ortaya Çıkan Problemler ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Aşır ı Tunsten elektrod tüketimi Doğru ak ımda ark gezinmesi Alternatif ak ımda ark gezinmesi Doğru ak ımda ark ba şlamıyor veya zor ba şlayabilir. Doğru ak ımda kararlı olmayan ark olu şumu Alternatif ak ımda kararlı olmayan ark olu şumu İş parçası üzerinde Tunsten kal ıntısı Kaynak dikişinde gözeneklilik 

TIG Kaynak Yönteminin Avantajlar ı Bütün metal ve ala şımlar kaynatılabilir. Paslanmaz çelikler, ısıya mukavim çelikler dökme demir ve çelik, alüminyum, magnezyum bak ır ve alaşımlar ı, titanyum, nikel, molibden, niobyum, tungsten gibi. 2. Bu yöntemle yap ılan kaynaklarda mukavemet ve kalite bak ımından mükemmel dikişler elde edilir. 3. Dekapana ihtiyaç yoktur. 4. Kaynak dikişleri genellikle kaynaktan sonra oldu ğu gibi kullanılır. 5. Çok küçük alan ın ısıtılması ve ısının sürekli transferi dolay ısıyla diğer yöntemlere göre çarpılmalar daha azd ır. 6. Tungsten elektrodla diki şte çok az bir karbür ayr ışması meydana gelir. 7. Her çeşit birleştirme şekli uygulanabilir; yatay, dik ve tavan pozisyonlar ında kaynak  yapılabilir. 8. Kaynak torcu hafiftir ve dolay ısıyla rahat bir çal ışma olanağı sağlar. 9. Bu yöntem sayesinde ayr ı cins metalleri ve ala şımlar ı birbirleriyle kaynatmak mümkündür. 10. TIG kaynak yönteminde genellikle koruyucu gaz olarak Argon kullan ılır. 1.

12

3. MIG-MAG ARK KAYNAĞI Gazaltı kayna ğında kaynak için gerekli ısı eriyen ve sürekli beslenen bir tel elektrodla, i ş parçası arasında oluşturulan ark yoluyla ve elektroddan geçen kaynak ak ımının elektrodda olu şturduğu direnç ile ısıtması yoluyla üretilir. Kaynak yap ılacak bölge havan ın olumsuz etkilerinden bir gaz ortamı ile korunduğundan bu yöntem “Gazalt ı ark kaynak yöntemi” olarak adland ır ılır. Koruyucu Koruyucu Gazgirişi gaz

elektrod TelTel Elektrod kablosu ımım  Ak Ak  Kablosu

Girişi

Kaynak 

Kaynak  Yönü yönü

KatKat mlaşm ılaşı ış ış Kaynak  kaynak metali Metali Ark   Ark 

Tel klavuzu ve Tel Klavuzu Ve temas tüpü

Temas Tüpü

Gazmemesi Memesi Gaz Koruyucu gaz

Koruyucu Gaz İşİşparças ı ı Parças Ergimi ş kaynak  Ergimiş Kaynak  metali Metali

Şekil 3.1 Gazalt ı Kaynağının Prensibi. Bu kaynak usulü, koruyucu gaz ın özelliğine bağlı olarak iki ayr ı isimle adlandır ılır. Kaynak  işleminde asal gaz kullan ılıyor ise MIG (Metal Inert Gas), aktif gaz kullan ılıyor ise MAG (Metal Aktif Gas) olarak adland ır ılır. Sonuç itibariyle iki ayr ı isimle adlandır ılan kaynak çe şitlerinde ekipmanlar ayn ıdır. Sadece CO 2 korumalı kaynakta tüp ç ık ışına bir ısıtıcı eklenir. MIG – MAG kaynak tekniklerinin çok geni ş bir uygulama alan ına sahiptir. Bu yöntem ile çok  ince levhalar dahil olmamakla beraber, her kal ınlıkta demir esaslı ve demir dışı metallerin veya alaşımlar ının kaynak i şlemi mümkündür. MIG – MAG kaynak yönteminin uygulanmas ı, kolay olduğundan kaynakç ı hiçbir güçlükle kar şılaşmaz, toprak kablosunu kaynat ılacak malzemeye  bağlayı p torcun ucundaki elektrodu da i ş parçasına değdirmesi yeterli olacakt ır. Kaynakçı taraf ından ilk ayarlar yap ıldıktan sonra ark ın elektriksel karakteristi ğinin kendi kendine ayar ını otomatik olarak kaynak makinas ı sağlar. Bu nedenle yar ı otomatik kaynakta kaynakçının gerçekleştirdiği elle kontroller, kaynak h ızı, doğrultusu ve torcun pozisyonundan ibarettir. Uygun donan ım seçilip, uygun ayarlar yap ıldığında ark boyu ve ak ım şiddeti (elektrod  besleme h ızı) kaynak makinas ı taraf ından otomatik olarak sabit de ğerde tutulur. Gazalt ı kaynağı için gerekli donan ım Şekil 3. 2’de verilmi ştir. Kaynak donan ımı 4 temel gruptan olu şmuştur: a)  b) c) d)

Kaynak torcu ve kablo grubu Elektrod besleme ünitesi Güç ünitesi Koruyucu gaz ünitesi

13

Torç ve kablo grubu üç görevi yerine getirir. Koruyucu gaz ı ark bölgesine ta şır. Elektrodu temas tüpüne iletir ve güç ünitesinden gelen ak ım kablosunu temas tüpüne iletir. Kaynak torcunun tetiğine basıldığı zaman, i ş parçasının aynı anda gaz, güç ve elektrod iletir ve bir ark olu şur. Ark   boyunu kendi kendisini ayarlamas ını sağlamak için tel besleme ünitesi ile güç ünitesi aras ında ilişki sağlayan iki türlü çözüm mevcuttur. Bunlardan en fazla bilineninde sabit gerilimli bir güç ünitesi (yatay gerilim-ak ım karakteristiği sağlayan güç ünitesi) ile sabit h ızlı elektrod besleme ünitesi kullanmaktadır. İkinci çözüm ise azalan bir gerilim-ak ım karakteristiği sağlar ve elektrod  besleme ünitesinin besleme h ızı ark gerilimi yoluyla kontrol edilir. Sabit gerilim / sabit besleme hızı çözümünde torcun pozisyonundaki de ğişme kaynak ak ımında değişmeye neden olur. Kaynak ak ımındaki değişme ise derhal serbest elektrod uzunlu ğunu değiştirerek (elektrod erime hızı değiştiğinden) ark boyunun sabit kalmas ını sağlar. Torcu iş parçasından uzakla ştırma nedeniyle serbest elektrod uzunlu ğunda meydana gelen artma kaynak ak ımında azalmaya neden olarak elektrodda direnç ısıtmasının da ayn ı değerde kalmasını sağlar. Diğer çözümde ise, ark  geriliminde meydana gelen de ğişmeler elektrod besleme sisteminin kontrol devrelerini yeniden ayarlar ve bu sayede elektrod besleme h ızı uygun bir şekilde değiştirilir. Tel sürme kontrol ünitesi

Tel elektrod  bobini

Gaz tüpü Kaynak torcu

Toprak hattı

İş parçası

Ak ım üreteci

Şekil 3. 2 MIG - MAG kaynak donanımı şeması. MIG – MAG kaynak tekni ğinde kullanılan elektrotlar ın çaplar ının ince olmas ı nedeniyle ak ım yoğunluğu yüksektir (100 – 300 A/mm 2). Ak ım yoğunluğunun yüksekli ği; metal transfer  formunu, kaynak h ızını ve nüfuziyet profilini olumlu yönde etkilemektedir.

MIG – MAG kayna ğı ak ım üreteçleri Kaynak güç üniteleri ark olu şturmak için elektrik gücünü elektroda ve i ş parças ına iletilir. Gazaltı kayna ğının büyük bir k ısmında elektrodun pozitif kutupta oldu ğu do ğru ak ım kullanılır. Bu nedenle güç ünitelerinin pozitif ucu torca, negatif ucu ise i ş parçasına bağlanır. Doğru ak ım güç ünitelerinin ba şlıca tipleri motor tahrikli jeneratörler (dönen ve hareketli tip) ve transformatör redresörlerdir (statik veya hareketsizdir). Bir güç kaynağının yatay karakteristi ği sahip olup olmadığına şu şekilde karar verilir; ak ım üretecinin karakteristi ğinin eğimi her 100 amperde 1 – 5 volt aras ında bir değişim gösteriyor ise

14

 bu makine yatay karakteristi ğe sahiptir. Şekil 3.3’de görüldüğü üzere gerilimdeki küçük  değişmelere kar şılık ak ımdaki değişmeler oldukça büyüktür.

40

 A

30    t    l   o    V2 0

B

C

10 0 0

50

100

150

200

250

300

 Amper 

Şekil 3. 3. Yatay karakteristi ğe sahip bir makinenin I - V ili şkisi. MIG – MAG kayna ğı ak ım üreteçlerinde içten ayar diye adland ır ılan ark boyu ayar ı vardır. Bu makinelerde ark gerilimi, tel ilerleme h ızı ve buna ba ğlı olarak da ak ım şiddeti ayarlanır. Tel ilerleme motorunun h ızı seçilen bir devirde dönece ğinden tel ilerleme h ızı sabittir. Kaynak işlemi esnasında herhangi bir sebeple ark boyu uzad ığı zaman ak ım şiddeti büyük miktarda azal ır. Bu olay şematik olarak  Şekil 3.4’de gösterilmi ştir. Ark boyunun artmas ı ak ım şiddetinin düşmesine, dolayısıyla tel ergime miktar ının azalmasına neden olur. Bu s ırada sabit h ızla gelen tel, ark ı normal konumuna döndürür. Ark boyu k ısaldığında ak ım şiddeti yükselir, tel ergime miktar ı artar, sabit gelen tel h ızı ark ı normal boyuna döndürdü ğü içinde ak ım ve gerilim değerleri uygun değerlere seyreder.

1

2

5 4

3

4 5

         İ

   T    E    M   D    I    D    K         İ    A        Ş

SÜRE

   M    L

         İ          İ

   R    E    G

2 2

3 3

55 11

4 4

SÜRE

Şekil 3.4 Ark uzunlu ğunu içten ayar yard ımı ile ayarlanmas ı.

15

İnverter türü kaynak makineleri Kaynak teknolojisindeki en son geli şmelerden bir tanesi hatta en önemlisi inverter türü ak ım üreteçlerinin uygulamaya girmi ş olmasıdır. İnverterler daha önceleri uçak endüstrisinde, kontrol devrelerinde doğru ak ım üretiminde kullanılmaya başlanmış ve kazanılan deneyimler bunlar ın kaynak endüstrisinde de güç kayna ğı olarak kullanılmasına olanak sa ğlamıştır. Alışılmış kaynak ak ım üreteçlerinde, şebekeden çekilen alternatif ak ım (A.A) direkt olarak bir  transformatöre girer, burada ak ımın frekansı değişmez sadece gerilimi ayarlan ır ve bu ak ım redresörde do ğrultulur ve filtre edilerek kaynak için gerekli ko şullarda doğru ak ım elde edilir ve kontrol devreleri de ç ık ış ak ımından aldıklar ı sinyalleri (ak ım üreteç değerleri) ile kar şılaştırarak  redresör çık ışını ayar eder.

İnverterler de ise, şebekeden çekilen A.A. önce bir redresöre girer ve do ğru ak ım haline dönüştürülür ve bu ak ım Chooper diye adland ır ılan özel bir cihazda yüksek frekansl ı A.A. haline dönüştürülür. Kaynak işlerinde kullanılan inverterlerde bu frekans 20.000 Hz mertebesindedir. Bu yüksek frekansl ı A.A. transformatör gerilimi kaynak için uygun de ğere indirilir ve buradan çıkan ak ım aynen al ışılmış redresörlerde olduğu gibi bir redresörde do ğrultulur ve bir filtreden geçirilerek kaynak için gerekli ko şullarda doğru ak ım elde edilir. Sonuç olarak, gerek al ışılmış ak ım üreteçlerinde ve gerekse de inverterlerde şebeke ak ımı kaynak için gerekli ko şullardaki doğru ak ıma dönüştürülmüş olur, ama burada inverterin sa ğladığı çok önemli üstünlükler vard ır. • Transformatörlerin büyüklü ğü A.A.’ın frekansı

ile ters oranlıdır; frekans büyükçe transformatör küçülür. Ayn ı ak ım gücündeki bir normal redresör ile inverter  kar şılaştır ıldığında, inverterin a ğırlık olarak % 25 ve boyut olarak ta % 33 daha küçük oldu ğu görülür.

• İnverterler daha yüksek bir verim ve daha küçük bir güç faktörüne sahiptirler ve dolay ısı ile

inverter kullanımı halinde elektrik giderlerin önemli bir azalma ortaya ç ıkmaktadır ve özellikle 200 A’in altındaki ak ım şiddetleri ile çalışma halinde bu verimlilik daha da büyümektedir. • İnverterlerin en önemli avantaj ı kaynak ark ının stabilizesinin, performans ının ve kontrol

kabiliyetinin artmasıdır. Kontrol devresi inverterin ç ık ışını saniyede 20.000 kez de ğiştirebilme ve ark kontrolünün çok hassas bir biçimde gerçekle şmesine yardımcı olmaktadır. Küçük  transformatörler değişimlere alışmış makinelerde kullanılan büyük transformatörlerden daha az direnç göstermekte ve daha h ızlı bir uyum sağlayabilmektedir. Bu iki husus inverterlerin en önemli üstünlüğüdür. • İnverterlerin, endüktans (ak ımın inme ve ç ıkma hızı ) üzerinde daha etkin bir kontrol

sağlaması kaynakç ıya kaynak ark ını çok yumuşak bir ark halinden daha delici ve derin nufuziyet sağlayan bir ark haline kadar ayarlama olana ğı sağlar. Bu olay ise, k ısa ark ile çalışma halinde kar şılaşılan yanma olu ğu, soğuk kalmış bölgeler oluşumu tehlikesini ortadan kaldırdığı gibi bu tür çalışmada görülen büyük miktarda s ıçramanın azalmasını da sağlar.

İnventerlerin bu üstünlükleri darbeli ark sistemiyle birle ştirildiğinde, saf CO 2‘nin koruyucu gaz olarak kullanılması halinde bile s ıçrama görülmez. Darbeli ak ım ile çalışan inverterlerin üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir: • Isı girdisinin daha etkin bir biçimde kontrolü, • K ısa ark boyu ortalama ak ım şiddetlerinde dahi her pozisyonda sprey transfer  uygulamasına olanak sa ğlar ve sıçrama yok denecek kadar azal ır, • Aynı ak ım şiddetinde bir büyük boy tel elektrod kullanabilme olana ğı sağlar.

16

Tel sürme tertibatı Tel elektrod sürme tertibat ı, teli makaradan sa ğı p, ergiyen tel miktar ını kar şılayacak bir h ızla ark   bölgesine sevk eden bir mekanizmad ır. Elektrod besleme ünitesi (tel besleyici) bir elektrik  motoru, elektrod makaralar ı ve elektrod do ğrultusunu ve bas ıncı ayarlayan aksesuarlardan meydana gelmi ştir. Elektrod besleme motoru genellikle do ğru ak ımla çalışır. Elektrodu torç yoluyla iş parçasına doğru iter. Motor hızını geniş bir aralıkta değiştiren bir kontrol devresinin mevcut olması gerekir. Sabit h ızlı elektrod besleyicileri normal olarak sabit gerilimli güç üniteleri ile birlikte kullan ılırlar. Bunlar, gerekli devreler eklendi ği takdirde sabit ak ımlı güç ünitelerinde de kullan ılabilir. Sabit ak ımlı güç ünitesi kullan ıldığında, bir otomatik gerilim alg ılama kontrolu gereklidir. Bu kontrol ark gerilimindeki değişmeleri algılar ve ark boyunu sabit tutmak için elektrod besleme hızını değiştirir. Değişken hızlı elektrod besleme tertibat ı ve sabit ak ımlı güç ünitesinden meydana gelen bu sistem, besleme h ızlar ının düşük olduğu büyük çapl ı elektrodlarda (1.6 mm’den büyük) kullan ılabilir. Yüksek besleme h ızlar ında, motor hızının ayar ı ark ın kararlılığını sağlamaya yetecek kadar h ızlı bir şekilde yapılamaz. Beseleme motoru elektrod besleme makaralar ını tahrik eder. Bu makaralar, elektrod menba ından elektrodu çekme ve kaynak torcu içinde itme yoluyla elektroda kuvvet iletir. Tel besleme ünitelerinde iki makaral ı veya dört makaral ı düzenler kullanılabilir. Tipik bir dört makaral ı elektrod besleme ünitesi Şekil 3.5’de gösterilmi ştir. 3

4

3

1- Tel giriş memesi 2- Tahrikli tel sürme makaralar ı 3- Tahrikli basınç ayarlama makaralar ı 4&5- Tel k ılavuz memeleri

1

5 2

2

Şekil 3.5. Tümü tahrikli dört makaral ı bir tel sürme tertibatı (şematik) MIG – MAG kayna ğında kullanılan koruyucu gazlar Bütün gazaltı kaynak yöntemlerinde oldu ğu gibi MIG–MAG yönteminde de koruyucu gaz ın ark   bölgesini tamamen örtmesi ve kaynak metalini atmosferik  şartlardan koruması gerekmektedir. MIG–MAG kaynağında inert ve aktif gazlar veya bunlar ın çeşitli oranlarda kar ışımlar ı kullanılır. Genel olarak asal gazlar reaksiyona girmediklerinden dolay ı demirdışı metallerin kaynağında, aktif gazlar veya aktif asal gaz kar ışımlar ı da çeşitli tür çeliklerin kaynağında kullanılmaktadır. MIG – MAG kayna ğında ticari olarak kullan ılan gazlar veya gaz kar ışımlar ından asal olanlar  argon ve helyum, aktif olanlar ise karbondioksit, azot, oksijen ve hidrojen gazlar ıdır.

17

Karbondioksit Gazaltı kaynağında kullanılan Karbondioksit gaz ı renksiz, kokusuz ve havadan takriben 1.5 kat daha ağır bir gazdır. CO2 gazının özgül a ğırlığı 1.997 Kg/cm3’tür ve her CO 2 molekülü bir  Karbon (C) atomu ile iki Oksijen (O 2) atomunun birleşmesinden meydana gelmektedir. Koruyucu gazlardan olan Argon ve Helyum gibi asal gazlar ın pahal ı ve temin edilmelerinin zor  olması nedeniyle bunlara göre daha kolay bulunan ve ucuz olan CO 2 gazının koruyucu gaz olarak kullanımı artmıştır. CO2 gazı özellikle alaşımsız ve dü şük alaşımlı çelik malzemelerin kaynağında ucuzluk, derin nüfuziyet, yüksek kaynak h ızı ve iyi mekanik özellikler vermesi nedeniyle ülkemizde geni ş bir kullanım alanı bulmaktadır. Karbondioksit iş yerlerine genellikle tüp içerisinde getirilir. Tüpün içindeki Karbondioksit’in  büyük bir bölümü sıvı haldedir ve bu s ıvının üst k ısmında, buharla şmış Karbondioksit gaz halinde bulunur. Kaynak i şlemi anında karbondioksit gaz ı kullanıldıkça bu gaz ın basıncı düşer  ve sıvı halden buharlaşarak basıncı normal hale dönü şür. Bu buharla şma esnasında Karbondioksit tüpü sürekli olarak buharla şma ısısına ihtiyaç gösterir, bu bak ımdan bir tüpten sürekli olarak çok fazla gaz çekme imkan ı yoktur. Buharlaşma ısısının çekilmesi sonucunda sıcaklık düşer ve tüp içindeki s ıvı Karbondioksit zerrecikleri Karbondioksit kar ına dönüşüp, tüpün çık ış borusunu ve dedantörü t ıkar. Bu sebepten dolay ı, bir tüpten devaml ı olarak 12 lt/dak.’dan daha yüksek debilerde çekilmemesi gerekmektedir, devaml ı olmamak koşuluyla bu değer 17 lt/dak.’ya kadar ç ıkabilir. Bu debiden daha fazla gaz ın gerekli oldu ğu durumlarda  birden fazla Karbondioksit tüpü manifolt yard ımı ile bağlanarak kullanılması gerekmektedir. Soğuk ortamlarda ise Karbondioksit gaz ı çık ış yerine bir elektrikli ısıtıcı ilave edilmesi tavsiye edilir. Karbondiksit gazı ile k ısa devre ya da küresel geçi ş sağlanabilir. Ancak Karbondioksit tek ba şına Sprey Ark Geçi şi sağlayamaz. Küresel geçi şte, ark oluşumu sert, yı pratıcı ve yüksek çapak  oluşumu söz konusudur. Çapak olu şumunu azaltmak için, torcun ucu çal ışma yüzeyinden bir  miktar derine gömülmesi gereklidir. E ğer Argonca zengin bir kar ışımla Karbondioksit kar şılaştır ılırsa;

Şekil 3.6 Karbondioksit gaz ının metal geçiş formuna etkisi Karbondioksit, daha yüksek nüfuziyet sa ğlar. Ancak kaynak diki şi yüzeyi son derece kaba bir  görünüme sahip olur. Karbondioksit kayna ğında yüksek metal y ığma oranı elde edilir. Ancak  gazın oksitleyici özelliklerinden dolay ı, oluşan kaynak diki şinin mekanik özellikleri Argonca zengin kar ışıma oranla düşüktür. Yüksek çapak olu şumu nedeni ile dü şük hız elde edilir.

18

Argon ve Helyum Argon ve Helyum, asal gazlar olup kaynak i şlemi sırasında kaynak banyosu ile reaksiyona girmezler. Bu gazlar ala şımsız, yalın karbonlu, paslanmaz çelik ve demir d ışı metallerin kaynak  işlemlerinde kullanılır. Bu iki gaz aras ındaki temel farklar, yo ğunluk, ısıl iletkenlik ve ark  karakteristikleridir. Argon, havadan yakla şık olarak 1.4 defa yo ğundur, buna kar şılık helyum ise, havanın yoğunluğunun 0.14 kat ıdır. Helyuma ve havaya oranla daha yo ğun olan Argon düz kaynak pozisyonlar ında en etkili, ark sabitleyen ve örtücü etkisi olan gazd ır. Helyum, tek ba şına kullanıldığı zaman ayn ı oranda koruma yapabilmesi için Argona oranla 2-3 kat fazla debi gerektirir. Helyum, Argona oranla çok daha yüksek  ısıl iletkenliğe sahiptir ve ark enerjisi çok  daha homojen da ğılımlı ark plazmas ı oluşturur. Argon plazmas ı ise, merkezde çok yüksek, d ış konisinde ise daha az enerjiye sahiptir. Bu fark, kaynak diki ş profilini güçlü bir  şekilde etkiler. Helyum, kaynak s ırasında daha derin ve geni ş bir dikiş oluşturur. Argon ise "Şarap kadehi" şeklinde bir penetrasyon yarat ır. Başlıca Argon, Helyum, Argon-Helyum kar ışımlar ı ve Karbondioksit gazlar ı dikiş profilleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Helyum, Argona göre daha yüksek bir iyonla şma potansiyeli ve dolay ısı ile daha yüksek ark voltaj ı oluşturur. Ancak saf  Helyum, ark ba şlangıcında problem gösterebilir. Saf Helyumla olu şturulan Ark Örtüsü dü şük  voltajlarda Sprey Transfer etkisi göstermez. Bunun sonucu olarak, saf helyum, koruyucu gaz olarak kullanıldığı zaman Argona göre daha yüksek çapak ve pürüzlü kaynak diki şi elde edilir. Argon ise, ak ım geçiş sınır ının üzerinde (Küresel-Sprey Ark) oldu ğu zaman Sprey Ark etkisi gösterir. Argon-helyum kar ışımlar ı saf argon, çelik ve demir d ışı malzemelerin kayna ğında yaygın olarak kullan ılır. Helyumun saf olarak kullan ılması ise yukar ıda anlatılan nedenlerden dolayı sınırlıdır. Ancak, daha derin ve daha geni ş kaynak diki şi istendiği zaman, Argon ve Helyum belli oranlarda kar ışım oluşturularak kullanılırlar. Sonuç Şekil 3.7 de görüldü ğü gibi, daha geli şmiş kaynak diki şi özellikleri ve sprey ark transferi sağlanır. K ısa devre geçi şinde, argon ve helyum gazlar ı, %60 - %90 helyum oran ına kadar çe şitli oranlarda kar ıştır ılarak kullanılırlar. Paslanmaz, dü şük alaşımlı çelik kaynaklar ında Argona Karbondioksit eklemek yerine Helyum eklenir ve Karbondioksitin kaynak diki şindeki olumsuz mekanik etkileri minimuma indirilir. Argona %50 ve %75 oran ında Helyum eklenmesi, saf  Argonun oluşturduğu ark voltaj ından daha yüksek ark voltaj ı oluşturur. Bu kar ışımlar, Aluminyum, Magnezyum ve bak ır ın kaynağında kullanılırlar. Çünkü kar ışımın verdiği yüksek  ısı, bu malzemelerin yüksek  ısı iletkenliklerinden dolay ı istenen ısı miktar  ını kar  şılar (Helishield 2 : %75 He+ %25 Ar).

Argon

Argon-Helyum

Şekil 3.7 Argon ve helyum gazlar ının kaynak diki ş şekilleri.

Helyum

19

Argon-Helyum-Karbondioksit- Oksijen Karışımları Bu kar ışım, 4' lü (quadropole mix) kar ışım ad ını alır ve MIG kaynağında, yüksek amper/yüksek  metal yığma oranı için optimum şartlar sağlar. Kar ışım, optimum mekanik özellikler ve geni ş yığma oranında çalışılabilme açısından avantajlar sa ğlar. Ana kullan ım alanı, düşük alaşımlı ve yüksek dayan ımlı malzemelerdir. Ancak, yüksek üretim istenen dü şük alaşımlı çeliklerin kaynaklar ında da kullanılır. Saf Argona eklenen Helyum, demir-d ışı malzemelerin kaynağında mükemmel sonuç verir. Saf  Argon ise demir-dışı malzemelerin kayna ğında (undercut) (diki ş altı çatlağı) hatasına neden olabilir. Saf argona %1-%5 oran ında eklenen Oksijen ya da %3’ ten %25' e kadar oranlarda eklenen karbondioksit, ark kararl ılığında belirgin bir düzelme sa ğlar. Asal gazlara eklenecek  optimum karbondioksit ya da oksijen miktar ı, yüzey şartlar ı (paslı vb.) dikiş geometrisi, kaynak  tekniği ve ana metal kompozisyonuna ba ğlıdır. Genellikle, %2 oksijen ya da %8-10 oran ında karbondioksit eklenmesi optimum sonuçlar olu şturur. Argona karbondioksit eklenmesi, kaynak  dikişi profilini "şeftali şekli" oluşturarak iyileştirir. Argona %1 ile %9 oksijen eklenmesi, kaynak   banyosunun ak ışkanlığını, nüfuziyeti ve ark kararl ılığını artır ır. Oksijen ayn ı zamanda geçi ş ak ımını azaltıcı etki gösterir. Yedirme eğilimi azalır, ancak, manganez ve silisyum kayb ından dolayı kaynak metalinde yüksek oksitlenme e ğilimi belirir (Silisyum ve Manganez, kaynak  işleminde deoksidan malzeme olarak kullan ılırlar). Yalın, düşük alaşımlı ve paslanmaz çeliklerde, az da olsa, argon-karbondioksit kar ışımı kullanılır. %25 Oranına kadar eklenen karbondioksit en az geçi ş ak ımını düşürür, çapak oluşumunu azaltır, nüfuziyeti artır ır ve ark  kararlılığını azaltır. Argon-karbondioksit kar ışımlar ı genellikle k ısa devre kaynaklar ında kullanılır. Ancak, sprey ark ve darbeli ark kayna ğında da kullanılır. Argon %5 karbondioksit kar ışımı, darbeli ark kayna ğında kullanılır. Argon-helyum ve karbondioksit kar ışımı, darbeli ark  kaynağında da yayg ın olarak kullan ılır. Paslanmaz çelik kayna ğında %85 helyum + %13,5 Argon + %1,5 CO2 içeren (HELISHIELD/1) kar ışım k ısa devre geçi şi ve korozyon direnci sağlar. Günümüzde geli ştirilen bir başka kar ışım %60 Argon + %38 helyum + %2 CO 2 içerir  (HELISHIELD/101) ve paslanmaz çelik kayna ğı için kullanılır. Bu kar ışım ergimiş metale optimum ak ışkanlık, iyi yüzey ıslatma, iyi bir ark kararl ılığı ve düşük çapak olu şumu sağlar. Buna ilaveten, hidrojen çatla ğı ve birikme yoktur. Ayn ı zamanda bu kar ışım darbeli ark kayna ğı ve sprey ark geçi şi için kullanılır.

Argon-Oksijen Karışımları Argona küçük oranlarda eklenen (% 1-2) oksijen çapa ğı optimize eder ve sprey ark geçi şinde ark  kararlılığını arttır ır. Oksijen, daha geni ş nüfuziyet sağlar ve yedirme etkisini azalt ır. Ar+%1 ya da Ar+%2 oksijen eklenmesi paslanmaz çeliklerin kaynaklar ı için uygundur. Oksijeni al ınmış  bak ır, düşük karbonlu ve ala şımlı çeliklerde kullanılır.

Argon-Oksijen-Karbondioksit Karışımları Argona eklenen %3-%5 oran ında oksijen ve %20 ye kadar karbondioksit, metal sektöründe yaygın olarak kullan ılır. Bu gazlar, optimum koruma ve sprey ark, k ısa devre ve darbeli ark  geçişi için uygun ark karakteristi ği sağlar.

20

Ar-O2

Ar-CO2

CO2

Şekil 3. 8 Argon, Oksijen ve Karbondioksit Gazlar ının Kaynak Diki şine Etkileri. Argon-Hidrojen Karışımları Argon ve Hidrojen kar ışımlar ı, paslanmaz çelikten üretilmi ş boru ve ince plaka kaynaklar ında kullanılır. Kar ışımın kullanımı için en önemli şart, paslanmaz çeli ğin Hidrojen k ır ılganlığına duyarlı olmaması gerektiğidir. Östenitik Paslanmaz çelikler (3xx serisi) rahatl ıkla kaynak  yapılabilir. Ancak martensitik (4xx serisi ) çelikler hidrojene kar şı duyarlı olduğu için kullanılması sak ıncal ıdır. Uygulanan kaynak h ızı, Argona eklenen Hidrojen miktar ına göre değişir; çünkü ark voltaj ı hidrojen miktar ı arttıkça artar. Ancak eklenecek Hidrojen miktar ı, malzeme kalınlığına ve dikiş türüne göre de ğişir. Kullanılan Hidrojen miktar ı 1% ile 5% arasındadır. Argon-Hidrojen kar ışımlar ı, TIG kayna ğı işleminde kullanılır.

Koruyucu gazın görevleri Koruyucu gazın görevi en çok bilinen şekli ile sadece kaynak banyosunu korumak de ğildir. Endüstri uygulamalar ında veya maliyet hesaplamalar ında genellikle en son dü şünülen koruyucu gaz seçimi olmaktad ır. Halbuki bilinenin aksine koruyucu gazlar sadece kaynak banyosunu korumakla kalmayı p bunun yan ında ark ın kararlılığına, dikişin mekanik özelliklerine, dolgu  biçimine, i şlemin verimliliğine, duman oluşumuna ve bunun gibi birçok kaynak parametrelerine de etki etmektedirler. Koruyucu gazlar ın kaynak i şlemlerindeki etkileri başlıca şu şekilde sıralanabilir. a) Kaynak banyosunu atmosferden koruma b) Ark ın kararlılığı c) Metal transfer formu d) Nüfuziyet, ıslatma ve kaynak diki ş geometrisi e) Isı girdisi f) Kaynak ilerleme h ızı g) Kaynak metali kimyasal bile şimi h) Duman oluşumu ı) Kaynak metalinin mekanik özellikleri  Maddeler halinde verilen koruyucu gaz ın etkileri k ı saca  şu  şekilde açıklanabilir.

Kaynak banyosunu atmosferden koruma : kaynak esnas ında dikişi, atmosferin olumsuz etkilerinden korumak gereklidir. Koruyucu gaz, erimi ş kaynak banyosu ile onu çevreleyen atmosfer arasındaki istenmeyen reaksiyonlar ı engeller. Ark ın kararlılığı: MIG-MAG kaynağında ark ın kararlılığı geniş ölçüde metal transferinin geçi ş şekli ile kontrol edilir. Bu olay da koruyucu gaz ın bileşimine bağlıdır. Koruyucu gaz ın bileşimi, transferde yer alan yüzey gerilimi güçlerini de ğiştirir ve ark kökü davranışını etkileyebilir. Çelik 

21

malzemelerin kayna ğında Ar + O2 ve Ar + CO2 kar ışımlar ı düzgün bir püskürtme transferi elde edilmesini sağlarlar. Koruyucu gaz olarak CO 2 gazı kullanıldığında yalnızca damla transferi söz konusu olur.

Metal transfer formu: kaynak i şlemi esnasında ergiyen telden kaynak banyosuna aktar ılan metalin davranışıdır. Metal transferinin şekli geniş bir oranda koruyucu gaz ın terkibine, kaynak  telinin bileşimine ve di ğer kaynak parametrelerine ba ğlıdır. Nufuziyet, ıslatma ve kaynak diki ş geometrisi: bir kaynak diki şinin kalitesi yeterli nufuziyet, yüksek  ıslatma oranı ve düzgün bir kaynak profili ile belirlenir. Koruyucu gaz ın kaynak diki şi üzerindeki etkisi büyüktür. Saf argon atmosferi alt ında kaynak diki şinin şekli şarap kadehi tipinde bir nufuziyettir ve karbondioksit atmosferi alt ında ise yüksek derecede nufuziyetin yanında oldukça şişkin bir dikiş elde edilir. Buna sebep olarak Karbondioksit ark ının düzensiz oluşu gösterilir. Isı girdisi: birim uzunluktaki kayna ğı gerçekleştirmek için harcanan ısıyı göstermektedir. Isı girdisi değeri düşük olursa az enerji harcanm ış olur. Isı girdisini etkileyen faktörlerden önemli  birisi de gaz bile şimidir. Ark taraf ından oluşturulan ısı, gaz taraf ından en iyi şekilde iletilmelidir. Her gazın kendine özgü bir termal iletkenli ği vardır. Isı girdisinin etkilerine kaynak metali  bölümünde ayr ıntılı bir şekilde yer verilecektir. Kaynak ilerleme hızı: ark ın kaynak yönünde ald ığı yolun zamana ba ğlı olarak ifadesidir. Kaynak işlemlerinde bütün parametreler sabitlendi ğinde, maksimum nufuziyet orta ilerleme hızındadır. Koruyucu gaz ın ısı girdisi de kaynak h ızına etkileyen faktörler aras ındadır. Kaynak metali kimyasal bile şimi: Alaşım elemanlar ının telden banyoya maksimum verimle taşınımı koruyucu gaz ın oksitlenme gücüne ba ğlıdır. Oksitlenme potansiyeli ayarlanm ış gazlarla yapılan kaynak i şlemlerinde oksit kal ıntılar ı mikroyapıya en az biçimde aktar ılır. Duman oluşumu: kaynak işleminde arkla birlikte, çal ışma çevresini etkileyen duman ve gazlar  oluşur. Arktan ç ıkan ultraviyole radyasyonu, ozon (O 3) gazının ortaya çıkmasına sebep olur. Ozon gözlerde, burunda ve bo ğazda yanma gibi sa ğlık problemleri oluşturur. Mekanik özellikler: gazaltı kaynağında gazın oksitlenme durumuna göre bir miktar ala şım elementi kaybı olur. Bu kayı plar, temel bileşenler olan Mn ve Si gibi elementler oldu ğundan kaynak telinde bu elementlerin yüksek derecede olmas ı gerekir. Koruyucu gaz ın kaynak  metalinin mekanik özelliklere etkisi, gözeneklilik ve oksitlenme şeklinde olmaktadır. Damla İletim Mekanizmaları Gazaltı kayna ğında metal damlalar elektroddan i ş parçasına üç temel iletim mekanizmas ıyla geçer: a) K ısa devre iletimi (k ısa ark)  b) İri damla iletimi (uzun ark) c) Sprey iletimi

22

Damla iletim tipi çok say ıda faktör taraf ından etkilenir. Bunlar içinde en etkili olanlar  şunlardır: a) Kaynak ak ımının tipi ve şiddeti  b) Elektrod çapı c) Elektrodun bile şimi d) Serbest elektrod uzunlu ğu e) Koruyucu gaz

K ısa devre iletim (k ısa ark) K ısa devre iletimi, gazalt ı kaynağındaki en dü şük kaynak ak ımı aralığında ve en küçük elektrod çaplar ında gerçekle ştirilir. Bu tip bir iletim ince kesitlerin birle ştirilmesi için, pozisyon kayna ğı için ve büyük kök aç ıklıklar ını birleştirmeye uygun olan küçük ve h ızla katılaşan bir kaynak   banyosu oluşturmak için kullanılır. Metal, elektroddan i ş parçasına, sadece elektrod kaynak   banyosu ile temas halinde oldu ğu sırada iletilir. Ark aral ığı boyunca herhangi bir metal iletimi olmaz. Elektrod iş parçasına saniyede 20 ila 200 kez temas eder.

İri damla iletimi (uzun ark) Doğru ak ım elektrod pozitif kutuplamada kaynak ak ımı göreceli olarak dü şük ise koruyucu gaz ın cinsine ba ğlı olmaksızın iri damla iletimi meydana gelir. Ancak CO 2 ve helyumla bu tip iletim tüm kullanılabilen kaynak ak ım değerlerinde oluşur. İri damla iletiminin en önemli özelli ği damla çap ının elektrod çap ından daha büyük olu şudur. İri damla yerçekimi etkisiyle kolayl ıkla hareket eder. Bu nedenle iri damla iletimi ba şar ılı bir biçimde ancak oluk pozisyonunda gerçekleşir. K ısa devre damla iletiminde kullan ılan ak ımlardan biraz daha yüksek ak ım değerlerinde, tam asal gaz korumas ı altında eksenel olarak yönlenmi ş iri damla iletimi elde edilebilir. Eğer ark boyu çok k ısa (düşük gerilim) ise tel ucunda büyüyen damla i ş parçasına temas edip a şır ı ısınabilir ve parçalanarak a şır ı sıçramaya neden olabilir. Bu nedenle ark, damla kaynak banyosuna de ğmeden önce elektroddan ayr ılma imkanı bulacak kadar uzun olmal ıdır. Ancak daha yüksek gerilim kullanarak yap ılan kaynaklar ın yetersiz erime, yetersiz nüfuziyet ve aşır ı dikiş taşması nedeniyle reddedilme olas ılığı yüksektir. Bu ise iri damla iletiminin kullanımını büyük ölçüde s ınırlar. Kaynak ak ımı k ısa devre iletimi için kullan ılan ak ım aralığından oldukça yüksekse, karbondioksitle koruma tesadüfî şekilde yönlenmi ş iri damla iletimine neden olur.

Sprey iletimi Argonca zengin gaz korumas ında kararl ı, sıçramasız "eksenel sprey" tipi bir iletim elde etmek  mümkündür. Bunun için elektrod pozitif kutupta do ğru ak ım kullanılması ve ak ım şiddetinin geçiş ak ımı adı verilen kritik bir değerinin üzerinde olmas ı gerekir. Bu ak ımın altında iletim daha önce aç ıklanan iri damla iletimi yoluyla olur ve damla iletiminin h ızı saniyede birkaç damlad ır. Geçiş ak ımının üzerindeki de ğerlerde ise iletim, küçük çapl ı (elektrod çapından daha küçük çapa sahip) damlalar ın oluşumu ve bunlar ın saniyede yüzlerce damla iletim h ızında ayr ılmasıyla oluşur. Bunlar ark aral ığı boyunca eksenel olarak h ızlanırlar. Sıvı metalin yüzey gerilimine ba ğlı olan metal "geçi ş ak ımı" elektrod çap ıyla ve bir dereceye kadar da serbest elektrod uzunlu ğu ile ters orant ılı olarak değişir. Elektrodun erime s ıcaklığı ve koruyucu gaz ın bileşimi de geçi ş ak ımını etkiler.

23

Sprey damla iletimi kuvvetle yönlenmi ş damlalar demetinden ibaret olup damlalar ark kuvvetleri taraf ından ivmelendirilerek yerçekimi etkisini yenen h ızlara ulaşırlar. Bu nedenle belirli şartlar  altında yöntem her pozisyonda kullan ılır. Damlalar ın çapı ark boyundan daha küçük oldu ğu için k ısa devre meydana gelmez ve bu nedenle de s ıçrama, tamamen yok olmasa bile ihmal edilecek  mertebeye dü şer.

MIG-MAG kaynağı tel elektrodları Tel elektrodlar, kaynak esnas ında üzerinden ak ım geçerek ergiyen, otomatik olarak beslenen (MIG-MAG, tozaltı) ark kaynağı yöntemlerinde ilave kaynak metali olarak kullan ılan ve bir  kangala sar ılı halde bulunan tellerdir. MIG - MAG kayna ğında tel elektrodlardan ba şka özlü elektrodlar da kullan ılır, bu elektrodlar ın orta k ısmında rutil veya bazik özler bulunur. Özsüz olarak kullan ılan tel elektrodlar bile şimlerine göre SG1, SG2 ve SG3 olmak üzere üç gruba ayr ılırlar. MIG-MAG kaynağında kullanılan tel elektrodlar ın yüzeyi pürüzsüz ve gayet hassas olmal ıdır. Kaynak i şlemi esnasında tel elektrodda, ark kabiliyetini engelleyecek çapak, çukurluk, katmer gibi yüzey kusurlar ı veya yabanc ı maddeler bulunmamal ıdır. Ergiyen elektrod ile ark kayna ğında en önemli problemlerden bir tanesi de tel elektrodun seçimidir. Bu kaynak yönteminde tel ve gaz kombinasyonu sonucunda ortaya ç ıkan kaynak  metalinin bileşimi, gereken mekanik ve fiziksel özellikleri kar şılamak zorundad ır, bu bak ımdan elektrod seçimi a şağıda belirtilmiş olan kriterler göz önünde bulundurularak yap ılır. Esas metalin mekanik özellikleri Esas metalin kimyasal bile şimi Koruyucu gazın türü Esas metalin kal ınlığı ve geometrisi Çalışma ortamının koşullar ı

MIG-MAG kaynağı kaynak parametreleri Kaynak parametreleri kaynak i şleminin ve daha sonra olu şan kaynakl ı bağlantının kalitesini  belirleyen önemli unsurlardan birisidir. Kaynak parametreleri; kaynaklanan metal veya ala şımı ile kaynak metalinin türü, kal ınlığı, kaynak a ğzı türü ve geometrisi, kaynak pozisyonu ve kaynaklı bağlantıdan beklenen mekanik özellikler göz önünde bulundurularak belirlenir. Bu  parametrelerin seçimi, kaynakçının çalışma şartlar ını da kolaylaştır ır. Kaynakçının, kaynak ark ının ve parametrelerinin kaynak banyosunu nas ıl etkilediğini ve hangi  parametrelerin hangi şartlarda değiştirileceğini çok iyi bilmesi gerekmektedir. Kaynak i şlemi için seçilen parametreler, birbirlerine uyum gösterdikleri zaman yumu şak, kararlı ve oldukça rahat bir  ark meydana getirirler. Kaynak parametreleri, kaynak öncesi belirlenen ve kaynak süresince değiştirilmesi mümkün olmayan parametreler, birinci dereceden ayarlanabilir ve ikinci derecede ayarlanabilir parametreler olmak üzere üç ayr ı grupta incelenir.

İlk gruba giren parametreler kayna ğın uygulanmasından önce belirlenen koruyucu gaz türü, elektrod çapı ve türü gibi etmenlerdir. Bu ilk gruba giren etmenlerin kaynak i şlemi esnasında değiştirilmesi mümkün değildir. Bu parametreler, kaynaklarda kullan ılan malzemelerin türü, kalınlığı, kaynak pozisyonu ve ba ğlantıdan beklenen mekanik özelliklere göre belirlenir.

24

İkinci gruba giren ve birinci derecede ayarlanabilen kaynak parametreleri, kaynak diki şini kontrol altında tutan ak ım şiddeti (tel hızı), ark gerilimi ve kaynak h ızı gibi etkenlerdir. Bu  parametreler arasındaki uyum iyi bir kaynak ile zay ıf bir kaynak aras ındaki fark ı belirgin bir  şekilde ortaya koyar. Üçüncü gruba giren ikinci derecede ayarlanabilir kaynak parametreleri, kaynak i şlemi süresince sürekli değişen ve kaynak diki şinin biçimini oldukça etkili bir  şekilde değiştiren parametrelerdir. Bu gruba giren parametrelerin önceden seçilip de ğerlendirilmeleri bir hayli zordur ve baz ı durumlarda aç ık bir  şekilde görülemez. Kaynak diki şinin biçimini etkileyen bu parametreler torç eğimi, serbest tel uzunlu ğu, nozul mesafesi, kaynak yönü, koruyucu gaz miktar ı ve kaynak   pozisyonu olarak s ıralanabilir.

Yöntemin üstünlükleri Yöntemin yaygın olarak kullanılma nedeni, do ğal olarak sa ğladığı üstünlüklerden kaynaklanmaktadır. Bu üstünlükler a şağıda sıralanmıştır: a) Ticari metal ve ala şımlar ının tümünün kayna ğında kullanılabilen yegane eriyen elektrodla kaynak yöntemidir.  b) Elektrik ark kayna ğında kar şılaşılan sınırlı uzunlukta elektrod kullanma problemini ortadan kaldırmıştır. c) Kaynak her pozisyonda yap ılabilir. Bu tozaltı kaynağında mümkün de ğildir. d) Metal yığma hızı elektrik ark kayna ğına nazaran oldukça yüksektir. e) Sürekli elektrodla beslenmesi ve yüksek metal y ığma hızı nedeniyle, kaynak h ızlar ı elektrik  ark kaynağına nazaran yüksektir. f) Elektrod beslenmesinin sürekli olmas ı nedeniyle hiç durmadan uzun kaynak diki şleri çekilebilir. g) “Sprey iletim” kullan ıldığında, ark kayna ğına nazaran daha derin nüfuziyet elde edilir. Böylece iç köşe kaynaklar ında aynı mukavemeti sa ğlayan daha küçük kaynak diki şi çekmek mümkün olur. h) Yoğun bir cürufun mevcut olmay ışı nedeniyle pasolar aras ı temizlik için sarf edilen zaman çok azdır. Bu üstünlükleri yöntemi yüksek üretime ve otomatik kaynak uygulamalar ına özellikle uygun hale getirilmiştir.

Yöntemin sınırlamaları Diğer kaynak yöntemlerinde oldu ğu gibi gazaltı kaynağının kullanılmasını zorlaştıran bazı sınırlamalar da mevcuttur. Bu s ınırlamalar aşağıda sıralanmıştır: a) Kaynak donan ımı, elektrik ark kayna ğına nazaran, daha karma şık, daha pahal ı ve bir  yerden başka bir yere ta şınması daha zordur.  b) Kaynak torcunun elektrik ark kayna ğı pensesinden daha büyük olmas ı nedeniyle ve kaynak  metalinin koruyucu gazla etkin bir  şekilde korunması amacıyla torcun ba ğlantıya 10 ila 19 mm. arasında değişken yak ın bir mesafeden tutulmas ı gerektiği için, bu yöntemin ulaşılması güç olan yerlerde kullan ılması pek mümkün de ğildir. c) Kaynak ark ı koruyucu gaz ı bulunduğu yerden uzakla ştıran hava ak ımlar ından korunmalıdır. Bu nedenle, kaynak alan ının etraf ı hava ak ımına kar şı muhafaza alt ına alınmadıkça, yöntemin aç ık alanlarda kullanılması mümkün değildir. d) Göreceli olarak yüksek  şiddete ısı yayılması ve ark yoğunluğu nedeniyle, kaynakç ılar bu yöntemi kullanmaktan kaç ınmalıdır.

25

4. TOZALTI ARK KAYNAĞI Tozaltı ark kayna ğı yöntemi ilk olarak Mc Keesport, Pensilvanya’da kurulan bir boru fabrikas ı için National Tube firmas ı taraf ından geli ştirilmiştir. Bu yöntem borulardaki boyuna diki şlerin kaynağını yapmak amac ıyla tasarlanmıştır. Bu yöntemin patenti 1930’da Robinoff taraf ından alınmış ve daha sonra Linde Air Products firmas ına sat ılmıştır. Tozaltı ark kayna ğı yöntemi l930’lar ın sonlar ında ve 1940’lar ın başlar ında savunma yap ılanması süresince tersanelerde ve savunma sanayinde kullan ılmıştır. Bu yöntem en verimli kaynak yöntemlerinden birisidir ve günümüzde güncelli ğini korumaktadır. Tozaltı kaynağı, 1933 yılından itibaren Amerika’da yayılmaya başlamış. 1937’den itibaren de Avrupa’da uygulama alan ı bulmuş ve özellikle İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra geli şerek endüstride büyük önem kazanm ıştır. Türkiye’de ise likit (sıvılaştır ılmış) petrol gazlar ının kullanılmaya başlanmas ıyla çok miktardaki LPG tüpünü imal etmek için 1960 y ıllar ında uygulanmaya ba şlanmıştır. Tozaltı kayna ğı, kaynak için gerekli ısının, tükenen elektrod (veya elektrodlar) ile i ş parças ı arasında oluşan ark (veya arklar) sayesinde ortaya ç ıktığı bir ark kaynak yöntemidir. Ark bölgesi kaynak tozu tabakas ı ile kaynak metali ve kayna ğa yak ın ana metal de ergiyen kaynak tozu (cüruf) ve kaynak diki şi taraf ından korunur. Tozalt ı kaynağında elektrik arktan ve ergimi ş metal ile ergimiş cüruftan oluşan kaynak banyosundan geçer. Ark  ısısı elektrodu, kaynak tozunu ve ana metali ergiterek kaynak a ğzını dolduran kaynak banyosunu olu şturur. Koruyucu görevi yapan kaynak tozu ayr ıca kaynak banyosu ile reaksiyona girerek kaynak metalini deokside eder. Alaşımlı çelikleri kaynak yaparken kullan ılan kaynak tozlar ında, kaynak metalinin kimyasal kompozisyonunu dengeleyen ala şım elementleri bulunabilir. Tozalt ı kayna ğı otomatik bir  kaynak yöntemidir. Baz ı tozaltı kaynak uygulamalar ında iki veya daha fazla elektrod ayn ı anda kaynak ağzına sürülebilir. Elektrodlar yan yana (twin arc) kaynak banyosuna sürülebilir veya kaynak banyolar ının birbirinden bağımsız katılaşmasını sağlayacak kadar uzakl ıkta, arka arkaya sürülerek yüksek kaynak h ızı ve yüksek metal y ığma hızına ulaşılabilir. Bu kaynak çe şidi temel olarak, bir elektrik ark kayna ğı çeşididir. Bu kaynak türünde ark, bir  mekanizma taraf ından otomatik olarak kaynak bölgesine gönderilen ç ı plak tel ile iş parçası arasında kaynak bölgesine devaml ı gelen toz yığını altında oluşur. Bu sebepten dolay ı bu kaynak  çeşidine tozaltı ark kaynağı denilmiştir. Şekil 4.1’de tozalt ı kaynak donan ımı görülmektedir.

Tel Elektrod Tel Sürme Mekanizması

Tel Elektrod Bobini . Tel Sürme Motoru

Kumanda Dolabı

Toz haznesi .Ak ım Üreteci Torç Kaynak 

Kaynak yönü

İş parçası

Şekil 4.1. Tozaltı ark kaynağı

26

Tozaltı ark kayna ğı tekniği ancak yatay durumdaki kaynak diki şleri için uygundur. Her ne kadar  günümüzde bir tak ım özel tedbirler alınarak dik kaynak yapabilme imkan ı elde edildiyse de bu metod ile tavan kayna ğı yapma ihtimali yoktur. Tozalt ı ark kaynağı metodunun esas uygulama alanlar ı yapı çelikleri, basınçlı kap çelikleri ve paslanmaz çelikler üzerinde yo ğunluk  kazanmaktadır. Bu metodun temel özelliklerini şu maddeler halinde s ıralayabiliriz. a) Yüksek kaynak h ızı ve kaynak gücü b) Yüksek metal yığma oranı c) Derin nufuziyet d) Yüksek kaliteli ve düzgün kaynak diki şi e) Kolay temizlenebilir curuf  f) Kalın malzemelere uygulanabilirlik  g) Özel koruyucu emniyet tedbirlerine gereksinim olmamas ı Kaynak metodunda birle şme yüzeyleri iyi temizlenir, kaynak malzemeleri ve parametreler uygun seçilirse kaliteli bir kaynak metali elde edilir. Bu kaynak metodunda genellikle yüksek ak ım değerleri kullanıldığından ön ısıtmaya ihtiyaç duyulmaz.

Tozaltı ark kaynağının prensibi • • • • • •

• • • • • •

• •

Toz altı ark kaynak yönteminde, örtüsüz ve sürekli bir tel elektrod ve ark kaynak ile ergimi ş metal banyosunun havan ın olumsuz etkilerinde koruyan bir kaynak tozu (Flux) kullan ılır. Ark kaynak teli i ş parças ı arasında meydana gelir ve bir toz örtüsü ile korundu ğundan görülmez. Kaynak tozu, kaynak ba şlığına tutturulmuş bir toz ünitesi içerisinde i ş parçası üzerine kaynak hatt ı boyunca dökülür. Toz miktar ı ark ı örterek atmosferik etkilerden kayna ğı koruyacak ve s ıçrama oluşturmayacak  şekilde ayarlanmal ıdır. Kaynak teli besleme ünitesi arac ılığıyla ark bölgesine sevk edilir. Tel besleme h ızı sabit tutularak ark boyunun kararl ılığı sağlanır. Kaynak ark ı, teli ve kaynak tozunun belli bir miktar ını ergitir. Ergimiş kaynak tozu curuf  oluşturmak üzere sıvı metal banyosunun üzerine yükselir ve onu tümüyle örterek havan ın olumsuz etkilerden korur. Kaynak ilerledikçe kat ılaşan curuf kendili ğinden kaynak metalinin üzerinden ayr ılır. Ergimiş olan kaynak tozu ise tekrar kullan ılmak üzere toz toplama ünitesi içine aktar ılır. Toz altı ark kaynak yöntemi ile yüzey kaplama i şlerinde zaman zaman özlü tellerden de yararlanılmaktadır. Toz altı ark kayna ğı otomatik ve yar ı-otomatik olmak üzere iki şekilde uygulanır. Bu sistemlerde tel besleme makaralar ı ve kaynak ba şlığı ark kaynak ba şlığı ark bölgesi yak ınlar ında birlikte çal ıştıklar ından büyük çapl ı teller ile kaynak yapmak mümkündür. Yar ı-otomatik toz altı ark kaynak sistemlerinde ise MIG sistemlerinde oldu ğu gibi tel  besleme makaralar ı ile kaynak ba şlığı arasında büyük bir mesafe bulundu ğundan tel çap ı nispeten daha dü şük tutularak esneklik sa ğlanır. Hem otomatik hem de yar ı-otomatik toz altı ark kaynak sistemlerinde ark kaynak tozu ile örtülü olduğundan ergimiş metal banyosuna kaynak esnas ında görmek olanaks ızdır. Otomatik sistemlerde birden daha fazla ( genellikle iki ve baz ı durumlarda üç ) tel elektrodu  bir hat üzerinde ard arda s ıralayarak çal ışmak mümkündür.(Tandem sistemleri)

27

•

• • •

• • •

• •

• •

• •

Toz altı ark kayna ğında kaynak tozunun fonksiyonu, örtülü elektrodlarla yap ılan kaynakta elektrod örtüsünün üstlendi ği fonksiyondur. Ark ın atmosferik etkilerden korunmas ı dikiş şeklinin düzenlenmesi, kontrollü so ğumanın temini ve kaynak metaline gerekli baz ı alaşım elemanlar ının kazand ır ılması vb. Toz altı ark kaynağında ark tümüyle kaynak tozunun alt ında gömülü olduğundan çok yüksek  kaynak ak ımlar ının uygulanması sıçramaya neden olmaz. Kaynak ağızlar ı özenle hazırlanmalı ve eğer ağzın iki yanı arasında boşluk bulunacaksa  bunun değeri 1 mm.’yi aşmamalıdır. Yöntemin bütün ekonomik avantajlar ının kullanılabilmesi için kaynak a ğızlar ı uygun şekilde seçilmeli ve hassas olarak haz ırlanmalıdır. Bu yap ıldığı takdirde kök hatalar ı ve yanıklar  içermeyen düzgün ve kaliteli diki şler ede edilir. Toz altı ark kayna ğı, elekrod kayna ğına oranla çok daha yüksek a ğız hazırlama masraf ı gerektirir. Ancak kaynak h ızlar ının yüksek olu şu bu masraflar ı fazlasıyla kompanse eder. Kaynağa başlamadan önce kaynak a ğızlar ının temizliğinden iyice emin olunmal ıdır. Su, yağ,  boya ve pas kal ıntılar ı kaynak diki şlerinin gözenekli oluş riskini artır ır. Toz altı ark kaynağı genellikle 500-1500 amper ak ım bölgesinde ve ço ğu zaman 1000 amperlik ak ımla gerçekleştirilmesine kar şın 150 ampere kadar dü şen ya da 4000 ampere kadar çıkan ak ım değerlerinin kullanıldığı durumlarda vard ır. Çok yüksek ak ım değerleri kullanıldığında geniş ve yava ş soğuyan ergimi ş metal banyolar ı elde edilir. Hem kaynak metalinin hem de ısı tesiri altındaki bölgenin çentik darbe toklu ğu düşük  olacağından diki ş çatlama eğilimi gösterir. Bu nedenle çok yüksek ak ım değerlerinin kullanıldığı durumlarda oldukça azd ır. Genel olarak telin her “mm” çap ı için 100/120 amper ak ım kullanılır. Yani 5 mm çap ında teli ak ım değeri 500/600 amperdir. Toz altı ark kaynağında hem alternatif ak ım (AC) hem de doğru ak ım (DC Pozitif yada negatif kutup DCEP-DCEN) elde edilir. Alternatif ak ım (AC) ile ulaşılan yığma oranlar ı da doğru ak ım pozitif kutupta elde edilenlere oranla daha yüksektir. Yüksek ak ım değerlerinin kullanılması neticesinde ark üflemesi olay ı belirginlik kazanır. Topraklama bağlantılar ını iş parçasının bir ucundan di ğer ucuna do ğru yapılan kaynak  esnasında ark üflemesinin önüne geçilebilir.

Tozaltı kaynağında dikişin formuna tesir eden faktörler Kaynak dikiş formu denilince, diki ş geni şliği, dikiş yüksekliği ve derinliği anlaşılır. Dikiş formu incelendiğinde iç ve dış dikiş formu olmak üzere iki form gözlenir ( Şekil 4.2 ). Her dikiş formu nüfuziyet derinliği, erime geni şliği ve dikiş yüksekliği olmak üzere üç şekilde karakterize edilir.  b

 b

   h

 b=Dikiş genişliği    t

h=Dikiş yüksekliği t=Dikiş derinliği

Şekil 4.2. İç ve dış dikiş formunun şematik gösterilişi

28

Dikiş formu, kaynakl ı bağlantıdan beklenen özellikler bak ımından oldukça önemlidir. Diki ş formuna etki eden faktörler  şu şekilde sıralanabilir.

a) Ak ım şiddeti: Ak ım şiddetinin artmasıyla beraber özellikle iç diki ş formu değişmekte ve nüfuziyet artmaktad ır. b) Ak ım yoğunluğu: Ak ım yoğunluğunun artmasıyla (amper/mm2) nüfuziyet ve diki ş yüksekliği artmaktadır. c) Kaynak hızı: Kaynak hızının optimum de ğerinde nüfuziyet en fazlad ır. Kaynak h ızı arttıkça nüfuziyet ve diki ş geni şliği azalır. d) Kaynak a ğzı şekli: Kaynak ağzı açısındaki değişmelere göre diki ş formu etkilenmektedir. Ağız açısı arttıkça nüfuziyet artmakta, diki ş yüksekliği azalmaktadır. e) Ark gerilimi: Ark geriliminin artmasıyla beraber diki ş genişliği artarken diki ş yüksekliği ve nüfuziyeti azal ır. f) İş parçasının bulunduğu düzlemdeki eğimi: İş parças ı, bulunduğu yatay düzlemde 6 o’ye kadar bir eğime sahip olmas ı pek önemli de ğildir. Bu eğim artar ise nufuziyette ve diki ş yüksekliğinde değişmeler söz konusudur. g) Ak ım cinsi ve kutup durumu: Doğru ak ım ile yapılan kaynakta elektrodun negatif kutba  bağlanması durumunda, pozitif kutba ba ğlanmaya nazaran daha yüksek erime ve nufuziyet derinliği sağlanmaktadır. Alternatif ak ım kullanılarak yapılan kaynakta ise nüfuziyet ve erime, doğru ak ımda her iki kutupta yap ılan kaynaktakinin ortalamas ıdır. h) Koruyucu kaynak tozunun tane büyüklü ğü: Koruyucu kaynak tozu irile ştikçe nufuziyet ve dikiş yüksekliğinde düşme, dikiş geni şliğinde de artma görülür. ı

) Serbest tel uzunluğu: Kaynak telinin memeden d ışar ıda kalan k ısmının artmasıyla dikiş yüksekliği artarken nüfuziyette azalma görülür.

Çizelge 4.1’de gazalt ı ve tozaltı kaynağında kaynak diki ş formunu etkileyen faktörler verilmi ştir. Çizelge 4.1. Kaynak diki ş formunu etkileyen faktörler  T O ZA L TI K AY N AĞ I G A ZA L TI K AY N AĞ I

Nüfuziyet t (mm)

Dikiş Genişliği b (mm)

Dikiş Yüksekliği h (mm)

Toz Tüketimi

arttıkça

artar

artar

artar

değişmez

Tel Sürme Hızı v (m/dak)

arttıkça

artar

artar

artar

değişmez

Ark Gerilimi U (V)

arttıkça

azalır

artar

azalır

artar

Elektrod Çapı (mm)

arttıkça

azalır

artar

artar

artar

Kaynak Hızı (m/dak)

arttıkça

azalır

azalır

azalır

azalır

D.C. (+)

artar

azalır

azalır

azalır

D.C. (-)

azalır

artar

artar

artar

Ak ım Şiddeti I (A)

Ak ım Cinsi/Kutuplama Serbest tel boyu (mm)

arttıkça

azalır

artar

artar

artar

Toz tane boyu

arttıkça

azalır

artar

azalır

artar

29

Tozaltı ark kaynağında ark tutuşturma yöntemleri Tozaltı ark kayna ğında kaynağa başlandığında kaynak makinesi üreticisinin öngördü ğü bir  yöntem ile ark ın tutuşması sağlanır. Ark ın daha kolay ve etkin bir biçimde tutu şmasını sağlayan  bazı tertibatlar üretici taraf ından makine üzerine monte edilmi ş olabildiği gibi bunlar sonradan kullanıcı taraf ından da elde edilerek makinelere eklenebilir. Uygulamada ark ın tutuşmasını önleyen en önemli etken; durup kalkmalarda tel elektrodun uç k ısmında ergimiş ve küre biçiminde kat ılaşmış curuf oluşmasıdır; bu curuf yeterli derecede iletken olmadığından ark ın tutuşmasına engel olur. Günümüz endüstrisinde tozalt ı ark kaynak  tekniğinde ark ın tutuşmasını sağlamak için çe şitli yöntem ve düzenekler geli ştirilmiştir, bunlar ın en önemlileri şunlardır: •  Elektrod ucunun sivriltilmesi ile ark ın başlat ılması: Kaynak elektrodunun ucu sivriltilerek 

iş parçası ile temas etti ğinde bu noktadaki ak ım yoğunluğu çok yüksek oldu ğundan ark kolay oluşur. •

Çelik yünü ile ark ın başlat ılması: 10-12 mm çap ında çelik yünden (bula şık teli) yapılmış ufak kürecikler elektrod ucu ile i ş parçası arasına yerleştirilir. Ak ım devresi kapan ınca ak ım  bu topu kat ederek kürecik hemen ergir ve ark olu şur.

•  Sürtme ile ark ın ba şlat ılması: Tel elektrodun ucu i ş parçasına değecek kadar indirilir ve bu

arada kaynak i şlemi hareket mekanizmas ı hareketlendirilir ve hemen kaynak ak ımı devreye verilir. İş parçası ve elektrod ucu aras ındaki hareket nedeni ile elektrodun ucu parçaya sürtünür ve devre kapand ığında ark olu şur. •

Özel tel sürme tertibat ı ile ark ın oluşturulması: Bu sistemde özel olarak geli ştirilmiş bir tel sürme tertibatına gerek vard ır. Tel sürme tertibat ı teli iş parçasına değecek kadar ilerletir ve  bu anda kaynak ak ım devresi kapan ır ve k ısa devreden kumanda alan tel ergimeye  başlamadan tel sürme tertibat ı teli hafifçe geri çeker ve ark olu şur. Bundan sonra tel sürme tekrar normal işlevini sürdürmeye devam eder.

•

Yüksek frekans jeneratörü yard ımı ile ark ın başlat ılması: Bu yöntemde TIG kaynak  yönteminde oldu ğu gibi, kayna ğa başlandığında otomatik olarak bir yüksek frekans ak ımı devreye girer ve kaynak ark ı oluşunca yüksek frekans ak ımı devreden çıkar.

•  Sabit gerilimli ak ım üreteci halinde ark ın başlat ılması: 600 A ak ım şiddeti ve 3,2 mm tel

çapının altındaki çal ışma koşullar ı için önerilen sabit gerilimli ak ım üreteçleri ve yatay karakteristikli kaynak makinesi ile ark ın başlaması hiç problem oluşturmaz. Yüksek ak ım şiddeti ve kal ın tel elektrodlar durumunda uygulamada kullan ılan sabit ak ım karakteristikli ak ım üreteçleri özellikle ark ın tutuşmasında baz ı durumlarda, yani kayna ğın başlangıcında  problem çıkarmaktadır. Tel sürme tertibat ının komutlara cevap süresinin daha uzun olmas ı dikişte daha fazla elektrod ergimesini ve sonuçta diki şin şişkin oluşmasını sağlamaktadır. Günümüzde, baz ı tozaltı kaynak makinesi üreticileri güç elektroni ği yardımı ile sabit gerilimli karakteristiğe sahip ak ım üreteçlerinin sınırlar ını geni şletmeye, bazılar ı da tel sürme tertibatlar ını ve ark tutu şturma sistemlerini geli ştirme yönünde çal ışmalar ını sürdürmektedir.

30

Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak telleri Tozaltı ark kaynağında kaynak metali içerisine kat ılacak olan ala şım elemanlar ı kaynak telinden veya kaynak tozundan al ınabilir. Ancak kaynak metali bile şiminin kontrolünün sa ğlanabilmesi amacıyla alaşım elemanlar ının kaynak telinden al ınması tercih edilir. Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak telleri yüksek kaliteli çelik tellerdir. Bu tellerin çaplar ı 1.2 ile 12 mm arasında değişir. Tozaltı kaynak tellerinin yüzeyleri tamamen düz, ya ğ, pislik ve  pastan temizlenmiş olmalar ı gerekmektedir. Tellerin paslanmas ını önlemek ve kaynak esnas ında kontakt lüle sinden tele ak ım geçişini kolaylaştırmak için bu teller, üzerleri bak ır veya bronz kaplı olarak piyasaya arzedilir. Tozaltı ark kayna ğında kullanılan kaynak telleri içerdikleri manganez miktarlar ına göre sınıflandır ılırlar. Kaynak tellerindeki manganez oranlar ı aşağıdaki miktarlardadır. Düşük manganezli % 0.30 - 0.60 Mn Orta manganezli % 0.90 - 1.25 Mn Yüksek manganezli % 1.75 - 2.25 Mn

Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak tozlar ı Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak tozlar ı, örtülü elektrodlardaki örtünün fonksiyonunu yerine getirir. Kaynak işlemine fiziksel ve metalurjik bak ımdan tesir eder. Kaynak tozlar ı fiziksel olarak  kaynak banyosunu atmosferden korur, kaynak diki şine uygun bir form verir ve çabuk  soğumasına mani olur. Kaynak tozlar ı, tozaltı ark kayna ğında kaynak metalinin alaşımlandır ılmasına, dikişin gözeneksiz olmas ına ve kaynak metalinin iç yap ısının hatalardan ar ındır ılmış olmasına etki eder. Kaynak tozu tanelerinin boyutu tozun performans ını etkiler. Tozaltı ark kayna ğındaki kaynak  tozu, kaynak esnas ında oluşan gazlar ın dikişi terk etmesine izin verecek nitelikte olmal ıdır. Tozu oluşturan tanelerin boyutu küçüldükçe, olu şan gazlar ın dışar ı çıkması zorlaşmaktad ır. Kaynak  hızlar ının yüksek oldu ğu durumlarda orta ve iri taneli tozlar ın, yüksek ak ım şiddetleri ile çalışırken ince taneli tozlar ın kullanılması yararlıdır. Toz örtüsü yüksekli ğinin fazla olmas ı gazlar ın dışar ı çıkamayarak gözenek olu şturmasına neden olur. Örtü yüksekli ğinin gerektiğinden az olması da tozun koruyuculuk görevini yerine getirememesine sebep olur.

Kaynak tozlarının sınıflandırılması Tozaltı kaynağında kullanılan tozlar muhtelif  şekillerde sınıflandır ılabilir. Bu sınıflandırma aşağıdaki şekilde yapılabilir.

A - Kaynağın amacına göre a) Hızlı kaynak tozlar ı b) Derin nüfuziyet kaynak tozlar ı c) İnce sac kayna ğı tozlar ı d) Aralık doldurma kaynak tozlar ı

C - Kimyasal karakterine göre a) Asit karakterli tozlar  b) Bazik karakterli tozlar  c) Nötr karakterli tozlar 

B - İmal şekline göre a) Erimiş kaynak tozlar ı b) Sinterlenmiş kaynak tozlar ı c) Aglomere kaynak tozalar ı

D - Manganez miktarına göre a) Yüksek manganezli tozlar  b) Orta manganezli tozlar  c) Manganezsiz tozlar 

31

Kaynak tozundan beklenen özellikler İyi bir kaynak tozunun bir tak ım özelliklere sahip olmas ı gerekmektedir. Bu özellikler  şu şekilde sıralanabilmektedir. a)

Kaynak i şlemi sırasında ark ın kararlılığını sağlamalıdır. Bilhassa alternatif ak ım ile kaynak yap ılırken, ak ımın yön değiştirmesi anında ark ın sönmesini önlemelidir. İstenilen kimyasal bile şim ve mekanik özelliklere sahip bir kaynak diki şi sağlamalıdır. Kaynak diki şinde, herhangi bir gözenek ve çatlak olu şumuna sebep olmamal ıdır. Kök pasolar ın ve dar aral ıklar ın kaynağında curufu kolay temizlenebilmelidir. Tozlar, çeşitli kaynak hatalar ına sebep olabilecek organik maddeleri ihtiva etmemelidir. Tozlar ın nem çekme miktar ı mümkün mertebe dü şük olmalıdır.

b) c) d) e) f)

Tozaltı kaynağının başlıca uygulama alanlar ı Toz altı ark kaynağı düşük karbonlu çelik (< % 0.3 C) varil ve pervazlar ın kaynağı için çok  uygundur. Ön ısıtma ve kaynak sonras ı ısıl işlem uygulamalar ı ile orta karbonlu çelikler, ala şımlı çelikler, bazı dökme demirler, bak ır alaşımlar ı ve nikel alaşımlar ı kaynaklanabilirler. Bu proses yüksek karbonlu çelikler, tak ım çelikleri, alüminyum, magnezyum, titanyum, kur şun veya çinko kaynağı için uygun değildir. Yöntemin kullanıldığı bazı alanlar; -

Çelik konstrüksiyonlar  Gemi inşaatı Kazan, depo, tank (içten ve d ıştan kaynaklar) imalat ı Açık ve kapal ı profillerin imalatı Ağır makine imalat ı Boru kaynaklar ı (yuvarlak, boyuna, içten, d ıştan, spiral boru kaynaklar ı) Köprü ve vinç imalat ı Metal kaplama işlemleri Dolgu kaynaklar ı

Tozaltı kaynağının avantajları: 1. Düz ve silindirik parçalar ın kaynağında, her kal ınlık ve boyuttaki borular ın kaynaklar ında kullanılabilen yüksek kaynak h ızına ve yüksek metal y ığma hızına sahip bir yöntemdir. 2. Hatasız ve yüksek mekanik dayan ımlı kaynak diki şleri verir. 3. Kaynak esnas ında sıçrama olmaz ve ark  ısınlar ı görünmez bu nedenle kaynak operatörü için gereken koruma daha azd ır. 4. Diğer yöntemlere göre küçük kaynak a ğzı açılar ını kaynak yapmak mümkündür. 5. Tozaltı kaynağı kapalı ve açık alanlarda uygulanabilir. 6. Sert yüzey dolgu kaynaklar ında rahatlıkla kullanılabilir. 7. Düzgün ve çapaks ız bir kaynak diki şi elde edilir. 8. Kaynağın yapımında el becerisinin önemli bir fonksiyonu yoktur. 9. Örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kayna ğında, elektrik enerjisinin % 25’inden, tozaltı kaynağında ise % 68’inden do ğrudan kaynak için yararlan ılmaktadır. Bu da enerjinin ekonomik kullan ıldığını gösterir.

32

Tozaltı kaynağının Dezavantajları: 1. Yöntemin ilk yat ır ım maliyeti yüksektir. 2. Tozaltı kaynak tozlar ı havadan nem almaya e ğilimlidir, bu da kaynakta gözene ğe neden olur. 3. Yüksek kalitede kaynaklar elde edebilmek için ana metal düzgün olmal ı, yüzeyinde ya ğ,  pas ve diğer kirlilikler olmamalıdır. 4. Cüruf kaynak diki şi üzerinden temizlenmelidir, bu baz ı uygulamalarda zor bir i şlem olabilir. Çok pasolu kaynaklarda, kaynak diki şine cürüf kal ıntısı olmaması için cüruf her   paso sonrası temizlenmelidir. 5. Tozaltı kayna ğı 5 mm’den ince malzemelerde yanma yapabilece ği için genellikle uygun değildir. 6. Yöntem özel baz ı uygulamalar hariç, düz, yatay pozisyondaki al ın kaynaklar ı ve köşe kaynaklar ı için uygundur. 7. Her metal ve alaşım için uygulanabilen bir yöntem de ğildir.

33

Ark Kaynaklar ının Kar şılaştır ılması

Yöntem Avantajı    k    i   r    t    k        ğ   e   a    L   l    E   E   n   y    U   ü   a    K    N   l    t    A   ü   r    k   r    M     Ö   A            ı

           ı

        ğ

  a   n   y   a    K    G    I    T

           ı

        ğ

  a   n   y   a    K    G    A    M      G    I    M

           ı

        ğ

  a   n   y   a    K    k   r    A    t    l   a   z   o    T            ı

Dezavantajı

-Kirliliğe hassas de ğildir  -İlk yatır ım maliyeti düşük  -Açık havada kullanılabilir  -Geniş bir seçim alanı -Kimyasal düzenleme mümkün -Gaz sarfiyatı yok 

-Sıçrama -Curuf kalıntısı -Tecrübeli eleman -Başlama ve bitirmede hata ihtimali -Sınırlı amperaj (mm2 basına) -Son işlem gerekir  -Depozite düşük  -Curuf yok  -Koruyucu gaz gerekir  -Yüksek kaynak kabiliyeti -Kirliliğe hassas (yüzey temizli ği) -Her pozisyonda uygulan ır  -Yığma hızı düşük  -Bütün metallere uygulanır  -Açık havada zor kullanılır  -İnce parçalar ı mükemmel kaynatır  -Isı girdisi yüksek  -İlave gerekmeyebilir  -Kimyasal yapı düzeltilemez -Isı kontrol edilebilir  -Depozite düşük (2-3 kg/h) -Taşınabilirliğin sınırlı olması -Curuf yok  -Hareket hızı yüksek  -Her pozisyonda kullanım -Açık havada işlem zor  -Az deformasyon -Gaz ihtiyacı -Az sıçratma -Temiz yüzey gerekir  -Yeniden tutuşma kolaylığı -Kimyasal yapı düzelmez -Etkin koruma -Azami dikkat gerekir  -Düşük ısı girdisi -İlk yatır ım fazladır  -Depozito yüksek (16 kg/h) -Yüksek ilerleme -Kullanım rahat -Derin nüfuziyet -Mükemmel dikiş görünümü -Duman ışık yok  -Sıçratma yok  -Deformasyon küçük  -Kimyasal bileşim değişebilir  -Depozito yüksek (60 kg/h)

-Elektrod değişim zamanı uzun -İlk yatır ım yüksek  -Yalnız yatay pozisyonda kullanılabilir  -İyi bir kaynak ağzı hazırlığı -Artık toz toplanması -Yalnız kalın parçalarda avantajlı -Banyo görülmez

34

5. SÜRTÜNME KAYNAĞI Sürtünme kaynağı, yaklaşık 50 yıldan daha fazla süreden beridir bilinmesine ra ğmen imalat sektörü taraf ından yeterli deste ği alamamıştır. Pek çok teknik eleman ya sürtünme kayna ğı hakk ında haberdar de ğil ya da imalat sektöründe kullan ılabilirliği ispatlanmamış yeni bir  teknoloji olarak bilmektedir. Son y ıllarda metal ve malzeme biliminde büyük geli şmelerin sağlanması ile birlikte, metalik malzemelerin birle ştirilmesi büyük önem kazanm ıştır. Özellikle yeni ve özellikleri geli ştirilmiş malzemelerin üretilmesi ve bu malzemelerin mevcut ergitme kaynak yöntemleri ile kaynat ılmasından doğan problemler, sürtünme kayna ğı için geniş bir  uygulama alanı sağlamıştır. Dolayısıyla, bu malzemeler için çatlama riskini ortadan kald ıracak  ve içyapıda en az de ğişikliğe yol açacak birle ştirme yöntemleri kullanılması zorunludur. Aynı veya farklı bileşimdeki malzemelerin birle ştirilmesinde eğer boyutlar ı ve şekilleri uygun ise, ergitme olayının olmaması ya da s ınırlı oluşu, çok daha az kaynak hatas ı içermesi ve kaynak  sonrası minimum iç gerilmeler oluşturması nedeniyle kat ı hal kaynak yöntemlerinden biri olan sürtünme kayna ğı için büyük bir avantaj sa ğlamaktadır. Sürtünme kayna ğı, elektrik enerjisi veya di ğer kaynaklardan ısı enerjisi uygulamadan malzeme yüzeyleri aras ındaki mekanik dönme hareketinin ısı enerjisine dönüşmesi ile kaynak için gerekli ısının elde edilerek yap ıldığı bir katı hal kaynak i şlemidir. Sürtünme kaynaklar ı, ara yüzey kaynak s ıcaklığına ulaşana kadar sabit bir i ş parçasıyla dönen bir i ş parças ının sabit veya belirli olarak artan bas ınç altında yapılır ve sonunda dönme durdurularak i şlem tamamlanır. Birbirinin ters yönüne dönen her iki parçada hareketli olan sürtünme kayna ğı sistemleri de bulunmaktad ır. Sürtünme ısısı iş parçasının ara yüzey s ıcakl ığını hızla artırarak ergime derecesinin alt ında belli  bir değere getirir ve plastik s ıcaklık aralığında ısınan bölgeye uygulanan bas ıncın etkisi altında  birleşme meydana gelir  Yak ın zamana kadar geçerlili ğini koruyan sürtünme kayna ğının sadece dönel simetriye sahip kesitler için kullanılma sınırlılığı günümüzde ortadan kalkm ıştır. Dönen torna aynas ının istenilen  pozisyonda frenlenebilmesi ile yuvarlak kesitli olmayan parçalar ın da kayna ğı imkan bulmuştur. Bu durumda merkezlenme problemi ortaya ç ıkmaktadır. Lineer titreşim hareketinde de  parçalardan biri uygulanan bas ınçla birlikte geri titreşim hareketi yaparak gerekli ısı sağlanmaktadır.

Genel Prensipler Sürtünme kayna ğı temelde dönen parçalar ın kaynağında kullanılan otomatik bir birleştirme işlemidir. Yöntemin temel ad ımlar ı Şekil.5.1.'de verilmiştir. Burada birinci parça dönmekte diğeri ise sabit bir  şekilde durmaktadır (Şekil.5.1.a.). Daha sonra iki parçaya birle şme yüzeyleri  bir araya gelsin diye eksenel basma kuvveti uygulanmaktad ır (Şekil.5.1.b.). Temas yüzeylerinin sürtünmesi ile i ş parçalar ında bölgesel ısınma başlar ve boyca de ğişiklik olur (Şekil.5.1.c.). Dönen iş parçalar ından biri durduğunda işlem tamamlanır (Şekil.5.1.d.) (a)

(b)

(c)

(d)

Şekil.5.1. Sürtünme kayna ğında temel ad ımlar 

35

Katı hal kaynak tekniklerinden olan sürtünme kayna ğında birleştirme ergimeye bağlı olmadan ara yüzeyde ergimeye yak ın yüksek s ıcaklıkta meydana gelir. Sürtünme kayna ğı üç aşamada incelenebilir. Birinci a şamada numuneler dü şük yük alt ında temas haline getirilir ve deformasyon işlemi sürtünme aşınması ile yönlendirilir. İkinci aşamada uygulanan yükler  yavaşça artır ılır, sınır çizgisinde temas yüzeylerinde önemli oranda sürtünme ısısı oluşur ve gerinim sertleşmesi ve yumu şaması işlemlerinin bir değerine ulaşılır. Üçüncü a şamada ise sürtünme ısı iletimi biter, temas yüzeylerinin her iki taraf ında ısınan malzemeyi y ığmak için uygulanan yük biraz art ır ılır ve oluşan çapaklar temizlenir. Yöntemin ba şlangıcından bitimine kadar ara yüzey bas ınç altındadır. Kaynak s ırasında uygulanan bas ınç sabit parça, hareketli parça veya dönen her iki parça taraf ından sağlanır. Sürtünme kayna ğı ile birleştirilen kaynak   bölgelerinde ergimesiz bir bölge, ısıdan etkilenmiş dar bir bölge ve kaynak etraf ında plastik  olarak deforme edilmi ş malzeme gözlenir ( Şekil 5.6). Kaynak kalitesinin, uygun seçilmi ş malzeme, birleştirme tasar ımı, kaynak de ğişkenleri ve kaynak sonras ı işlemlere bağlı olduğu görülür. Kabul edilebilir kaynaklar geni ş kaynak parametreleri aral ığında (hız, kuvvet ve zaman)  birçok malzemeye uygulanabilir (Örnek Şekil 5.7).

Sürtünme Kaynak Çeşitleri Mühendislik malzemelerin ço ğunluğunda basit ve etkili bir  şekilde kullanılabilen sürtünme kaynağı işlemleri hareket ve enerji türüne göre isimlendirilebilir. Bunlar sürekli tahrikli sürtünme kaynağı, volan tahrikli sürtünme kayna ğı ve kombine sürtünme kaynak yöntemidir.

Sürekli tahrikli sürtünme kaynağı Direk sürtünme kayna ğı olarak da bilinen bu teknikte, gerekli olan enerji sürekli bir tahrik grubu taraf ından sa ğlanır. Parçalardan biri enerji kayna ğı olan motor ünitesine ba ğlı iken önceden  belirlenen sabit bir hızda döndürülür, di ğer parça eksenel bir bas ınçla temas ettirilir. Yeterli derecede ısı girdisi sağlandığında dönme frenleme ile mümkün olan en k ısa sürede durdurulur. Uygulanan kaynak kuvveti y ığma yapmak amac ıyla artır ılır ve daha sonra numune so ğumaya  bırak ılır. Sürekli tahrikli sürtünme kayna ğı Avrupa'da yayg ın olarak kullan ılmaktadır. Sürekli tahrikli sürtünme kayna ğı özellikleri Şekil.5.2. de verilmi ştir. Burada dönme h ızı ve eksenel  basınç zaman ın fonksiyonu olarak görülmektedir. Durdurma için gerekli zaman önemli bir  değişkendir. Çünkü kaynak s ıcakl ığının ve y ığma kuvvetinin zamanlamas ını (timing) etkiler. Yığma aşaması kaynak işlemi esnasında daha yüksek bas ınç uygulanmas ı ile başlar. Ancak   birçok zaman durdurma a şamasında da y ığma aşaması başlar. Genelde durdurma a şamasında hızın azalmas ıyla büyük y ığma kuvveti uygulanabilir veya durdurma a şaması tamamlandıktan sonra büyük y ığma kuvveti uygulanabilir.

Kaynak Hızı      a    m    n           l a    z     H

Kaynak  Hızı

Yığma kuvveti

    a     m     n       l    a      z        H

Sürtünme kuvveti

      ı

       ı

Kaynak   başı

Kaynak başı

Kaynak sonu

Kaynak kuvveti

Toplam çapak  yüksekliği

ZAMAN

Şekil. 5.2. Sürekli tahrikli sürtünme kaynağı özellikleri

Toplam çapak  Kaynak sonu yüksekliği ZAMAN

Şekil. 5.3. Volan tahrikli sürtünme kaynak özellikleri

36

Volan tahrikli sürtünme kayna ğı Volan tahrikli (atalet) sürtünme kayna ğında parçalardan biri volana ba ğlanır ve diğer parça sabit tutulur. Kaynak bölgesine enerji giri şini volan kontrol eder. Burada volan ın atalet momenti önemli bir de ğişkendir. Volanda biriktirilen enerji miktar ı volanın hızı ile kontrol edilir. Volan önceden belirlenen dönme h ızında döndürülür ve gerekli enerji volan üzerinde depolan ır. Motor  serbest bırak ılarak dönen volan kütlesi ayr ılır ve eksenel olarak uygulanan sürtünme kaynak  kuvveti ile parçalar bir araya getirilir. Bu arada parçalar ın birbirlerini frenlemesiyle yük i ş  parçalar ına iletilmiş olur. Numuneler bas ınç altında sürtünmeye ba şlar. Dönen volandaki depo edilmiş kinetik enerji, kaynak ara yüzeylerinde sürtünme vas ıtasıyla ısı olarak dağılır ve volan ın hızı düşer. Dönme ya durdurulduktan veya k ısmen yavaşladıktan sonra yığma kuvveti uygulan ır. Yığma kuvveti önceden belirlenen bir süre boyunca uygulan ır. Bu teknik özellikle A.B.D. de uzay ve uçak sanayiinde kullan ılmıştır. Volan tahrikli sürtünme kaynak özellikleri Şekil. 5.3. de verilmiştir. Volan tahrikli sürtünme kayna ğının sürekli tahrikli sürtünme kayna ğından mekanizma fark ı olarak fener miline ba ğlı olan volan görülmektedir. Sürtünme ve y ığma gibi iki a şamasıyla da sürekli tahrikli sürtünme kayna ğına benzemektedir. Ancak  Şekil 5.3. de görüldü ğü gibi bu aşamalarda her iki kaynak yöntemi aras ında farklılık vardır. Ayr ıca atalet kayna ğında sürtünme hızı sürtünme aşamasında sürekli düşmesine rağmen sürekli tahrikli sürtünme kayna ğında sabit kalmaktadır.

Kombine sürtünme kaynak yöntemi Kombine kaynak yöntemi direk sürtünme kayna ğı ile atalet kayna ğının ortaklaşa kullanıldığı bir  metottur. Büyük boyutlu parçalar ın birleştirilmesinde kullanılır. Kombine kaynak i şlemiyle mükemmel kalitede kat ı hal birleştirmeleri elde edilir. Ayr ıca yeni geli şmelerle bilgisayarla kumanda edilebilen radyal, yörüngesel titre şimli, köşeli kar şılıklı hareket eden, do ğrusal kar şılıklı hareket eden sürtünme kayna ğı ve sürtünerek yüzey işleme yöntemleri göze çarpmaktad ır.

Sürtünme Kaynak Makineleri Sürtünme kaynak makineleri yatay ve dü şey olabilen sabit, torna veya matkap gibi dönen k ısımlar ı bulunan temel talaşlı üretim makinelerine benzemektedir. Makine üzerinde ayna ve  pens gibi numunelerin ba ğlanabileceği elemanlarla fren ve yük uygulamalar ı için hidrolik ve  benzeri üniteler bulunur. Bunlara ilaveten kontrol ve kumanda elemanlar ı mevcuttur. Ayr ıca yeni teknolojiyle bilgisayar kontrol ve kumanda elemanlar ı bulunmaktadır. Makinenin büyüklü ğü kullanılan yığma basıncı miktar ına göre de ğişmektedir. Bu makineler tam mekanize oldu ğundan  parçalar ın bağlanması, boşaltılması ve çapaklar ın kaynaktan sonra hemen al ınması otomatik bir  şekilde yapılabilir. Büyük sürtünme kaynak makineleri (200 ton) uçak motorlar ı parçalar ı için üretilmektedir. Ayr ıca otomotiv sektörü, traktör parçalar ı, iş makineleri parçalar ı sürtünme kaynak makineleri ile başar ı şekilde kaynaklanmaktad ır. Deniz ve hava kuvvetleri için gerekli üretimler için de  benzeri büyük kapasiteli makineler tasarlanmaktad ır. Subaplar, ara ştırma lâboratuar ı ve benzeri  parçalar için ise küçük kapasiteli makine tasar ımlar ı yapılmaktadır.

37

8 1

2

4

3

9

Şekil 5.4. Sürekli tahrikli sürtünme kaynağı makinası şematik resmi 1. Tahrik Motoru 4. Denge Plakası 7. Pistonlu Yatak 10. Yağ Tank ı

5

7 6

11 12 13

Şekil 5.5. Sürekli Tahrikli Sürtünme Kaynak Makinesi Foto ğraf ı

2. Kavrama 5. Sabit Ayna 8. Hız Kontrol Ünitesi 11. Yön Kontrol Valfleri

3. Hareketli Ayna 6. Çift Etkili Hidrolik Silindir  9. Motor ve Dişli Pompa 12. Hız Kontrol Valf ı

Diğer kaynak tekniklerinde oldu ğu gibi sürtünme kayna ğında temizlik yönünden özel bir  uygulama gerekmez. Genellikle alevle kesilmi ş yüzeyler, gres boya ve di ğer bulaşıklar kaynağın yapılmasını engellemez. Ayr ıca yüzeyde bulunan pas ve kaplama kaynak i şleminde problem oluşturmaz. Fakat kal ın oksit tabakalar ından, yüzeyde bulunan derin çizik ve deliklerden kaçınılmalıdır. Özellikle oksit tabakalar ının sorun oldu ğu Al-çelik gibi farklı metallerin kaynağında yüzey temizli ği önemlidir.

Kaynak Parametreleri Bütün kaynak yöntemlerinde oldu ğu gibi bu yönteminde kaynak parametrelerinin optimum düzeyde kontrolü kaynak kalitesi üzerinde etkili olmaktad ır. Sürtünme kaynak parametreleri; dönme hızı, sürtünme bas ıncı, yığma basıncı, sürtünme süresi, frenleme süresi ve y ığma süresidir. Kaynak parametreleri malzeme cinsine göre de ğişmektedir.  Dönme hı z ı genellikle ısı tesiri altında kalan bölgelerin geni şliğinde etkili olmaktadır. Yüksek  çevresel hızlar nispeten dü şük bir deformasyon h ızı sağlamaktadır. Bu nedenle kaynak çevrimi uzamakta, kaynak ve çevresindeki bölge a şır ı ısınmakta, buna ba ğlı olarak metalurjik  dönüşümler meydana gelebilmektedir. Yüksek h ızlarda eksenel itme ve ısıtma süresi, kaynak   bölgesinin aşır ı ısınmasına sebep oldu ğundan kontrol alt ında tutulmalıdır. Sürekli tahrikli sürtünme kayna ğında çelikler için çevresel h ız 1.2-1.8 m/s aras ında önerilmektedir. Volan tahrikli sürtünme kaynak yönteminde kaynak, yüksek bas ınç ve sürtünme h ızı altında kuru sürtünme-aşınma olayı ile meydana gelmektedir. Ani te ğetsel hız yar ıçap ve dönü ş hızı ile doğrudan ilişkilidir.  Sürtünme basıncı ara yüzeydeki oksit filmlerini elimine edebilecek, yüzeylerin atmosfer ile ilişkilerini kesebilecek ve arayüzeyde düzenli bir  ısıtmayı sağlayabilecek biçimde seçilmelidir. Y ı ğ ma basıncı ise malzemelerin akma s ınır ına bağlıdır. Yüksek y ığma basınçlar ında aşır ı sıcak  şekillenmeye, düşük yığma basınçlar ında ise yetersiz kaynaklanmaya neden olur. Farkl ı malzemelerde y ığma basıncı daha düşük mukavemetli olana göre seçilir.  Sürtünme ve yı ğ ma süresi  malzemeye göre de ğişir. Bu süre, sürtünen yüzeylerdeki kal ıntı ve  pislikleri uzaklaştırabilecek ve ayn ı zamanda kaynak bölgesinin gerekli kaynak s ıcaklığına en

38

k ısa sürede ula şmasını sağlayacak biçimde ayarlanmal ıdır. Zamanın az veya çok olmas ı malzemenin ısınmasını etkileyeceğinden kaynak kalitesine de tesir edecektir.

Kullanma Alanları ve Uygulanan Malzemeler Sürtünme kayna ğı geniş oranda aynı ve farklı metallerin birleştirilmelerinde kullanılmaktadır. Birçok demir ve demir d ışı malzemeler sürtünme kayna ğı ile birleştirilebilir. Ayr ıca sürtünme kaynağı farklı termik ve mekanik özelliklere sahip metallerin birle ştirilmesinde kullanılabilir. Bu yöntemle dövülebilen ve kuru sürtünme özellikleri iyi olmayan bütün malzemeler kolayl ıkla  birleştirilebilirler. Demir bazlı malzemeler, dü şük karbonlu çelikten, yüksek ala şımlı çeliklere kadar bu yöntemle birle ştirilebilirler. Paslanmaz çelikler ve sinterlenmi ş bazı diğer çelik  malzemeler de uygun kaynak parametrelerinde rahatl ıkla kaynaklanabilirler. Uzay sanayii malzemeleri; süper ala şımlar, bimetalikler, paslanmaz çelikler ve alüminyum malzemelerden oluşmaktadır. Bu malzemelerin baz ılar ının alışılmış yöntemlerle kabul edilebilir kaynaklar ı zor  veya ço ğu zaman imkans ızdır. Fakat sürtünme kayna ğı ile kaynaklar ı mümkündür. Otomotiv sanayiinde sürtünme kaynak uygulamalar ı dengeleyici yaylar, motor valfleri, tork konventer  kaplar ı, fren kalibretörleri, su pompalar ı, kumanda parçalar ı, dingiller, eksantrik milleri, havalandırma akümülatörleri, U- birleştirmeleri ve benzeri çal ışmalar ı kapsamaktadır. Yine bu alanda önemli bir çal ışma da hava yast ığı parçalar ı için yapılmaktadır. Sürtünme kayna ğı hava yast ığı patlayıcılar ı üretiminde anahtar bir kaynak tekni ği olmuştur. Çizelge.5.1. Benzer ve farkl ı metallerin sürtünme kaynak kabiliyetleri    k    i   r    l    i    i    k   e   r   e       ş    l    i         ğ    l   e    k    l   ç    i    l    f       ş    i    l    l    l    i   e    A   a    l    k       ş   e   ç   e    i    i         ğ    A   ç    l   v    i   ç   z    l   m   v   e   m   a   n   g   ç    l   u   u    i   m   m   e   n   y    t   u   u   ç   m    l    t   e   a   n   n   o   y   y   m   n   r    i   g   o   o   m   n   n   a    t   e   a   m    b   r    k   a    t   a    k    l   r   o   s   o   r    t   a   n    t    t   a    i    i    i   a   a    i    Z    O    T    T    T    P    S    M    O    K

   l   m       ş   a    l   a    l       ş       ş    l    A       ş       ş    A    k    ü    ü    l    ü   e       ş   m   m    k    ü    ü    ü    i    D    G    G    N

   l   e    k    i    N

♦

♦

♦

           ı

Alüminyum Alüminyum Alş. Pirinç Bronz Sementit- karbür  Kobalt Bak ır  Bak ır-Nikel Alş. Demir (sinterli) Kur şun Magnezyum Alş. Molibden  Nikel  Nikel Alş. Gümüş Gümüş Alş Düşük Alş çelik  Karbonlu çelik  Otomat çelikleri Maraging çeliği Sinterlenmişçelik Paslanmaz çelik Tak ım çeliği Titanyum Titanyum Alş Otomotiv Valfler  Zirkonyum Alş

♦

♦

           ı

           ı

♦

♦

O

O O

      ş    l    A   m   u   n   e   y    d   z   e   n    b   u    i       ş    l   n   o   g   a   r   u    M    M    K

      ş    l    )    i    l    A   r    l   e   e    t   n    i    k    i   s    N    (   r    i   r   m    k   e   a    D    B            ı

♦

  r    k   a    B            ı

♦

   t    l   a    b   o    K

     t    i    t   n   e   z   n   o   m   r   e    B    S

  ç   n    i   r    i    P

♦

♦

O ♦

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦

♦

♦ ♦

♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦

♦

♦ ♦

♦ ♦

O ♦ ♦ O ♦ ♦

♦ ♦

O

O

♦ ♦ O ♦ O ♦ ♦ ♦ ♦ O ♦ O ♦ O O O O

♦

♦

♦ ♦

♦

♦

O O O ♦ O

O

♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

♦ : Tam uygun O : Uygulamada tam bir ba ğlanma olmayabilir   : Deneyimler yetersiz veya hiç yok 

      ş    l    A   m   m   u   u   y   y   n    i   n    i   m   m    ü    l    ü    l    A    A

♦ ♦

♦

39

Sürtünme kaynağının avantajları; a- işlemede ve i şçilikten tasarruf,  b- yüksek üretim oranlar ı, c- malzeme tasarrufu, d- düşük bak ım masraflar ı, e- birleşme mukavemetinin ana malzemeye e şit veya daha fazla olmas ı, f- kaynak s ırasında kendi kendini temizleme ve yüzey haz ırlama zamanı ve maliyetinin düşüklüğü, g- güvenilir kaynakl ı birleştirme bütünlüğü, yüksek kalite ve tekrarlanabilir i şlemler, h- kaynak sonras ı toleransın iyi olması, i- üretim boyunca kaynak parametrelerinin kontrolü,  j- metal - metal birleştirmelerinde ana metalle ayn ı akma mukavemetinin sa ğlanması, k- farklı metal kombinasyonlar ının birleştirilebilmesi, l- düşük kaynak gerilmesi, m- düşük enerji tüketimi, n- yanma olmadan üretim, o- oksit ve yabanc ı maddelerin kaynak yüzeyinden i şlem sırasında uzaklaştır ılabilmesi,  p- basit parça tasar ımı, ilave metal, toz ve koruyucu gaza ihtiyaç olmamas ı, r- tecrübeli işçiye gerek duyulmamas ı, s- elle veya otomatik olarak yükleme yap ılabilmesi olarak sıralanabilir  Sürtünme kaynağının dezavantajları ise şöyle sıralanabilir: • Genelde kaynat ılan parçalar silindirik ve ekseni etraf ında dönebilen parçalardan oluşmaktadır. • Kaynak sonunda birle ştirilen ebatlar eksenel k ısalmaya uğradıklar ı için malzeme sarfiyatına sebep olur. • Büyük parçalarda ısıtmanın homojen olmamas ından kaynaklanabilme zordur. Kesit alanının artması motor gücü ve y ığma basıncı değerlerinin artmasına neden olur. • Sürtünme kayna ğı makine ve donan ımlar ının maliyeti yüksektir. Tanelerin yönlenmesi AISI 1010 Çelik

430 Paslanmaz çelik 

Yığılma

Şekil 5.6. Birleşme bölgesinde meydana gelen yap ısal bozunumu gösteren şematik resim

Şekil 5.7. Sürtünme kayna ğıyla birleştirilen bir numune

40

6. SÜRTÜNME-KARIŞTIRMA KAYNAĞI Sürtünme kar ıştırma kaynağı (SKK) Amerika ve bazı Avrupa ülkelerinde kullan ılmaya  başlanılmış olan ileri bir kaynakl ı birleştirme yöntemidir. Söz konusu yöntem, geleneksel ergitme kaynağına alternatif olarak geli ştirilmiş oldukça ekonomik kat ı hal kaynak yöntemidir. Bu yöntemde koruyucu gaz, ilave kaynak metali ve kaynak edilecek parçalarda kaynak a ğzı hazırlamaya gerek duyulmamaktad ır. Sürtünme kar ıştırma kaynağı ile yapılan kaynaklarda elde edilen kaynak kalitesi, parçadan parçaya de ğişmemektedir.

Yöntemin Uygulanmas ı Sürtünme kar ıştırma kaynağı, sürtünme kaynak yönteminin geli ştirilmiş bir başka yöntemidir. Bilindiği gibi sürtünme kayna ğı genellikle silindirik kesitli malzemelere uygulanan ergitmesiz kaynak yöntemidir. Sürtünme-kar ıştırma kaynağı, kaynak yöntemleri içerisinde en son keşfedilmiş ve geliştirilmiş bir katı hal kaynak tekni ğidir. Herhangi bir bo şluk, çatlak veya deformasyon meydana gelmeksizin güvenli bir kaynak yapman ın çok zor olduğu bir çok  malzemeyi kaynaklamay ı basitleştirmiştir. Sürtünme-kar ıştırma kaynağı tekniği (İngiltere, Cambridge’de TWI taraf ından keşfedilen ve  patenti alınan) klasik sürtünme kayna ğının bir türevi olup, kaynak sonras ı çok az deformasyonlu, uzunluğuna birleştirilen veya bindirme parçalar ının imalatına uygulanacak kat ı- hal kayna ğının avantajlar ına imkan vermektedir. Özellikle kaynak yap ılması çoğu zaman zor olan alüminyum alaşımlar ın birleştirilmesinde, sürtünme-kar ıştırma kaynağı başar ılı bir performans göstermi ştir. Sürtünme kar ıştırma kaynağı düz ve bindirmeli alüminyum ala şım kaynaklar ı için yeni ve  başar ılı bir kaynak tekni ğidir. Sürtünme kar ıştırma kaynağı iyi kalitede birleşme ve bindirmeler  veren bir kat ı hal birleştirme işlemidir. Bu işlemin temel ilkesi Şekil 6.1’de gösterilmi ştir. Sürtünen eleman ile kaynak yöntemi, sürtünme kayna ğından türetilmiştir. Kaynak edilen  parçalar ergimezler bu yüzden yöntem kat ı faz kaynağı olarak adlandır ılır. Bu kaynak yöntemi alın alına sabitlenmiş iki levhaya yüksek devirde dönen omuzlu bir pimin (probe) dald ır ılarak  kaynak yap ılmak istenen uzunluk boyunca belirli bir h ızda ilerletilmesinden ibarettir. Şekil 6.2’de yöntem için kullan ılan ve özel olarak tasarlanm ış pim görülmektedir. Pimin batma derinliğini sabit tutacak kuvvet

Kaynak Yönü

Omuz Birleştirme çizgisi

Pim (levhaya batan uç)

Şekil 6.1. Sürtünen Eleman ile Birle ştirme Kaynak Yönteminin Prensibi.

41

Kaynak edilecek parçalar öncelikle sabit bir yüzey üzerine yerle ştirilir. Yöntemin uygulama aşaması iki farklı şekilde olabilir. Parçalar ın hareketi söz konusu olabilece ği gibi, tak ımın dönme ve ilerleme hareketi de mümkün olmaktad ır. Pim, malzemelere temas etti ğinde sürtünme kaynağındaki duruma benzer bir durum olu şarak temas noktas ında ısı, sürtünmenin de etkisiyle hızla artar ve malzemelerin plastik de ğişimine neden olur. Bu de ğişim malzemelerin ak ışını sağlar ve birleşme olayı gerçekleşir. ∅20

4O    8  ,    5

M5 6,5

Şekil 6.2. Sürtünen eleman ile kaynak yönteminde özel olarak tasarlanm ış pim Sürtünen eleman ile kaynak yönteminde pahal ı ekipmana, ilave tel kullan ımına, koruyucu gaza ihtiyaç duyulmamas ı, temiz ve çevreci bir kaynak yöntemi olmas ı yöntemin uygulama alan ını geni şletmektedir. İşlem radyasyon, toksik gazlar gibi olumsuz sonuçlar yaratmamaktad ır.

Karıştırıcı uçlar Şekil 6.3’de sürtünme-kar ıştırma kaynak i şleminde kullanılmakta olan sürtünme aparatlar ının değişik tasar ımlar ı verilmiştir. Sürtünme aparatlar ının kaynak i şlemi esnasında metal içerisinde kalan uç k ısımlar ı daha iyi bir kar ıştırma işlemi sağlayacak tarzda şekillendirilmektedirler. Aparatın kaynak esnas ında metal içerisinde kalan uç k ısmının h boyu, tek tarafl ı alın birleştirme uygulamalar ında yaklaşık olarak kaynak edilen levhalar ın kalınlıklar ı kadardır. İki taraflı yapılan alın birleştirmelerde ise malzeme kal ınlığının yar ısı kadardır.

Adım ve açıda kademeli artış

İki yönlü kanal

Çapta değişim

Üç yönlü kanal

Şekil 6.3. Kaynak işlemlerinde kullan lan sürtünme kar  şt rma aparatlar  (h: kar şt r c uç boyu) ı

ı

ı

ı

ı

ı ı ı

42

Birleştirme Türleri Sürtünen eleman ile kaynak yönteminde en önemli konu, yüksek kaynak kalitesi ve güvenirliliğidir. Kaynak operasyonu hassast ır ve oluşacak hatalar mekanik olarak saptanabildi ği için daha duyarl ıdır. Bu ba ğlamda, kaynak parametrelerinin seçimi çok önemli olmaktad ır. Kaynak parametreleri; kaynak diki ş kalitesine, metal ala şımın türüne, parça boyutlar ına, çevresel mil hızına bağlıdır. Bunun yan ında ortam şartlar ı da kaynağa etki eden bir faktördür. Şekil 6.4’de sürtünen eleman ile birle ştirme kaynağı uygulanarak gerçekle ştirilen birleştirmeler  görülmektedir.

f 

e

d

c

 b

a

h

g

Şekil 6.4. a) Küt al n Birleştirme b) Birleştirilmiş Ek ve Bindirme Birleştirme c) Bindirme birle ştirme d) ı

Çoklu bindirme birleştirme, e) İki pasolu T- kö şe birleştirme f) Tek pasolu T- kö şe birleştirme g) Dış köşe  birleştirme h) İç köşe birleştirme

Kaynak içyapısı Sürtünme-kar ıştırma kaynak yönteminde kaynak bölgesinde olu şan iç yap ı Şekil 6.5’de şematik  olarak gösterilmiştir.

B C

B

A

A

Şekil 6.5. Sürtünme kar  şt rma kaynağ nda kaynak bölgesinde olu şan iç yap n n şematik görünümü. ı

ı

ı

ı

ı

A: ısının tesiri altındaki bölge (ITAB), B: termomekanik olarak yeniden kristalle şen bölge (TEB), C:

dinamik olarak yeniden kristalle şen bölge (DKB).

43

Kaynak bölgesi üç farkl ı bölgeden olu şmaktadır. Bu bölgeler dinamik olarak yeniden kristalle şen  bölge (DKB) termomekanik olarak etkilenen bölge (TEB) ve s ıvı hal kaynak yöntemlerinde olduğu gibi ısının tesiri altındaki bölge (ITAB) olarak adland ır ılmaktadır.

Yöntemin Üstünlükleri • Uygun maliyet: Kaynak operasyonu, enerji tasarrufu sa ğlayan basit bir işlemdir. • Yüksek kaynak enerjisine sahiptir. 3 KW’l ık toplam güçle 6XXX ala şımında 12,5 mm derinliğinde kaynak yap ılabilir. • Kaynak işlemi; dolgu telleri ve gazdan korunan kaynak banyosu gerektirmez. • İdeal olarak teknik otomasyona uygundur. • Bütün pozisyonlara uygundur. • Al alaşımlar ı durumunda, çatlatmaya duyarl ılıklar ından dolay ı ergitme kayna ğı yapılamayan alaşımlar kaynak yap ılabilir. • Gözenek oluşmaz. • Farklı yapıdaki malzemelerin kayna ğını mümkün k ılar. • Normalde pratikte mümkün mümkün olmayan veya ç ıkarma veya dökümde maliyeti artt ıran uzun, geniş, hac şeklinde, kutu şeklinde ve üretimden geldi ği şekildeki gibi birçok bile şimin kaynağı mümkündür. • Hassas kaynak a ğzı hazırlığına gerek yoktur. • Ağızlarda ergime olu şmaz dolay ısı ile ITAB hemen hemen yoktur. • Koruyucu gaz ve ek metale metale gerek yoktur. yoktur. • Sıçrama olmaksızın düz yüzey elde edilebilir. • Kaynak, ark olmaks olmaks ızın yapıldığı için manyetik üfleme yoktur. • Verimi yüksektir. • Çok az bak ım ister. • Kaynaktan hemen hemen sonra oksit tabakas ının kaldır ılmasına gerek yoktur. • Ergitme kaynak yöntemleri ile birle ştirmede çatlama hassasiyeti yüksek olan ala şımlara rahatlıkla uygulanabilir. • Yüksek ba ğlantı mukavemetleri ısıl işlem yapılarak elde edilir. • Katı-faz kaynağı oluşumu alaşımın metalurjik özelliklerini saklamasına olanak tan ır. • Farklı koşullarda metaller birleştirilebilir. • Ekstrüzyon ürünü veya döküm olan ço ğu parçalar bu yöntemle kaynat ılabilir.

Yöntemin Sınırlamaları • Bazı alaşımlı saclarda tek pasolu kaynak h ızı, diğer mekanikleşmiş ark kayna ğı tekniğinden daha yava ştır. • Her kaynak kaynak sonunda tak ımın piminin girdiği delik kapat ılmalıdır. Bunun için alternatif kaynak  tekniklerinden olan konik tapa sürtünme kayna ğı kullanılmalıdır. • Levhan ın bir ucundan di ğerine kaynak isteniyor ise, ileri geri hareket eden tablalara gereksinim vardır. • İş parçalar ı tablaya bağlandığından dolay ı ekipmanlar ın taşınması zordur. • %100 nüfuziyet isteniyorsa isteniyorsa parçalar ters çevrilip çevrilip arka taraf ından da kaynak yap ılmalıdır. • Kaynak öncesi yüzey yüzey haz haz ırlama kritik olup, bu hususta özen gösterilmesi gerekmektedir.

44

Şekil 6.6. Kaynak yüzey görünümleri: a) Ark Kayna ğı ve b) Sürtünme Kar ıştırma Kaynağı.

Şekil 6.7. Kaynak Bölgesi Kesitleri: a) Ark Kayna ğı ve b) Sürtünme Kar ıştırma Kaynağı.

Şekil 6.8. 75mm Kal ınlığındaki AA6082T6 Ala şımının Kaynağında Whorl™ Tak ımının Kullanılması, Kaynağın Bitmiş Hali ve Kaynak Diki şinin Görüntüsü

45

7. PATLAMA KAYNA ĞI Patlamalı kaynak ilk olarak I. Dünya Sava şı sırasında bombalardan kopan küçük parçalar ın çevresindeki metal yap ılara yapışmasıyla fark edilmiştir. Ancak bu konuda 1962 y ılına kadar  herhangi bir pratik çal ışmanın olmadığı belirtilmektedir. Bu yıllarda patlamalı kaynak  yönteminin ticari olarak kullan ımıyla ilgili olarak ilk patent ba şvurusu Philipchuk ve Bois taraf ından olmuştur. Daha sonra, DuPont firmas ı patlamalı kaynak yöntemi ile ilgili çal ışmalar  yapmış ve 1964 y ılında patent almıştır. Patlamalı kaynak yöntemi 1950’lerde metal levhalar ın kaplanmasında ve kaynaklanmas ında kullanım alanı bulmuştur. Bu yıllarda güçlükle patlamal ı kaynak yöntemi ile sürekli diki ş kaynağı (Explosion seam welding) denemeleri yap ılmış ve bazı güçlüklerle kar şılaşılmıştır. Ancak, daha sonralar ı bu güçlükleri çözmek için yeni yakla şımlar  geliştirilmiş ve alüminyum ve bak ır alaşımlar ı, titanyum ve ala şımlar ı ile belirli uzunluklarda  başar ılı bir  şekilde birleştirilmiştir. Bu yöntem ilk olarak standart kaynak malzemelerinin konfigürasyonlar ında doğabilecek zorluklar ı aşmak için kullanılabilecek bir üretim arac ı olarak  ve uzak konumlardaki kaynaklar için geleneksel kaynak yöntemlerine alternatif bir yöntem olarak görülmüştür. Bununla beraber, çok farkl ı ergime noktalar ına, farklı sertliklere sahip ve ısıl genleşmeleri büyük farkl ılıklar gösteren metal kombinasyonlar ıyla çalışıldığında arzu edilen dayanıma sahip kaynaklar ın elde edilmesiyle endüstrinin bu kaynak yöntemine olan ilgisinin arttığı görülmüştür. 1970’lerede yap ılan literatür taramas ına göre ayn ı yada farklı özelliklerdeki metallerin 260’dan fazla kombinasyonunun bu yöntemle ba şar ılı bir  şekilde birleştirildiği görülmüştür. Bu konuda yap ılan ilk çalışmalar sadece düz levha kaplamalar ını kapsamas ına rağmen daha sonraki ticari geli şmeler tüplerin ve e ğimli yüzeylerin kaplanmas ı ile borular ın uç kaynaklar ını ve geçiş bağlantılar ının kaynağını içermektedir.

Patlamalı Kaynak  İşlemi ve Mekanizması Patlamalı kaynak veya kaplama, di ğer geleneksel kaynak yöntemleri ile birle ştirilemeyen hem  benzer hem de farkl ı metallerin kontrol edilen ko şullar altıda bir metalik kütlenin di ğer bir  metalik kütle üzerinde patlamal ı bir etki ile bir bağ oluşturma işlemidir. Bu kaynak yönteminde arayüzeyde hiç veya en az seviyede ergime meydana gelip iki parça aras ında metalurjik bir ba ğ oluşur. Patlamalı kaynak tekni ği benzer veya benzer olmayan metal ve ala şımlar ının  birleştirilmesinin yanında çok katl ı (multilayered) ve tel ile güçlendirilmi ş (wire-reinforced) kompozit malzemeler üretmek için de kullan ılabilmektedir. Patlamalı kaynak i şleminin temel üç eleman ı vardır. Bunlar; taban malzemesi, üst parça ve  patlayıcıdır. Kaynak i şlemi esnasında taban malzemesi sabit olarak durur ve üst parça buna kaynaklanır. Bu taban malzemesi büyük bir altl ık yardımıyla desteklenmelidir. Üst parça ise kaynak esnas ında patlayıcı yardımıyla taban malzemesi üzerine do ğru hareket ettirilir. Bu üst  parça genellikle taban malzemesine paralel konumdad ır. Bununla birlikte baz ı özel uygulamalarda her parça için de ğişik açılar oluşturularak yapılan işlemler vardır. Burada bir  altlık üzerine s ırasıyla: ana malzeme (taban malzemesi), belirli bir bo şluk, ana metale göre eğimli veya paralel yerle ştirilmiş kaplama malzemesi (üst parça), malzemelerin kaplama sırasında hasara u ğramasını önleyen tampon tabaka, patlay ıcı malzeme ve patlat ıcı yerleştirilmektedir. Şekil 7. 1’de patlamal ı kaynağın paralel düzlemlerde yap ılış şeklini ve Şekil 7.2 eğik düzlemlerde yap ılış şeklini şematik olarak göstermektedir.

46

Patlatıcı Patlatıcı

Patlat Patlatııccıı

Patlayııccıı Patlay

Ara boşluk 

Ana malzeme

Tampon Tampon malzeme malzeme Kaplama Kaplama metali metali

Tampon Tampon malzeme malzeme Çarpıışşma ma noktas noktasıı Çarp

Kaplama Kaplama metali metali

Ana malzeme

Çarpışma Çarpma açısaç ı ısı

Kaplama Kaplama metali metali

Ana malzeme

Tampon Tampon malzeme malzeme

Patlay Patlayııccıı

Çarpıışma noktasıı

Kaplama metali metali

Ana malzeme

A l t l ı k  Şekil 7.1. Paralel düzlemde kaynağın şematik gösterimi

Tampon Tampon malzeme malzeme

A l t l ı k 

A l t l ı k  Patlay Patlatıcııcı

Patlayııcıı

A l t l ı k  patlamal ı

Şekil 7.2. Eğik düzlemde patlamalı kaynağın şematik gösterilimi

Patlamalı kaynak, iki metali birle ştirmek için patlayıcılar ın, patlama enerjisinden yararlan ılarak  yapılan bir tür kaynak i şlemidir. Patlama, parçalar ın yüksek bir h ıza ulaşarak çarpışmalar ı esnasında metalik birleşmeyle, şekillenmelerini sağlar. Bu işlem, birleştirilecek parçalara herhangi bir  ısı uygulanmaksızın yapılır. Kaynak esnas ında oluşan temas bas ıncı oldukça yüksektir ve üst tabakan ın kinetik enerjisi dalgal ı bir arayüzey olu şturur. Bu darbe iki yüzeyi  birbirine mekanik olarak kilitler. Burada, plastik deformasyon sonucu so ğuk basınç kaynağı oluşur. Gerekli yüksek bas ınç, işlem gören parçalardan patlay ıcı madde ile yüklü birinin patlamas ı ile diğerine kar şı 2 ila 250’ lik bir açı altında ve 100 ila 1000 m/sn h ıza kadar hızlandır ılması suretiyle ortaya ç ıkar. Bu sırada çarpma bas ıncı 10 ila 100 K bar’a kadar ç ıkar. Şekil 7.1’de görüldüğü gibi hızlandırma mesafesi için önceden ayarlanm ış bir mesafe gereklidir. Çarpma yüzeyinde metalde bir plastik deformasyon meydana gelir ve kar şılıklı yığma ile dalgal ı bir   birleşme arayüzeyi elde edilir. Patlamalı kaynak tekni ği kompozit malzemeleri üretmek için her geçen gün art ışla kullanılmaktadır. Kaplama için sınırlandırmalar klasik metotlarla ku şatılmadıklar ı için, k ır ılgan intermetalik bileşikler oluşturmak ya da yayg ın mekanik özellikler sahip metal çiftlerini kaplamak mümkün olmaktad ır. Yüksek h ız eğilimindeki çarpışma, yüksek bas ınç, yüksek  sıcaklık ve çok k ısa bir süre içinde çarp ışma noktası yanında yüksek kesme gerilmesine sahip  bölge üretecektir. Bu kaynak yönteminde çarp ışmanın etkisiyle meydana gelen s ıcakl ığa rağmen normal olarak  arayüzeyde ço ğu zaman difüzyon meydana gelmez. Ancak bölgesel olarak çok küçük  miktarlarda ergimeler olabilir. Difüzyon olmamas ının sebebi; s ıcakl ığın çok dar bir alanda çok  k ısa bir sürede meydana gelmesinden dolay ıdır. Kaynak sonras ı birleştirilen malzemeler sıcak 

47

olmayı p soğuk bir durum sergiler. Ancak baz ı durumlarda kaynak esnas ında 0.1 µm difüzyon olduğu bazı araştırmacılar taraf ından belirtilmiştir. Patlama, parçalar ın yüksek bir hıza ulaşarak çarpışmalar ı esnasında metalik birle şmeyle şekillenmelerini sağlar. Bu işlem birleştirilecek parçalara herhangi bir  ısı uygulanmadan yap ılır. Kaynak yüzeyleri, çarpman ın verdiği ısı sayesinde bir miktar  ısınırlar ve kaynak metalin yüzeyindeki plastik ak ış sayesinde tamamlan ır. Kaynak i şlemi patlama ve bu bask ı ile gerçekleşir. Patlama ve bask ının neden oldu ğu ilerlemeyle parçalardan biri di ğerine kaynaklan ır. Kaynak işlemi açık havada, vakumda ve di ğer atmosfer şartlar ında da gerçekle ştirilebilir. Patlay ıccı Patlay ı ı

Kaplama Kaplama metali metali

FFışşk k rma ırma

Kaynak  Kaynak 

ı

ı

Ana metal Ana metal

Şekil 7.3. Patlamalı kaynak esnasında parçalar  arasındaki birleşme şekli

Şekil 7.4. Patlamalı kaynak ile elde edilen arayüzey fotoğraf ı

Metal yüzeylerin yüksek h ızda çarpışması sırasında, yüksek h ızla ilerleme, eğer çarpışma açısı ve çarpışma hızı kaplama için gerekli de ğerler arasında ise metal yüzeyler aras ında kolayca oluşturulur. Metaller üzerindeki yüzey tabakalar ı, oksit filmlerinin metalik bir bağ kurmak için zarar verdiği metalik olmayan filmler f ışk ırma ile uzakla ştır ılır. Şekil 7. 3’de parçalar aras ında f ışk ırma oluşumu görülmektedir. Jet çarp ışması ile yüzey filmlerinin temizlenen metal plakalar ın kendisi çarpışma bölgesinin yan ında elde edilen çok yüksek bas ıncın etkisi altındaki bir noktada  birleştirilir. Bu yüksek bas ınç ayr ıca birleşme bölgesi alan ı içindeki metallerin yerel plastik  deformasyona u ğramasına da sebep olur. Bundan dolay ı, iyi bir bağlanma daima bu i şlemin karakteristik ölçüsü olan arayüzeydeki düzenli dalga olu şumu ile ilgilidir. Bu doğru şekil, sık  dalga oluşumu ve dalga genli ği özel metal kombinasyonunun, kaplama içeri ğinin kalınlığı ve çarpışma şartlar ının bir fonksiyonudur. Patlamalı kaynak işleminde bütün kaynak parametreleri uygun biçimde seçilip kontrol edildiğinde Şekil 7.4’de görüldüğü gibi bir kaynak arayüzeyi elde edilir. Patlamal ı kaynak  arayüzeyinin dalgal ı görüntüsü bu kaynak yönteminin en belirgin özelli ğidir. Kaynak yüzeyinin  bu ilginç görüntüsü patlamalı kaynağa olan ilgiyi te şvik eder. Dalga yap ısının gelişimi f ışk ırma oluşumuna bağlı olarak değişiklik gösterir.

48

Patlamalı Kaynak  İşlem Parametreleri Her kaynak yönteminde oldu ğu gibi patlamal ı kaynak yönteminde de birle ştirmeye etki eden kaynak parametreleri vard ır. Bunlar; • Patlayıcı kütlesinin, giydirilen malzeme Vd ve tampon malzeme kütleleri toplam ına oranı olan “patlama yükü” R,    tt A • Patlayıcılar ın patlama h ızı Vd, • Üst levhanın hızı Vp, β V p A’ • Ara boşluk mesafesi s, S Vw • Çarpışma açısı β, • Kaynak h ızı Vw, A l t l k  • Eğik düzlemlerde çarpma aç ısı α, • Birleştirilecek marzemelerin özellikleridir . ı

Şekil 7.5. Patlamalı kaynak işlem  parametrelerinin şematik gösterimi

Patlamalı kaynak i şleminde kabul edilebilir nitelikte kaliteli kaynaklar elde edebilmek için kaynak işlemini kontrol altında tutabilecek parametrelerin belirlenmesi gerekir. Patlamal ı kaynak  işlem parametreleri İnal ve Zimmerly’e göre ba ğımlı ve bağımsız kaynak parametreleri olmak  üzere iki gruba ayr ılabilirler.

Şekil 7.5’de gösterilen bu parametrelerden arabo şluk mesafesi s veya d, e ğimli düzlemlerde  başlangıç açısı (paralel düzlemler için bu de ğer  α=0’dır), patlayıcının patlama hızı Vd ve üst levha çarpma h ızı Vp bağımsız kaynak parametreleridir. Ba ğımlı kaynak parametreleri ise; çarpışma açısı β, kaynak h ızı Vw ve çarpma noktas ı S’ye göre üst levha h ızı Vf’dir. Patlama kaynağında çarpma aç ısının değişiminden dolayı, kaynak arayüzey de ğişimi meydana gelmektedir. Çarpışma açısı arttığında, dalga yüzeyinin genli ği maksimuma doğru artar. Çarpma açısı daha fazla artt ığında bu genlik s ıf ıra doğru azalır. Pratikte, patlayıcı yüklemesini minimize etmek, malzeme maliyetini dü şürmek ve gürültü seviyesini azaltmak arzu edilirken, özellikle ticari kaplama işlerinde, değişik yüzey işlemleriyle kayna ğın kararlılığının sağlanması istenir. 2 mm ve daha üst kal ınlıklarda çeşitli kaplama malzemeleri için genellikle çelik alt levha olarak  kullanılır. Genelde yüksek patlama h ızlı patlayıcılar ın kullanılmasından sak ınılmalıdır. Çünkü üst levhalardan oluşan çok yüksek bas ınç, yansıyan bir gerilme dalgas ı üretebilir. Bu da dönü şte üst levhanın kalınlığının yaprak yaprak dökülmesiyle azalmas ına yol açabilir. Ayr ıca çok h ızlı  patlayıcılar ın kullanılması, birleştirilen parçalarda istenmeyen hacim de ğişikliklerine neden olabilir. Patlamalı kaynak işleminde kaynat ılacak/kaplanacak üst levhan ın kalınlığının artmasıyla  patlayıcı miktar ı, dolayısıyla patlama enerjisi artt ır ılmalıdır. Ancak bu art ış artan üst levha kalınlığıyla orantılı olarak lineer bir şekilde değişim göstermez.

Metalurjik Özellikler Metallerin patlamalı kaynağı sonrasında elde edilen ba ğın metalurjik özellikleri kaynak   parametreleriyle yak ından ilgilidir. Özellikle yüksek h ızlı patlayıcılar ın kullanılması, birleşme yüzeyinde yüksek  ısılar ın oluşmasına ve yerel ergimelere neden olmaktad ır. Metallerin yerel olarak da olsa ergimeleri bu bölgelerde metalleraras ı bileşiklerin, birincil kristalleşmiş bir döküm mikroyapısının, çekme boşluklar ının ve karars ız fazlar ın ortaya ç ıkması sonucunu doğurmaktadır.

49

Patlamanın hemen sonras ında arayüzeyde olu şan yüksek h ızdaki metal jeti, birle şme yüzeylerini ovalayarak ba ğ oluşumunu engelleyen oksit, pislik gibi maddeleri temizlemektedir. Bu jet ayn ı zamanda birleşen metallerin birleşme yüzeylerinde yakla şık 10 µm kalınlığında plastik  şekil değişimine uğramış bölge oluşturmaktadır. Yaklaşık 150 açıyla yapılan birleştirmelerde metal jeti yüzeylerle herhangi bir fiziksel etkile şime girmemekte, 5 0 ve daha dü şük açılı birleştirmelerde ise arayüzeyde birle şen metalleri içeren ve 200-300 µm kalınlığında olan girdap şeklinde cepler  oluşmaktadır. Bu bölgelerde metal k ısmen ergimiş olduğundan, içyap ı hem ergiyerek hem de katı halde oluşmuş bağlar ın özelliklerini taşımaktadır. Bazı durumlarda ergimi ş bölge sürekli dahi olabilmektedir. Aşır ı miktarda metallerarası bileşikler veya sürekli döküm içyap ısı içermeyen patlamal ı kaynak   birleştirmeleri üzerinde yap ılan çekme, kesme ve s ıyırma gibi deneyler, bu ba ğın dayanımının  birleştirilen metallerin en düşük dayanımlı olanınki ile aynı düzeyde oldu ğunu göstermiştir. Dinamik zorlamalar altında yorulma çatla ğının arayüzeyden ba şlamasına rağmen yüksek  yorulma dayanımlar ı elde edilebilmektedir. Birleşme bölgesinin k ır ılma tokluğu ise sünekli ğe  paralel olarak dü şmekte ve daha sonra uygulanacak  ısıl işlemler ile iyileştirilememektedir. Genel kural olarak, patlamal ı kaynak yöntemi ile birle ştirilecek metallerin kopma uzamas ının en az % 5 ve Charpy darbe de ğerinin ise 15 J’un üzerinde olmas ı istenmektedir. Patlamalı kaynak ile birleştirilmiş malzemeler, genellikle dalgal ı birleşim bölgesi arayüzeyi sergiler. İyi bir patlamalı birleştirmenin elde edilmesi do ğrudan dalgalı birleşme ile ilgilidir. Oluşan bu dalgal ı birleşme arayüzeyini, patlama h ızı (Vd), yüklenen patlay ıcı miktar ı, yüzeyler  arasındaki boşluk gibi üç önemli parametre belirlemektedir. Kaynak i şlemi boyunca bu üç  parametre dalga modelinin periyodunu ve geni şliğini kontrol eder. Ço ğu zaman birleşme  bölgesindeki bu dalga modeli, bir engel etraf ında akan bir ak ışkana benzetilmi ştir. Burada  bahsedilen engel, patlamal ı birleştirme için çarpışma bölgesindeki en yüksek bas ınç noktasıdır. İki metal, reaksiyon bölgesinde laminar veya türbülans ak ışkan olarak dü şünülebilir. Ak ış hızı düşük olduğunda, ak ışkan engel etraf ında daha düzgün akar. H ız arttığında ak ış bir dalga modeli gösterir. Hız kesin bir de ğere ulaştığında, ak ış modeli türbülans bir hal al ır. Şekil 7.6. patlama hızına bağlı olarak birleşmenin ak ış modelini göstermektedir.

Vd=1800 m/s

Vd=2100 m/s Vd = Patlama hızı

Vd=2500 m/s

Vd=2800 m/s

Şekil 7.6. Patlama hızına bağlı olarak oluşan ak ış modeli

Patlamalı Kaynakta Kullanılan Patlayıcılar Patlamalı kaynak i şleminde patlayıcılar üst levhan ın (kaplama malzemesi) üzerine yerleştirilmektedir. Bu işlemde kullanılan patlayıcılar genelde tanesel veya s ıvı olmak üzere ve üst levhanın şeklinin verildiği kutular içerisinde olabilmektedir. Patlamal ı kaynak işlemi için gerekli patlayıcılar çoğu ticari şirket taraf ından (amonyum nitrat, dinamit gibi) üretilmektedir.

50

Endüstriyel uygulamalarda patlay ıcı olarak TNT, amonyum nitrat, nitroguanidin gibi maddeler  kullanılmakta ve bunlar ın seçiminde ise i ş emniyeti, patlama hızı, maliyet ve kullan ım kolaylığı gibi faktörler önemli rol oynamaktad ır. Patlayıcılar üst tabakaya yerle ştirilen esnek plastik  tabaka üzerine, bükülmü ş ince uzun şeritler, toz, sıvı veya gaz halinde yerle ştirilebilir.

Şekil 7.7’de altl ık üzerine patlay ıcı ve birleştirilecek malzemelerin yerle ştirilmesi ve Şekil 7.8’de de patlama an ından bir foto ğraf görülmektedir.

Patlayıcı

A l t l

ı

k 

Kaynak  yapılacak   parçalar 

Şekil 7.7. Altlık üzerine patlay ıcı ve malzemelerin yerleştirilmesi

Şekil7.8. Patlama an ından bir fotoğraf 

Patlamalı Kaynağın Avantaj ve Dezavantajlar ı Patlamalı kaynak yöntemi birkaç alan haricinde çok fazla kullan ım alanına sahip de ğildir. En çok  kullanıldığı alanlar ince bir özellikteki metali di ğer bir malzemeye kaplamak, ısı değiştiricilerinde kullanılan borular ı birbirine kaynaklamak, birbirine birle ştirilmiş borular ın sızıntı yapan k ısımlar ının tamirinde ve ek bilezikli borular ın birleştirilmesinde kullanılmaktadır. Bu gibi yerlerde di ğer kaynak yöntelerinin kullan ılması sınırlı olduğundan bu yöntemin gelecekte kullan ımı daha da artacakt ır. Bu yöntemin avantajlar ı; •

Geleneksel kaynak yöntemleri ile birle ştirilemeyen çak farkl ı kombinasyonlardaki metal ve alaşımlar ı bu yöntemle kolayca birle ştirilebilmektedirler.

•

Kaynak ı birleştirmenin dayanımı en az ana malzemenin dayan ımı kadardır ve çal ışma esnasındaki gerilmelere kar şı oldukça iyi dayan ım sergiler.

•

Patlama kaynağı için gerekli patlay ıcılar düşük maliyete temin edilebilir.

•

Bu yöntem tamir ve bak ım masraflar ını azaltıcı bir birleşme sunar.

•

Bu yöntemle birleştirilen ısı değiştiriciler herhangi bir s ızıntı olmaksızın en zor ko şullarda  bile çalışabilme yeteneğine sahiptirler.

•

İnsan sa ğlığına zararl ı (nükleer reaktörler gibi) çal ışça ortamlar ında uzaktan i şlem kontrolü ile birleşme gerçekleştirilebilir.

•

Patlamalı kaynak yötemi, so ğuk bir işlem olduğu için birleştirilen malzemelerin özelliklerinde herhangi bir de ğişim olmaz.

51

•

Soğuk işlem olduğu için karbonun difüzyonu olmaks ızın metalurjik bir sınır form elde edilebilir.

•

Diğer birleştirme yöntemlerinde olduğu gibi özel ekipmanlara gerek yoktur.

•

Farklı ergime sıcakl ıklar ına sahip malzemeler bu yöntemle kolayca birle ştirilebilirler.

•

Patlamalı kaynak i şlemi birleştirilecek malzeme ebatlar ı bak ımından sınırlı değildir. 0.5 mm2 ebatlar ındaki parçalar birle ştirilebildiği gibi 90-120 m2 gibi büyük ebatlardaki malzemeler de birle ştirilebilir.

•

Bu yöntemde 0.02-63.5 mm kal ınlıktaki kaplama malzemeleri ile alt levha kal ınlıklar ı çok  inceden 450 mm kal ınlığa kadar de ğişebilir.

•

Bu yöntemde birleşme esnasında f ışk ırma meydana geldi ğinden yüzeylerinde oksit tabakas ı  bulunan metallerin birleştirilmesi mümkündür.

Patlamalı kaynak yöntemi yukar ıda s ıralanan olumlu özellikleri yan ında bazı olumsuz özellikler  de sahiptir.

•

Patlamalı kaynak işleminin hassasiyetinden dolay ı üretim hatlar ında kullanımı uygun değildir.

•

Bu yöntemde gevrek metaller birle ştirilemez .

•

Bu yöntemde güvenlik çok önemlidir. Kaynak i şlemleri ya güvenlik çemberi içinde yada açık alanda yap ılabilir. Çok az kullan ım alanı olmakla beraber su alt ında da güvenli bir   birleştirme yapılabilir.

•

Kaynak işlemi esnasında kullanılan patlaycılardan dolayı güvenlik elbisesi ve kulakl ık gibi detaylar düşünülmelidir .

•

Patlamalı kaynak yötemi düz yüzeylerin kaynaklanmas ı ve/veya kaplanmas ı ve de iç içe silindirik yüzeylerin kaynaklanması ile sınırlıdır .

52

Patlamalı Kaynak Yöntemi ile Birleştirilebilen Malzemeler Genel olarak % 5’den fazla genle şen metal ve ala şımlar ı patlamalı kaynak yöntemi ile kaynak  edilebilirler. Patlamalı kaynak yap ılabilen ticari önemdeki metal ve ala şımlar Çizelge 7.1’de veriliştir. Çizelge 7.1. Patlamal ı kaynak yap ılabilen metal ve ala şımlar ı

  r   a    l   m       ş   a    l   a    l   e    k    i    N

  r   a    l   m       ş   a    l   a   r    k   a    B

  r   a    l   m       ş   a    l   a   m   u   y   n    i   m    ü    l    A

♦ ♦ ♦ ♦

           ı

  r   a    l   m   m       ş   m   u    l   a   u   y   a   y   z    t   n   e    l   a   o   n   g    b    k   r   a   o    i    Z    M    K            ı

           ı

           ı

Karbonlu çelik  Alaşımlı çelikler  Paslanmaz çelik  Alüminyum alaşımlar ı Bak ır alaşımlar ı  Nikel alaşımlar ı Titanyum Tantal Kolombiyum Gümüş Altın Platin Kobalt alaşımlar ı Magnezyum Zirkonyum

♦ ♦

♦ ♦

  n    i    t   a    l    P

♦ ♦

  m   u   y    i   m    b   u       ş    l   m   a   y   n   n    ü    t   o   m    l   a    t    l    ü   o   n   a    t    i    A    G    K    T    T            ı

♦

♦

♦

♦

♦ ♦

♦ ♦

♦ ♦

♦

♦

♦

♦ ♦ ♦

♦

♦

♦ ♦

♦

♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

           ı

           ı

           ı

           ı

♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦ ♦

♦ ♦ ♦

♦ ♦

♦

           ı

   k    i    l   e   ç   z   a   m   n   a    l   s   a    P

  r   e    l    k    i    l   e   ç    l   m       ş   a    l    A

  r   e    l    k    i    l   e   ç   u    l   n   o    b   r   a    K

♦ ♦ ♦

♦ ♦

♦

           ı

           ı

53

8. DİFÜZYON KAYNAĞI Günümüz endüstrisinde kullan ılan malzeme çeşitlerinin artması, farklı özellikler gerektiren yerlerde farklı metal bağlantılar ının gerekliliği ve özellikle son y ıllarda ekonomik faktörlerin giderek önem kazanması farklı özelliklere sahip malzemelerin birbirleriyle birleştirilmesi zorunluluğunu doğurmaktadır. Daha çok uzay ve uçak sanayinde kullan ılan gelişmiş malzemelerin birleştirilmeleri katı hal kaynak teknikleri olarak bilinen ve de difüzyon kayna ğını da kapsayan yöntemlerle mümkündür. Bugün farklı metallerin birleştirilmesinde % 40 bu yöntem kullan ılırken, bu yöntemle birleştirilmiş malzemelerin yaklaşık % 20'sini de titanyum ve ala şımlar ı oluşturmaktadır. Difüzyon kayna ğı: birleştirmek üzere eşleşmiş iki yüzeyin, malzemelerin ergime noktalar ı altındaki bir sıcaklıkta malzemelerde tespit edilebilir plastik akmaya sebep olmayan bir bas ınçta katı hal difüzyonu yoluyla malzemeler aras ında metalurjik bir ba ğ oluşuncaya kadar, malzemelerin özelliklerini önemli ölçüde etkilemeyecek bir süre tutulmas ıyla uygulanan bir kat ı hal kaynak yöntemidir. Malzemelerin arayüzeyinde uygulanan s ıcakl ıkla ergiyen bir aratabaka kullanıldığı taktirde buna s ıvı faz difüzyon kayna ğı denir. Difüzyon kayna ğı benzer olmayan metal ve ala şımlar ında, kaynak sonras ı birleşme bölgesinde k ır ılgan metaller aras ı faz oluşumu nedeniyle malzemelerin dayan ımlar ının azalması durumunda tercih edilmektedir. Düşük sıcaklıklarda uygulanabilmesi, farkl ı malzemeleri birleştirebilmesi ve sağladığı diğer üstünlüklerle, al ışılmış kaynak yöntemleri ile elde edilemeyecek, k ıyas kabul etmeyecek üstünlükler gösteren difüzyon kaynak yöntemi, gün geçtikçe geli ştirilmekte ve gelecekte çok daha geni ş uygulama alan ı bulacak bir birleştirme yöntemidir. Difüzyon kayna ğının uygulanmasında, özellikle farkl ı metal ve alaşımlar ının birleştirilmesinde genellikle bir ara tabaka kullanılır. Ara tabakalar kaynak alan ındaki heterojenliği minimuma indirir ve birleştirmenin oluşumunu kolaylaştır ır. Ara tabakalar folyo şeklinde, elektrolitik kaplama ve püskürtme tarz ında olabilir. Ara tabakanın görevleri şu şekilde sıralanabilir; a) fiziksel özellikleri, örne ğin ısıl genleşme oranlar ı farklı olan parçalar ı dengeler, b) k ır ılgan, sert metaller aras ı faz oluşumunu engeller, c) plastik  deformasyonla yüzey yak ınlaşmasını iyileştirir, d) birleştirilecek parçalar ın hazırlama aşamalar ını azaltır ve e) çalışma sıcaklığını düşürürler. Kristal yapılı malzemelerde atomlar aras ı çekimden dolay ı kohezyon kuvvetleri meydana gelir.  Normal olarak atomlar ın denge şartı, üzerlerine tesir eden kuvvetin s ıf ır olduğu durumdur. Ancak katı malzeme, dış kuvvetlerin tesiri ile gerildi ği zaman atomlar denge durumlar ını terk  ederek kristal içinde d ış kuvvet taraf ından dengelenen bir gerilme meydana getirirler. Atomlar  arasındaki çekim kuvveti, birbirlerinden uzakla şma dereceleri ile orant ılı olarak artar, bir  maksimumdan geçtikten sonra tekrar azal ır. Farklı iki katı malzemenin yüzeyleri aras ındaki çekim ise adhezyon olarak tan ımlanır. Aynı cins katı yüzeyleri arasında kohezyon kuvvetlerinden dolay ı kohezyon olu şurken, farklı katı yüzeyleri arasında da adhezyon kuvvetlerinden dolay ı adhezyon i şi yapılmış olur. Gerek kohezyon ve gerekse adhezyon olay ı, yüzeyin serbest enerjisinin bir fonksiyondudur. Ayr ıca iki gevrek  malzeme ya da bir gevrek bir sünek malzemeden olu şan bir bağlantı için (metal-seramik) adhezyon olay ı, bağlantı mukavemetinin bir ölçüsüdür. Malzeme yüzeyleri aras ında birleşmenin sağlanmas ı, yani adhezyon ve kohezyon kuvvetlerinin teşekkülü için, malzeme yüzeylerinin atomlar aras ı bağın oluşabileceği yak ınlıkta temasını sağlamak gerekir. İki malzemenin difüzyonla birle ştirilmesinde, birleşmenin davranışını önemli derecede etkileyen di ğer bir kuvvet ise malzemelerin kimyasal yap ısına bağlı, olarak moleküller  arasıda etki eden Van Der Walls kuvvetleridir. Bu kuvvetler, gres, su buhar ı, yağ gibi metal

54

yüzeyindeki moleküllerin adsorbsiyonunun ba ş sebebidir. Diğer yandan metalik malzemelerin yüzeyleri temas ettirildi ğinde Van der Walls kuvvetleri birle şmeyi sağlayan önemli unsurlardan  birisidir.

Difüzyon Kaynağı Mekanizması Difüzyon kayna ğı ile ilgili ilk teori 1944 de K ınzel taraf ından sunulmuştur. Daha sonra Gerken ve Owezakski 1965'de üç safhal ı bir mekanizma ileri sürmüşlerdir. Sonraki yıllarda Shwartz, King ve Owezarski birbirlerininkiyle ayn ı olan bir model sunarak kendi modellerinin son safhalar ı ile Gerken ve Owezarski modelinin ilk safhas ını birleştirmişlerdir. Bu modele göre ilk safhay ı,  birleşme yüzeylerinin basınç altında ilk teması sürünme meydana getirmektedir. İkinci safhaya,  birinci safhada yok edilemeyen arakesit bo şluklar ı difüzyon yolu ile yok edilmekte ve arakesit tane sınırlar ı daha dü şük bir enerji seviyesine, yani arakesit düzlemi d ışına göç etmektedirler. Buradaki hakim mekanizma tane s ınır ı difüzyonudur. Son safhay ı oluşturan üçüncü safhada ise tane içindeki bo şluklar ın hacim difüzyonu ile doldurulmas ıdır. Bortle, Hrivnak ve Hauser ilk safhada birle şmeye yardım eden başlıca faktörün deformasyon mekanizmas ı olduğunu ileri süren bir model sunmu şlardır. Hauser büyük deformasyonlar ın var olduğu yerde, birleşme mekanizmas ı bir enerji engeli teorisinin izah etmesi gerekti ğini düşünmüştür. Artan sıcaklık, basınç ve başlangıçtaki plastik deformasyon bu enerji engelini aşmaya yardım etmektedir. Daha sonraki safhalarda difüzyon i şlemleri yani sürünme ve  boşluklar ın doldurulması hakim faktörler olmaktadır. Saf titanyum ve bak ır üzerinde kendi içerisindeki difüzyon kayna ğını inceleyen Mckeag altı safhalı bir model sunmuştur. Bu modele göre birinci safhada s ıcaklık tesiri ile yüzey pürüzlerinin temas ı sırasında metal oksitleri çözünmekte ve arakesitin her iki taraf ında yeniden kristalle şmiş ince bir tabaka meydana gelmektedir. Enerji engelini k ıran bu tabakad ır. İkinci safhada daha kal ın bir tabaka yeniden kristalle şmektedir. Üçüncü safhada ana metal yeniden kristalle şirken, daha alt tabaka kristalleri yok edilir. Dördüncü safhada ara kesitleri daha önce kristalle şen taneler yok olurken, küçük  fakat görülebilen bo şluklar oluşur. Beşinci safhada arakesitteki bo şluklar ın sayılan azalırken boyutlar ı büyür. Altıncı safhada arakesit düzlemine tane s ınır ı göçü ve tane  büyümesi başlar. Derby ve Wallach difüzyon kayna ğını, basınç altında sinterlemeye benzer bir i şlem olarak  incelemişler ve aşağıdaki mekanizmalar ı ileri sürmüşlerdir. Yüzeyden kaynaklanan mekanizmad ır. Bunlar arakesitteki bo şluk yüzeyinden bo şluk  uzunluğu boyunca yüzey difüzyonu ve hacim difüzyonudur. Burada tahrik edici kuvvet,  bir ara yüzey boşluğunun yüzeyindeki e ğrilik fark ıdır. 2. Arakesitteki yüzeylerden kaynaklanan mekanizmalar birle şme hattı boyunca kimyasal  potansiyel değişiminin belirlediği tane sınır ı difüzyonu ve hacim difüzyonu. 3. Uygulanan kaynak bas ıncında kaynaklanan akma ve sürünmenin yol açt ığı plastik  deformasyon. 4. Sıvı faz kütle transferi Gibbs - Thomson etkisi, yani yüzey e ğriliğindeki bölgesel farklardan doğan basınç fark ı. Difüzyon kayna ğı mekanizması ile ilgili model sunan yazarlar ba şlangıç safhas ında plastik  deformasyonun, yüzeylerin büyük bir k ısmı temas etti ğinde ise yüzeyden kaynaklanan ve arayüzey mekanizmalar ının etkili olduğu konusunda fikir birli ği içindedirler. Sıvı faz kütle transferi ise ancak yüksek s ıcaklıklarda çalışıldığı zaman söz konusudur. Şimdiye kadar  1.

55

aç ıklanan mekanizmalar ın ortak noktalar ı ışığında difüzyon kayna ğı mekanizmas ını aşağıdaki şekilde genelle ştirmek mümkündür. 1. Yük altında plastik deformasyon,

2. Sürünme deformasyonu,

3. Difüzyon,

4. Yeniden kristalle şme ve tane s ınır gücü.

Metal folyo veya kaplama şeklindeki ara tabakalar kullanarak kaynak için gerekli olan s ıcaklık,  basınç ve zaman de ğerlerini azaltmak mümkün olmaktad ır. Şekil 8.1.'de difüzyon kayna ğının mekanizmalar ı gösterilmi ştir.

c a d

 b

e

Şekil 8.1. Difüzyon kayna ğı mekanizmas ı Şekil 8.2. de verilen benzer bir üç a şamalı difüzyon kaynak mekanizmas ını da Schwartz vermi ştir. Kaynağın birinci aşamasında yüzeydeki pürüzlülüklerde akma ve sürünme mekanizmalar ı ile arayüzeyde büyük bir alanda temas sa ğlanır ve birleşme genelde tane s ınırlar ında olu şur. Basıncın etkisi ile yüzeydeki oksit filmi k ır ılarak oksitlerin k ır ılmış olan noktalar ından atom ak ışı başlar. İkinci aşamada difüzyonun etkisi deformasyondan daha önemlidir. Gözenekler bu aşamada tane s ınır ı difüzyonu neticesinde kaybolur ve bir k ısmı da tane içinde olu şur. Bunlar ın tane sınırlar ını hareketsiz hale getirme etkisi azd ır. Başlangıçta düz olan birle şme çizgisi üçlü noktalarda bir malzemenin di ğerine birkaç mikron kadar nüfuz etmesi ile e ğrilir. Birleşme sınır ı hareket ederken geride kalan gözenekler tanelerin içerisinde kal ır ve burada tane s ınır ı ile temaslar ını kaybederler. Difüzyonel i şlemler bu gibi bo şluklar ı küçülterek ortadan kald ırmaya yardımcı olur. Üçüncü a şama birleşmenin tamamland ığı birleştirilecek malzemeler aras ındaki atomik bağın tamamlandığı aşamadır. İkinci aşama sonunda tane s ınırlar ından yok edilemeyip tane içine ta şınan gözenekler bu a şamada hacim difüzyonu ile büyük oranda yok edilir. Yok  edilemeyen gözenek miktar ının oranı kaynak s ıcaklığı ile ilişkilidir. a

c Şekil 8.2. Difüzyon kayna ğının üç aşamalı mekanizmas ı

b

d

56

Difüzyon kaynak parametreleri Difüzyon kaynak yönteminin temel parametreleri sıcaklık , süre ve basınçtır. Ancak   birleştirilecek parçalar ın yüzey şartlan ve kaynak atmosferi de birle ştirme kalitesine etki eden önemli faktörlerdir. Difüzyon kaynağında sıcaklık, deformasyona, oksit çözünürlü ğüne, allotropik  dönüşüme, yeniden kristalle şmeye, difuzyona ve i şlemin k ısa sürede olu şmasına etkili olduğundan en önemli parametredir. Ayn ı cins metallerin birleştirilmesinde işlem sıcaklığı metalin ergime sıcaklığının 0.5-0.7 kat ı olarak alınır. Ayr ıca yöntemde s ıcaklık kadar  ısıtma ve soğutma hızlar ı da önemlidir. Parçalar aras ında sık ı teması sağlamak için basınç gereklidir. Basınç değeri uygulanacak kaynak  sıcaklığında, birleştirilecek malzemelerin mekanik özelliklerine ve gerekli olan biçimlendirme derecesine ba ğlıdır. Uygulamalarda genellikle bas ınç üst sınır ı olarak malzemenin kaynak  sıcaklığındaki akma dayan ımı alınmaktadır. Süre, bağımlı bir işlem parametresi olup, s ıcaklık,  basınç ve birleştirme türü ile ilişkilidir. Her malzeme yada malzeme çifti için gerekli süre birkaç saniyeden, birkaç saate kadar de ğişebilir. Kaynak süresinin uzun olmas ı kaynak ekonomisi açısından bir dezavantaj olu ştururken, boşluklar ın oluşumunu, bileşimin değişimini ve k ır ılgan intermetalik bileşiklerin oluşumunu teşvik etmesi gibi ba ğlantının mekanik özelliklerini bozan olumsuzluklara da neden olur.

İyi bir kaynak için engelleyici yüzey filmleri genellikle oksit tabakalar ıdır. Yüzeylerin oksitten korunması için kaynak vakum veya indirgeyici ortamda yap ılmalıdır. Soy gaz olarak helyum, argon ve azot kullan ılır. Birbirinin aynı ya da farkl ı birçok malzeme difüzyon kaynak yöntemiyle birle ştirilebilmektedir. Bu yöntem en çok titanyum ve ala şımlan, zirkonyum ve alaşımlar ı ve nikel esaslı alaşımlarda uygulanmıştır. C, bor, alümina, SiC gibi malzemelerin takviye olarak kullan ıldığı metal matrisli kompozit malzemelerin birle ştirilmesinde de kullanışlı bir yöntem olduğu kabul edilmektedir. Benzer olmayan metal ve ala şımlar ın da, kaynak sonras ı birleşme bölgesinde k ır ılgan intermetalik faz oluşuyor ya da yeniden ergime ile malzeme gevrekle şiyor veya mukavemeti azalıyorsa difüzyon kaynak yöntemi tercih edilmektedir. Difüzyon kaynak yöntemi ile birleştirilebilen malzemeler

Birbirinin aynı yada farklı birçok malzeme difüzyon kaynak yöntemi ile birle ştirilebilmektedir. Bu yöntem en çok titanyum ve ala şımlar ı ve nikel esasl ı alaşımlarda uygulanmakla birlikte karbon, bor, alüminyumoksit, silisyumkarbür gibi malzemelerin destek olarak kullan ıldığı metal matrisli kompozit malzemelerin birle ştirilmesinde de kullanışlı bir yöntem olduğu kabul edilmektedir. Çizelge 8.1’de difüzyon kayna ğı ile ara bağlayıcılı ve ara bağlayıcısız olarak birleştirilebilen malzeme kombinasyonlar ı verilmiştir.

57

Çizelge 8.1. Difüzyon kaynağı yapılabilen malzeme kombinasyonlar ı

Ara Tabakasız       ş    l    A       ş    l   m   m    A   u   u   y   y   m   m   n    i   n   u   u    i   y    l   y   r   m   m    l    i    i   r    ü    ü    l    l   e   r   e    k   a    A    A    B    B    B            ı

Alüminyum Alüminyum Alş Berilyum Berilyum Alş Bak ır  Bak ır Alş.           ı Kobalt    l   a Kobalt Alş.    k   a Demir     b Demir Alş.   a    TMolibden   a Molibden Alş.   r    A Nikel  Nikel Alş.  Niobyum Niobyum Alş. Tantal Tantal Alş. Titanyum Titanyum Alş. Volfram Volfram Alş. Zirkonyum Zirkonyum Alş. Seramik 

■ ■

 .       ş    l    A   r    k   a    B            ı

   t    l   a    b   o    K

 .       ş    l    A    t    l   a    b   o    K

 .    l  .    A       ş    l   n   e   n   e    A    d   r    b    d   r    i    i    b    l    i    i   e    l    k   m   m    l   o   o    i   e   e    D    D    M    M    N       ş

■ ■

■

 .       ş    l    A    l   e    k    i    N

 .       ş    l    A   m   m   u   u    l   y   y   a    b    b    t   o    i   o   n    i   a    N    N    T

 .       ş    l    A    l   a    t   n   a    T

■

 .       ş    l  .  .    A    l       ş    l    A   m    A   m   u   u   m   m    k    i   y   y   u   u   m   m   n   n   a   y   y   a   m   o   r   r   o   n   n   a    f    l    f    k    k   r   a    t   a    l   r    t   r    i   e    i    i   o   o    i    Z    S    T    T    V    V    Z       ş

■ ■

■

■ ■

^

■ ■ ■ ■

^

■

■

■ ■ ■

■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

■

■ ■

■ ■ ■ ■

■ ■

■ ■

■

■

■ ■

■

[

■ ■ ■

■ ■

[

■ ■

■

■ [

■

■

■ [

■ ■

■ ■

■ ■

■ ■ ■ ^

■ ■ ■ ■ (■ kaynak edilebilir malzeme ve alaşımlar ı göstermektedir)

Difüzyon kaynağının diğer kaynak metodlarıyla karşılaştırılması Ergitmeli kaynak yöntemleri ile difüzyon kayna ğının mukayesesinde göze çarpan farklar  şunlardır. Ergitme kayna ğında görülen deformasyonlar, ön ve son tavlama ihtiyaçlar ı,  bu teknikte görülmez. 2 Metalurjik açıdan uyumsuz, birbirinden tamamen farkl ı iki metal yada bir  metalle, metal olmayan bir malzeme birle ştirilebilir. 3 Birleşme süresi, bağlantı alanından bağımsızdır. Dolayısıyla bir defada geni ş alanlı yada karmaşık şekilli bağlantılar birleştirilebilmektedir. 4 Birleşmede ana malzemelerde istenmeyen metalurjik yap ılar oluşmaz. Seramik ve kompozitlerin, metal ve di ğer malzemelerle birleştirilmesinde, günümüzde en verimli ve etkili bir metottur. 1

Diğer katı hal kaynak teknikleriyle kar şılaştır ıldığında ise başlıca şu farklar görülebilir.

58

a. Difüzyon kayna ğı, esas itibariyle difüzyon kontrollü bir tekniktir.  b. Seramiklerin kaynak tekniğini belirleyen en önemli faktör bu malzemelerin gevrekli ğidir. Bu ise kaynakta deformasyon kullan ımının mümkün olmadığı anlamına gelir. Seramiklerin kaynağında difüzyon kayna ğı mümkün olan tek metottur. Bunlar ın yanı sıra, bu yöntemin özel ortam ve aparat gerektirmesi, bu nedenle pahal ı olmas ı ve kaynak arayüzeyinde metaller aras ı bileşiklerle, azda olsa, ara fazlar ın oluşma ihtimali difüzyon kaynak yönteminin dezavantajlar ı olarak sayılabilir.

Sonuç olarak difüzyon kayna ğının özelliklerini şöyle sıralayabiliriz: 1-

Sabit halde atom difüzyon yolu ile metalürjik ba ğlantının oluştuğu difüzyon kayna ğı, s ıcak   pres kaynağının bir şeklidir.

2-

Difüzyon kayna ğında soğuk pres kayna ğının aksine, rekristalizasyon s ıcakl ığının üstündeki sıcakl ıklarda, daha az bas ınç kuvveti ve şekil değişimi ile çalışır.

3-

Difüzyon kayna ğı aynı veya farklı, çoğunlukla metalik malzemelerin birle ştirilmesinde kullanılır. Bu yöntem, uçak ve sanayi ile nükleer sanayi ile nükleer teknoloji için geliştirilmiştir. Çünkü bu alanda, örne ğin kesitlerin ula şılabilir yerlerde olması veya malzemelerin farklı olması gibi nedenlerle al ışa gelmiş kaynak yöntemlerinin kullan ılması mümkün değildir. Aynı malzemelerin difüzyon kayna ğında, esas malzemenin dayan ım değerlerine yaklaşık olarak ula şmak mümkündür.

4-

Birbiriyle k ır ılgan metaller aras ı faz oluşturan malzemeler, eğrime sıcaklıklar ı ve elastiklik  sınırlar ı çok farklı malzemeler, metal ve metal olmayan malzemelerde bu yöntemle  birleştirilebilir.

TiAl

TiAl

Arayüzey

TiAl

Arayüzey

Ti6Al4V

Şekil 8.3. Farklı ve benzer titanyum ve ala şımlar ının difüzyon kaynakl ı birleştirmeleri

59

9. ELEKTR İK DİRENÇ KAYNAĞI Direnç kaynağı bindirilmiş iki levhanın arasındaki arayüzey boyunca akan bir ak ımın ısıtma etkisiyle oluşur. Malzemeden geçen elektrik ak ımının meydana getirdi ği ısının d ışında, herhangi  bir  ısı tatbik edilmemektedir. Isı, kaynak edilecek k ısımlarda meydana gelir ve bas ınç kaynak  makinasındaki elektrodlar veya çeneler vas ıtasıyla uygulanır (Şekil 9.1). Arayüzey ak ımının ak ışına kar şı bir direnç oluşturur ve sarf edilen enerji ısıya dönüşür R arayüzeydeki direnç olmak  üzere, Ohm kanunu uyguland ığında (I) şiddetindeki bir ak ımın geçmesi için gerekli gerilim V=IxR ifadesiyle verilir; t saniye süren ak ım ak ışı için gerekli toplam enerji a şağıdaki gibi  belirtilir. H = I x V x t = I x (I x R) x t = I 2 x R x t (Joule) Bu şekilde oluşan ısı, elektrodlar taraf ından uygulanan bas ıncın bir sonucu olarak saclar ın tam  bir temas haline getirildi ği yerel bir alanda yo ğunlaşır. Ak ım geçmeye devam ettikçe arayüzeyde ergime gerçekleşir ve bir kaynak banyosu olu şuncaya kadar s ıcaklık artar. Eğer bu anda ak ım kesilecek olursa, ba ğlantı alanı soğur ve bas ınç altında katılaşma meydana gelir. Bu şekilde oluşan kaynak diki şi, saclar aras ında bağlantı boyunca yük ta şıyabilen yerel bir ba ğ oluşturur.

Su girişi Su çık ışı

Kuvvetli basıncı silindirden elektroda ileten başlık 

Elektrodlar 

Basınç silindiri

Transformatör ve kontrol organlar ı

Yüksekliği ayarlanabilir alt elektrod desteği

Şekil 9.1. Hidrolik bas ınç silindirli, su so ğutmalı nokta kaynağı makinası Çeşitli kaynak safhalar ı mevcut olmakla birlikte en basiti Şekil 9.2’de görüldüğü gibidir. a)

Birleştirilecek parçalar elektrodlar aras ına yerleştirilir. Kaynağın doğru pozisyonda olduğundan emin olmak için i ş parçasını elektrodlarla hizalarken dikkat edilmelidir. E ğer  direnç nokta kayna ğının kapasitesinin yetti ği yüksek çal ışına hızlar ına ulaşmak isteniyorsa, çoğunlukla ek tertibatlar kullanmak gerekir,

 b)

Kaynak çevrimi, genellikle bir ayak anahtar ı veya pedal ı yoluyla başlatılır,

c)

Elektrodlar birbirine yakla şır, iş parças ını sık ıştır ır ve saclar ı temas haline getirir,

d)

Sık ıştırma zamanı olarak adlandır ılan belirli bir süre içinde bas ınç optimum bir de ğere yükseltilir.

e)

Ak ım verilir ve erimenin oldu ğu önceden ayarlanm ış bir süre devrede kal ır ve kaynak diki şi gerekli boyuta gelinceye kadar büyür. Genel olarak kaynak zamanlar ı bir saniyeden önemli ölçüde k ısadır ve periyotlarla belirtilir. Bir periyot 1/50 saniyeye e şittir. Bu ise İngiltere'deki standart alternatif ak ım şebekesinin frekans ının tersidir. Bir örnek olarak bir  çelik sac için (0,6'dan 1 mm'ye kadar kal ınlıkta) amaç, 5 ve 20 periyot aras ındaki kaynak  zamanlar ını kullanmaktır.

60

f) Elektrodlar üzerindeki bas ınç, kaynak kat ılaşırken dövme veya tutma zaman ı adı verilen süre boyunca uygulan ır. g) Basınç sonuçta kald ır ılır, elektrodlar birbirinden uzakla şır ve iş parçası makineden al ınır.

Elektrodlardaki kuvvet

Ak ım

Kaynak zamanı

Sık ıştırma zamanı

Dövme zamanı Erime

Isıtma

9.2. Tipik nokta kayna ğının çevrimi. Endüstriyel uygulama bak ımından bu kaynak yöntemi; a) nokta kaynağı  b) dikiş kaynağı c) kabartılı kaynak olarak s ınıflandır ılmaktadır.

a)

Elektrik Direnç Nokta kaynağı

Elektrik direnç nokta kayna ğının prensibi, elektrotlar aras ında bas ınç altında bir arada tutulan iş parçalar ından geçen elektrik ak ımına kar şı, i ş parçalar ının gösterdiği direnç nedeniyle meydana gelen ısı ile yapılan kaynak yöntemidir ( Şekil 9.3) Kaynak için gerekli ak ım, yüksek gerilim ve düşük ak ım şiddetindeki şebeke elektrik ak ımını, düşük gerilim ve yüksek ak ım şiddetinde kaynak ak ımına çeviren kaynak makinas ından sağlanır. Gerekli basınç veya elektrod kuvveti,  pnömatik veya mekanik donan ımlar ile gerçekleştirilir.

R 6 R 1 R 2 R3 R 4 R 5 R 7

Şekil. 9.3. Elektrik direnç nokta kayna ğının prensibi

61

J ak ımı R ohmik direncinden t süresince geçti ğinde, Joule kanununa ba ğlı olarak J birim ısı açığa çıkar. Q = I2 R t (9 .1) Burada, R = R ı + R 2 + R 3 + R 4 + R 5 + R 6 + R 7’dir. (9.2) yani sekonder devredeki toplam dirençtir. Bu dirençler ( Şekil 9.3) -Malzeme dirençleri R 6,R 7 : Elektrotlar ın direnci R 2, R 4 : İş parçalar ının dirençleri - Temas dirençleri R ı, R 5 : Elektrod - malzeme temas direnci R 3 : Malzeme - malzeme temas direnci Malzeme direnci, malzemenin fiziksel özelliklerinden kaynaklan ır ve de ğişken değildir. Temas dirençleri ise malzemenin ve elektrotlar ın uç durumlar ına bağlı olarak değişir. Kaynak s ırasında R 3, en büyük  ısının gerçekleşeceği direnç olarak seçilir. Di ğer dirençlerdeki ısınmalar ın mümkün olduğunca küçük olmas ı gerekir. Bu ise, Ik  kaynak ak ımının, tk kaynak süresinin ve F elektrot kuvvetinin seçimiyle sa ğlanır. R ı, R 3 ve R 5 temas dirençleri ba ğlantının kalitesine etki ederler. R 3 kaynak bölgesindeki s ıcakl ık, malzemenin t e erime sıcaklığının üzerine çıkar. Burada sıvılaşan malzeme, kaynak sonras ında kaynak çekirde ğini oluşturur. R 1 ve R 5 temas  bölgelerindeki ısınma, mümkün oldu ğunca düşük tutulur. Bu ise , iyi ısı ileten elektrod ve malzeme yüzeyleriyle sa ğlanır. Yüzeylerdeki pas, ya ğ ve boya gibi iyi ısı iletmeyen tabakalar ın olmaması gerekir. Temas dirençleri, farkl ı büyüklükte ısı miktarlar ına ve ba ğlantı dayanım özelliklerinin farklılaşmasına yol açar.

b) Elektrik Direnç Dikiş Kaynağı Direnç dikiş kaynağı, dönel elktrodlarla gerçekle ştirilen, seri bir nokta kayna ğı olarak  tanımlanabilir. Birbirinin üzerine bindirilen parçalar temas yüzeylerinde elektrik ak ımı ve malzemenin bu ak ıma gösterdi ği direnç nedeniyle olu şan ısı yardımıyla ergitilerek birleştirilir. Bu yöntem prensip olarak, nokta kayna ğına benzer. Bu yöntemin di ğer direnç kaynak  yöntemlerine göre üstünlü ğü, sürekli diki şler elde edilmesi ve baz ı uygulamalar ında sızdırmazlığın sağlanmasıdır. Donanım açısından fark ı ise elektrot formlar ıdır. Tüm dünyada kullanılan standart direnç diki ş kaynak makinelerinin yan ı sıra, özel ihtiyaçlardan do ğan tasar ımlara uygun kaynak makineleri de imal edilmi ş ve bu tekni ğin yararlılığı arttır ılmıştır. Elektrik direnç dikiş kaynağının en önemli uygulamalar ından biri benzin tanklar ının imalatıdır. Otomobil endüstrisinde yak ıt tanklar ının sızdırmazlık özelliğini sağlamak emniyet açısından birinci derecede önemlidir. Direnç diki ş kaynağı, parçalar birbirine tek bir parçaym ış gibi kaynadığı için ve seri imalatta otomatikleştiği zaman büyük kolayl ıklar sağlaması nedeniyle otomobil sanayiinde tercih edilmektedir. Yöntemin uygulama alanlar ı çok geniştir. Uygulama konusunda etkili tekni ğinden ve alınan sonuçlar sayesinde bu imal usulü genelde tercih edilmektedir. Kaynak dikişinin sürekliliği ise ak ımın uygulama süresine ba ğlıdır. Birleştirilecek parçalar, bindirilmiş şekilde iki bak ır elektrod arasına alınır. Elektrodlar ın belirli bir kuvvetle bastırmasından sonra kaynak  ak ımı geçerlidir. Ayarlanan süre boyunca bu ak ım bir elektroddan di ğerine geçer, iki sac aras ındaki temas noktası, en yüksek dirence sahiptir ve ısınan malzeme bu noktada ergir. Elektrik ak ımının uygulanış süresine göre farklı dikişler elde edilir. Şekil 9.4’de de farklı impulslar da yapılmış elektrik  direnç dikiş kaynak uygulamalar ı görülmektedir.

62

Süreksiz dikiş

K ısa dinlenme süreli dikiş

Sürekli dikiş

Şekil 9.4. Elektrik direnç diki ş kaynağı uygulamalar ı Kullanılan elektrod çaplan 50-600 mm aras ında değişmektedir. Kullanılan elektrod malzemesi ise, soğuk çekilmiş bak ır veya ısıl işlem görmüş sert nitelikteki bak ır alaşımlar ıdır (bak ır-kadmiyum, bak ırkrom, bak ır-tellür). Elektrotlar ın (kaynak işlemi sırasında) malzemelere temas eden yüzeylerin geni şliği kaynatılacak  malzemenin kalınlığına göre değişmektedir. Normal olarak kaynak geni şliği, kaynatılan gereçlerin en incesinin kalınlığının 1,5-3 katı kadar olmalıdır. Kaynak geni şliği temel olarak ince metal kalınlığından daha büyüktür. Bu da elektrodun kaynak s ırasında yı pranma değerini minimuma indirmektedir. Elektrodlar ın soğutulması ya merkezi kanallardan su dola ştır ılarak veya elektrod tekerlerinin yüzeylerine su püskürtülmesi ile yap ılmaktadır. Çeliklerin kaynatılmasında da soğutma sıvısı olarak %5 oranında bor yağı, %95 oranında su kullanılır.

c) Kabartılı kaynak  Direnç nokta ve diki ş kaynağının her ikisinde de arayüzeydeki ak ım yo ğunlaşması elektrodlar ı şekillendirerek ve temas halindeki yüzey alan ını sınırlandırarak gerçekleştirilir. Kabartılı kaynakta, kayna ğın yeri, saclardan birinin yüzeyinde yükselen bir kabart ı yoluyla belirlenir (Şekil 9. 5). Bir araya getirildiklerinde saclar sadece kabart ının bulunduğu noktadan birbirlerine temas ederler. Arayüzeyi boyunca geçen ak ım kabartı boyunca yo ğunlaşır ve bu nedenle kabart ı hızla ısınır. Kabart ı plastik hale gelir ve sonuçta da eridi ğinden çöker ve arayüzeyde erimi ş bir bölge oluşur. Elde edilen sonuç bir nokta kayna ğına benzerdir. Genellikle iki veya üç kabart ı aynı anda kaynat ılır. Kaynak makinalar ı temelde nokta kayna ğı için kullanılan makinalara benzer. Ancak elektrodlar ın yerine ba ğlantı bölgesine üniform bir bas ınç uygulayan, düz, bak ır tablalar yerleştirilmiştir. Kabartılar ın şekil ve boyutlar ı önceki deneyimlere  bağlı olarak veya denemeyle seçilir. Kabartılı kaynak uzun bindirme ba ğlantılar ı için pek sık kullanılmaz. Bu yöntem küçük ba ğlantı  parçalar ının sac yap ılara birleştirilmesi sırasında çok daha fazla kullan ışlıdır. Yöntem otomobil gövdelerinin, ev cihazlar ının, büro mobilyalar ının ve makina parçalar ının üretiminde geniş ölçüde kullanılmaktadır. Örneğin; sabit somunlar ın araba şasisine kaynat ılabilmesi için  bunlar bir yüzeyinde oluşturulmuş küçük kabart ılarla üretilirler (Şekil 9.6).

63

Basınç yassı elektrodlar  taraf ından uygulanır. Ak ım kabartı üzerinden akar.

Kuvvet Yassı elektrod Ak ım ak ışı Yassı elektrod

Kabartı ısınır ve  plastik  hale gelir 

Kabartılar  Sabit somun Dairesel kabartı Takviye halka

Dişli saplamalar 

Kabartı çöker. Ara yüzeyde erimiş dikiş oluşur.

Şekil 9.5. Kabart ılı kaynak 

Şekil 9.6. Kabartılı kaynak bağlantılar ına ait örnekler 

64

10. YAKMA ALIN KAYNAĞI Yakma alın kaynağı, bitişik alın yüzeyinin tüm alan ını kapsayan bir direnç bas ınç kaynağı yöntemdir. Bu yöntem, en ilkel kaynak yöntemi olan demirci kayna ğının modernize olmu ş şeklidir. Yakma alın kaynak yöntemi, ısı, dövme ve y ığma işlemlerinden oluşur. Metallerin, elektriğe kar şı gösterdikleri omik ve temas dirençlerinden dolay ı oluşan ısı sebebiyle yüzeylerin ergime durumuna gelmesi, daha sonra mekanik ve hidrolik sistemler yard ımıyla uygulanan yığma ve dövme sonucu olu şan kaynağa yakma al ın kaynağı denir. Yakma al ın kaynağı (direkt yakma kayna ğı), soğuk yakma kayna ğı olarak ta adland ır ılmaktadır. Soğuk yakma al ın kaynağında, kaynak edilecek parçalar dü şük basınç altında birbirleriyle temas ettirilmektedir. Gerçek temas, parçalar ın bir önceki imal yöntemine ba ğlı olarak, sadece  pürüzlülük uçlar ında meydana gelebilmektedir. Büyük kontak direnci ve yo ğun (yüksek) ak ım şiddetinin etkisi ile yüzey pürüzlülük uçlar ı çok hızlı olarak  ısınmakta, ak ışkan bir kontak  köprüsü oluşmaktadır. Ergime sıcaklığına ulaşılma sonrası, manyetik alan ın da etkisi ile kesit üzerindeki malzeme transferi ba şlamaktadır. Yüzey gerilimin etkisi ile köprü tabakası daima ince  bir örtü oluşturmaktadır. Metal buharlaşma basıncının yüksekliği nedeni ile, ergimi ş ve yanmış metalik parçacıklar alınlarda k ıvılcım demetleri oluşturmaktadır. Bu oluşum, yanma i şlemi süresince, birbiri ardı sıra devamlılığını korumaktadır. Yanma esnas ında metal buharla şması bir  koruyucu gaz ile engellenmekte, ergiyen yüzeyde oksidasyona mani olunmaktad ır. Belirli bir  yanma süresinden sonra, al ın yüzeyleri eşit ve yeterli bir  ısıya sahip bulunmaktad ır. Son aşamada, yüzeyler h ızla, vuruş şeklinde kapat ılmaktadır. Böylece al ınlardan curuf, kav, yabanc ı elemanlar ve ak ışkan malzeme fazlal ılığı dışar ı atılmış olmaktadır. Bu arada yanma ile olu şmuş kraterler de kapanmaktad ır. Uygulamadaki y ığılma oranı, al ın y ığma kayna ğına k ıyasla daha az ve kaynak yüzeylerindedir. Bu kaynak yönteminde kaynak edilecek parçalar ayn ı kesite sahip olmal ıdırlar. Kaynak edilen iki çubuğun birleştirilmesi için öncelikle alın k ısımlar ındaki sıcaklığı yükseltmek ve ergimeyi sağlamak gerekmektedir. Birle şecek olan al ın yüzeyler ergime s ıcakl ığına ulaşı p, uç k ısımlar ı yeterince tavland ıktan sonra iki parça eksenel yönde bast ır ılı p tavlanmış k ısımlarda bir yığma meydana getirilir. Bu y ığma işlemini sonlanmasıyla birlikte kaynak i şlemi de gerçekle ştirilmiş olur. Şekil 10.1’de şematik olarak yakma al ın kaynak makinesinin prensibi gösterilmi ştir. 1

2

3

4

6

5

7

10

6

8

11

10

9

Şekil 10.1. Yakma al ın kaynak makinesinin prensibi. 1. 3. 5. 7. 9. 11. 13.

Şebeke bağlantısı Kaynak ak ımı hattı(sabit) Sık ıştırma çeneleri (ak ım geçiren) Makine gövdesi K ızak tahriki Yığma kuvveti Yüksek sıcaklık bölgesi

2. Kaynak ak ım membaı 4. Kaynak ak ımı hattı (hareketli) 6. El sık ıştırma çeneleri (ak ım yok) 8. K ızak  10. Parça 12. Yığma çapağı

12

13

65

Bu işlem sırasında çubuklar ın alınlar ından itibaren oluşan ısı aşağıdaki formül ile hesaplanabilir;

Q=0,239.I 2 s.R.Z 

Burada; Is= Sekonder efektif kaynak ak m (A), ı

ı

R= Kaynak makinesinin çeneleri aras ında toplam elektrik direnci (Ω) ve Z= Elektrik ak ımının geçtiği süre (s)

Yakma alın kaynağının bir karakteristiği olarak kaynat ılacak çubuklar ın alnında normal veya az  basınçlı bir temasın sağlanı p devam etmesi gerekir. Bu temas sayesinde yukar ıda tanımlanan noktalarda ergiyen malzeme, her iki çubuk aras ından elektrik ak ımını iletir. Bu basınçsız temas şekline yakma temas ı adı verilir. Kaynak işlemi Şekil 10.2’de gösterilen prensiplere ba ğlı olarak yapılır. Sabit çene

- Parçalar birbiri ile temas etmeden çeneler  arasına sık ıştır ılır.

Hareketli çene BAŞLANGIÇ YOLU

Başlangıçtaki çene mesafesi Ön ısıtma yolu

- Transformatöre, dolay ısı ile parçalar ak ım tatbik edilir. ÖN ISITMADAN SONRA

- Hareketli tabla yavaş yavaş hareket eder . Yakma yolu

- Tabla hareketinin devamı ile, parçalar   birbiri ile temas eder ve sekonder elektrik  devresi kapanır. - Parçalar ın temas noktalar ında k ıvılcımlar  çıkarak, ergime başlar. Böylece parçalar ın alınlar ı kaynak sıcaklığına ulaşır. - Tablanın ani hareket ile birbirlerine temas eden alınlarda kaynama meydana gelir.

YAKMADAN SONRA

Yığma yolu YIĞMADAN SONRA

Toplam kaynak yolu

Şekil 10.2. Yakma al ın kaynağı işlem prensipleri. Yakma alın kaynak makinelerinin hemen hepsi yar ı otomatik ya da tam otomatiktir. Yar ı otomatik makinelerde operatör genellikle yakmay ı elle başlatır. Bundan sonraki olaylar otomatik  olarak gerçekleşir. Tam otomatik operasyonlarda ise, makineye parçalar yüklenir, kaynak   parametreleri önceden operatör taraf ından seçilir ve bundan sonraki i şlemler komple otomatik  olarak gerçekle ştirilir. Yakma alın kaynağı için kullanılan makineler değişik parçalardan olu şmaktadır. Bunlar; 1- K ızak ve k ızak hareketini sa ğlayan elektrik tesisat ının bulunduğu makine yatağı 2- Hareket edebilir k ızak  3- Rijit olarak k ızağa bağlı olan iki adet ba ğlama tertibatı 4- Ayar kademesi kaynak transformatörü kontrol ünitesi Günümüz endüstrisinde kullan ılan farklı yakma al ın kaynak makineleri bulunmaktad ır. Bunlardan Şekil 10.3’da raylar ın birleştirilmesinde kullanılan yakma al ın kaynak makinesi gösterilmektedir.

66

(a)

Şekil 10.3 Raylar ın birleştirilmesinde kullanılan yakma al ın kaynak makinesi Yakma al ın kaynağında aynı kesite sahip birleştirilecek parçalar bir çifti hareketli olan çenelere sık ıştır ılır. Kaynak ak ımı, hareketli olan çeneler üzerinden iletilir. İşlem başlangıcında kaynak  ak ımı devresi açılır ve parçalar birbirine yakla ştır ılarak birkaç noktadan (yüzeydeki ç ık ıntılar) temas etmeleri sağlanır. Bu noktalardan yüksek yo ğunlukta bir ak ım geçer ve temas noktalar ında ergime ve k ısmen buharlaşma meydana gelir (yakma). Metal buhar ı, ergimiş metali k ıvılcımlar  ve zerrecikler halinde d ışar ı f ırlatır. Metal buhar ı aynı zamanda bir koruyucu gaz tabakas ı oluşturarak, havanın kaynak ara yüzeyine girmesini önler. Yakma alın kaynağı işlemlerini 4 aşamada toparlamamız mümkündür. Bunlar : 1) Ön ısıtma

2) Yakma

3) Basma veya y ığma (Şişirme)

4) Soğutma

Yukar ıdaki işlemler kaynak i şleminin karakteristiklerindendir ve daima gereklidirler. Bu i şlemler  genellikle aşağıda vereceğimiz parametrelerin gerekti ği şekilde ayarlanmas ı ile kontrol edilirler. a) Transformatörün yüksüz voltaj ı b) Uçlar ın ilerlemesi (Hız, hareket) c) İş parçalar ının uçlar ına tesir eden kuvvet Yakma işlemi, dirençle ısıtma işleminden farkl ılık gösterir. Metalik bir yüzey hiçbir zaman tam  bir yüzey düzgünlüğüne sahip de ğildir. Genelde mikro düzeydeki bir çok girinti ve ç ık ıntı  parçanın yüzeyini kaplar. Pürüzlülü ğün derecesi yüzeye uygulanan i şleme bağlıdır. Yüzeydeki  pürüzler temas an ında temas yüzeyinin küçük olu şuna, bu da direncin artmas ına neden olacakt ır. Bu direncin büyük olmas ı, ısınma işlemini yanmaya dönü ştürecektir. Parçalar ın yavaş yavaş  birbirine yaklaştır ılmasıyla oluşan yeni temas noktalar ı da yanar ve bu şekilde yanma giderek  tüm kesite yayılır. Hareketli çenenin elektrik gerilimi alt ında hareketiyle kaynaklanacak   parçalar ın yüzeyleri, yüzeysel pürüzlülük vas ıtasıyla temas ederler. Temas noktalar ının sayısı, hareketli çenenin itme eksenine dik yüzeylerinin geometrisine ve yüzey durumuna ba ğlıdır. Parçalar ın toplam kesitlerinin çok az bir yüzdesini temsil eden temas yüzeyindeki bu pürüzler, sekonder elektrik devresinin kapanmas ına neden olurlar. Pürüzlerin temas ında kullanılan basınç çok zayıf olduğundan, temas yüzeyindeki elektrik direnci çok yüksektir. Temas yüzeylerinden çok yoğun bir ak ım geçtiğinden, pürüzler üzerinde çok kuvvetli bir  ısınma meydana gelir. Temas noktalar ı ani olarak ergime s ıcakl ığına ulaşır. Ergime halindeki bu küçük malzeme hacimleri  patlar ve yanan zerrecikler d ışar ı doğru f ırlar. Fırlatmadan sonra bu temas noktalar ı tekrar yeni krater ve çukurlar olu ştururlar. Bu kraterlerin uç noktalar ı tekrar temasa geçer ve böylece olay alın yüzeyinin kaynak s ıcaklığına gelmesine kadar devam eder. Yakman ın bütün safhalar ı Şekil 10.4’de gösterilmektedir. Ergime ve patlamalar sebebi ile meydana gelen malzeme kayb ı, hareketi tablalar ın yaklaşması ile kar şılanır. Yanmanın bütün yüzeyi kaplamas ı ve birleştirilecek  yüzeyin tamamının ergimesinden sonra, tablan ın ani hareketi ile yüksek s ıcaklıktaki yüzeyler 

67

 birbirine bastır ılır. Böylece pürüzlerin temas dirençleri ortadan kalkar ve k ıvılcımlanma da biter. K ıvılcımlanma süresi; malzemenin ısıl iletkenliğine, parçalar ın kesitine, k ıvılcımlanma çevirimine ve sekonder devre gücüne ba ğlıdır. Yanma olayında metal zerreciklerin yanmas ı ve metalik buhar ın meydana gelmesi, birle ştirilecek  yüzeyleri örten sıvı metalin oksitlenmesini önler. Ön ısıtma ve yakma i şlemi çok k ısa sürede meydana geldi ğinden yüksek s ıcaklık yalnız alın k ısımlar ında ve onun çok yak ınında etkisini göstermiştir. İstenilen sıcaklığa ulaşıldığında parçalar eksenel olarak birbirlerine bast ır ılır ve malzeme yığılması başladıktan hemen sonra elektrik ak ımı kesilir. F

F 1. Hareketli tablanın ilk hamlesi

2. İki pürüzün teması ve bölgenin ergime ısısına erişmesi

3. Kraterlerin tekrar teması

4. Malzemenin dışar ı f ışk ırmasıyla kraterlerin tekrar oluşumu

5. Yeni temas noktalar ının oluşumu

6. Çoğalan pürüzlerin ergimesi

7. Birleşmenin bütün kesite yayılması

Şekil 10.4. Yakman ın safhalar ı Yukar ıda da açıklanıldığı gibi çubuklar ın alın k ısımlar ının kaynak  ısısına kadar  ısıtılması elektrik  ak ımının malzeme dirençleriyle temas dirençlerinden yararlan ılarak sağlanmış olur. Elektrik  ak ımının ısıya dönüşmesi ise iki kademede meydana gelir. Bunlar ön ısıtma ve yakma kademeleridir. Ancak yakma al ın kaynak i şleminin tamamlanması için son kademe olan y ığma kademesinin de olu şması gerekir. a. Ön ı sıtma kademesi: Bu olay nispeten yava ş gerçekleşir. Kaynatılan çubuklardan geçen elektrik enerjisi joule olay ı ile ısı enerjisine dönüşür. Malzemelerin ısınması ile birlikte özgül elektrik dirençleri de yükselmeye ba şlar. Direncin artmasıyla azalan ak ım şiddeti belli bir  sınır altına düşünce yakma kademesine geçilir. Bu kademe uzun sürdü ğü için malzemelerin ısı iletim katsay ılar  ı da önemlidir. b. Yakma kademesi: Bu kademe çok k ısa sürelidir. Bu kademenin ba şında, kaynak aral ığındaki metal, ergime sıcakl ığına yükselmi ş durumdadır. Elektrik ak ımının etkisi altında, kaynak  aralığında metal parçac ıklar ı buharlaşır. Buharlaşan metal parçac ıklar ı basıncın etkisi ile dışar ı f ırlar. Metal parçacıklar ının yeniden ayr ılması ile beraber ak ım kesilir ve elektrik ark ı oluşur. Yüksek frekans ile süren bu olayda buharla şan metal parçac ıklar ı aldıklar ı ısının bir  k ısmını çubuklar ın alın yüzeylerine b ırak ırlar. c. Y ı ğ ma kademesi: Belli bir yakma süresi sonras ında yüzeyler gerekli s ıcaklığa ulaştığında  parçalara eksenel bir bas ınç uygulanarak ergimi ş metal ve ba ğlantılar dışar ı çıkar ılarak ana metal yığmaya uğratılır. Yığma basıncın uygulanmas ıyla yakma voltaj ı kesilir. Daha dü şük  yığma basınçlar ının uygulandığı bazı durumlara yığma voltajı uygulanır.

68

Yakma al ın kaynağı özellikle ön ısıtma, yakma ve y ığma kademelerinde, kaynak mukavemetini ve kalitesini etkileyecek çok say ıda parametreye sahiptir. Bu parametreleri 7 ana grup alt ında toplamak mümkündür.  A) Ba şlang ıç ve ön ı sıtma parametreleri -Başlangıçtaki çene mesafesi ayar ı -Ön ısıtma yolu -Ön ısıtma süresi -Ön ısıtma hızı -Ön ısıtma basıncı ön ısıtma gerilimi -Ön ısıtma ak ımı

 D) Toplam kaynak yolu  E) Toplam kaynak süresi

 B)Yakma parametreleri - Yakma yolu - Yakma hızı - Yakma süresi - Yakma basıncı - Yakma gerilimi - Yakma ak ımı

C) Y ı ğ ma parametreleri - Yığma hızı - Yığma zamanı -Yığma basıncı - Yığma gerilimi - Yığma ak ımı - Yığma ak ımını kesme zamanı

F) Elektriksel de ğ i şkenler  G) Kaynak sonrası ı sıl i şlemler zamanı

Yakma alın kaynağı özellikle ön ısıtma, yakma ve y ığma kademelerinde çok say ıda değişkene sahiptir ve bunlar aras ında özellikle yakma ve y ığma parametreleri yöntemi en çok etkileyen ve araştırmalara en çok konu olan de ğişken parametrelerdir. Yakma parametresi ile birlikte yakma süresi de kaynak üzerinde önemli bir etkendir. Yakma olayı, metalde gerekli yakman ın elde edilebilmesi için bir zaman aral ığında uygulanmal ıdır. Gerekli zaman, sekonder voltaja ve metal kayb ı oranına bağlıdır. Belirli minimum yakma mesafeleri için, belirli zaman aral ıklar ında, düzgün yakma i şlemi için gereklidir. Yakma alın kaynağında yığma kademesi ve buna ba ğlı parametreler kaynak kalitesi üzerinde etkilidir. Bu parametreler şunlardır; 1. Yakma voltajı kesme süresi: Çoğu durumda yakma voltaj ı, yığma işlemi başlar başlamaz kesilir. Voltaj sınır ı noktası mekanik deneyler ile ayar edilmelidir. 2. Y ı ğ ma oranı: Yığma kademesinde yüzeylerde mevcut olan ergimi ş metal ve oksitler d ışar ı atılabilmelidir. Uygulanacak y ığma oranı, metal yeterli plastisitiye sahip iken, optimum yığma gerçekleştirecek ve erimiş metali katılaşmadan önce d ışar ı atabilecek düzeyde olmalıdır. Ayr ıca kaynak ara yüzeyinin ince olabilmesi için uygun s ıcakl ığa ulaşıldığı anda yığma uygulanmal ıdır. 3. Y ı ğ ma mesafesi: Uygulanan y ığma mesafesi ile, oksitler ve ergimi ş metal bağlantı  bölgesinden uzaklaştır ılabilmeli ve alın yüzeyler birbiriyle çı plak olarak temas edilebilmelidirler. Optimum bir kaynak kalitesi için y ığma mesafesi uygun olmal ıdır. Şayet kaynaklı parçalarda düzgün bir yakma sa ğlanabilmişse, daha küçük y ığma mesafesi ço ğu metal için tatminkar olabilecektir. Bununla birlikte baz ı ısı dirençli alaşımlar için daha büyük  yığma mesafeleri gerekmektedir. 4. Y ı ğ ma ak ımı: Bazı durumlarda kaynak ara yüzeyi yakma i şlemi sonrasında hızla soğumaya meyillidir. Bu durum elverişsiz yığma veya yığılan metalde so ğuk çatlak ile sonuçlan ır. Bağlantı sıcaklığı, kaynak transformatöründen sa ğlanan ısı ile sürdürülmelidir.

69

Yakma al ın kaynağının uygulamalar aç ısından özellikleri ve üstün görülen yönleri a şağıda özetlenmiştir: 1) Aynı tür parçalar ın birleştirilmesinde yararlanılan benzer yöntemlere k ıyasla, daha büyük  yüzeyler kaynak edilebilmektedir. Kesit yüzeyine ba ğlı tezgah güçleri ile çal ışılması koşulu ile, 90.000 mm 2’lik kesitlere kadar birleştirmeler gerçekleştirilebilmektedir. 2) İşlemin yüzeysel bir yanma ve ergime olay ı ile gerçekleştirilmesi, başlangıçta saptanan bir   boyutsal k ısalmaya müsaade edilmesi nedenleri ile parçalar ın al ınlar ı için bir ön hazırlama işlemine gerek duyulmamaktadır. 3) Açı p-kapama periyotlar ında, yanma ürünleri ve yabanc ı tabaka artıklar ı eksenden d ışar ıya doğru itilmektedir. Bu olay yard ımı ile birleşme bölgesinde homojenlik ve ön görülen dayanıma ulaşılmaktadır. 4) Birleşme bölgesinde s ınırlı oranda yığılma da ortaya ç ıkmaktadır. Birleşmenin boyca kaybında, %20-30 y ığılma ve %70-80 yanma pay sahibi olmaktad ır. Bu oranlar malzeme türlerine göre değişiklik göstermektedir. 5) Uygulama ile dinamik zorlamalar kar şı daha yüksek dayan ımlara sahip kaynak   birleştirmeleri oluşturulmaktadır. 6) Kaynak dik kesitleri dairesel olmak zorunda de ğildir. Üçgen kesitler, H kesitler, dikdörtgen kesitli parçalar da kolayl ıkla kaynaklanabilir. Ayr ıca kaynaklanacak parçalar dönel olmak  zorunda de ğildir . 7) ITAB dardır.

1) 2) 3) 4) 5)

Yakma al ın kaynağını sınırlayan bazı unsurlar ise şunlardır; Tek fazl ı güç ihtiyacı, üç fazl ı primer güç hatlar ında dengesizlik olu şturur. Yakma sırasında dışar ı f ırlayan ergimiş metal partikülleri çevreye zarar verebilir. Koruma alınmalıdır. Yanan ve y ığılan metalin al ınması genellikle gereklidir ve özel teçhizat gerektirir. Küçük kesitli parçalar ın merkezlenmesi zordur. Kaynaklanacak parçalar dik kesite sahip olmal ıdır 

Yakma alın kaynağı, demir esasl ı ve demir dışı metal ve alaşımlar ı ile farklı malzeme çiftlerinin  birleştirilmesi için rahatlıkla kullanılabilmektedir. Düşük karbonlu çeliklerin yan ı sıra, orta ve yüksek mukavemetli dü şük alaşımlı çelikler, tak ım çelikleri, östenitik, martenzitik ve paslanmaz çelikler, alüminyum ala şımlar ı, nikel ve titanyum ala şımlar ı da yakma al ın kaynağı için uygun malzeme türleridir. Farklı metal kombinasyonlar ına uygun kaynak ko şullar ında ve düzgün i ş parçası dizaynlar ında kolaylıkla yakma al ın kaynağı uygulanabilir. Yakma al ın kaynağı ile birleştirilebilecek bazı metal kombinasyonlar ı Çizelge 10.1.’de verilmi ştir. Çizelge 10.1. Yakma al ın kaynağı ile birleştirilebilecek bazı metal kombinasyonlar ı Ana metal Al Cu Mg Ni Pas. Çelik Mo Ti W ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  Al ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  Cu ¨  ¨  ¨  Mg ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  ¨   Ni ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  Pas. Çelik  ¨  ¨  ¨  Ti ¨  ¨  ¨  W

70

11. ULTRASONİK KAYNAK YÖNTEMİ Ultrasonik kaynak yöntemi, özellikleri birbirinin ayn ı veya farklı olan malzemelerin bindirme  biçimindeki birle ştirmesinde kullan ılan bir katı hal kaynak yöntemidir. Parçalar, hava veya hidrolik basınç altında ve saniyede yakla şık 20.000 titreşim yapabilen çeneler aras ında ısı enerjisi verilmeksizin soğuk basınç yöntemi ile kaynat ılırlar. Titreşim, yüksek frekansl ı elektrik enerjisi ile elde edilir. Parçalar ın kaynatılmasını sağlayan bu titreşimler alt ve üst çeneler arac ılığı ile kaynak  alanına iletilir. Bu kaynak yönteminde, toz, pasta gibi temizleme maddelerine ve kaynak diki şine katk ıda  bulunacak ilave tele ihtiyaç yoktur. İş parçalar ı plastik  şekil değiştirme (birleşme alanında, gerecin elastiktik sınır ı üzerinde bir kuvvet olu şturulduğundan bu noktada gereç, üzerindeki bas ınç kalksa  bile eski halini alamaz) sonucu birle şme alanında kaynak edilmi ş olurlar. Bu nedenle ultrasonik  kaynak makinas ı taraf ından uygulanan bas ınca plastik basınçta denir. Birleşme alanında plastik şekil değişikliği sonucu bir miktar  ısı meydana gelirse de bu ısı parçada herhangi bir fiziksel şekil değişmesine sebep olmaz. Gereçlerin metalurjik birle şmesi ark, ergime ve ergiyik geçi şi olmaksızın yapılmış olur. Kaynak alanında yok denecek kadar çarp ılma olabilir. Ultrasonik kaynak  enerjisi, bazı metallerin (örneğin nikel gibi) manyetik alan içerisinde iken büzülme ve genle şme yaparak meydana getirdikleri titre şimlerin yoğunlaştır ılması ile elde edilir. Titreşimler parçalardan geçerken ani bas ınç dalgalar ı oluşturarak gereç kesitlerinin kaynat ılmasını sağlamaktadır. Ultrasonik kaynak; elektrik, elektronik endüstrisinde kondaktör, mikro devre ba ğlantılar ı gibi ince alüminyum ve benzeri gereçlerin nokta ve seri olarak kaynat ılmalar ında kullanılmaktadır. Genellikle diğer kaynak yöntemleri ile kaynat ılması güç olan laboratuar ve ara ştırmalardaki hassas, ince parçalar ın birleştirilmesi kolaylıkla yapılmaktadır. Genel olarak, kal ınlıklar ı 0.025-2,5 mm aras ındaki gereçler kaynak yap ılmaktadır. Ultrasonik  kaynak titreşim durumuna göre, nokta kayna ğı, halka kayna ğı, nokta-dikiş kaynağı ve sürekli dikiş kaynağı olarak gruplandır ılmaktadır. Kaynak işlemi sırasında operatörün (makinay ı kullanan kişinin) aşağıdaki kurallar ı çok iyi bilerek düzenlemesi gerekmektedir. 1 2 3 4 5 6

Kaynatılacak gereç kal ınlığı ve türüne göre bask ı yapan eleman ın çapının büyüklüğü ve küçüklüğü, Birleştirilecek parçalara uygulanacak s ık ıştırma basıncı, Gereçlerin üzerine gelmesi gereken kuvvet miktar ı, Kaynak yapma zamanı (süresi), Birleştirmede uygulanacak kaynatma şeklinin (nokta, çevresel veya diki ş kaynak türlerinin) seçimini yapmak. Gereç kalınlıklar ına göre frekans ve ak ım türü ayar ını yapmak 

Ultrasonik Kayna ğın Uygulama Alanlar ı Ultrasonik kaynaklar, geleneksel kaynak yöntemlerinin elveri şsiz, güvenilmez yada pahal ı olduğu uygulamalarda tamamlay ıcı bir işlem olarak kullanılan bir yöntemdir. Özellikle ısıtılması problem ve hassas olan ve bundan dolay ı da kaynat ılması çok zor veya imkans ız gibi görünen parçalar ın  birleştirilmesinde kullanılmaktadır. Ultrasonik olarak kaynaklanan bir çok malzeme çe şidi vardır. Ekipman ve teknikler daha da geliştirildikçe, kaynak edilebilir malzeme çe şidi de artacakt ır. Ultrasonik kaynaklama ayr ıca geniş çaptaki bağlantı dizaynlar ına uygulanabilir. Ço ğu durumda özel geometrili malzemeleri kaynak edilebilmek için sonotrod uçlar ında ve örs yüzeylerinde de ğişiklik yapılabilir. Özel

71

araç kullanımı veya yerleştirme aygıtlar ı ekipmana ilave edilebilir. Ba ğlantıdan hiç ak ım geçmediği için, malzemeleri izole etme problemi ortadan kalkar. Kaynak sırasında elektrik ak ımının geçmemesi, kaynak bölgesinin ergitilmemesi ve zor temizleme işlemlerine gerek kalmamas ı, ayr ıca çok çeşitli malzemeye uygulanabilmesi bu yöntemi mikro elektronik endüstride rakipsiz k ılmıştır. Ultrason kaynağı özellikle ince Al film ile silisyum veya germanyum aras ında bağlantının gerekli olduğu transistor ve mikro devreler alan ında başar ılı bir birleştirme yöntemidir. Bu tekniğin fazla bir  yüzey temizliği gerektirmemesi uygulanabilirliğini artırmaktadır. Bu yöntemle birleştirilen alüminyum altının birleşme yüzeyinde, di ğer ergitmeli yöntemlerde meydana gelen k ır ılgan intermetalik bileşikler oluşmamaktadır. Ateşleme tertibatlar ında, ince direnç tellerinin (Ni-Cr, WPt, 0,001 inç çap ında) bak ır, demir, fosfor bronzundan yap ılmış uçlara birleştirilmesinde  parçalardan birinin çok ince olmas ı bir soğuk birleştirme tekniğini gerekli k ılmaktadır. Ultrason kaynağı burada da başar ıyla kullanılmaktadır. Ultrason kaynağının diğer bir uygulaması, güç termokupullar ın birleştirilmeleridir. Ultrason kaynak yöntemi ile ambalaj endüstrisinde de bir çok parçalar birle ştirilmektedir. Örneğin;  patlayıcı maddeler, ilaçlar ve kimyasal maddeler gibi s ıcaktan etkilenecek maddelerin ambalaj kutu kapaklar ı bu yöntemle kaynak edilmektedir. Bu teknik alüminyum folyo çekme haddelerinde folyolar ın birbirlerine birleştirilmelerinde de kullan ılmaktadır, bu şekilde 0.00017inçten 0.006 inç kalınlığa ve 72 inç geni şliğe kadar Al folyolar birle ştirilmektedir. Ultrason kaynağı farklı kesitli parçalar ın birbirleri ile birleştirilmesinde de başar ılı bir  şekilde kullanılmaktadır. Kaynaklar  günümüzde bu yöntemin alüminyum folyolardan yap ılmış peteklerden, uzay gemileri için geliştirilen nükleer jeneratörlerdeki alüminyum ve paslanmaz çeli ğin birleştirildiğinden de söz etmektedirler.

Ultrasonik kaynak çe şitleri Ultrasonik kaynak yeni bir i şlem olmas ına rağmen, de ğişik bağlant ı konfigirasyonlar ı üretmedeki çok yönlülü ğünü kabul ettirmi ştir. Ultrasonik kaynak titre şimin durumuna göre şu şekilde grupland ır ılm ıştır.

a) Nokta kayna ğı Yakla şık olarak her konturda dairesel biçimde tek tek kaynak noktalar ının, titreşimli enerjinin bir sanotrod ve kar şı bir çene veya di ş arasında, bas ınç alt ında tutulan i şlenecek   parçalara geçici olarak uygulanmas ıyla yap ılan bir i şlemdir. Uç k ısım kaynak düzlemine  paralel, güç uygulama eksenine dikey olarak bir düzlemde titre şir. Şekil 11.1’de nokta kaynak makinesinin şematik görüntüsü verilmi ştir. U makine de kaynak kafas ını yanal yönde titreştiren bir transtüserden olu şmu ştur. Kaynaklanacak parçalara bask ı kuvveti de ayn ı elaman taraf ından tatbik edilir. Bu tip kaynak makinelerinin kapasitesi s ınırl ı olup, transdüser inputu 300 w civar ındad ır. Bu makineler ince folyolar ın, ince alüminyum tellerin kayna ğında kullan ılır. Ayr ıca yanal tahrikli makinelerin d ışında ikinci tip nokta kaynak makineleri de vard ır ki bunlarda titre şim ileri-geri şeklinde olup bask ı sistemleri di ğer nokta kaynak makinesinde oldu ğu gibidir.

72

Çıkarma kolu Kuvvet Kaynak kafası Transdüser 

Kaynaklı bağlantı Örs

Şekil 11.1 Nokta kaynak makinesi b) Halka kayna ğı İş lenecek parçalar ın bir çene yada örs üzerinde, kaynak düzlemine paralel bir düzlemde  burulma ile ilgili olarak titreyen silindir biçiminde bir sonotrad ucu aras ında kenetledi ği bir  işlemdir. Böylece, sürekli olarak halka biçimde bir kaynatma tek bir kaynak ucu aral ığıyla üretilir. Transdüser bask ı koluna te ğetsel olarak ba ğlanmıştır ve kol burulma titre şimleri yapar. Bu tip makineler 300 ile 2000 w l ık bir transdüser imputu ile çal ışırlar. Bu tip makinelerde yakla şık 6 mm kal ınl ığındaki alüminyum levhalar ı kaynak etmek mümkündür. Kaynak için bask ı kuvveti hidrolik bir tertibat ile sa ğlan ır. Şekil 11.2’de halka kaynak  makinesinin şematik görüntüsü verilmi ştir.  Normal kuvvet

Transdüser  Titreşim Kaynak kafası

İş parçası Örs

Hidrolik silindir 

Şekil 11.2. Halka kaynak makinesi c) Nokta-diki ş kayna ğı Esas olarak daima birle ştirilmiş bir alan ın üst üste nokta biçiminde kaynaklar ın birbirlerini izlemesiyle üretilen bir i şlemdir. Bu tür bir ba ğlant ı noktas ı genellikle her inçte 5-10 kaynak içerir.

73

d) Sürekli-dikiş kaynağı Tamamen sürekli ba ğlant ı noktalar ının, dönen silindir biçiminde veya disk  şekilli sonotrod ucu ile çapraz yatak veya silindir  şekilli çene aras ında i şlenecek parçalar ın kenetlenmesiyle yap ılan bir birle ştirmedir. Birleştirilecek parçalar, dönen uç ve aksi yönde dönen ve de çapraz olarak kesen bir çene, ya da dönen ucun alt ındaki kaynat ılacak parçalar ı destekleyen örs yata ğı aras ında çizilir. Bu düzenlemelerdeki kaynat ılacak parça ve uç aras ında hiçbir  şekilde kayma olu şmamalıdır. Şekil 11.3’de sürekli diki ş kaynak makinesi görülmektedir.

Dönüştürücü

Sonotrod

Titreşim tak ımı Parçalar 

Ultrasonik  titreşim

Kaynak dikişi

Şekil 11.3. Sürekli diki ş kaynak makinesi e) Alan kayna ğı Sürekli-diki ş kaynaklar ının geni şletilmi ş yüzey alanlar ının üzerinde, toplam birle ştirme olu şturmak için üst üste getirildi ği bir birle ştirmedir. Ultrasonik kayna ğın bütün çe şitlerinde, kenetleme gücü normalde birle ştirilecek parçalar ın ara yüzeye ait düzlemine uygulan ır ve temas eden titre şimli bölge, yakla şık olarak bu düzleme paralel uygulan ır.  Nokta ve halka kaynaklar ı tek güç aral ıklar ıyla yap ılır. Nokta-diki ş kaynaklar ı, tekrarlanm ış tek güç aral ıklar ı gerektirir. Sonotrod genellikle, her kaynaktan sonra hafifçe geri çekilir. Sürekli-diki ş ve alan kayna ğında, sonotrod ucu kaynat ılacak parça ile sürekli olarak temas halindedir ve daima enerji uygulan ır. Özel bir uygulama için bu tekniklerden herhangi birinin seçilmesi, öncelikle ba ğlant ı noktas ının dizayn özelliklerine ba ğlıdır.

74

Ultrasonik kaynağın avantajları Çok ince parçalar ın kaynağı için kullanılır. Kaynak kesiti yeterli kalınlıkta ve sağlamlıkta olur. Aynı veya farklı cins metal ve alaşımlar ında kullanılır  Yüksek sıcaklık ve deformasyon olmaks ızın kaynak yapılır. Kaynak alan ı renk fark ı olarak görünmez. Kaynak işlemi çok ekonomik olarak gerçekle şir. Tellerin, plakalara lehimlenmesinde rahatl ıkta kullanılır. Bu işlem elektrik ve elektronik  endüstrisi için çok önemlidir. 8 Kaynak s ırasında pasta, özel temizleme, s ıcaklığa gerek yoktur. Transistor   birleştirmelerde çok önemlidir. 9 Alüminyum ve ala şımlar ı ile altın, bak ır, pirinç, zirkonyum, platin, titanyum, nibriyum, magnezyum, paslanmaz çelik, molibden, nikel ve benzeri tüm metaller bu yöntemle kaynaklanabilir. 10 Kaynak sonrası herhangi bir temizleme vb. i şleme gerek yoktur. 1 2 3 4 5 6 7

40 mm otomatik boyuna burulma çapında döndürme titreşimi kaynak  Transdüser sistemi değiştirici aşlığı

Otomatik taşıyıcı sistem

Kaynak parçalar ı

Şekil 11.4. Enlemesine ve boylamasına hareket edebilen otomatik ultrasonik dikiş kaynağı

Kaynaklı parçalar 

Şekil 11.5. Ultrasonik dikiş kaynağı yapılmış bir soğutma gövdesi görünümü

75

12. IŞINLA KAYNAK  Ark ergitme kaynağında yüzeyde kaynak banyosunun geni şliği genellikle 5-10 mm aras ında değişmektedir. Bu geni şlik arkta elde edilen ısının gerilime, ak ım şiddetine ve kaynak h ızına  bağlı olarak 40-80 mm 2’lik bir alan aralığında dağıldığı anlamına gelmektedir. Isı, bağlantıya doğru aktıkça, kaynak banyosu karakteristik fincan taba ğı şeklindeki profili almaktad ır. Kaynak  dikişinin oluşturulmasında kökten farkl ı diğer bir yaklaşım, daha modern bir grup i şlemin kullanılmasıdır. Bunlardan en önemli üçü: plazma ark, elektron ışını ve lazer kaynak  yöntemleridir.

12.1 Plazma I şını ile Kaynak  Plazma terimi iyonlaşmış bir gaz kütlesi anlam ına gelmektedir. Bir gaz, pozitif iyonlar ıyla negatif yüklü elektronlar ına ayr ışmaya yeterli yükseklikte bir s ıcakl ığa ısıtıldığında plazma oluşur. Bu ayr ışmayı oluşturmak için bir enerji gerekir ve kaynakta bu enerji arktan sa ğlanır. Ark  sütununun merkezindeki gaz, olu şan sıcaklıklarda ayr ışır ve plazma yarat ır. Bu gaz ark  sütunundan uza ğa doğru akarken nötr atomlar olu şturmak üzere yeniden birle şir ve bu s ırada ortama sis enerjisi sa ğlar. Özellikle paslanmaz çeliklerin kesilmesinde yayg ın biçimde kullanılan plazma ark ı, temel olarak  TIG yönteminin bir uzant ısı olup, bu yöntemde TIG kayna ğının konik  şeklindeki ark ı çeşitli düzenlemelerle büzülerek ince silindirik hale getirilmi ştir. Bir plazma ark üfleci, ucundaki küçük   bir deliği bulunan meme ile bu memenin merkezindeki tungsten bir elektroddan olu şmuştur. Plazma gazı, bu iç içe geçmi ş dairesel meme ile elektrod aras ından geçerken h ızla delikten dışar ı çıkar. Ark sütunu çan şeklindedir (Şekil 12.1) ve gaz korumas ı altında serbestçe hareket edebilir. Ark, su soğutmalı bir bak ır meme taraf ından sar ılı ise daral ır ve TIG kayna ğında kullanılan tungsten ark ından elde edilen s ıcaklıklar 11.000 oC iken, buradaki s ıcakl ık 20.000 oC civar ına yükselir. Tungsten elektrod (negatif)

Derin dar anahtar  deliği Sığ geniş kaynak   banyosu

Ark sütunu

Geleneksel TIG kaynağı

Ark sütunu memedeki delikte daralır  Ark plazma kaynağı

Şekil 12.1. Plazma ark kayna ğı Plazma daralmış ark boyunca harekete zorlan ırsa, alışılagelmiş kaynak arklar ından elde edilebilenden çok daha yüksek s ıcaklıklara yükselir. Bu nedenle plazma gaz ı hızla genleşir ve daralmış meme ağzından sıcaklığı yüksek enerjili bir gaz jeti olarak ç ıkar. Diğer bir deyimle; delik açma için gerekli olan yüksek enerjili bir çe şit ışın elde edilmi ş olur. Bunu kullanarak 3-15 mm kalınlıktaki malzemelerde al ın kaynağını 100-300 A ak ım şiddetiyle bir pasoda gerçekleştirmek olanaklıdır. Hızlar TIG kayna ğında benzer ba ğlantılarda gerçekleştirilen

76

hızlardan % 40 ila % 80 aras ında daha yüksektir. Bu yöntem, uygulama aral ığı sınırlı olduğundan geni ş ölçüde kullanılmamaktadır. Ancak delik açmaya özgü çok iyi nüfuziyetli diki ş  profillerinin üstünlüğünden yararlanan boru kayna ğı teknikleri geliştirilmiştir. Plazma ark kayna ğı k ısımlar ı; 1. Kaynak ak ım üreteci 2. Kaynak pensi (torcu) 3. Soğutma ünitesi (so ğutma su ile yap ılmaktadır) 4. Yüksek frekans jeneratörü 5. Kontrol ünitesi veya sistemi Plazma pensleri do ğru ak ımda pozitif veya negatif kutuplara ba ğlanarak kullanılabilir. Aynı zamanda bu torçlar 500 amperlik ak ım şiddetine dayanacak  şekilde yapılmışlardır. Torca gelen gaz debisi 28-600 litre/saat aras ında değişmektedir. Genellikle torcun ucundan ç ıkan koruyucu gaz hızlı olarak hareket eder. Böylece çevreden gelen hava ak ımı plazma gaz ına etki etme imkanı bulamaz. Birçok uygulamada plazma gaz ı ile koruyucu gaz ayn ı seçilir. Farklı gaz kullanıldığında ark kararl ılığını sağlamak zordur. Plazma kayna ğında genellikle redresör tipi kaynak makinesi tercih edilmektedir. Bu olmad ığı taktirde jeneratörler kullan ılmaktadır. Ancak transformatör kullan ılması pek mümkün de ğildir. Bazı plazma ark uygulamalar ında darbeli ak ıma gerek duyulabilir. Bu amaçla invertörler  kullanılabilir. Alüminyum ve ala şımlar ının kaynağında kare ak ımlı değişen kutuplamal ı kaynak  makineleri kullanılır. Bu tür kaynak makineleriyle, özellikle refrakter alüminyum oksit filminin k ır ılmasını sağlayarak kayna ğın problemsiz ve kaliteli yap ılması sağlanır. Normalde alüminyumun kayna ğında doğru ak ım elektrod pozitif kutupta kaynak yap ılır. Plazma kaynak yöntemi ile kal ınlıklar ı 6 mm’ye kadar olan malzemelerin kayna ğı tek paso ile veya tel kullan ılmaksızın yapılabilmektedir. Çok iyi al ıştır ılmış alın birleştirmelerinde ilave tele gerek yoktur. Birden fazla diki ş gerektiren birleştirmelerde ilave tel kullan ılması zorunludur. Kalınlıklar ı 2,5 mm’den fazla olan gereçlerin kayna ğında krater bo şluğu (anahtar deli ği) oluşturulması gerekir ki malzemenin bütün kesiti kaynak yap ılabilsin. Plazma ile 300-400 serisi  paslanmaz çelikler, yüksek dayan ımlı çelikler, 7 mm kal ınlığa kadar olan titanyum malzemeler  alın alına birleştirilebilir. Kalınlığı 7 mm’den fazla olan alüminyum parçalarda ise kaynak a ğzı açmak suretiyle kaynak yap ılmalıdır. Kalınlıklar ı 5 mm’ye kadar olan 304 serisi paslanmaz çelik   borular ın kaynağı yapılabilmektedir. Genellikle 6 mm’den fazla olan metallerin kayna ğında kaynak ağzı açılması gerekir. Kaynakta plazma gaz ının hızının düşük olması sonucu, yüzey gerilimi, ergimi ş metali kaynak  ağzında tutar. Dolay ısıyla burada plazma gaz h ızı kritik bir büyüklüktür ve s ık ı bir  şekilde kontrol altında tutulmak zorundad ır. 0,12 litre/dk’dan yüksek gaz debileri önerilmez ve bu oldukça dü şük bir değerdir. Kesmede plazma gaz ının hızı sadece ergiyen metali o bölgeden uzaklaştıracak derecede yüksektir. Plazma kayna ğı birçok birleştirme türlerinde kullanılır. Bunlar, iç ve d ış köşe, nokta, al ın, doğrusal ve dairesel hareketle yap ılan birleştirme türleridir. Ayr ıca plazma ark ı ile kaynak, kesme, rendeleme, oyuk açma, doldurma ve hatta tavlama i şlemleri yapılabilir. Özellikle oksiasetilen ile kesilemeyen seramikler, alüminyum, bak ır ve alaşımlar ı, paslanmaz çelikler plazma ark ı ile kesilebilirler.

77

Plazma ile Kesme Plazma ile kesme yüksek s ıcaklık ve h ızın oluşmasını sağlayan ark ın yardımı ile yapılan işleme denir. Ark dar bir bo ğaz meydana getirir. Ark ın oluşması ile çevredeki gaz ın iyonlaşması bir süre zaman gerektirir. Bu süre sonunda olu şan plazma gaz ı sütun halinde yüksek bir h ızla parçaya doğru akar. Kesme s ırasında koruyucu gaz kullan ılırsa kesilen yüzey kaliteli olur. Çelik ve dökümlerin kesilmesinde gaza gerek yoktur. Plazma ile çelikler, paslanmaz çelikler, alüminyum,  bak ır ve alaşımlar ı kesilebilmektedir. Plazma ile kesme metodu, iletken metallerin kesiminde kullan ılan termal bir kesme metodudur. Kesme, basitçe, torç içinde akan gaza enerji verilerek k ısmen iyonlaştır ılması (plazma haline dönüştürülmesi), oluşturulan yüksek s ıcaklıktaki plazmanın da gaz ak ışı etkisi ile nozul a ğzından  pozitif kutup olan malzemeye yönelmesi, malzemeyi ergitmesi ve ergiyen malzemenin akan gazın jet etkisiyle itilerek uzakla ştır ılması ile gerçekleştirilir. Geleneksel plazma sistemleri 20150 mm kal ınlık aralığında olan malzemelerin kesiminde yayg ın olarak kullan ılmaktadır. Günümüz hassas plazma sistemleri ise lazer kesme sistemlerinin çal ıştığı 1-12 mm malzeme kalınlığı arasında ve lazer sistemlerine yak ın hassasiyette kesme yapabilmek yönünde geliştirilmektedirler. Plazma ile kesim dü şük işletme ve yatır ım maliyeti, yüksek kesme h ızı, üretim hattı uygulamasına ve otomasyona uygunlu ğu, sürekli iyile ştirilen kesme kalitesi ile sanayide yayg ın olarak kullanılmaktadır. Plazma ile kesme metodu vagon sanayi, gemi in şa sanayi, i ş makinalari sektörü, bas ınçlı kap sanayi gibi imalat sektörlerinde yo ğunlukla kullanılmaktadır.

Kesme Nasıl Başlar ? Güç kaynağına gelen bir sinyal e şzamanlı olarak açık devre gerilimini açar ve torça gaz ak ışını  başlatır. Sistemde nozul ve malzeme güç kayna ğının pozitif kutbuna, elektrod ise negatif  kutbuna ba ğlıdır. Taşıyıcı gaz nozul ve elektrod aras ındaki boşluktan geçerek nozul a ğzından dışar ı akmaya başlar. Bu esnada yüksek frekans ate şleme devresi, nozul ile elektrod aras ında yüksek frekansta arklar olu şturur. Taşıyıcı gaz bu arklardan gelen enerji ile k ısmen iyonize olur. Yüksek ak ış hızındaki gaz, itme etkisi ile bu ak ım yolunun pozitif kutbunu d ışar ıya nozuldan malzemeye doğru yöneltir. Pozitif kutuptaki malzeme ile art ık ak ım devresi tamamlanmıştır ve yüksek frekans devresi kapan ır. Gazın sürekli olarak iyonizasyonu (ark ın sürekliliği) doğru ak ım devresinden gelen enerji ile sa ğlanır. Bu şekilde elde edilen plazma metoduna "ta şınan ark  metodu" (transferred arc method) denir. Kesme işlemi plazmanın yüksek s ıcaklığı nedeni ile malzemeyi lokal olarak ergitmesi ve yüksek  ak ış hızındaki taşıyıcı gazın ergimiş malzemeyi püskürterek malzemede bir delik açmas ı ile  başlar. Bu esnada torç ta şıyıcı sistem ile ark ın sürekliliğini kaybetmeyecek bir h ızda hareket ettirilerek kesme i şlemi gerçekleştirilir. Plazma ile kesme işlemi genel olarak ta şınan ark metodu ile gerçekleştirilir. Bir diğer metot ise "ta şınmayan ark metodu"dur (non-transferred arc method). Torç teknolojisi farklıdır. Plazma ark ı malzemeye transfer edilmeden nozul ile elektrod aras ında  başlar ve akan gaz etkisi ile süreklili ğini kaybetmeyecek  şekilde plazma torç ucunda alev şeklinde çıkar. Genel olarak bu metot iletken olmayan malzemelerde kullan ılır ve diğer plazma işlemlerinde (örneğin yüzey kaplamada, at ık işlemede) kullanılır. Kesmede yayg ın olarak  kullanılmamasının nedeni plazma ark yo ğunluğunun kontrol edilememesidir.

78

12.2 Elektron I şını ile Kaynak  Elektron ışın kaynağı (EIK) elektronlar ın yüksek vakum alt ında hızlandır ılmalar ı sonucu kazand ıklar ı kinetik enerji kullanılarak gerçekleştirilen bir kaynak yöntemidir. Elektron ışın kaynağı yoğunlaştır ılmış ve yönlendirilmiş elektron demetinin sahip oldu ğu enerjinin metallerin ergitilerek kaynak edilmesini sa ğlayan bir işlemdir. Elektron demetinin sahip oldu ğu kinetik  enerjinin kaynak yap ılacak parçalar ın küçük bir bölgesinde yo ğunlaştığı için, kaynak bölgesinde enerji yoğunluğu 108 W/cm2 değerine erişebilmektedir. Bu ışın ile üniteden 1 m uza ğa çalışma olanağı vardır. Bu yöntemde kaynak i şlemi yüksek vakum, dü şük vakum ve vakumsuz ortamda yapılmaktadır. Kaynak vakumsuz yap ılacaksa iş parçası ile tabanca aras ında 4-6 mm olmal ı ve kirlenmeyi önlemek amac ıyla yüksek ilerleme h ızı ve katışk ılardan korunmak için koruyucu gaz kullanılmalıdır. Elektron ışınlar ı özel olarak tasarlanm ış bir kaynak makinesinde (elektron ışın tabancas ı) 10-5 Torr değerindeki yüksek vakumda üretilir. Kaynakta, odaklanm ış ışın demeti, vakum alt ında ışık  hızının yaklaşık % 60’ı kadar hızlandır ılarak metal yüzeyine çarpt ır ılır. Kinetik enerjinin % 99’unu metal atomlar ını harekete geçirerek b ırakan elektronlar o bölgede kaynak  ısısını oluştururlar. Elektron ışın kaynağı ile kaynak yap ılacak parçalar genellikle ilave metal kullan ılmaksızın  birleştirilirler ve birleştirilecek iki parçan ın arasındaki boşluğun 10-2 mm’den daha fazla olmaması gerekmektedir. Elektron ışın kaynağında kaynak diki ş formu diğer yöntemlere göre farklıdır. Bu yöntemde, kaynak diki şinin (derinlik/genişlik) oranı yüksektir (25/1). Bu durum kalın parçalar ın tek pasoda kaynak yap ılmasını sağladığı gibi kaynak banyosunun küçük  olmasına neden olmaktad ır. Bunun sonucu kaynak yap ılan parçan ın birim uzunluk ba şına ısı girdisi diğer kaynak yöntemlerine göre dü şüktür. Dolayısıyla dar kaynak bölgesi, daha az distorsiyon ve hatas ız kaynak imkan ı ortaya çıkmaktadır. Tam yoğun malzemelerin elektron ışın kaynağında yüksek derinlik/geni şlik oranı kaynak  dikişinde gözenek ve kök k ısmında boşluk oluşumuna neden olmaktad ır. T/M parçalarda bu durum büyük problemlere neden olabilir. Ayr ıca ışınlar ın odaklandığı bölgede yüksek s ıcaklığın etkisiyle alaşım elemanlar ının buharlaşması ortaya çıkabilir. Bu durum kaynak bölgesinde kimyasal kompozisyon farkl ılıklar ına neden olacakt ır. Elektron ışını ile kaynak makinas ı 3 temel elemana sahiptir. (a) (b) (c)

Kontrollü elektron ışını oluşturan bir tabanca Gerekli pompa ile donat ılmış bir vakum pompas ı Işını bağlantı çizgisi boyunca hareket ettiren i ş parçasını tabanca alt ında hareket ettiren bir  ünite

Günümüzde, refrakter ve nadir metallerin, yüksek s ıcaklık ve korozyona dayan ıklı alaşımlar ın ve çeliklerin kayna ğında bu yöntemin kullan ılmasında büyük deneyim kazan ılmıştır. Bugün elektron ışın cihazlar ı büyük metal kütüklerden, elektronik mikro devrelere kadar tüm elemanlar ın kaynağında rahatl ıkla kullanılmaktadır. Yöntem özellikle nükleer, havac ılık, füze ve otomotiv endüstrilerinde yayg ın ve avantajl ı şekilde kullanılmaktadır. Ancak tek ve büyük dez avantajı vakum kamaras ı gerektirmesidir. Elektron ışın kaynağı ile, herhangi bir ergitme kayna ğı ile kaynat ılması güç olan gereçler  kaynat ılır. Bu kaynak yöntemi ile tungsten, molibden, tantalyum, tutya, titanyum, berilyum ve

79

zirkonyum gibi gereçler kaynak yap ılabilir. Elektron ışın kaynağının diğer geniş bir kullanma alanı da özellikleri birbirinden farkl ı olan iki veya daha çok malzemelerin birbirlerine kaynat ılmasıdır. Örneğin, alüminyum, paslanmaz çelik ve bak ır üst üste konularak bu yöntem ile kaynat ılabilir.

Elektron ışını Gözlem  penceresi Vakum odası

İş parçası Kontrol ünitesi

Yüksek  Gerilim ünitesi

Hareket ünitesi

Vakum  pompası

Şekil 12.2. Bir elektron ışını ile kaynak makinesinin temel elemanlar ı Elektron Tabancası Elektron ışını ile kaynaktaki ticari donan ımlar içinde çe şitli tipten tabancalar kullanıma sunulmuştur. Ancak bunlar ın hepside televizyon cihazlar ında bulunan termoiyonik valfler ve katod ışını tüplerindeki prensiplere benzer prensiple çal ışmaktadır. Elektron menba ı, elektron ak ışını kontrole yardımcı olan, kap şeklindeki bir elektroda monte edilmi ş, ısıtılmış bir tungsten flamandır. Anot merkezinde delik bulunan bir disk  şeklindedir. Anottaki delikten ç ıkan elektronlar aynı doğrultuda hareket etmezler ve bu nedenle elektron ışını, tepesi anotta ve taban ı iş parçası üzerinde olan bir koni şeklini almaya çal ışır. -10 kV DC

220 volt AC Katod

Işın üretici Anot Açıklık 

Odaklama sargısı

İş merkezi Paslanmaz çelik oda

Vakum  pompasına gider  Bilgisayar kontrollü konumlama sistemi

Flamanın projeksiyonlu görünümü

Şekil 12.3. Elektron ışın kaynağının şematik gösterimi

80

Vakum odası Elektronlar havada gönderilecek olursa, hava içinde mevcut oksijen ve azot atomlar  ı ile çarpışmalar ı nedeniyle enerjilerini yitirirler. I şının herhangi bir mesafe katetmesi için 0,013 ila 1,3 N/mm2 arasındaki basınçta vakum içinde çal ışması gerekmektedir. Bu oda i ş parçası ve tabancayı alacak büyüklükte olmal ıdır. Elektron ışınlar ı iş parçası yüzeyine çarpt ığında bir k ısmı X ışınlar ına dönüştüğünden odadaki X ışınlar ının çalışanlara zarar vermemesi için de oda kur şun astar ile kaplanmal ıdır.  Elektron ı şın kayna ğ ının di ğ er kaynak yöntemlerine göre baz ı üstünlükleri mevcuttur.  Bunlar: • Kaynak edilen parçada fiziksel ve metalurjik de ğişmeler yok denecek kadar azd ır. • Kaynak i şlemi yüksek h ızda, daha dar bir alanda ve yüksek nüfuziyet elde edecek  şekilde yapılmaktadır. • Kaynağın yapılışı, fazla işçilik gerektirmediğinden dışar ıdan optik ve otomatik kumanda sistemleri ile çok yak ından kolayl ıkla kontrol edilebilmektedir. • Birleşme alanı oldukça temiz ve yüksek kalitededir. Ayr ıca temizleme işlemine gerek  duyulmaz. • Kaynak edilen parçalarda kaynak çekmesi yok denecek kadar azd ır. • Özellikle birbirinden farkl ı malzemeler üst üste konulmak suretiyle kaynak edilebilir. • Diğer kaynak yöntemleri ile birle ştirilemeyen malzemeler bu yöntem ile  birleştirilebilmektedir. • Önemli ve pahal ı parçalarda meydana gelen dar yerlerdeki çok küçük çatlaklar bu yöntem ile kaynak yap ılarak onar ılabilmektedirler.

12.3. Lazer Işın Kaynağı Light amplification by stimulated emmision of radiation kelimelerinin ba ş harflerinden oluşturulan LASER  ışını ile kaynak, kesme ve i şleme; konsantre edilmi ş enerji ışınlar ının (elektron ışın, plazma jet vb) kullan ılma tekniklerinden bir tanesidir. Al ışılmamış kaynak  yöntemlerinin kullanılmadığı durumlar için geli ştirilmiş bir kaynak yöntemidir. Asl ında bir  ergitme kaynak yöntemi olan lazer kayna ğında güç yo ğunluğu, malzeme buharla şmadan eriyecek  şekilde ayarlanmal ıdır. Lazer  ışınının en önemli üstünlü ğü çok güçlü olmas ıdır. Elde edilen lazer  ışın gücünün tepe de ğeri 1 milyar wattır. Elde edilen ışın, bir optik mercek  yardımıyla çok küçük bir alana (0,01-0,10 mm çapl ı) yoğunlaştır ılarak enerji girdisi olarak  kullanılabilir. Rezonatör 

Koruyucu gaz tüpü

Odaklayıcı mercek  Lazer  ışını Parça

Şekil 12.4 Lazer  ışını kaynak donan ımı

Yansıtıcı ayna

81

Lazer, elektrik enerjisini elektromanyetik enerjiye çeviren eletro-optik bir cihazd ır. Teorik olarak  ek metal kullanılmadığından yüzey haz ırlığı çok önemlidir. Lazer  ışını ile kaynakta vakum ortamı ve genellikle koruyucu gaz gerekmeyebilir. Parlak yani yans ıtmalı yüzeylerin kayna ğında lazer  ışını yüzeyden yans ıdığından, yüzeye ışın emmeyi arttır ıcı boyalar sürülmesi gereklidir. Şekil 12.4’de lazer  ışını kaynak donan ımı verilmiştir. Lazerin birçok elde edilmi ş türü vardır; kaynak ve kesme için  Kat ı hal lazer’i  ve  gaz (CO2 ) lazer’i  kullanılmaktadır. Katı hal lazeri metalsel malzemelerin mikro kaynak ve kesme işlemlerinde, CO2 lazeri ise makro ölçüde kaynak ve kesme i şlemlerinde kullanılır. Lazer  günümüzde elektronik, saat, hassas çihaz ve t ı p endüstrisi dallar ında yaygın olarak kullan ılmakta olup gelişen otomasyon teknikleri sayesinde de otomotiv endüstrisinde de uygulama alan ına girmiştir. Basit bir lazerde beyaz ışık darbeleri YAG kristaline yönlendirilir. YAG, Ytrium Alüminyum Garnet kelimelerinin baş harflerinden meydana gelmi ştir. YAG kristali enerjiyi absorbe eder ve  bunu birkaç mm çapındaki tek dalga boylu k ızılötesi ışın demetine dönü ştürür. YAG lazerinin çık ışı yüksek ortalama güçlerde çal ışma yeteneği olmadığından sınırlıdır. Günümüzde kullan ılan ticari ekipmanlarda ortalama güç 400 W’la s ınırlandır ılmıştır ve bunlarla 1 mm’lik kaynak  nüfuziyeti elde edilir. Daha fazla nüfuziyetli kaynakta daha çok yüksek seviyedeki güçlerde (15 kW’a kadar) sürekli çal ışma gerekir. Kaynakta kullan ılan yüksek güçlü ticari lazerlerde YAG kristalinin yerini CO2, azot ve helyum gazlar ının kar ışımıyla doldurulmuş bir tüp almaktadır. Lazer kayna ğı, endüstriyel gaz (karbondioksit) ve Nd:YAG (kat ı hal lazeri) şeklinde sanayide son yıllarda hızla gelişen bir uygulama alan ına sahiptir. Lazer  ışınını yüksek enerji yo ğunluğuna sahip olmas ından dolay ı hızlı kaynak yapma yetisi ve dolay ısıyla birim alanda daha dü şük  ısı girdisine, yüksek nüfuziyet ve kaynak bölgesinde dü şük çarpılma riskine ihtimal verir. Bu işlemde, lazer  ışını, kaynak yap ılacak malzemeye odaklan ır ve herhangi bir dolgu maddesi gerekmeden i şlem kendi kendine (otojen olarak) tamamlan ır. Kaynak sırasında işlem verimliliğini, kaynak kalitesini ve kaynak banyosunu (ergimi ş metal oksitlenmeden) korumak  için koruyucu gaz (shielding gas) kullan ılabilir. Karbondioksit lazer kayna ğında genellikle koruyucu gaz olarak Helyum kullan ılır, Çünkü helyumun yüksek bir iyonla şma potansiyeli vardır ve bu da plazma olu şumunu azaltarak, nüfuziyeti artt ır ı p yüksek kaliteli kaynak  yapılmasını sağar. Özel uygulamalarda, koruyucu gazlar kar ışım halinde kullan ılırsa daha iyi sonuç vermektedir. Lazer kayna ğı ile aynı özellikte veya ayr ı özellikte olan demir ve demir d ışı malzemeler   birleştirilebilir. Bu yöntem ile genel olarak bak ır, nikel, tantal, paslanmaz çelik, alüminyum, tungsten, çelik ve gümü ş gibi malzemeler kaynak edilebilirler. Birle ştirme şekilleri ise tel-tel, sac-sac ve tel-sac biçiminde olabilmektedir. Bu yöntemle tellerde oldu ğu gibi alın kaynağı yanında bindirme, diki ş kaynağı da yapılmaktadır. Yapılan birleştirmelerin kalitesi, malzemenin öz yapısına metalurjik ve mekanik bak ımdan uygundur.

Lazer Gazları Endütriyel lazerlerin birçoğunda, lazer  ışınının oluşabilmesi için özel gazlar ın kullanılması gereklidir. Gazın kalitesi ve seçimi, lazerin güvenilirli ğini ve işlemin verimliliğini doğrudan etkiler. Lazer gazlar ı genellikle, yüksek safl ıkta özel gazlard ır. Lazer gazlar ı, makinaya ya ayr ı ayr ı tüplerde ya da önceden belli oranlarda kar ıştır ılmış olarak verilir. Bu ön kar ıştırma ya da gazlar ın ayr ı tüplerde verilmesindeki i şlem parametreleri (gaz debisi, bas ınç saflığı vb) her lazer 

82

makinası üreticisi taraf ından belirlenir ve o şartlarda makinaya verilir. A şağıdaki Çizelge’de en çok kullanılan endüstriyel lazer türleri belirtilmi ştir. Çizelge 12. 1. En çok kullan ılan endüstriyel lazer türleri KARBONDiOKSiT LAZER İ* Nd: YAG LAZER İ

EXCIMER LAZER İ **

Lazeri oluşturan ortam katı olduğu için gaz kullanılmaz.

Karbondioksit Azot Helyum

Halojen (HCL ya da F 2), Asal (Argon, Kripton, Zenon) gazlar kullanılır. Helyum ya da Neon tampon gazdır.

*Bazı lazer gazlar ı 4 ya da 5 bileşen içerebilir (Ortama, CO2, N2 ve Helyumun dışında CO, H2 ve Neon eklenebilir) (BOS A Ş.)*** Ticari ismi **Gaz kar ışımı lazerin dalga boyunu belirler (Örnek: KrF - 228 nm. dir)

İşlem Gazları (Assist Gazlar) İşlem gazlar ı, lazer  ışınının malzeme ile tepkimeye girdi ği noktalarda kullanılır. Gazın seçimi ve kalitesi, işlem kalitesini ve verimlili ğini önemli ölçüde etkiler. Do ğru gazın seçiminin ne kadar  önemli olduğu, iki farklı örnekle açıklanabilir: Siyah (düşük alaşımlı ) çeliğin kesilmesinde kullan ılan oksijenin safl ığının % 0,2 artmas ı, kesme hızında %10'luk bir art ış sağar. • Paslanmaz çeli ğin, azot ile kesilmesinde, gaz safl ığı, temizliği ve düzgün bir kesme yüzeyi sağar. Ancak, azot gaz ındaki oksijen seviyesi 50 ppm dahi olsa, kesme yüzeyinde oksitlenmeler görülür. •

Çizelge 12.2. Gazlar ın kullanım yerleri GAZLAR

KARBONDİOKSİT LAZER İ

Oksijen Azot Helyum Argon

Nd:YAG LAZER İ

Kesme Kesme Kesme Kesme

a) Nd:YAG-lazer Fiber 

EXCIMER LAZER İ

Kesme Kesme Kaynak

Koruyucu Işının yolunu düzenleyen

Laze ışını

b) CO2 - lazer Odaklama merceği Optik uç

Odaklama merceği

 plazma Kaynak metali

Yardımcı gaz

İş parçası Ergime havuzu

Kaynak hızı

Anahtar deliği

Şekil 12.5. Lazer  ışın kaynak prensibi

83

Lazer kayna ğı bir çok açıdan elektron ışın kaynağı ile benzerlik gösterir. I şın parça yüzeyine çarptığında kinetik enerji sal ınır ve bir kaynak banyosu olu şur. Elektronik endüstrisinde nokta kaynağı için özellikle tellerin düz yüzeylere birle ştirilmesinde ve kenar birle ştirmelerinin sağlamlaştır ılmasında düşük güçte lazerler kullan ılmaktadır. Elektron ışın kaynağının tersine lazer  ışını havada kolayl ıkla havada hareket etti ğinden bir vakum odas ı gerektirmez. Burada ergimiş metal TIG kaynağında olduğu gibi helyum veya argon gaz ı ile korunmalıdır 

Lazer kaynağının kullanıldığı yerler: • • • • • •

Kaynak alanındaki ısınmanın çok küçük olmas ı istenen yerlerde, Soğuma sırasında metalurjik yap ının değişikliğe uğramaması gereken yerlerde, Kaynat ılması zor olan gereçlerin birle ştirilmesinde, Birleştirme yerinde herhangi bir iz, bere ve deformasyon olmas ının istenmediği yerlerde, Çok küçük (iğne ucu kadar) alanlar ın nokta kayna ğı gibi birleştirilmelerinde, Kimya endüstrisinde vb. alanlarda, t ı pta, askeri araştırma ve üretimlerde.

Lazer ile Kesme Lazer  ışınlar ındaki yüksek h ız ve kinetik enerji kolayl ıkla delme ve kesme yapabilmektedir. Kesme seramik dahil her tür malzeme kesiminde kullan ılabilir. Kesme sırasında herhangi bir  ergime ortamı meydana gelmedi ği gibi ısı da oluşmaz. Böylece kesme bölgesinde fiziksel ve kimyasal fark görülmez.

84

13. YÜKSEK FREKANS KAYNA ĞI Yüksek Frekans Kayna ğı elektrik direncinden do ğan yüksek s ıcaklık ile iş parçası hareket ederken uygulanan birle ştirme (yığma) kuvvetinin etkisi ile metal ürünlerinin birle ştirilmesi işlemidir. Yüksek frekans ak ımının metal malzemelerin kayna ğı için sıcaklığından faydalanmas ında iki yöntem kullan ılır, bunlar; yüksek frekans direnç kayna ğı (HFRW) ve yüksek frekans indiksiyon kayna ğı (HFIW) dır. Bazen indiksiyon direnç kayna ğı olarak da isimlendirilir. Kaynak bölgesindeki s ıcaklık ve kaynak sonuçlar ı itibariyle esasen her iki yöntemde birbirinin aynısıdır. HFRW yönteminde, i ş parçası ile elektrik kontağı arasında iletilen ak ım fiziksel olarak iş parçasına temas eder. HFIW ile ak ım iş parças ına dışar ıdan ba ğlanan bir indiksiyon  bobini vas ıtasıyla meydana getirilir. Elektrik konta ğı ile iş parçası arasında fiziksel bir temas yoktur. Bilinen direnç kaynak yöntemlerinde 60Hz alternatif ak ım veya do ğru ak ım kullanılır. Metalin ısınmas ı için rezistansda yüksek ak ımlar gereklidir ve büyük parçalara elektrik ba ğ lant ı s ı yap ıld ığında kaynak bölgesinin çevresinin kapal ı olmas ı gereklidir. Voltaj dü şerken kaynak  nüfuziyeti dü şer ve bir elektrotton parçaya dü şük direnç ak ımı ile hareket boyunca bir iz meydana getirir. Ak ı mın etkili olarak derinli ğ ine nüfuz etmesi, ma ğ netik uygunlu ğ una bağlıdır. Daha dü şük  amperlerde kaynak s ıcaklığını ayarlamak, bilinen rezistans kaynaklar ına göre daha fazla bilgi ve maharet ister. Kaynak bölgesindeki ak ımın yoğunlaşması HFRW'de parça üzerindeki elektrik kontaklar ının konumunun veya HFIWdeki indiksiyon bobinin konumuna ve dizayn ının kontrolüne bağlıdır. Yüksek frekans ak ı m ı n ı n metal üzerinde geçi ş i süresince metalin direncinden dolay ı üzerinde kaynak i şlemi için emniyetli bir s ıcakl ık meydana getirir. Yüksek frekans kaynağının diğer faktörlerden daha fazla bu yönü çok önemlidir. Kaynak h ızı ve kaynak  nüfuziyeti metalin tipine ve ba ğlantı kalınlığına bağlıdır. Bazı bronz tiplerinin kayna ğı haricinde flaks yani dekapan kullan ılmaz. Titanyum benzeri malzemelerin kayna ğında kaynak  yapılırken oksijen ve Nitrojen h ızl ı bir  şekilde tepkimeye girerek bir at ıl gaz meydana getirir. Bu gazdan etkilenmemek için kaynak bölgesinde bir koruyucu gaz perdesine ihtiyaç vard ır. Karbonlu çeliklerin ve birçok di ğer alaşımlı çeliklerin kaynağında çoğunlukla kaynak bölgesinin üzerine so ğutucu su veya so ğutucu ya ğ ak ıtılır. Boru ve etli boru imalat ı gibi, çok yüksek  üretim uygulamalar ı için çekilerek üretim yüksek kaynak h ı zlar ı nda yapmak mümkündür. Basit yüksek frekans kayna ğ ı uygulamalar ı Şekil 13.1’de gösterilmiştir. Yüksek frekans kayna ğında önemli bir sorun yüksek kaynak s ıcaklığı nedeniyle birleşme  bölgesindeki (erime bölgesi) C-miktar ının ana malzemeye göre % 30 civar ında azalmas ıdır  (karbonsuzlaşma). Bu nedenle birle şme çizgisi metalografik muayenelerde parlak ve beyaz bir  görüntü verir. Dikişli boru üretiminde oldukça önemli bir yer tutan yüksek frekans kayna ğı çeliklerin kaynağında kaynak sonras ı önemli mikroyapısal problemlere neden olmaktad ır. Özellikle karbonsuzlaşmış bölge kaynak sonras ı giderilmesi gereken bir mikroyap ısal hatadır. Bu nedenle  bu tip bir üretim sonras ında genellikle bir normalizasyon ısıl işlemine gerek duyulmaktad ır. Isıl işlem sırasında uygulanan s ıcaklıklar ve tutma sürelerinin iyi ayarlanmas ı gerekir; böylece

85

dekarbürize bölge iyile ştirilirken tane irileşmesi dolayısıyla gevrekli ğe yol açılmamalıdır. Bu nedenle simulasyon f ır ını, öncelikle çal ışmanın gayesine uygun olarak  ısıl işlem f ır ınlar ına ve katılaşma proseslerine yönelik olarak kullan ılabilecek şekilde geniş bir sıcaklık gradyenine sahip olacak şekilde tasarlanı p imal edilmiştir. Sürekli dikiş kaynaklar ı HF

HF

İndüksiyon  bobini

HF Boru alın dikiş kaynağı

Boru alın dikiş kaynağı

Boru ezme dikiş kaynağı

HF HF

Lama alın kaynağı

T birleştirme kaynağı

HF

HF

Helezoni boru kaynağı

İnce helezoni boru kaynağı

Sınırlı uzunluk kaynaklar ı İndüksiyon  bobini İndüksiyon  bobini HF Boru alın kaynağı

Kenar kaynağı

HF HF

Şekil 13.1. Basit yüksek frekans kaynak çe şitleri

86

Yüksek Frekans Direnç Kayna ğı Yüksek frekans diki ş kaynağı üç çeşittir. Bunlar:

a) Sürekli dikiş kaynağı b) Sınırlı uzunluktaki sabit kaynak  c) Eritme kaynağı olarak üç çe şittir. a) Sürekli dikiş kaynağı Bu yöntem genel olarak sürekli diki ş gerektiren uzun parçalar ın kaynağında kullanılır. Yaklaşık  400 KHz'lik yüksek frekans ak ımı bir çift kontakt vasıtasıyla iş parçasına verilir. Metalin ak ıma gösterdiği dirençten dolay ı kenarlarda çok az bir derinlikte ısınma meydana gelir. Kaynak h ızı ve  basınç değeri iki kenardaki kaynak s ıcaklığına göre ayarlan ır. Tepe noktas ında basınç silindirleri yardımıyla ısınmış olan kenarlar birbirine birle ştirilerek kaynak yap ılır (Şekil 13.2).

Basınç makaralar ı

Kaynak  noktası

Kaynak  dikişi

Ak ım Elektrik kontağı V açısı 4-70  r u   i   B o  e t e  r   k   a   h

Şekil 13.2. Yüksek frekans direnç kayna ğı ile bir borunun birleştirilmesi

b) Sınırlı uzunluktaki sabit parça kayna ğı Bu yöntem teknik olarak iki parçan ın birleştirilmesinde kullanılan bir yöntemdir. Birleştirilecek   parçalar alın alına getirilip kaynak yap ılacak bölgeden yüksek frekans ak ımı geçirilmektedir. Parça kalınlığına göre ayarlanan yüksek frekans ak ımının bütün yüzeyde üniform da ğılması sağlanarak düzgün bir s ıcakl ık meydana getirilir ve bas ınç uygulanarak uygun birle ştirme yapılır. Küçük ebatlar ın birleştirilmesinde düzgün bir kaynak verimi ve yüksek üretim elde edilir ( Şekil 13.3).

87

YF gücü Yak ınlık kondaktörü

Çubuk 

Basınç

Basınç

Ak ım yolu

Alın birleştirme

Şekil 13.3 Yüksek frekans direnç kayna ğı ile alın birleştirme c) Ergitme Kaynağı Ergitme kaynağı; genellikle bir saniyenin alt ında bir sürede kontaklar ve metal parçalar ı arasından yüksek frekansl ı ak ımın eriyik yapmas ı ile yapılır. Sıvı hale gelen metal kendi aralar ında birbirleri ile kaynamaktad ır. Endüstride bu k ısa sürede üretim elektrik motorlar ının rotor ve stator sarg ılar ının birleştirilmesinde kullanılır. Bir araya getirilen tabakalar dar bir   bölgede noktasal olarak ba ğlanan kontaklar ın üzerinde yüksek frekansl ı ak ım geçirilerek bu tabakalar ın bir tür nokta kayna ğı yapılmaktadır (Şekil 13.4). Sac yapraklar 

Sıkma mengenesi

Yak ınlık kondaktörü

Kontak 

YF

Ergimiş kaynak  Kontak 

Şekil 13.4. Yüksek frekans direnç kayna ğı ile lamellerin ergitme kayna ğı ile birleştirilmesi Yüksek Frekans İndüksiyon Kayna ğı a) Yüksek frekans indüksiyon ak ımı ile boru dikiş kaynağı Bu yöntemde yüksek frekans direnç kayna ğında olduğu gibi parça kesitlerinden manyetik ak ım geçirilerek parçanın birleştirilmesini sağlanmaktadır. Bu yöntemin Yüksek frekans direnç kaynağından fark ı elektrik kontaklar ının olmayışı ve herhangi bir fiziksel temas ın  bulunmamasıdır. Yüksek frekansl ı ak ım indüksiyon bobininden geçirilerek boru etraf ında bir  manyetik alan meydana getirir. Bu manyetik alan parça yüzeyinden geçti ği zaman kenar  k ısımlarda (keskin k ısımlarda) ısınmaya sebep olur. Boru belli bir yönde hareket ettirilerek V

88

şeklindeki açık kenarlar ın bask ı silindirleri yardımıyla alın alına bastır ılarak birleşmesi sağlanır.Bu yöntemin üstünlüğü, küçük borulara uygulanmas ının kolaylığı ve parça yüzeyine kontakt temas ı olmadığı için tehlikesinin daha az olmas ıdır. Katot teması olmadığından katot aşınması da söz konusu olmaz. Ayr ıca ısınma miktar ı devaml ı sabit kalmakta ve parçan ın hızı daha kolay ayarlanmaktadır (Şekil 13.5). Basınç makaralar ı

Kaynak noktası

Kaynak  dikişi

Ak ım V V açısı 4-70 Boru gidiş yönü Engelleyici

Isıtma bobini

Şekil 13.5. Yüksek frekans indüksiyon kayna ğı ile bir borunun birleştirilmesi

b) İçi boş parçaların alın kaynağı Bu yöntemde boru veya di ğer geometrik kesitli içi boş malzemelerin ekleme kenarlar ının çevresinde yüksek frekans indüksiyon bobini içinde ak ımın dolaştır ılması ile direnç s ıcakl ığı her  iki parçada çok çabuk olu şur. Kaynak süresi 10-60 sn gibi k ısa bir süre olup 10 mm kal ınlığa kadar yüksek bas ınçlı kazanlar için kullan ılabilmektedir. Genellikle 1-3 inç (25,4-76,2 mm) çaplara kadar boru ve tüp malzemeler kaynak yap ılabilmektedir (Şekil 13.6). İndüksiyon  bobini

Sipiral boru

YF Boru ucu

Şekil 13.6. Yüksek frekans kayna ğı ile içi boş parçalar ın alın kaynağı. c) Manyetik darbe ile kaynak  Yüksek frekans indüksiyon kayna ğının diğer bir kullanım alanı manyetik darbe kuvveti ile iki  parçanın birbirine kaynak edilmesidir. Bu uygulamada genelde bindirme pozisyonunda kaynak  yapılmaktadır. Kaynak i şleminde önce kaynak yap ılacak parçalar birbiri üzerine bindirilir. Son kaynak s ıcakl ığına getirmek için büyük ak ım kapasitöründen bir anda indüksiyon ak ımı boşaltılır 

89

ve birleşme yerinin çevresi indüksiyon alan ı ile kaplanır. Bu ak ım darbesi 10 KA ile 150 KA arasında olup yakla şık 50 mikro saniye sürer. İndüktans ak ımının bu hızlı yükselip, düşmesi dıştaki iş parçası üzerinde ak ı p bobin taraf ından yönlendirilerek kar şı tarafa akar. Bu ak ımlar çok  yüksek bir manyetik kuvvet olu şturarak içteki parçay ı diğerine adeta püskürterek moleküler  olarak kaynak yap ılır. Bu yöntem ile çelik-çelik, bak ır-alüminyum gibi aynı ve farklı malzemeler   birbirleriyle kaynak yapılabilmektedir.

Yüksek frekans kayna ğının Avantajları a. Isının tesiri altında kalan bölgenin çok dar olmas ı b. Yüksek frekans direnç kayna ğında ak ımlar ı sadece metal yüzeyine yak ın yönlendirmek  yeterlidir. c. Ak ım boyunca dar bir s ıcak bant olu şur. Bundan dolay ı dar bir sahada i şlemi yapılır. d. Kaynak bölgesinden d ışar ı hiçbir metal eriyi ği dökülmez. Baz ı alaşımlar ın metalurjik  özelliklerinden dolay ı kaynak bölgelerinde dar bir alanda metal özelli ği bozulmadan kaynak yap ılabilmesi bir avantaj olu şturur. e. Çok ince parçalar ın kaynağında bile uygundur (0,70 mm) Yüksek frekans kayna ğının Dezavantajları a. İş parçasını ısıtmak için enerji giriş sistemi hatlar ında % 60 enerji bir anda çekilir. Bu ani dalgalanmalar sisteme zarar verir. b. Malzeme birleştirme k ısmından sıcaklık bölgesini s ınırlandırmak için tam üretim hatt ına ihtiyaç vardır.

90

14. CURUFALTI (ELEKTROSLAG) KAYNA ĞI Elektroslag kayna ğı yönteminde, erimiş curuf içerisinden geçen elektrik ak ımına kar şı gösterilen direnç neticesinde bir  ısı meydana gelir. Bu ısı ile, hem curuf eriyik halde tutulur, hem dolgu metali (elektrot) ergitilir. Hem de birle ştirilecek ana parçan ın birleşme kenarlar ı ergitilerek  kaynak işlemi yapılır. Kaynak banyosu, bu eriyik curuf vas ıtasıyla korunur. Eriyik curuf,  birleştirme kesiti boyunca kaynak banyosu ile birlikte hareket eder. S ıvı curuf, iş parçası ve elektrot arasından elektrik ak ımı geçerken, curufun ak ıma kar ış gösterdiği direnç neticesinde ortaya çıkan ısı ile sıvı halde muhafaza edilir. Birleştirme, kalınlık ne olursa olsun genellikle tek pasoda tamamlan ır. Kalın parçalara çok paso ile birleştirmeler yapılırken tek bir pasoda ayn ı işi yapma arzusu geli şti. Bu arzu do ğrultusunda 1900’lardan önce grafit modeller kullan ılarak, dikey plakalar aras ındaki bir boşluğa, grafit elektrotlar taraf ından oluşturulan ergimiş metal yerleştirmek suretiyle birleştirme işlemleri yapılıyordu. Grafit modeller, yerini bak ır veya seramik modellere b ıraktılar. Daha sonra alışılagelmiş kaynak arklar ı, gaz torçlar ı veya termit kar ışımlar ı, birleştirme işlemi için gerekli olan yüksek  ısıyı elde etmek için geli ştirilmişlerdir. Daha sonralar ı metalurjistler, erimiş metallerin yüzeyinde ısının miktar ını kontrol etmek için kullan ılan elektriksel iletkenli ğe sahip curuflar ı keşfettiler. 1950’nin ilk yıllar ında, Paton Institute of Electrik Welding’deki Rus bilim adamlar ı, dikey pozisyondaki kaynaklar ı, tek pasoda iletken bir curuf kullanarak yapt ıklar ını açıkladılar. Amerika’da ise ilk Elektroslag ünitesi 1959 y ıllar ında imal edilmi ştir.

Elektroslag Kaynağının Çalışma Prensibi Kaynat ılacak levhalar ın arası su ile soğutulan bak ır pabuçlar ile kapat ılarak kaynak i şlemi için dikdörtgen boşluk meydana getirilir. Kesiciden ç ıkan yüzeyler pabuçlar aras ına konarak direkt olarak kaynat ılırlar. Başlama ve bitim noktalar ına altlık ve başlangıç ve bitiş plakalar ı eklenir. Cüruf banyosunun derinli ği 30~50 mm aras ındadır. 100 kg kaynak metali için yakla şık 5 kg toza ihtiyaç vardır. Özlü elektrodlar kullan ıldığında cüruf için toza ihtiyaç yoktur. Gerekli toz telin özünden elde edilir. Şekil 14.1’de yöntemin şematik resmi görünmektedir.

Kaynak banyosunu göstermek için levha kesilmiş

Su soğutmalı Bak ır pabuçlar 

Elektrod

Aralıktaki kaynak metali

Tamamlanmış kaynak 

Bak ır pabucun yüzeyi

Şekil 14.1. Elektroslag metodunun şematik görünüşü.

91

Birleştirilecek levhalar küt al ın kaynak a ğzı biçiminde ağız aralığı 25-30 mm olacak  şekilde dik  olarak yerleştirilir. Levhalar altına bak ır altlık konur ve a ğızlar ın her iki taraf ı su soğutmalı bak ır  kayar bloklar ile kapat ılır. Elektrod bir kangaldan sa ğılarak sürekli beslenir. Bak ır altlık üzerine  bir miktar kaynak tozu dökülür. Kaynak i şlemi ark ın toz ve tel elektrodu ergitmesi ile ba şlar. Kapalı ağız içindeki tozun ergimesi ile curuf banyosu olu şur oluşmaz curufun elektrik direnci ark ın elektrik direncinden daha yüksek oldu ğundan ark söner ve ark ak ımı curuf üzerinden akmaya devam eder. Bu direnç, hem s ıvı curufun ısısını korur, hem de elektrodun ve i ş  parçasının ergimesini sa ğlar. Bu şekilde kaynak i şlemi başlamış olur. 2000 oC ısı elde edilir ve yan bak ır bloklar yukar ıya doğru hareket eder. Curuf banyosunun s ıcaklığı, ana metal ve dolgu metalinin ergime s ıcaklığını geçmelidir. İş  parçası yüzeyleri arasında eriyen curuf içerisine, elektrot dald ır ılır. Ergiyen ana metal ve dolgu metali curuf altında toplanır ve model şekline göre biçimlenerek kat ılaşır. Ergime oldukça, elektrot da küçülür. Derin bir curuf banyosu olu şturmak ve ana malzemeyi ergitmek için en iyi durum, kaynak ekseninin dikey pozisyonda olmas ıdır. Elektroslag kayna ğı yatay pozisyonlara daha az elveri şlidir. Genellikle olağanüstü hallerin dışında yatay kaynak yöntemine müracaat edilmez. Elektroslag kayna ğı içindeki curufun ana fonksiyonu, termik enerji içinde elektrik  dönüşümünü sağlamaktır. Dolayısıyla curufun en önemli özelli ği elektriksel iletkenliğidir. Eriyen curufun iletkenli ği sıcaklığın artışı ile çoğalır ve belirli bir curuf s ıcakl ığının altında, özellikle iletkensizlik olur. Curuflarda, TiO 2’nin bulunmasına önem verilmelidir. TiO 2 oda sıcaklığında kat ı içerisinde bile mükemmel iletkendir. Tozaltı kayna ğından farkl ılık gösteren özellikleri ise; Elektroslag kayna ğında hemen hemen tüm elektrik enerjisi curuf banyosu içerisinden geçmesidir. Yöntemin kararl ılığı, sabit bir curuf   banyosu s ıcakl ığına bağlı olması ve ısı alma, ısı kaybetme aras ındaki dengedir. Dü şük  sıcaklıklarda, ısı transfer eğrisi daima ısı oluşumu eğrisi üstünde uzan ır. Çünkü çevre ortalamasının üzerindeki tüm s ıcaklık yerlerinde ısı transferi olur. Curuf içindeki birkaç önemli ısı geli şimi yaklaşık 1000°C’deki bir s ıcakl ıkta başlar. Isı transfer eğrisinin şekli, kaynak   boşluğunun geometrik çap ına; özellikle curuf banyosu yüzeyine; so ğuma tertibatlar ı, ana metal ve curuf aras ındaki ısı transfer katsay ılar ına; curuf banyosunun derinli ğine ve eriyen ana metalin tipine; buharlaşabilen curuf elemanlar ını buharlaştırmak için sarf edilen güce, kaynak bölgesini  besleyen dolgu malzemesi miktar ına vs. bağlıdır. Elektroslag kayna ğından kullan ılan curufun başlıca özelliği, yüksek bir buharla şma noktasının olması ve yüksek s ıcakl ıklarda gaz olu şturmamasıdır. Sıcaklık artışından ortaya ç ıkan fazla enerji, banyo s ıcakl ığının mükemmel bir  şekilde düzenlenmesine tesir edecektir. Elektroslag kaynağından ortaya ç ıkan zorluklardan birisi de, curuf banyosunun serbest yüzeyi ve elektrot arasında bir ark ç ık ışı meydana gelmesidir. Çok daha s ık olan kaynak banyosu ve elektrot arasındaki curuf banyosunun büyüklü ğüdür. Bu şekilde oluşan banyo düzgün de ğildir ve Elektroslag kayna ğında, kaynak hatalar ının oluşmasına neden olabilir. Örnek olarak vermek  gerekirse; derin bir curuf banyosu, AC ak ım, düşük açık devre gerilimi ve dü şük denge özellikli curuflar. Ark çık ışını önlemek ve sabit bir Elektroslag yöntemi elde edebilmek için bu durumlar ı yerine getirmek gerekir. Curuf banyosunu düzeltmek için, banyo s ığ iken oldukça düzgün bir ark  çık ışına ihtiyaç vardır ve banyo derinli ği düzgün bir  şekilde hızlıca artmalıdır. Küçük çapl ı elektrot kullanmakla bu etki olu şturulabilir. Ayr ıca yüzeyler aras ı açıklığın arttır ılmasıyla veya kaynak transformatörünün yüksüz gerilimini düzenli de ğiştirme ile de sağlanabilir. Kaynak a ğzı açıklığının artışı ekonomik aç ıdan pratik de ğildir.

92

Kalsiyum florür esasına dayanan yüksek iletkenli curuflarda, Elektroslag yöntemindeki ark ın değişmesi için gerekli olan zaman oldukça azal ır. Ana metal yüzeylerinin kaynak banyosu yüzeyinden oldukça yüksek bir seviyede ergimeye ba şladığı durumlarda, havuz üzerine en yak ın yüzeyler ergime noktas ının altında soğuyabilir. Fiziksel olarak bilindi ği gibi tam bir erime meydana gelmez. Ergimeyip oldu ğu gibi kalan yüzeyler ile ergime eksikli ği kar ıştır ılmamalıdır. Ergime yetersizliğinde yüzeyler ergir fakat kaynak metali ile beraber ergimezler. Kaynak  gerilimi çok yüksek oldu ğu zaman ergime yetersizli ği meydana gelir. Curuf banyosu çok derin olduğu zaman veya curuflar ın s ıcakl ığa göre iletkenlik–viskozite oran ı çok dar oldu ğu zaman da ergime yetersizli ği meydana gelir. Curuf içerisinde olu şan s ıcaklığın en büyük k ısmı dolgu metali ile banyoya aktar ılır. Tüm ısısal enerji banyo yüzeyinden ana metale nakledilir. Elektroslag kayna ğı, kaynak tozlar ı tabakası altında elektrik ark ı ile başlayan Tozalt ı kaynak yöntemine çok benzer. S ıcak ergimiş curuf, yeterli bir kalınlığa ulaşır ulaşmaz tüm ark faaliyeti durur. İletken curuf vas ıtasıyla elektrottan i ş  parçası kenarlar ına ak ım geçer. İşte bu noktada i şlem tamamen Elektroslag kayna ğıdır. Sıvı curufun ak ıma kar şı gösterdiği dirençle oluşan ısı, elektrodu ve i ş parçası kenarlar ını eritir. Ark  mevcut değildir, kaynak faaliyeti sessiz ve s ıçrama yoktur. Elektrottan ergiyen metal ile ergiyen iş parças ının kenarlar ı curuf altındaki bir kaynak banyosunda toplanarak, kaynak  şekli, biçiminde yavaşça katılaşır. Elektroslag kayna ğı ile salınımlı ve çok elektrodlu kaynaklar yap ılarak dolgu oranı arttır ılabilir. Salınımsız şekilde 1 elektrod ile 63 mm’ye, sal ınımlı 1 elektrod ile 130 mm’ye, sal ınımlı 2 elektrod ile 300 mm’ye ve sal ınımlı 3 elektrod ile 450 mm’ye kadar levhalar kaynak edilebilir. Parçalar kalın olduğundan distorsiyon problemi de yoktur.

Elektroslag Kaynağının Avantajları Elektroslag kayna ğı kalın metalleri kaynatmak için özel olarak geli ştirilmiş bir yöntemdir. Bu  bak ımdan en yak ın rakibi olan tozalt ı kayna ğı ile kar şılaştır ıldığında Elektroslag kaynak  yönteminin avantajlar ı aşağıdaki gibidir. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Elektroslag kayna ğının metal yığma (depozito) oran ı diğer bütün kaynak yöntemlerinden yüksektir. Erimiş curuf içerisinden elektrik ak ımı geçirilerek oluşturulan ısı, curufun elektrik  ak ımına gösterdi ği dirence paralel olarak artar. Dolay ısıyla yüksek  ısı sayesinde kal ın  parçalar ın kaynağının yapılmasında kullanılır. Düşük soğuma oranlar ına sahip olu ğu için çok kal ın parçalarda bile ön ısıtmaya gerek  yoktur. Isı kaybı çok düşüktür. Isı, kaynak banyosuna do ğru akar. Dolayısıyla daha verimli ve daha kararlı bir kaynak banyosu elde edilir. Sıçrama olayı olmadığı için, elektrot metali transferi % 100’dür. Toz sarfiyat ı ise, telin yaklaşık % 5’i kadardır. Pasolar arası temizliğe gerek yoktur. Dikey pozisyonda kaynak yapabilme imkan ını sağlar. Kaynak süresince, kal ın parçalarda ısı dağılımı üniform olduğu için Elektroslag kaynağında hemen hemen hiç distorsiyon olmaz. Kaynak işleminde, nufuziyet derinli ği oldukça fazlad ır. Birleştirme hazırlığı kolay, yüzey oksitleri kayna ğı fazla etkilemez. Kaynak a ğzı açmadan birle ştirme imkanı sağlar. Hatta levhasal elektrot kullan ılarak, tek pasolu kaynak işlemi tamamlanabilir.

93

11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.

Bu yöntem, özel maksatl ı dökümlerin kullanımına da elveri şlidir. Çok pasolu kaynak i şlemini, otomatik olarak yapma imkan ı sağlar. Elektroslag kayna ğıyla, imal edilen büyük parçalarda metal tasarrufu, tala şlı imalata nazaran daha azd ır. Büyük parçalar ın imaline imkan vermeyen imal usulleri durumunda, Elektroslag kaynağıyla yapmak mümkün olur. Uzun süre kaynak metali ergiyik kald ığı için gazlar ve curuf kaynak metalini terk eder ve kaynak kalitesi artar. Birleştirme yerleri daha ucuza haz ırlanır. Randıman yüksek olup, levha kal ınlığıyla artar. Curuf tabakas ı ince olduğu için kald ırması çok kolaydır. Kaynak makinalar ı hafif ve pratik imal edilebilece ğinden bir sonraki kayna ğı yapmak  için taşımak oldukça kolayd ır. Kaynak makinalar ı hem AC, hem de DC ak ımda kullanılabilir. Isısal randımanlar kar şılaştır ıldığında % 80 Elektroslag kayna ğı % 60 Tozalt ı kaynağı ve % 25 elektrik ark kayna ğı olarak belirlenir. Kalifiye eleman ihtiyac ı azdır.

Elektroslag Kaynağının Dezavantajları Elektroslag kayna ğının dezavantajlar ını aşağıdaki gibi sıralayabiliriz. 1.

Aşır ı yükseklikteki ısı girdisi ve bunun sonucunda çok dü şük soğuma hızı ters metarulujik reaksiyonlar ı beraberinde getirir. Bu şunlar ı ortaya çıkar ır; • • •

2. 3. 4. 5. 6. 7.

Kaynakta anizotropik metarulujik özelikleri olan kaba bir yap ı Segregasyonlara Segregasyonlara ba ğlı olarak kat ılaşma anında sıcak çatlaklar meydana gelir. Isı tesiri altındaki (ITAB) iri taneli bölge ana malzemeye göre daha k ır ılgandır.

Bazı ısıya hassas malzemeler Elektroslag kayna ğında bulunan yüksek  ısı girdisi yüzünden kaynak edilemezler. 19 mm ‘den (4/3 inçlik) daha ince malzemelerde Elektroslag kayna ğı uygun değildir. Birleştirme dikey veya dikeye yak ın bir pozisyonda olmal ıdır. Elektroslag kayna ğında aral ık doldurma oran ı (38 mm’de) nispeten ince plakalar ın kaynaklanmasında en yak ın rakibi olan toz alt ı kaynağından daha dü şüktür. Kaynak ba şladığında sonuna kadar devam ettirilmelidir. Çünkü her kesintide duraklanan alanda kaynak hatalar ına sebep olabilir. Elektroslag kaynak metodunda kayna ğın tamiri alternatif bir kaynak metodu ile yapılabilir.

94

15. TERMİT KAYNAĞI Alüminotermik kaynak i şlemi olarak da adland ır ılan bu yöntem, DIN 1910'a göre füzyon (ergitmeli) kaynak işlemleri arasında sayılmaktadır. Kaynak edilecek raylar ın uçlar ı belirlenen mesafelerde ı olmak üzere maçadan yap ılmış bir kal p  p içerisi içerisine ne al alınır. Kaynak bölgesi hem kaynak i şlemi için hem de ray malzemesi için uygun bir ön ısıtmaya tabi tutulur. Alüminyumun indirgeyici etkisi ile elde edilen sıvı çelik bir kalı p  p içerisine içerisine aşağıdaki reaksiyonun olu şması sonucu doldurulur. 1 kg toz kar ışımdan yaklaşık olarak 525 gr ergimi ş demirtozu ile 475 gr curuf elde edilir. Metal oksit+Alüminyum →Metal+Alüminyum oksit+ ısı Örnek: (Fe2O3 + 2A1 → 2Fe + A12O3 + ısı) Bu işlem alüminyumu redükleyici olarak kullanmak suretiyle a ğır metal oksitlerinin indirgenmesi olarak da tarif edilmi ştir. Reaksiyon kuvvetli bir ekzotermik reaksiyondur ve sonunda çok miktarda ısı açığa çıkar. Alüminyumun oksijene kar şı olan ilgisi büyüktür ve alüminyumun olu şum entalpisi diğer bir çok a ğır metal oksidin entalpisinden yüksek oldu ğu için özellikle redükleyici maytab ın ateşlenmesiyle başlatılır. Alüminyum oksijen ile reaksiyona girer ve alüminay ı (Al2O3) oluşturur. Metal oksitten metal ayr ılır. Reaksiyon esnas ında ortaya ç ıkan ısı 2400°C ye ula şır bu durumda hem metal hem de Al 2O3 cürufu sıvı ve çok yüksek s ıcaklıktadır. Eğer doğru miktarda ve boyutlarda termit tozu kullan ılmış ise sıvı metal reaksiyon haznesinin alt ında cüruf ise onun üzerinde yer al ır (şekil 15.1).

Termit reaksiyonundan aşır ı sıcak çelik 

Curuf  Pota

Curuf 

Tapa aparatı

Kaynak 

Kalı p  p

(1)

(2)

(3)

Şekil 15.1. Termit kayna ğı: (1) Termit’in tutu şturulması; (2) potanın dökülmesi, a şır ı ısınmış metal kalı ba  ba akar; (3) metal, kaynakl kaynakl ı bağlantıyı oluşturmak üzere kat ılaşır. Böyle bir termik reaksiyon sonucu elde edilen demir çok yumu şak olur. Pratik olarak bu metali kaynak yerinde kullanmak do ğru olmaz. Bu nedenle termik kar ışımına alaşım elementleri katılarak termit çeliğinin aşınma direnci kaynak edilecek ray ile ayn ı seviyeye getirilmeye çalışılır. Bugün genel kullan ımda olan termit kaynak i şlemi önceden haz ırlanmı ş kal ı plar  pl arda da ve h ı zl ı ön ısı tma uygulamak suretiyle gerçekle ştirilmektedir. Bu nedenle alüminotermik  reaksiyon çok yüksek s ıcakl ıkta nispeten küçük miktarlarda metal elde etmek için ideal bir  işlemdir. Kaynak edilecek ray ile ayn ı kimyasal özelliklere sahip olmas ı için termit kar ışımına C. Mn. bazen Cr, Ni, V TiC kat ılabilir. Termit kar ışımı (Metal Oksit+Alüminyum) Goldschmidt taraf ından THERMIT olarak  isimlendirilmi ştir. Alüminotermik kaynak i şlemde kullanılan kar ışımın boyut da ğılımı reaksiyon sonucunda olu şan çelik içerisinde bir miktar Al bulunmas ı için çok s ık ı bir  şekilde kontrol

95

edilmelidir. Eriyik içerisindeki alüminyumun az olmas ı, alaşım elementinin kazan ımını azaltır ki  bu elementler kendileri demir oksidi oksi di redükleyici gibi davran d avranabili abilirler rler.. Yine e ğer alüminyum az ise dü şük ergime noktas ına sahip cüruf te şekkül edilebilir. Bu ise tane s ınırlar ına girerek  östenitik bölgede s ıcak k ır ılmalara sebep olabilir. Tersine olarak Alüminyum seviyesi çelikte 0.7 % 'nin üzerinde olmas ı istenilmez. Bunun nedeni bu miktar ın üzerinde olan alüminyum katılaşmada kendi kristalle şme durumu de ğiştiremez. Bu ise geni ş tanelerin oluşmasına sebep olur böyle bir yap ı ise sert ve k ır ılgandır. Alüminotermik kaynak i şlemi neticesinde elde edilen çelik kar ışımını meydana getiren malzemeler titiz bir  şekilde hazırlandığı için S, P ve di ğer  kalıntılar düşük miktarda olur. Termik kayna ğı değişik şekillerde yapılabilir. Tam ön ısıtma kayna ğı: Burada kaynak i şlemi öncesi ray ın iki ucu 800 °C-1000 °C'ye kadar  ön ısıtma yap ılır. Ön ısıtma i ş lemi oksijen ve asetilen gaz ı kullanılarak özel dizayn edilmi ş  bir  ısıtıcı ile rayın kesitine ba ğlı olarak 4-8 dakika sürer. Reaksiyon ise 22-30 saniyede sona erer. Kat ılaşma, kal ı p  p sökme sök me ve kapak kald ırma ise 8-10 dakikada biter. K ısa ön ısıtma kayna ğı: Boş uçlar ı ray ın kesitine ba ğlı olmaksızın 1.5 dakikada ısıtılır. Burada ray taban ı 650 °C ye ısıtılmış olur. Yine oksijen ve asetilen ile ısıtma işlemi yapılır. Reaksiyon 22-30 saniye sürer. Ön tavlamasız (ön tavlamadan kaç ınmak için geli ştirilmiş bu yöntem) yöntemde ray uçlar ı özel olarak hazırlanmış potalı kalı p  p sistemi içine alınırlar. Bu şekilde ergimi ş metalin bir bölümü  pota kal ı p  p sistemindeki ön tavlama kamaras ına ak ıtılır ve ray uçlar ının ön tavlamas ı sağlanır. Daha sonra ergimi ş metalin tamamı raylar arasındaki boşluğa ak ıtılarak kaynak i şlemi gerçekle ştirilir (Şekil 15.2). Termit çelik tane boyutu ASTM 3 olarak kaba taneli perlit olarak kat ılaşır. Isıdan etkilenen  bölgede de kaba taneli yap ı görülür. Merkezden 50-60 mm uzakta ise ince taneli yap ı görülür. Termit kayna ğı uzun ray kaynak yöntemleri aras ında geni ş kullanım olana ğı bulan bir  kaynak yöntemidir. Ekipman ve malzeme maliyetinin dü şük olmas ı, elektrik gücüne ihtiyaç duyulmaksızın yerinde, do ğrudan ve h ızlı kaynak edilebilmesi, personel e ğitiminin kolay olması, nispeten sa ğlam ve karma şık olmayan ekipman kullan ılması, kaynak malzemelerinin kolayca temin edilebilmesi ve her kalitede ray çeli ğinin kaynak edilebilmesi bu sistemin avantajlar ı arasında say ılabilir. Kaliteli bir termit kayna ğı yapmak için termit kar ışımının sık ı kontrolü ve ate şlemeden sıvı çeliğin hazneye dolmas ına kadar geçen tüm kademelerin kontrollü bir  şekilde yap ılması gerekir. Bu faktörlere ek olarak iyi bir kaynak elde etmek için, uygun ray kesimi, kaynak yüzeylerinin haz ırlanması ve uygun bir ön ısıtma gibi konulara dikkat etmek gerekir. Bütün bu ön ko şullar tavsiye edildi ği şekilde yerine getirilmiş olsa ve mikro hatalar  olmasa bile yine de kayna ğın mekanik özellikleri ray ın kendi özelliklerinden dü şük kalır. Sonon ve arkadaşlar ı standart rayın akma sınır ını 480 N/mm2, çekme dayanımım 910 N/mm2 ve %11 kopma uzamasını %14 kopma büzülmesine kar şın, termit kaynağının çekme dayan ımını 790 N/m2, % l-3 kopma uzaması ve % l-3 kopma büzülmesi oldu ğunu rapor etmişlerdir.

96

Raylar ın termit kaynağı ile ilgili kapsamlı bir çalışma American Railway Assosation (AREA)'da Myers ve arkada şlar ı taraf ından yapılmıştır. Bu çalışmadan ortaya şu sonuçlar çıkmıştır. 1. 2. 3.

Kaynak metalinin çekme, süneklilik ve darbe enerjisi de ğerleri düşüktür. K ır ılma yüzeyleri gerek çekme gerekse çentik numunelerinde tane içi k ır ılma türündedir. Bazı kaynaklarda içyap ı tanelerarası Widmanstatden ferrit iken, baz ılar ında kaba  beynit şeklindedir. Bu tür yapılar k ısmen gevrek k ır ılmanın nedenidir. Sütun şeklindeki dentritler  ısı ak ış yönünde tüm kaynakl ı yapıyı kapsar. Rayın ekseni  boyunca mikro gözeneklere ve bir dizi kal ıntıya rastlanabilir. Bütün bu olu şumlar düşük  çekme, süneklilik ve dü şük darbe enerjisinin sebebi şeklinde yorumlanabilir.

Yapılan diğer bir çalışmanın spektral analiz sonuçlar ında C, Mn, P, S, Co, Nb, V ve W miktarlar ında her üç bölgede de de ğişme olmadığı görülmüş, Cr, Mo, Al, Cu ve Ti’in kaynak   bölgesinde çok büyük miktarlarda art ış gösterdiği, Si, Ni, Sn ve Mg’un miktarlarda 2-3 kat gibi oranlarda artış görülmüştür. Matris element olarak Fe’in % miktar ı ise %1.1 oranında azalma olmuştur. Katk ı elementinin artışı Fe’in azalmasına sebep olduğu rapor edilmiştir.

Şekil 15.2. Termit kayna ğı uygulaması (ray kaynağı)

97

16. SU ALTI KAYNAĞI Su altında kaynak özellikle A.B.D. Bahriyesi ve kurtarma şirketleri taraf ından geni ş ölçüde uygulama alan ına sokulmuştur. Başlıca kullanıldığı yerler gemilerin acilen tamiri olmakla  birlikte denizlerde petrol ve do ğal gaz aramak için sondajlar ın gelişmesiyle, sondaj platformlar ı ve bunlara ba ğlı donanımın imal ve bak ımında da yer almaktad ır. Örtülü elektrodla su alt ında kaynak birçok bak ımdan çekici olmaktad ır. Her ne kadar  konstrüksiyon çeli ği kaynağının kalitesini sağlayan temel kaideler burada ihlal edilmi ş gibiyse de, hızlı bir tamirin gereklerinin fiilen yerine getirilmi ş olması koşuluyla bunun üzerinde ço ğu kez durulmaz. Mükemmellik, elveri şlilik lehine feda edilebilir. Kaldı ki geçici-eğreti işlerin genellikle mükemmel olmalar ı gerekmez. Esas olan, tamirin h ızla yapılmasıdır. Gerçekten su altında kaynak birçok durumda basit tamirleri az masrafla yapmak olana ğını vermekte olup elde edilen sonuçlar “kullan ılmaya elverişlilik” prensibinin lehinde olmaktad ır. Dikişin altında yada ergimi ş metalde soğukta çatlaman ın bulunmamas ı başlıca kaynak edilecek  çeliğin bileşimi, su alma h ızı, ergimiş metalde ve ITAB’da hidrojen oran ı ve parçalar ı tespit şekline bağlıdır. Çok alçak karbonlu çeliklerin kayna ğı dışında, bu prensiplerin uygulanmas ı, kalın kesitli konstrüksiyon çeliklerinin kayna ğında iyice kuru alçak hidrojenli elektrodlar  kullanmaya ve ço ğu kez de daha s ıcakken hidrojenin birle ştirmenin dışına çıkmasını teşvik  etmek üzere parçalar ı ön ısıtmaya götürmüştür. Ancak su alt ında bu gerekleri kar şılamak  mümkün değildir. Su altında hidrojen oran ı çok artar ve su akma h ızı o denli yüksek oluyor ki kal ınlık etkisi neredeyse işlemez hale gelir. Kimyasal bile şim ısı girdisi ve su alma h ızı vb.leri, açık havada kaynakta oldu ğu kadar su alt ı kayna ğında da ayn ı derecede önemli etkenler olmaktad ır. Tespit tertibatı civar ında soğukta çatlamadan kaç ınmak için yakla şık 1.5 kJ/mm ısı girdisiyle suyun altında kaynakta, müsaade edilebilen maksimum e şdeğer karbon de ğeri % 0.3 kadar gibidir. Öbür yandan, bu ko şullarda çatlaktan kaç ınmak için östenitik elektrodlara ba şvurulmuşsa da  bundan her zaman iyi sonuç al ınmamıştır. Böyle bir çözüm ço ğu kez % 0.4’ten fazla e şdeğer  karbonlu çeliklerin su alt ı kaynağı için teklif edilmiştir. Tespit tertibatının zorlaması ve bu tipte homojen olmayan birle ştirmelerde kaçınılması güç bir k ır ılgan birleştirme bölgesinin varlığı dolayısıyla, en elveri şli koşullarda bile çatlaklar meydana gelmi ştir. Hidrojenin bunda etkili olmuş olması da olasıdır. Bu sonuçlara göre, su alt ında kullanılan örtülü elektrodla el kayna ğının, sadece çok alçak  eşdeğer karbonlu çeliklerin kayna ğı için tespit zorlamalar ının zayıf olmalar ı kaydıyla kabul edilebileceği meydana ç ıkar. Pratikte bu denli elveri şli koşullara sık rastlanır. Buna kar şılık,  bugün elimizde bulunan elektrodlarla yüksek mukavemetli çeliklerin sualt ı kaynağı, özellikle önemli tespitin mevcut oldu ğu hallerde, ciddi so ğukta çatlama tehlikelerini arz eder.

ITAB’ın Sertliği Sadece hidrojen dolay ısıyla çatlamadan kaç ınmak, her zaman soruna tam çözüm getirmemektedir. Gerçekten bazen ITAB’ ın sertliği, kabul edilemez de ğerlere varmaktadır. Su altında kaynakta ITAB’ ın genişliğinin, açık havada yap ılmış kaynaktakinin % 25 ilâ 50’si kadar  olduğu, genel olarak saptanm ıştır. ITAB’ın genişliği, su alma h ızının faydalı bir işareti olmaktadır: su altında kaynaklarda, atmosferik bas ınçta yapılanlara göre ITAB’ın çok daha sert olduğu kesindir. Buna göre bir yerel k ır ılganlığın bir potansiyel gevrek k ır ılma başlangıcı menbaı olduğu göz önünde tutulacakt ır. Sert ITAB’lar çoğu kez ayn ı ölçüde gevrek olup bunlar 

98

köşe ve bindirme kaynaklar ının bağlantılar ında toplanma e ğiliminde olurlar. Bu yerler, gerilmelerin daha yüksek oldu ğu “sıcak noktalar” olu ştururlar; bu itibarla böyle bir tehlikenin mevcut olduğu zaman su alt ında kaynak yap ılmaması önerilir. Kaldı ki su alt ında su buhar ı ve sair gazlar ın hasıl olması, kaynağın doğruca kendisi ve olu şan kabarcıklar ın yukar ı çıkması dolayısıyla görme kabiliyetinin azalmas ı, istenilen kesin bir yere diki ş çekme ihtimalini zayıflatmaktadır. Bu nedenle de temasl ı (kontaktı) elektrodlar ço ğu kez tercih edilmektedir.

Sualtı Kaynağının Güçlükleri Sualtı kaynağını gerçekleştiren kişi hem kaynakç ı, hem de dalg ıç olacaktır. Bu iş için genellikle kaynak eğitimine tabi tutulan dalgıçlar istihdam edilir. Şöyle ki kaynak e ğitimi, dalgıcınkinden çok daha k ısa sürer. Su alt ında çalışmanın güçlükleri teçhizattan, yani klasik dalg ıç donanımı yada müstakil kurba ğa adamınkilerden, emniyet önlemlerinden ve kötü görü ş koşullar ından ileri gelmektedir. Emniyet önlemlerinin ba şında dalgıcın, dalaca ğı derinliğe göre su alt ında kalan süresinin sınırlaması gelir. Su alt ında ışığın k ır ılma olayı mesafe tahminlerini şaşırtmaktadır. Su, ışık  ışınlar  ını absorbe etti ğinden (massetti ğinden), maske camlar ı havadakilerden daha aç ık olur. Görüş kabiliyetinin azalmas ı daha başka nedenlere de ba ğlıdır: bazı sular ın çeşitli sebeplere bağlı  bulanıklığı, ark ın ve ergime banyosunun çevresinde has ıl olan bir hareketli buhar ve gaz cebi ile elektrod cinsine göre az çok fazla olan dumanlar ın çık ışı.

Su altında elektrik ark ı Su altında ark, havada oldu ğu gibi elektrodla parça aras ında temasla tutuşur, ancak onu bu halde tutmak, aşağıda göreceğimiz gibi, çok daha güçtür. Ergime halindeki elektrodun ucunda, havada oluşandan daha derin bir krater meydana gelir ki, böyle k ısmen ergimiş bir elektrodun yeniden tutuşturulması hayli güç olur. Ark da su alt ında daha derine nüfus eder ve tutu şturmadan has ıl olan izler, gerçek çukurlar halini al ır. Su altında ark ın esas özelli ği, etraf ında bir gaz, duman ve  buharlardan oluşan bir cebin meydana gelmesi olup bu cepten sürekli olarak yüzeye ç ık ı p,  burada patlayan küçük veya iri kabarc ıklar yükselir. Buharlar küçük beyaz dumanlar da kahverengi veya kur şuni bulutlar has ıl ederler. Bazı kabarcıklar, çatlarken, suyu tedrici olarak   bulandıran katı zerrecikler çıkar ırlar. Buharlar, arktan itibaren dikey olarak do ğruca su yüzeyine yükselirler.

 b

a

d c

a, b, c, d Metal damlalar ı

Sac

v Buhar habbeleri

v Şekil 16.1. Arkla su alt ı kaynağı Havada oldu ğu gibi, ama bu kez çok daha fazla olmak üzere su alt ında ergimiş metal  püskürmeleri hasıl olur. Bu damlac ıklardan bazılar ı, birleştirme yerinden 15 ilâ 20 mm mesafede saca yapışırlar. Bunlar ancak keski ile sökülebilirler.

99

Şekilde (a), bir buhar kabarc ığı ile çevrili bir metal damlac ığıdır. Damlacığın çapı birkaç mikronla yaklaşık bir mm arasında değişir. Keza hâlâ k ırmızı damlacıklar da, iri bir gaz kabarcığı (b) içinde, yüzeye do ğru sürüklenir, Damlac ıklar kabarcık içinde hızla hareket ederler. Damlacığın kabarcığın cidar ıyla her temas ı muhtemelen, damlac ığı iten biraz buhar has ıl eder. (c) gibi bazı damlacıklar doğruca ergime banyosuna var ırlar ama bazen de, içine dü şmeden ergimiş bölgenin üzerinde yuvarlan ırlar. Bu sonuncular, elektrodun önünde birikip kaynakç ıyı, rahatsız eden bilyeler halinde (d) toplan ırlar. Bu olgu, sadece baz ı elektrodlarla vaki olur. Ayr ıca elektrodlar ın yalıtkan üst kaplamas ından hasıl olan ve yava ş hareket eden hafif zerrecikler  görülür. Kaynak Mukavemeti Gözle yapılan muayenenin d ışında alışılagelmiş tahribatsız muayene yöntemlerinin uygulanmas ı deniz altında özel ayarlamalar ı gerektirir  şöyle ki deniz alt ında yapılmış bir kaynak, havada yapılmış olanın sağladığı garantilerin aynını hiçbir zaman vermeyecektir, Öbür yandan suyun varlığı önemli metalürjik yan etkiler meydana getirir: dalma derinli ği arttıkça, yanan karbon miktar ı artar. Aynı şey manganez ve silisyum için de geçerlidir. Suyun içinde ergimi ş metalin hızlı soğuması, karbon oran ı % 0.04 ilâ 0.05’i aşınca, k ır ılgan bileşimler meydana getirir; bunlar, gözlenen düşük kopma uzamalar ıyla alçak çentik darbe mukavemetlerini izah ederler. Yumuşak çelik levha üzerine yap ılmış sualtı kaynaklar ı, havada laboratuar deneyinde yapılanlar ın çekme mukavemetinin % 80 veya daha fazlas ını arz etmişlerdir; bununla birlikte süneklik (kopma uzamas ı), genellikle yakla şık % 50’dir. Sualt ı kaynaklar ının daha dü şük  mukavemetine rağmen, kurtarma şirketlerinin ve sair ticari örgütlerin deneyimi, bu kaynaklar ın tamamen iş görür olduklar ını göstermiştir. Bunlardan birinin ara ştırma geliştirme çalışmalar ı içinde basınçlı kaplarda yapt ıklar ı sualtı kaynaklar ı, çatlama arz etmeden 200 psi (14 kg/cm 2)  basınca dayanm ışlardır.

Malzeme ve donanım Sualtı kaynakç ısı genellikle tam bir dalgıç tak ımıyla donatılmıştır; bunun yak ın bir menteşeli ek  yüz levhasını haiz olup bunda 6 veya 8 no cam bulunur. Bahriye, dalg ıcın başının kasktan bir  tepe takkesiyle ve eksoz valf ı düğmesi üzerinde bir lastik  şerit parçasıyla yalıtılmasını tavsiye ediyor. Her ne kadar s ığ suda iş, lastik eldiven ve yüz levhas ı dışında koruyucu elbisesiz bal ık  adamlar taraf ından yap ılabilirse de Bahriye buna sadece fevkalâde âcil durumlarda müsâade etmektedir. Çap ve örtü tipi ne olursa olsun, su alt ında kullanılacak elektrodlar, s ızdırmaz bir k ılıf teşkil eden  bir yapışkan sıvı veya vernikle kaplanacaklard ır. Selüloz asetat bu amaca uygundur. Birkaç  patentli ürün ve aseton içinde bir selüloid eriyi ği de (litrede 240 gr) elektrodlar ın daldırma ile yalıtılmalar ı için Bahriye taraf ından tavsiye edilen malzemeler aras ındadır. Yine phenolik veya vinylik vernikler yada gomlak, kaplama olarak kullan ılabilir. Ancak   phenolik verniklerle gomlak, yanarken elektrodun ucunda kömürlü kal ıntılar meydana getirirler  ki bu, kaynakç ıyı rahatsız eder. Selülozik vernikler, kal ıntı bırakmadan iyi yanarlar ancak  koruma sürekli olmaz; bu itibarla dald ırmadan sonra k ısa sürede kullan ılmalıdır. Vinylik  vernikler çok s ızdırmazdırlar. Yanarken bir nevi tala ş meydana getirirler; ancak bu tala ş parça  parça ayr ılır ve pratik olarak kaynakç ıyı rahatsız etmez.

100

Vernikler  Vinitik  Fenolik  Selülozik  Gomlak  Parafin

Şekil 16.2. Elektrod kaplamalar ı Selülozik elektrodlar, bol duman ç ıkararak görüşü tamamen yok etti ği gibi çok say ıda  bozukluklar ı haiz dikişler verir ve cüruf tam olarak temizlenemez. Öbür yandan bazik  elektrodlar, kaynak a ğzının dibine kaynakç ının elektrodla bast ırmasına iyi dayanmazlar. Gerçekten ısıl darbenin etkisiyle örtü parça parça ayr ılır. Bazik elektrodlarla elde edilen kaynaklar ço ğu kez diki şin yüzeyine ç ıkan hava kabarc ıklar ı içerir. Bu nedenlerle oksit veya rutil elektrodlar tavsiye edilir; bunlarla, ve özellikle oksitlerle güzel görünümlü diki şler elde edilir. Elektrodlar suya kar şı vernikle yalıtıldıktan sonra kolay tutuşmaya yetecek çekirdek telini ç ı plak   bırakmak üzere uçlar ı vernikten temizlenecektir. Bu yal ıtma, elektrod örtüsünü k ısa süre için koruduğundan dalgıç her seferinde yan ına birkaç elektrod alacakt ır. Bazı elektrod tipleri, su altına iner inmez k ısa sürede kullan ılmak koşuluyla verniksiz olarak da i ş görür. Sualtı kaynaklar ının çoğu φ5 ve φ4 mm elektrodlarla yap ılır. Bahriye, bütün pozisyon kaynaklar ı için E 6013 elektrodlar ını önermektedir. φ5 mm elektrod, sac ın bu çap için fazla ince olmas ı dışında bütün i şlerde tavsiye edilir. Bununla birlikte son deneyler E 6027 ve 7024 demir tozlu elektrodlar ın da, ayn ı tekniklerle kullanılmalar ı halinde iyi sonuç verdiklerini göstermi ştir. Demir tozlu örtü, suyun zarar ına kar şı parafin kaplamayla korunur. Sualtı kaynağı penseleri yal ıtılmış olacak ve kolayl ıkla elektrod de ğişimine imkân verecektir. Bahriye taraf ından bir plastik pense, Standard olarak kabul edilmi ştir. Metal çeneli yays ız uçlu  penseler, lastik bantla tamamen özenle yal ıtılması koşuluyla su alt ında kullanılabilir. Bununla  birlikte bu kullanım sadece âcil durumlarda olacakt ır. Tercih edilen güç menba ı, en az 300 A kapasiteli do ğru ak ım jeneratörü olup düz kutup (elektrod-) bağlantılı olacaktır. Bir emniyet şalteri kaynak devresi üzerinde bulunacak ve dalgıcın fiilen kaynak yapmas ı dışında her zaman aç ık tutulacakt ır. Alternatif ak ım kaynak  makinesini da kullan ılabilir ama dalgıcı korumak üzere özel ek önlemlerin al ınması gerekir. Yangın olasılığını azaltmak için doğru ak ım jeneratörlerini çalıştırmak üzere dizel motorlar ı tercih edilir. Kaynak kablosu olarak çok bükülebilir 2/0 # kablo tavsiye edilir, ancak manevra kabiliyetini kolaylaştırmak için bunun 3 m’si penseye ba ğlı, 1/0 # olacakt ır. Kablo 15 m (50’) uzunlu ğunda, gerilim düşmesini asgariye indirmek için bir di şi, bir erkek fiş-priz sistemiyle donat ılmış olacaktır. Sık ı bir lastik bant sargısı, sualtı irtibatlar ını yalıtmak için gereklidir. Kablodaki gerilim düşmesini telâfi etmek için kaynak makinesinin ak ım şiddeti, doğru ak ım jeneratörünün açık devre gerilimi yükseltilerek, artt ır ılacaktır.

101

Temel donan ıma ek olarak, dalg ıca bazı aksesuarlar da gereklidir: toprak kablosunun c ıvatayla yada beraber ba şlandığı bir “C” toprak mengenesi; yosun, midye ve sair deniz ürünlerini, pas ve  boyayı temizlemek için bir raspa ile a ğırlaştır ılmış tel f ırça ve de ana metali temizlemek ve cürufu kaldırmak için keski-çekiç. Genel olarak su alt ında, ayn ı bir elektrod çap ı için ak ım şiddeti, havada çal ışmaya göre yakla şık  % 20 kadar biraz daha yüksek tutulur. Ark gerilimi de, keza, birkaç volt daha fazlad ır. Bunun dışında, iletken olan tuzlu suda, % 20’ye kadar varabilen bir ak ım şiddeti kaybı hesaba katılacaktır.

Kaynağa Hazırlık  Yüzey hazırlığı ve parçalar ın alıştır ılması, sualtı kaynağında son derece önemlidir. Sa ğlam kaynak kal ın boya, pas veya deniz yosun ve saire tabakas ı üzerinde elde edilemez. Keski-çekiç, raspa ve tel f ırça kuvvetle uygulanacakt ır. Bu yolda haval ı aletler yardımcı olabilir. Gemi teknelerinde, eğimden dolayı alıştırma, çoğu kez sorun olur. Yama levhas ı mümkün olduğu kadar teknenin e ğimine uydurulacakt ır. Kalacak aral ık tamamen yok edilemedi ği takdirde bu aralık mümkün oldu ğu kadar az olacakt ır 1.6 mm (1/16”) aral ık bir müsaade edilebilir  maksimum olarak al ınacakt ır. Dalgıç kaynakç ıya oynamaz bir çal ışma sahanlığının sağlanması istenir. Suyun kaba dalgal ı ve işin bekletilmesinin mümkün oldu ğu hallerde bu alternatif seçilmelidir. Platformu kaynak  edilecek gemiye ba ğlamak onu dalgıç platformuna, kurtarma gemisi veya şamandıraya  bağlamaya tercih edilir. Yukarda gördüğümüz gibi sualtı kayna ğında çeşitli nedenlerle elektrodun idaresi fevkalâde zor  olup bunun üstesinden gelmek üzere elektrodu, “kontakt” elektrodlarda oldu ğu gibi, birleştirme yerinin dibine kuvvetle bast ırmak gerekir. Gerçekten “kendi kendini tüketen” bu çekme (kontakt) tekniği, sualtı kaynağında tercih edilir. Ark bir kez tutu şunca, elektrod i ş parçasına, “kendi kendini tüketmeye” imkân vermeye yetecek bir bas ınçla bastır ılır. Bu teknikle 5 mm’lik   bir köşe kaynağı, φ5 mm’lik bir elektrodla tek pasoda yap ılabilir; elde edilen kaynak az çok üç  pasolu kaynakla ayn ı mukavemeti haiz olur. Bunun faydalar ı zamandan kazanma, pasolar  arasında dikiş temizleme işinin olmaması ve birleştirme boyunca elektroda yol göstermek üzere  bir oluğun idamesine gerek kalmamas ıdır. Birinci dikişten sonra bu yol gösterici oluk  kaybolduğundan çok pasolu kaynak gerçekten güçtür.

Su altında TIG kayna ğı Bir atmosferde, TIG kayna ğı genellikle yüksek derecede hassas, dü şük metal yığma oranlı bir  yöntemdir. Bir bar’da i şlem esnasında ısı girdisi basınç geniş yelpazede de ğiştirilebilerek  ayarlanabilir. Özellikle bu olay kök pasolar ın atılması esnasında yapılır. Basınç artmasıyla ark  karakteristiği değişir. İlk olarak ark voltaj ı basıncın karekökü ile orant ılı olarak artar: V=V0 +E1 l P 0,5 Burada; V0 elektrottaki voltaj düşümü, l ark boyu, P bar cinsinden bas ınç ve E1 argon ve helyum için sırasıyla 0,8 V/mm’dir. V 0 yaklaşık 8-10’dur ve bas ınçtan etkilenmez. Bundan dolay ı belirli bir  torç-iş parçası seçiminde, belirli ak ım ve kaynak h ızında ısı girdisi derinlikle orantılı olarak artar. Bu yüksek bas ınçlarda kar şılaşılan gaz ortam ının artan ısıl etkileri sebebiyle so ğuma hızının artması olayını telafi eder. Ark voltajı ark sütunu içindeki enerji dengesinin göstergesidir. Ark  stabilitesi hakk ında voltajdan bir karara var ılabilir. Bir atmosferde çıkan ses belirli bir ses değerinde tesadüfi olarak farkl ı ses çıkar ır ancak bas ınç bir atmosferin üzerine yükseldi ğinde

102

 belirli şekilde artar. Bu olay k ısmen ark sütunu içindeki gaz ak ışının laminar ak ıştan türbülanslı ak ışa geçişinden oluşur ve bu olayda koruyucu gaz ın ak ış oranına göre 3 ila 5 bar oran ında ortaya çıkar. Bazı pozisyonlarda anodik noktan ın kararsızlığında ark boyundaki küçük  değişmeler nedeniyle elektriki sesin artmas ına neden olur. Bu etki yüksek bas ınçta daha fazla görülür. Örnek olarak ark boyundaki 1 mm’lik bir de ğişim 25  bar’da saf helyum ile voltajda 9 V, % 75 He-% 25 Ar kar ışım gazında voltajda 7,75 V de ğişim yapar. 1 bar ile k ıyaslandığında bu de ğişimler sırasıyla 1,8 ve 1,55 V gibi bas ınçtan gelen farklılıklar ortaya çıkar. Basınçla oluşan kararsızlık durumlar ına ark etraf ındaki ak ım taşımayan bölgenin kald ırma kuvvetinin basınç arttıkça artan etkilerinin de hesap edilmi ş olması gerekir. Türbülansl ı ark   plazma sütununda de ğişmelere neden olur. TIG kayna ğının şekli gereği katod noktas ı tungsten elektrodun ucudur. Karars ız durumlar sonucu anod noktas ının iş parçasının yüzeyinde yer  değiştirmesi kaynak diki şi profilini de değiştirebilir. Kararlık kriteri basınç değişmelerinin geni ş  bir aral ığında elde edilebilir. TIG kaynak yöntemi 360 m’den daha derinlerde (36 bar) kullan ılır  ve 500 m’ye kadar tan ımlanmıştır. Kuzey Denizi’nde daha derinlerde de kullan ılmıştır.

Su altında MIG-MAG kayna ğı Denizortası platformlar ın MIG-MAG ile olan uygulamalar ı yayınlanmış olmasına kar şın işlemde özlü tel kullanımı yaygın kullanıma sahiptir. Bir çok raporda belirtildi ği gibi 1-5 bar gibi s ınırlı  basınçlarda k ısa devreli metal transferi ile kabul edilebilir kaynaklar yap ılmıştır. Daha yüksek   basınçlarda dar ve şişkin kaynaklarla arkta bozulmalar gözlenmi ştir. Ayr ıca yüksek seviyede duman çık ışı da belirlenmiştir. Değişik koruyucu gaz ve tel çaplar ında yapılan çalışmalar göstermiştir ki en iyi sonuç ince çaplarda 0,9 mm ve helyum gaz korumas ında alınmıştır. Kararlılığı sağlamak için tam darbeli ak ım gereklidir. Büyük çapl ı teller metal damlalar ının telden kopu şundaki düzensizlikler  nedeniyle zararl ıdır. K ısa ark  şartlar ında tel banyonun içine dolmu ş vaziyettedir. Aktif gaz ilavesi basıncın yükselmesi ile artan karars ızlık nedeniyle gereklidir. Aktif gaz bile şenleri ergimiş metal damlalar ının yüzey gerilimini de ğiştirirler. 1 bar için kullanılan kar ışım miktar ı yükselen bas ınçlarda kullanıldığında birim hacimdeki kar ışım gaz molekülü adedi artaca ğı için sıçramaya neden olur. Metal transferi için en uygun gaz kompozisyonu He ta şıyıcı gaz olmak üzere bir miktar CO 2 kar ışımıdır. Yüksek ark voltaj ı vermesi nedeniyle He gaz ı Ar gazına tercih edilir. 15 ila 40 bar  sınırlar ı arasında tüm pozisyonlarda s ıçramasız kaynaklar yap ılabilmiştir. Güç kaynağı dinamik karakteristikleri tekni ğin kontrolünün temelidir. Statik karakteristikler 18bar arasındaki bas ınçlarda kontrol alt ına alınabilmiştirler. 8 ila 15 arasında istenilen kutup değişim gerçekleşir ve 15 bar üzerindeki bas ınçlardaki elektrod, negatif konumundan pozitif  konumuna geçirilir. De ğişimin şekli tele, koruyucu gaz ın kimyasal özelliklerine ve ak ım tipine  bağlıdır.

İşlem iş parçası-torç konumundaki de ğişmelere gösterdi ği hassasiyet nedeniyle sistem özellikle yüksek bas ınçlarda otomatik yöntemlerle daha uygundur. Ayr ıca yöntemin en büyük  avantajlar ından biri de pasolar aras ı curuf temizliği çok az veya hiç olmad ığından toplam kaynak  zamanı belirli bir iş için en az sürede gerçekle şir.

103

Su altında plazma kayna ğı Palazma ark ının bir atmosferdeki kaynakta dahi kullan ımı karmaşık ekipmanlar gerektirmesi açısından k ısıtlıdır. İlerleyen güç kayna ğı teknolojisi bağımsız bir pilot ark oluşturma ihtiyacını kar şılamıştır. Şu anki ekipmanlar yüksek bas ınç TIG yönteminin gerektirdi ği ekipmanlardan  biraz daha karmaşıktır. Plazma ark ı genellikle transfer ark olarak uygulan ır. Çoğu kez elektrod 12 mm içeridedir. Gerçi belirli uygulamalarda bu de ğer değişiktir. Gaz ak ışı genellikle 2-10 l/dk  dır ve transfer olmayan arkta bu de ğer daha da büyüktür. Böylelikle ak ım taşımayan bölgede oluşan kaldırma kuvvetleri yenilir ve kararl ılıkta bir düzelme olur. 50 bar’da diki ş üzerinde yapılan incelemede anot noktas ının pozisyonunun geni şlik olarak TIG ark ındaki ile kar şılaştır ıldığında % 50’sinden fazlas ına göre % 5-10 gibi daha geni ş dikiş verdiği  belirlenmiştir. Plazma işleminin karmaşıklığı nedeniyle bu i şlemde yapılan dikişlerin bir çoğunun tatminkar bir  sonuç elde edilebilmesi aç ısından tam olarak kontrol alt ında tutulmalar ı şarttır. Diğer yandan da çalışmalar esnasında kaynak görünü şü ve ark karakteristi ği açısından diğer yöntemlerin aksine  bu yöntemde 70 bar’a kadar diki şte bozulmalar gözlenmemi ştir. TIG kaynak i şlemindeki gibi ark  voltajı basınçla birlikte artmaktadır. Boru kaynaklar ı için gereken tipik ark enerjisi örnek olarak 20 bar’ ın üzerinde 4-6 KW’t ır. Bundan dolay ı ısı enerjisi yoğunluğu önemlidir. Bu şartlar altında plazma yüksek voltajl ı otomatik yada yar ı otomatik uygulama gibi kabul edilmelidir ve ark  ısısı işlemi manuel uygulamalar için uygun olmaktan ç ıkar ır. Sık ıştır ılmış ark ile bir atmosferde yap ılan kaynaklar ın en önemli özelli ği anahtar deliği oluşturularak tam nüfuziyetin sa ğlanabilmesidir. İşlemlerde  boru kaynaklar ı pozisyonlar ında kaynak banyosunun kontrolü için kullan ılan darbeli ark tekni ği geliştirilmiştir.

104

Yararlanılan Kaynaklar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

G.K. Hicken. Gas-tungsten arc welding, Vol. 6. ASM Handbook (1993), pp. 190–193. Gülenç, B., Mayıs 1995, “MIG-MAG Kayna ğında Koruyucu Gaz Kar ışımının Kaynak Metalinin Mekanik Özelliklerine Etkisi’’, GÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 1995, Ankara. Gourd, M. L., “Kaynak Teknolojisinin Esaslar ı”, Birsen yayınevi, Çeviren; Eryürek  İ. B., Bodur O., Dikicioğlu A., İstanbul, 2-4 (1996). W.H. Minnick. Gas tungsten arc welding handbook. The Goodheart-Willcox Company, Inc (1996). Althouse AD, Turnquist CH, Bowditch WA, Bowditch KE. Gas tungsten arc welding, Modern Welding, The GoodheartWilcox Company Inc, 1992. p. 327–328 Ahmet Durgutlu, Experimental investigation of the effect of hydrogen in argon as a shielding gas on TIG welding of  austenitic stainless steel Materials & Design, Volume 25, Issue 1, February 2004, Pages 19-23 Minnick W. H., Gas metal arc welding handbook, The Goodheart-Willcox Company, INC, California, 55-56, 1988. Kahraman, N., Durgutlu, A., Gülenç, B. “316 L Paslanmaz Çeliğin TIG Kaynağında Koruyucu Argon Gazına Hidrojen İlavesinin Kaynak Bölgesi Tane Morfolojisine Etkilerinin Ara ştır ılması”, G.Ü.T.E.F. Politeknik Dergisi, Cilt 7, s 223-228, 2004 Behçet Gülenç, Kutsal Tülbentçi, Düşük karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin MIG-MAG kaynağında koruyucu gaz seçimi, Uluslar arası Kaynak teknolojisi Sempozyumu, 1996, edik Eğitim Vakf ı, 56-65. Madsen J. R., Welding Fundamentals, American Technical Publishers, INC, New York, 160-162, 1999. Behçet Gülenç, Kaya Develi, Nizamettin Kahraman, Ahmet Durgutlu, Experimental Study of the Effect of Hydrogen in Argon as a Shielding Gas in MIG Welding of Austenitic Stainless Steel, International Journal of Hydrogen Energy 30(1314), (2005) 1475–1481. Tülbentçi, K., 1990, “MIG-MAG Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynağı”, İstanbul. Cary, H.B., Modern Welding Technology, AWS (2nd ed.), A.B.D., 82-85, 1981. Tülbentçi K., “MIG-MAG eriyen elektrodla ark kaynağı”, Gedik Holding Yayınlar ı, İstanbul, 15-75, 1998. Tülbentçi K., MIG-MAG gazaltı kaynak yöntemi, ArctechYayını, İstanbul, 21-125, 1998. Ahmet Durgutlu, Nizamettin Kahraman, Behçet Gülenç, “Tozaltı Ark Kaynağında Kaynak Tozunun Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisinin İncelenmesi”, Gazi Üniversitesi Endüstriyel Sanatlar Eğitim Fakültesi Dergisi, Yıl: 10, Sayı: 11, Sayfa:1-8, 2002 K ılınçer, S., Düşük Karbonlu Çeliklerin Tozaltı Ark Kaynak Yöntemi ile Kaynak Edilebilirliğinin ve Mekanik  Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, (1998). Nizamettin Kahraman, Behçet Gülenç, Ahmet Durgutlu, Tozaltı Ark Kaynağı ile Kaynaklanan Düşük Karbonlu Çeliklerde Serbest Tel Uzunluğunun Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisinin Araştır ılması, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt 18, No 3, sayfa 473-480, 2005. Çetinkaya, C., Düşük Karbonlu Çeliklerin Tozaltı Ark Kaynak Yöntemi İle Kaynak Edilebilirliği ve Mekanik  Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Cilt 12, No:2, 279-293, (1999). Anık. S., Oğur A., Vural M., Karakaya Ç., Farkl ı kalınlıktaki malzemelerin elektrik direnç dikiş kaynağı uygulamalar ı, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi, 2003, Kocaeli, sayfa 215-221. Aslaner S., Demirhan N., Karabaş V., İlhan E., Farklı kalınlıktaki galvaniz kaplanmış kromatlı mikro alaşımlı çelik saclar ın elektrik  direnç nokta kaynağında kaynak ak ım şiddetinin çekme-sıyırma dayanımına etkisi, Dumlupınar Üniversitesi, Ulusal Kaynak  teknolojisi Kongresi, Simav-Kütahya, 2000, sayfa 85-92. ASM Handbook, Volume 6, Welding, Brazing and Soldering, ASM International Materials Park, USA 2000. Süleyman Taşgetiren., Mehmet Çakmakkaya, Difüzyon kaynağı ile birleştirilmiş malzeme çiftlerinde kalıcı gerilmeler, 8. Denizli Malzeme Sempozyumu, Nisan 2000, sayfa 210-215. Nizamettin Kahraman, Titanyum ve Bak ır Çiftinin Ara Ba ğlayıcılı Difüzyon Sert Lehimlemesi ile Fır ında Birleştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 16(3), 611-618, 2003. Behçet Gülenç, Difüzyon Sert Lehimlemesi ile Titanyum ve Düşük Karbonlu Çelik Malzemelerin Birleştirilmesi ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi, Cilt 5, Sayı 1, sayfa 22-28, Mayıs 2003. Adem Kurt, Katı Hal Kaynak Teknikleri, Yüksek Lisans Ders Notlar ı, GÜTEF, Ankara. Adem Kurt, Toz metalden üretilen bronz yatağın düşük karbonlu çeliğe difüzyon kaynağı ile birleştirilmesi, Fırat Üniversitesi, fen Bilimleri Enstitüsü, 1996. Nizamettin Kahraman, The influence of welding parameters on the joint strength of resistance spot-welded titanium sheets, Materials and Design 28 (2007) 420–427. Ceyhun, V., Uzkut, M., Şahin, S., Difüzyon kaynağı ve uygulamalar ı , Uluslararası Kaynak Teknolojisi Sempozyumu, Gedik Eğitim Vakf ı, Sf. 178-186, İstanbul, (1996). Kurt, A., Türker, M., Aksoy, M., Orhan, N., Toz metal bronz malzemenin düşük karbonlu çeliğe difüzyon kaynağında gözenekliliğin difüzyona etkisi, 2. Uluslararası Kaynak Teknolojisi Sempozyumu, IWTS’98, Sf. 130-138, İstanbul, (1998). Anık, S., Tülbetçi, K., Kaluç, E., 1991, “Örtülü Elektrod ile Elektrik Ark Kaynağı’’, Gedik Holding, İstanbul. Oğuz, B., 1986, “Ark Kaynağı’’, Oerlikon, İstanbul. Anık, S., 1991, “Kaynak Tekniği Elkitabı’’, Böhler, İstanbul. Uğur Arabacı, “ 16MnCr5 Zincir Çeliğine Yakma Alın Kaynak Uygulaması ve Mekanik ve Metalurjik Özelliklerinin İncelenmesi” Yüksek Lisans, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2003. Tülbentçi, K., 1988, “Tozaltı Kaynak Yönteminin Üstünlükleri ve Uygulama Alanlar ı’’, Gedik Holding Kaynak Dünyası, s.18-21, İstanbul. Gourd, L.M., 1995, “Principles of Welding Technology’’, London. Committee, 1981, “Welding Handbook’’, V.1, 7.Edition, AWS, USA. Anık, S., 1981, “Kaynak Tekniği’’, Cilt 3, İTÜ., İstanbul. Nizamettin Kahraman, Titanyum Levhalar ın Patlamalı Kaynak Yöntemi İle Farklı Metallere Birleştirilmesi ve Arayüzey