MAK 351 İmal Usulleri

Transkript

1 1 MAK 351 İmal Usulleri Ders Kitabı: Fundamentals of Modern Manufacturing Mikell Groover 4.Edition; SI Version 2010, Wiley&Sons Doç.Dr. Murat VURAL

2 2

3 3

4 İmal Usulleri 4

5 Birleştirme yöntemleri 5

6 6 Birleştirmenin Esasları Kaynak, çoğu kez metal olan iki malzemenin, sıcaklık, basınç ve metalurjik koşulların uygun bir bileşimi sayesinde kalıcı şekilde birleştirilmesidir. Bu değişkenler, basınç olmadan sadece yüksek sıcaklık sıcaklık olmadan sadece basınç arasında değerler alabilir. Yüksek kaliteli bir kaynaklı birleşim oluşturmak için: Yeterli ısı ve/veya basınç menbaı Metalin korunma veya temizlenmesi için bir ortam ve Zararlı metalurjik etkilerden kaçınmak gerekir.

7 Kaynağın Uygulama Alanları 7

8 8 Kaynak Yöntemlerinin İki Temel Kategorisi Eritme kaynağı birleştirme, birleştirilecek iki parçanın, bazen bağlantıya ilave metal ekleyerek eritilmesiyle gerçekleştirilir Örnekler: ark kaynağı, direnç nokta kaynağı, oksi-yanıcı gaz kaynağı Katı hal kaynağı birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve/veya basınç kullanılır; ancak esas metallerde erime olmaz ve ilave metal kullanılmaz Örnekler: dövme (demirci) kaynağı, difüzyon kaynağı, sürtünme kaynağı

9 9

10 Kaynak Yöntemlerinin Gelişimi 10

11 11 Kaynağın Temelleri ve Genel Koşulları Kaynak hatalarından kaçınmak için: Yapının uygun tasarımı Kaynak yönteminin seçimi Isıtma, eritme ve soğuma sırasında ilave ve esas metaldeki olaylar göz önünde bulundurulmalıdır.

12 Yetersiz erime 12 Kaynak Hataları Çatlaklar Gözenek

13 Kaynak Hataları - devam Kaynak profil hataları Isı etkisiyle oluşan distorsiyonlar 13

14 Kaynak testleri 14

15 15 Küt Alın Kaynak Dikişleri için Kaynak Ağızları Küt alın dikişlerini oluşturmak için değişik şekillerde kaynak ağızları açılabilir

16 16 Kaynak Ağız Hazırlığı Ağız türünün seçimi: Parça kalınlığına Kullanılacak kaynak yöntemine Parçanın kaynak pozisyonuna bağlıdır Mümkünse tek pasolu (tek geçişli) kaynak tercih edilir; ancak malzemenin kalınlığına ve kaynak yöntemine göre çok paso gerekebilir. Eritme kaynağında kaynak ağzı ile ilgili temel kavramlar

17 Dikiş Terimleri 17

18 Boyut Boyut Boyut 18 İçköşe Dikişleri İçköşe kaynak dikişleri, T, bindirme ve köşe birleştirmelerde kullanılır. İçköşe dikişinin boyutu, kaynak dikişinin enkesiti içine çizilebilen en büyük 45 lik dik üçgenin kenar uzunluğu ile ölçülür. Tercih edilen Aşırı kaynak metali Aşırı kaynak metali Şekil 5. İçköşe kaynaklarının boyutunun ölçüm yöntemi ve tercih edilen dikiş formları

19 Temel Kaynak Birleşim Türleri Şekil 6 da beş temel birleşim türü gösterilmiştir. Alın birleşim Bindirme birleşim Dış köşe birleşim T- birleşim Kıvrık alın birleşim Şekil 6. Beş temel birleşim türü 19

20 Tapa ve Delik Kaynağı Direnç Kaynağı 20

21 Kaynak Fiziği Eritme, kaynakta birleşimi sağlayan en yaygın araçtır Eritmeyi oluşturmak için, temas eden yüzeylere yüksek yoğunlukta bir ısı enerjisi uygulamak gerekir, böylece oluşturulan sıcaklık esas metallerin (ve kullanılmışsa ilave metalin) yerel olarak erimesine yol açar Metalurjik nedenlerden dolayı, minimum enerjiyle ancak yüksek ısı yoğunluklarıyla eritme tercih edilir 34

22 Isı Yoğunluğu Birim yüzey başına parçaya aktarılan güç (güç yoğunluğu), W/mm 2 Eğer güç yoğunluğu çok düşükse, ısı parça içine iletilir ve erime oluşmaz Eğer güç yoğunluğu çok fazlaysa, yerel sıcaklıklar, etkilenen bölgedeki metali buharlaştırır Kaynağın gerçekleştirilebildiği, pratik bir ısı yoğunluğu aralığı mevcuttur 35

23 Kaynak Yöntemleri Arasında Bazı Karşılaştırmalar Oksi-yanıcı gaz kaynağı (OFW) geniş ısı miktarları üretir, ancak bu ısı geniş bir alana dağıldığından ısı yoğunluğu göreceli olarak düşüktür Oksi-asetilen gazı, OFW gazlarının en sıcak olanıdır; 3500 C lik bir maksimum sıcaklığa ulaşır Ark kaynağı, yerel sıcaklıkları 5500 ila 6600 C ye ulaşan, dar bir alanda yüksek enerji üretir 36

24 Değişik Kaynak Yöntemleri için Yaklaşık Güç Yoğunlukları Kaynak yöntemi W/mm 2 Oksi-yanıcı gaz 10 Ark 50 Direnç 1,000 Laser ışını 9,000 Elektron ışını 10,000 37

25 Güç Yoğunluğu Yüzeye giren enerjinin buna karşı gelen yüzey alanına oranı: P PD A burada PD = güç yoğunluğu, W/mm 2 ; P = yüzeye giren enerji, W ; ve A = enerjinin girdiği yüzey alanı, mm 2 38

26 Eritme için Birim Enerji Birim hacim metali eritmek için gerekli ısı miktarı Sembolü U m Aşağıdakilerin toplamından oluşur: Katı metali erime sıcaklığına yükseltmek için gerekli ısı Hacimsel özgül ısıya bağlıdır Metali erime sıcaklığında, katıdan sıvı faza dönüştürmek için gerekli ısı Eritme ısısına bağlıdır 39

27 Kaynakta İki Isı Transfer Mekanizması Tüm girdi enerjisinin kaynak metalini eritmekte kullanıldığına dikkat ediniz 1. Isı transfer etkinliği f 1 menbada üretilen toplam ısının parça tarafından alınan gerçek ısıya oranı 2. Eritme etkinliği f 2 eritme için kullanılan, parça yüzeyinden alınan ısı kısmı; kalanı parça metaline iletilir 40

28 Kaynaktaki Isı Transfer Mekanizmaları 2010 John Wiley & Sons, Inc. M P Groover, Principals of Modern Manufacturing 4/e SI Version

29 Kaynağa Uygun Isı H w = f 1 f 2 H burada H w = kaynağa uygun net ısı; f 1 = ısı transfer etkinliği; f 2 = eritme etkinliği; ve H = kaynak yönteminin ürettiği toplam ısı 41

30 Isı Transfer Etkinliği f 1 Menbada üretilen toplam ısıya göre parça yüzeyinde üretilen ısı kısmı Kaynak yöntemine ve güç menbaının (örn. Elektrik enerjisi) parça yüzeyinde kullanılabilir ısıya dönüşme kapasitesine bağlıdır Oksi-yanıcı gaz kaynak yöntemi göreceli olarak daha az etkindir Ark kaynağı göreceli olarak daha etkindir 42

31 Eritme Etkinliği f 2 Isının, parça yüzeyinde eritme için alınan kısmı; kalanı parça metali içine iletilir Kaynak yöntemine bağlıdır ancak metalin ısıl özelliklerinden, bağlantı konfigürasyonundan ve parça kalınlığından da etkilenir Alüminyum ve bakır gibi yüksek ısıl iletkenliğe sahip metaller, temas alanından ısının hızlı dağılması nedeniyle kaynakta problem oluştururlar 43

32 Enerji Denge Denklemi H w = U m V burada H w = işleme verilen net ısı enerjisi, J; U m = metali eritmek için gerekli birim enerji, J/mm 3 ve V = eritilen metal hacmi, mm 3 44

33 33 Eritme Kaynağının Yapısı Şekil 35-10, bir eritme kaynağının tipik yapısını göstermektedir. Şekil Bir eritme kaynağında tane yapısı ve değişik bölgeler

34 Isının Tesiri Altındaki Bölge (ITAB) (Heat Affected Zone=HAZ) 34

35 Soğuma Hızı ve Ön ve Son Tavlama Ön tavlama, parça sıcaklığını yükselterek hızlı soğumayı ve istenmeyen sertleşmeleri engeller; ayrıca hidrojenin yapıdan çıkışını kolaylaştırır Kaynak yapılan çeliğin karbon eşdeğeri % 0,3 ten yüksekse, ön tavlama uygulamak gerekir. Mn Cr+Mo+V Ni+Cu C eş = C Genellikle ön tavlama sıcaklıkları 100 C-200 C arasındadır. Bu sıcaklığın tespiti için değişik yöntemler mevcuttur Çelik dışındaki metallerde de ısı etkisiyle yapısal dönüşümler meydana gelir. 35

36 Isının Neden Olduğu Artık Gerilmeler Kaynakta en çok, maksimum ısının oluştuğu eritme kaynağında artık gerilmeler oluşur Artık kaynak gerilmeleri, kaynak yapılan parçalardaki ısıl genleşme ve büzülmenin sınırlanmasıyla oluşur Şekil Bir eritme kaynaklı küt alın dikişinde boylamasına artık gerilmelerin şematik görünüşü 36

37 Kaynak Artık Gerilmeleri Artık gerilmeler, kaynak hattına hem paralel hem de dik yönde oluşur. Şekil Malzemenin etkiyen gerilmelere cevap vermesi sırasında, tipik bir küt kaynağın (a) enine ve (b) boylamasına büzülmeleri. Sınırlanan enine hareket, tüm dikişte enine gerilmeye neden olur. 37

38 38 Isıl Gerilmelerin Etkileri Kaynağın neden olduğu ısıl gerilmelerin en yaygın sonucu parçanın distorsiyon udur. Distorsiyonların en düşük seviyede tutulması için: Kaynak işlemi en az ısıyla yapılmalıdır Kaynaklar, birleşimi oluşturacak en az miktarda olmalıdır Kaynak sırasında paso sayısı düşük tutulmalıdır Kaynak işlemi, sınırlanmış bölgelerden serbest bölgelere doğru yapılmalıdır Ters distorsiyon uygulanmalıdır Kaynaktan hemen sonra çekiçleme uygulanmalıdır Kaynak dikişleri simetrik düzenlenmelidir

39 Distorsiyon Türleri Şekil Distorsiyonlar kaynak işleminin sonucu olarak oluşabilir: (a) Kapak bölgesi kök bölgesine göre daha çok büzülen V-küt alın dikişi; (b) Tek taraflı içköşe dikişi; (c) Bir dikey web te çift taraflı içköşe dikişleri Ters yönde ön çarpılma vererek veya çift taraftan kaynak yaparak distorsiyonun önlenmesi 39

40 40 Kaynak Kabiliyeti Çoğunlukla bir malzemenin kaynağa uygunluğunu ifade eder. Ancak parça şekli, kalınlığı, kaynak pozisyonu ve kullanılan kaynak yöntemi de kaynak kabiliyetine etki yapar

41 Kaynak Kabiliyeti Kaynak Yapılabilirlik 41 MALZEME Kaynak Kabiliyeti KONSTRÜKSİYON İMALAT

42 Kaynak Pozisyonları 42

43 43

44 44 Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı Oksijenle karıştırılmış değişik yanıcı gazları yakan eritme kaynak yöntemleri Oksi-yanıcı gaz kaynağı, bu grubun üyeleri arasında temel farkı oluşturan değişik gaz türlerini kullanır Oksi-yanıcı gaz, ayrıca metal levhaları ve diğer parçaları kesmek ve ayırmak için alevle kesme işleminde de kullanılır En önemli oksi-yanıcı gaz kaynak yöntemi oksiasetilen kaynağıdır

45 45 Oksi-Asetilen Kaynağı Asetilen ve oksijenin yanmasıyla elde edilen yüksek sıcaklıkta bir alevle yapılan eritme kaynağı Alev bir üfleç ile yönlendirilir Bazen ilave metal kullanılır Bileşimi esas metale benzemelidir İlave çubuk, yüzeyleri temizlemek ve oksitlenmeyi önlemek için çoğunlukla dekapanla kaplıdır

46 Oksi-Asetilen Kaynak Ekipmanı

47 47 Pirinçten mamul tüp vanası Kırmızı halka Gözenekli madde için işaretleme Koruyucu kapak Tüp vanası Çıkış bağlantısı Çelik tüp Gözenekli madde İçinde Asetilen i eriten Aseton için boşluklar Taban halkası Ayak

48 48 Manometre Tüp basıncı Çalışma basıncı Manometre bağlantısı Tehlike uyarı etiketi Asetilen Üflece giden hortum

49 Oksi-Asetilen Üfleci (Emme tipi) Karışım bölgesi Oksi-asetilen kaynak üfleci ve kesiti 49

50 50 Asetilen (C 2 H 2 ) Oksi-yanıcı gaz kaynak grubu içinde, diğerlerine oranla en yüksek sıcaklıkları oluşturma kapasitesi nedeniyle en yaygın yanıcı gaz C ye kadar Asetilen ve oksijenin iki kademeli kimyasal reaksiyonu: Birinci kademe reaksiyonu (iç alev konisi): C 2 H 2 + O 2 --> 2CO + H 2 + Isı İkinci kademe reaksiyonu (dış zarf): 2CO + H O 2 --> 2CO 2 + H 2 O + Isı

51 51 Maksimum sıcaklığa, iç koninin ucunda ulaşılır Dış zarf parça yüzeyine yayılır ve kaynak bölgesini, çevreleyen atmosferden korumak üzere örter Dış zarf, 1260 C İç koni, 3480 C Asetilen tüyü, 2090 C Ulaşılan sıcaklıkları gösteren, bir oksi-asetilen üflecinden nötr alev

52 Oksi-Asetilen Alevi 52

53 53 C 2 H 2 +O 2 karışımı İLERLEME YÖNÜ İlave çubuk Esas metal Kaynak üflecinin ucu (bek) Alev Katılaşmış kaynak metali Erimiş kaynak metali Tipik bir oksi-asetilen kaynak işlemi

54 Alev Ayarı Oksi-asetilen alevinin kimyasal karakterleri Oksi-asetilen alevinin gücü 54

55 Oksi-Asetilen Kaynağında Kaynak Tekniği Sola kaynak Sağa kaynak

56 Oksi-Asetilen Kaynağında Güvenlik Konuları 56 Karışım halindeyken asetilen ve oksijen yüksek derecede yanıcıdır C 2 H 2 renksiz ve kokusuzdur Bu nedenle karakteristik bir sarımsak kokusu katılır C 2 H 2,1 atm nin üzerindeki basınçlarda fiziksel olarak kararsızdır Depolama tüpleri, aseton (CH 3 COCH 3 ) emdirilmiş (asbest gibi) gözenekli maddeyle doludur Aseton, asetilenin kendi hacminin 25 katını çözer C 2 H 2 ve O 2 tüpleri ve hortumları üzerinde, hatalı gaz bağlantılarından kaçınmak için farklı yönlerde kapanan dişler bulunur Asetilen tüpü Oksijen tüpü

57 Oksi-Asetilen Kaynağının Yapılışı Nötr alev, parlak bir kaynak banyosu ve hiç veya çok az kıvılcım oluşturur. Asetileni fazla (karbürleyici) alev, daha karışımlı bir banyo oluşturur. Oksijeni fazla (oksitleyici) alev, erimiş kaynak banyosunun üzerinde bir köpük oluşturur ve daha fazla kıvılcım çıkarır. Kaynağın başlangıcında, metal eriyene kadar ısıtılır. 57

58 58 Alevle Kesme (Yakarak Kesme) En yaygın kesme yöntemidir Demirin oksijenle yakılması esasına dayanır Öncelikle çeliğin tutuşma sıcaklığına kadar tavlanması gerekir. Bu bölge saf oksijenle temas ettiğinde yanmaya başlar (alevle yakarak kesme) Tutuşma sıcaklığına ulaşan çelik ile oksijen arasında, aşağıdaki reaksiyonlardan biri veya birkaçı meydana gelir: Fe + O FeO + ısı 3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4 + ısı 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 + ısı Şekil 36-4 te gösterildiği gibi, bir yarık veya kanal meydana gelir

59 Alevle Kesmenin Esasları Kesme oksijeni Tavlama alevi Kesme curufu Sürüklenme çizgileri Parça Parça kenarı Kesme üfleci Sürüklenme 59

60 60

61 61 Alevle Kesme Tekniğinde Kullanılan Gazlar En önemli ve en yaygın kullanılan yanıcı gaz Asetilen (C 2 H 2 ) dir. Asetilenin dışında doğalgaz (CH 4 ) ve propan kullanılmaktadır. Belirli uygulamalarda Hidrojen de kullanılabilir. Kesmede kullanılacak yakıcı gaz olan Oksijen gazının saflığı en az % 99,5 olmalıdır. Saflık % 98,5 e düşerse, kesme hızı % 15 azalır; oksijen tüketimi ise % 25 artar; kesme kalitesi ise bozulur.

62 Alevle Kesme Üflecinin Yapısı Şekil Oksi-asetilen kesme üfleçlerinin kesitleri (üstte makinayla altta ise elle kesme üfleci) 62

63 Kesme nozulları (bekleri) Halka nozul Yarık nozul Blok nozul (İki parçalı) (İki parçalı) (Tek parçalı) 63

64 64 Kesme Yüzeyinin Kalitesi Kesme yönü

65 Alevle kesilemeyen malzemeler Aşağıda alevle kesilemeyen malzemeler ve kesilememe nedenleri verilmiştir: Malzeme türü Alüminyum Yüksek alaşımlı çelik Bakır Dökme demir Yerine getiremediği koşul b, c, e c, d b, e b a) Oksijenle yanabilmelidir (oksijenle reaksiyona girebilmelidir) b) Tutuşma sıcaklığı, erime sıcaklığından daha düşük olmalıdır c) Oksidinin erime sıcaklığı, malzemenin kendi tutuşma sıcaklığından daha düşük olmalıdır d) Yanma sırasında oluşan curuf akıcı olmalıdır e) Düşük bir ısıl iletkenliğe sahip olmalıdır 65

66 Alevle Kesme Uygulamaları Üç üfleç yardımıyla X kaynak ağzının açılması Makinayla kesim Elle kesim 66

67 Üfleç kaldırıcı 67

68 Kaynak ağız hazırlığı 68

69 Alevle oyuk açma prosedürü Alevle oyuk açma, kaynak dikişlerindeki hatalı kısımların sökülmesi, kök tarafının kaynaktan önce veya karşı pasodan önce oyulması ve U- kaynak ağızlarının hazırlanması için kullanılır. Alevle oyuk açmadaki işlem sırası, alevle kesmeye benzer. Alevle kesme üflecinin aksine alevle oyuk açma üflecinde nozulda oksijen için daha büyük bir delik bulunur. Bu şekilde oksijen, daha yumuşak şekilde çıkar ve oyuk açma yönünde eğilebilir. Alevle kesilebilen malzemelerde, alevle oyuk da açılabilir. 69

70 Değişik oyuk açma (rendeleme) işlemleri 70

71 Alevle Doğrultma Alevle doğrultma, distorsiyona uğramış levhaların doğrultulması için, yerel olarak ve kontrollü yığma işlemidir. İşlem sırasında faz dönüşümlerine dikkat edilmelidir Parçanın Isı etkisinden sonraki formu Düz parçada ısı etkisi Distorsiyona uğramış parçada ısı etkisi Alevle doğrultmanın şematik gösterimi 71

72 72 Ark Kaynağı Metallerin birleştirilmesinin, bir elektrod ile parça arasındaki elektrik arkının ısısı ile oluşturulduğu bir eritme kaynak yöntemi Arkın ürettiği elektrik enerjisi, herhangi bir metali eritmeye yeterli sıcaklıklar oluşturur: ~ 5500 C Çoğu ark kaynak yöntemlerinde kaynaklı bağlantının hacmini ve dayanımını arttırmak için dolgu (ilave) metal eklenir Bazı temel yöntemler, arkla kesmede de kullanılmaktadır

73 Ark boyu 73 Elektrik Arkı Nedir? Elektrik arkı = bir devredeki aralıktan geçen elektrik akım deşarjı Akımın aktığı bir iyonize gaz demeti (plazma) tarafından sürdürülür Ark kaynağında arkı başlatmak için, elektrod parça ile temas haline getirilir ve hemen ayrılarak kısa bir mesafede tutulur

74 74 Kutuplamanın Etkileri DAEP: Doğru Akım Elektrot Pozitif (Ters Kutuplama; DCEP) DAEN: Doğru Akım Elektrot Negatif (Düz kutuplama; DCEN)

75 AA: Alternatif Akım 75

76 Ark Kaynağı Elektrot ucunun yakınında bir erimiş metal banyosu oluşturulur Elektrot bağlantı boyunca ilerlerken, erimiş metal kendi kanalında katılaşır Elektrot pensi Elektrot İLERLEME YÖNÜ İlave metal (bazen) Elektrot kablosu Kaynak makinası Parça Ark Katılaşmış kaynak banyosu AA veya DA akım üreteci Erimiş kaynak banyosu Parça kıskacı Parça kablosu Şekil Bir ark kaynak yönteminin temel konfigürasyonu ve elektrik devresi 76

77 Ark Kaynağındaki Akım Üreteçleri Doğru akım (DC) veya Alternatif akım (AC) AC makinaları satın alma ve işletme bakımından daha ucuzdur ancak genellikle demir esaslı metallerle sınırlıdır DC ekipman tüm metallerde kullanılabilir ve genel olarak ark kontrolü için daha avantajlıdır

78 Kaynak Transformatörü (AC) 78

79 Kaynak Redresörü (DC) 79

80 Kaynak Jeneratörü (DC) 80

81 Düşen Tip Statik Karakteristik

82 82 Ark Kaynak Elektrotlarının İki Temel Türü Eriyen kaynak sırasında tüketilen Ark kaynağında ilave metalin menbaı Erimeyen kaynak işlemi sırasında tüketilmeyen Herhangi bir ilave metalin ayrıca eklenmesi gerekir

83 Eriyen Tel Elektrotlar Eriyen elektrotların biçimi (Örtülü elektrot olarak da bilinen) Kaynak çubukları, 22,5 mm den 45 mm ye kadar uzunlukta ve 9,5 mm veya daha küçük çaplıdır ve periyodik olarak değiştirilmeleri gerekir Kaynak telleri, sık sık kesintilerden kaçınmak üzere, uzun tel boylarına sahip makaralardan sürekli olarak beslenebilir Hem tel hem de çubuk formundaki elektrot, ark içinde tüketilir ve ilave metal olarak kaynağa eklenir Şekil Eriyen elektrotla ark kaynağında üç metal transfer modu 83

84 Eriyen örtülü çubuk elektrotlar 84

85 85 Erimeyen Elektrotlar Erimeye dirençli Tungsten den yapılır Kaynak sırasında yavaş yavaş tükenir (buharlaşma temel mekanizmadır) Ayrıca tel şeklindeki bir ilave metalin, kaynak banyosuna sürekli olarak beslenmesi gerekir Tungsten elektrodlar, alaşım durumuna göre değişik renklerde kodlanmışlardır

86 86 Arkın Korunması Ark kaynağındaki yüksek sıcaklıklarda, metaller havadaki oksijen, azot ve hidrojene karşı kimyasal olarak reaktiftir Bağlantının mekanik özellikleri, bu tür reaksiyonlar sonucu ciddi şekilde bozulabilir İşlemi korumak için, tüm ark kaynak yöntemlerinde arkın çevresindeki havadan korunması gerekir Argon, Helyum ve CO 2 gibi koruyucu gazlar Dekapan

87 87 Dekapan (Örtü veya Toz) Kaynak sırasında oksitlerin ve diğer kirliliklerin oluşumunu engelleyen veya bunları çözerek uzaklaştıran bir madde Kaynak için koruyucu atmosfer oluşturur Arkı kararlı hale getirir Sıçramayı azaltır

88 88 Değişik Dekapan Uygulama Yöntemleri Toz halindeki dekapanın kaynak işlemine beslenmesi Kaynak sırasında işlem bölgesini örtmek üzere eriyen dekapan maddesiyle kaplanmış çubuk elektrodlar (örtülü çubuk elektrodlar) Dekapanın öz halinde içine doldurulduğu ve elektrod erirken açığa çıkan tüp şeklindeki elektrodlar (özlü elektrodlar)

89 89 Eriyen Elektrodları Kullanan Ark Kaynak Yöntemleri Elektrik ark kaynağı Özlü telle ark kaynağı Eriyen elektrodla gazaltı ark kaynağı (MIG/MAG kaynağı) Tozaltı ark kaynağı Saplama ark kaynağı

90 90 Elektrik Ark Kaynağı Dekapan ve koruma sağlayan kimyasallarla kaplı bir ilave metal çubuktan oluşan bir eriyen elektrod kullanır Bazen Örtülü çubuk elektrod kaynağı olarak da adlandırılır Güç üreteci, bağlantı kabloları ve elektrod pensi birkaç bin TL ye elde edilebilir

91 Elektrik Ark Kaynak Ekipmanı

92 Elektrik Ark Kaynağında Çubuk Elektrod İlave metalin bileşimi genellikle esas metale yakındır Örtü, bir silikat bağlayıcıyla bir arada tutulan, oksit, karbonat ve diğer katkılarla karıştırılmış toz halindeki selülozdan oluşur. Çubuk şeklindeki elektrot, akım üretecine bağlı elektrod pensesine takılır. Örtülü çubuk elektrotla kaynağın zayıflıkları: Çubukların periyodik olarak değiştirilmesi gerekir Yüksek akım seviyeleri, örtünün erken erimesine neden olabilir 92

93 Elektrod örtüsünün fonksiyonları

94 94 Örtülü elektrodların temel türleri

95 95

96 ANSI-AWS A5.1 e Göre Örtülü Elektrodlar 96

97 Örtülü Çubuk Elektrod Seçimi 97

98 98 Kaynak Parametrelerinin Etkileri Ark kaynağında kaynak bölgesine ısı girdisi (Joule Kanunu): Q = U. I v Q: Isı girdisi U: Ark gerilimi I : Kaynak akımı v : Kaynak hızı η : Verim η

99 99 Elektrik Ark Kaynağının Uygulamaları Çelikler, paslanmaz çelikler, dökme demirler ve bazı belirli demirdışı alaşımlarda kullanılır Alüminyum ve alaşımlarında, bakır alaşımlarında ve titanyumda hiç kullanılmaz veya nadiren kullanılır.

100 100 Özlü Telle Ark Kaynağı (ÖTAK) Çubuk elektrodun sınırlamalarının üstesinden gelmek için örtülü çubuk elektrodla ark kaynağının geliştirilmiş hali Elektrod, özünde dekapan ve diğer katkı maddeleri (örn. Deoksidanlar ve alaşım elementleri) içeren sürekli bir eriyen tüptür İki türü: Kendinden gaz korumalı ÖTAK Öz, koruyucu gaz içeren bileşenleri de barındırır İlave gaz korumalı ÖTAK Dış bir koruyucu gaz uygulanır

101 Özlü Telle Ark Kaynak Yöntemleri (1) (2) Özlü telle ark kaynağı. Dışarıdan sağlanan koruyucu gazın varlığı veya yokluğu, iki tür oluşturur: (1) koruyucu gaz bileşenleri sağladığı kendinden gaz korumalı, ve (2) dış koruyucu gazların kullanıldığı ilave gaz korumalı 101

102 102 Eriyen Elektrodla Gazaltı Ark Kaynağı (MIG/MAG=Metal Inert Gaz / Metal Aktif Gaz Kaynağı) Elektrod olarak çıplak bir eriyen metal tel kullanır ve ark, dış bir koruyucu gazla korunur Tel, bir makaradan kaynak tabancasına (torch) sürekli ve otomatik olarak beslenir Koruyucu gazlar, alüminyum için Argon ve Helyum gibi soy gazlardan (MIG), çelik kaynağı için CO 2 gibi aktif gazlardan (MAG) oluşur Koruyucu gaz ve çıplak tel elektrod, kaynak banyosu üzerindeki curuf örtüsünün oluşmamasını sağlar curufun elle taşlanmasına veya temizlenmesine ihtiyaç duyulmaz

103 MIG/MAG Kaynak Donanımı 103

104 MIG/MAG Kaynağının Elektrik Ark Kaynağına Göre Üstünlükleri Sürekli tel elektrod sayesinde daha iyi ark süresi Elektrik ark kaynağında (EAK) çubuk elektrodların periyodik olarak değiştirilmesi gerekir EAK na göre ilave tel elektrodun daha iyi kullanımı EAK nda çubuk elektrodun koçan kısmı kullanılamaz Yüksek yığma hızları Curuf uzaklaştırma problemi ortadan kalkar Kolayca otomatikleştirilebilir MIG/MAG kaynağının robotla uygulaması 104

105 105 Tozaltı Ark Kaynağı Arkı koruyan toz halindeki bir dekapan ile sürekli, eriyen çıplak tel elektrod kullanır Tel elektrod, bir makaradan otomatik olarak beslenir Bir huniden yerçekimi etkisiyle arkın önüne yavaşça beslenen toz dekapan, sıçramaları, kıvılcımları ve radyasyonu önleyecek şekilde arkı tamamen örter

106 Tozaltı ark kaynağının şematik görünümü 106

107 107 Tozaltı Ark Kaynağının Uygulamaları Yapısal çelik profillerin imalatı (Örn. I-profiller) Büyük çaplı boruların, depolama tanklarının ve basınçlı kapların dikişleri Ağır makine imalatı için kaynaklı parçalar Çoğu çelikler (Yüksek C-çelikleri hariç) Demirdışı metallere uygun değildir

108 Tozaltı Ark Kaynağının Uygulama Örnekleri Kalın levhaların yatay pozisyonda küt alın kaynağı Köşe kaynağı 108

109 Bant Elektrotla Tozaltı Ark Kaynağı Band elektrodun verilişi Toz besleme Merdane Dolgu kaynağı tabakası

110 110 Saplama Ark Kaynağı Saplama Seramik halka Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Saplama ark kaynağı: (a) saplama yerleştirilir; (b) akım tabancadan akar ve saplama, ark ve erimiş banyo oluşturmak üzere çekilir; (c) saplama erimiş banyo içine daldırılır, ve (d) katılaşma tamamlandıktan sonra seramik halka uzaklaştırılır

111 111 Erimeyen Elektrot Kullanılan Ark Kaynak Yöntemleri Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı Plazma Ark Kaynağı Karbon Ark Kaynağı

112 112 Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı Erimeyen bir Tungsten elektrot ve arkın korunması için bir soy (inert) gaz kullanır Tungsten in erime sıcaklığı = 3410 C Almanya da, "WIG (Wolfram Inert Gas) kaynağı" olarak da adlandırılır Bir ilave metal de kullanılabilir Kullanıldığında, ilave metal çubuk veya tel halinde kaynak banyosuna ayrıca beslenir Uygulamaları: alüminyum ve paslanmaz çelik en yaygınıdır

113 TIG Kaynak ekipmanı 113

114 TIG kaynağının uygulamaları 114

115 TIG Kaynağının Uygulamasına Örnek Uzay mekiğinin kaynakla imal edilen dış yakıt tankları alüminyum alaşımından oluşturulan bu tankların imalinde hem TIG hem de plazma ark kaynağı kullanılmaktadır. 115

116 116 TIG Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: Uygun uygulamalar için yüksek kaliteli kaynaklar İlave metal ark ı oluşturmadığından sıçrama oluşmaz Curuf olmadığından kaynaktan sonra temizleme gerekmez veya çok az gerekir Eksiklikleri: Eriyen elektrod kullanan ark kaynaklarına göre genellikle daha yavaş ve daha pahalıdır

117 117 Plazma Ark Kaynağı (PAK) Sınırlanmış bir plazma arkının kaynak bölgesine yönlendirildiği, TIG kaynağının özel bir şekli Tungsten elektrod, yüksek hızlı bir inert gaz (Argon) demetinin, yoğun sıcak bir ark demeti oluşturmak üzere ark bölgesine odaklandığı bir nozul içinde kullanılır PAK içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu sınırlanmış ark sayesinde C ye ulaşır

118 Tungsten elektrod İLERLEME YÖNÜ Plazma gazı Koruyucu gaz Plazma demeti (arkı) Esas metal Koruyucu gaz Katılaşmış kaynak metali Erimiş kaynak metali Plazma gazı tüpü Plazma ark kaynağı Koruyucu gaz tüpü Kaynak makinası (Akım üreteci) Plazma kaynak torcu İlave tel Plazma arkı Esas metal Plazma ark kaynak donanımı 118

119 119 TIG Kaynağı ile Plazma Ark Kaynağının Karşılaştırılması TIG kaynağı Plazma ark kaynağı

120 120 Plazma Ark Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: İyi ark kararlılığı Ark kaynağına göre daha iyi nüfuziyet kontrolu Yüksek ilerleme (kaynak) hızları Mükemmel dikiş kalitesi Hemen tüm metallerin kaynağında kullanılabilir Eksiklikleri: Yüksek ekipman maliyeti Diğer ark kaynak yöntemlerine göre daha büyük torç boyutu bazı bağlantı konfigürasyonlarına ulaşmayı zorlaştırma eğilimi taşır

121 Jigler ve Fikstürler Jig ve fikstürler (pozisyoner olarak da adlandırılırlar) imalat sırasında parçayı en uygun ve en kolay kaynak pozisyonunda tutmak veya döndürmek için kullanılırlar Üniversal bir kaynak pozisyoneri 121

122 122 Elektrik Arkı ile Kesme Teorik olarak elektrik arkı ile tüm metaller kesilebilir. Bu yöntemlerin tümünde malzeme, arkın yoğun ısısı ile eritilir ve kesme yarığından veya kanalından atılır. Başlıca arkla kesme yöntemleri: Karbon ark ve elektrik ark kesme yöntemi Havalı karbon ark kesme (Arcair) Oksijen ark kesme MAG kesme TIG kesme Plazma ark kesme

123 123 Havalı Karbon Ark Kesme Ark, karbon elektrot ile parça arasında tutuşturulur; yüksek hızlı hava jeti, elektrot pensindeki delikten kesme kanalına üflenir Karbon (grafit) elektrod Elektrod pensi Ark Hava jeti Parça Havalı karbon ark kesme yönteminde kullanılan tabanca. Elektrodu çevreleyen hava kanalından hava üflenir

124 Plazma Ark Kesme Plazma ark kesmede indirekt ark türü torçlar tercih edilir. Sıcaklık C civarındadır. Her türlü metal ve alaşımı eriterek kesilebilir Diğer kesme yöntemlerine göre daha ekonomiktir. Mekanikleştirilebilir veya robotla uygulanabilir Plazma gazı Tungsten elektrot Soğutma suyu Ark Kesme torcu Plazma ark kesme Plazma demeti 124

125 Plazma arkıyla kesme

126 126 Sualtında Plazma Ark Kesme Özel torç kullanımıyla, plazma ark kesme işlemi sualtında da uygulanabilir Gürültü, arktaki ışımalar, tozlar ve parçada ısı birikmesi önlenebilir

127 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 127 Tersane Taşıt Sanayi

128 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 128

129 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 129 Pil muhafazası Fırlatma rampası

130 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 130

131 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 131 Açık deniz petrol sondaj platformu

132 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 132 Sıvı çeliğin nakli için potalar Kuzey kutup bölgesinde boru hatları

133 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 133

134 Bir Kaynak Yönteminin Seçim Kriterleri 134

135 135 Direnç Kaynağı Birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve basıncı birlikte kullanan bir eritme kaynak yöntem grubu Isı, kaynak yapılacak bağlantıda elektrik akımının geçişine gösterilen dirençle üretilir Q = I 2.R.t Temel direnç kaynak yöntemi = direnç nokta kaynağı Şekil Elektrik direnç kaynağının temel devresi

136 136 Direnç Kaynağında Elektriksel Direnç ve Sıcaklık Dağılımı Bakır esaslı elektrot Çelik saçlar Elektriksel direnç dağılımı Sıcaklık dağılımı Bakır esaslı elektrot Şekil Direnç kaynağında elektrotlar ve parçalar boyunca istenen sıcaklık dağılımı

137 137 Direnç Kaynağında Parametreler Basınç: Direnç kaynağındaki basıncın bir dövme etkisi oluşturması nedeniyle, diğer yöntemlerde oluşturulanlara göre daha düşük sıcaklıklarda kaynak yapılabilir Eğer aşırı basınç uygulanırsa, erimiş ve yumuşamış metal, arayüzeyden fışkırabilir Akım ve Akım Kontrolü: Yüzey koşulları ve basınç önemli parametrelerse de, direnç kaynağı esas olarak akımın büyüklüğü ve geçiş süresi tarafından oluşturulur Yüksek akımlar ve kısa kaynak süreleri sayesinde bitişik metale dağılan ısı miktarı düşük seviyede tutulabilir ve istenen sıcaklıklara çıkılabilir

138 Akım veya basınç 138 Direnç Kaynağında Parametreler - devam Akım üreteci: Kaynak devresinin genel direnci düşük olduğundan, bir direnç kaynağı oluşturmak için yüksek akımlara gerek duyulur. Güç transformatörleri kaynak için gerekli yüksek akımları (100 KA e kadar) sağlar Akım Basınç Sıkıştırma basıncı Kaynak akımı Dövme basıncı Kaynaktan sonraki tavlama akımı Zaman Şekil Direnç kaynağında tipik akım ve basınç çevrimi. Çevrimde dövme ve kaynaktan sonraki tavlama işlemleri de dahil edilmiştir.

139 139 Direnç Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: İlave metal gerekmez Yüksek üretim hızlarına erişilebilir Mekanizasyonu ve otomasyonu kolay Operatör beceri seviyesi, ark kaynağına oranla daha düşük İyi tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik Eksiklikleri: Yüksek ilk ekipman maliyeti Çoğu direnç kaynağı için bindirme bağlantılarla sınırlı

140 140 Direnç Nokta Kaynağı Bir bindirme bağlantıda temas eden yüzeylerin eritildiği direnç kaynak yöntemi, karşılıklı elektrotların yerleştirilmesiyle sağlanır Bir seri nokta kaynağı kullanarak saç metallerin birleştirilmesinde kullanılır Saç metalden imal edilen otomobil, ev aletleri ve diğer ürünlerin seri imalatında yaygın şekilde kullanılır Tipik bir araç gövdesinde ~ 5,000 nokta kaynağı vardır Tüm dünyada yıllık otomobil üretiminde on milyonlarca nokta kaynağı yapılmaktadır

141 Bir Otomobil Gövdesindeki Nokta Kaynakları 141

142 Direnç Nokta Kaynağındaki Bileşenler Kaynak yapılacak parçalar (genellikle saç metal) Karşılıklı iki elektrot Parçaları elektrotlar arasında sıkıştırmak için basınç uygulama aparatları Belirli bir süre için kontrollü bir akım uygulayabilen güç üreteci Akım Kuvvet Kuvvet Üst elektrot Kaynak çekirdeği Saç metal parçalar Alt elektrot Direnç kaynağı grubunun en yaygın uygulaması olan nokta kaynağındaki bileşenler 142

143 (a) Nokta kaynak çevrimi, (b) Sıkıştırma kuvveti ve çevrimdeki akımın grafiği (1) elektrotlar arasına yerleştirilen parçalar, (2) elektrotların kapatılması, kuvvetin uygulanması, (3) akımın akışı, (4) akımın durdurulması, (5) elektrotların açılması, kaynaklı parçanın çıkarılması 143

144 Direnç Nokta Kaynağı 144

145 145 Direnç Nokta Kaynağının Kesiti 1,3 mm lik iki alüminyum alaşımı saç arasındaki bir nokta kaynak çekirdeği. Üst elektrodun çapı alttakinden daha büyük olduğundan, çekirdek simetrik değildir

146 Direnç Nokta Kaynağında Isıl Denge 146

147 Direnç Nokta Kaynağının Muayenesi Tatminkar bir nokta kaynağı, arayüzeyde bulunan bir çekirdekten oluşur. Elektrodların malzeme yüzeyine çok az girmesi gerekir. Şekil 38-6 da gösterildiği gibi kaynağın dayanımı, bir çekme veya sıyırma testi uygulandığında, arayüzeyden değil çekirdeği çevreleyen ITAB dan ayrılma ile ispat edilir. Şekil Tatminkar bir nokta kaynağının sıyırma testi. Hasar, kaynağın dışında meydana gelmiştir 147

148 Nokta Kaynağı Ekipmanı Üst kol Elektrotlar Alt kol Mafsal kolunu harekete geçirmek için pnömatik silindir Operatör ayak pedalı Atölyeden sağlanan basınçlı hava Mafsal kollu nokta kaynak makinası Taşınabilir direnç kaynak tabancaları 148

149 Nokta Kaynak Elektrotları Nokta kaynak elektrot örnekleri Direnç nokta kaynağında elektrot ömrünü etkileyen faktörler 149

150 Direnç Kaynağında Kaynak Hataları a) Şönt (kaçak) akım; b) Saç kalınlığının değişmesi; c) Saçların aralık kalması; d) Elektrotların aşınması; e) Saç kenarında kaynak 150

151 Direnç Nokta Kaynak Hataları Arayüzeyde fışkırma Kenara kaynak Yetersiz nokta çapı Soğuk yapışma (erimeme) Gözenek 151

152 152 Direnç Dikiş Kaynağı Bir bindirme bağlantı boyunca bir seri üstüste binmiş nokta kaynakları üretmek üzere dönen disk elektrotlar kullanır Direnç dikiş kaynağı, sızdırmaz bağlantılar üretebilir Uygulamaları: Yakıt depoları Egzoz susturucuları Diğer değişik saç metal kaplar

153 Elektrik Direnç Dikiş Kaynağı Elektrik direnç dikiş kaynağının prensibi

154 154

155 Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri: (a) üstüste binmiş noktalardan oluşan, geleneksel direnç dikiş kaynağı (b) disk elektrodla nokta kaynağı; (c) sürekli direnç dikişi 155

156 156 Direnç Dikiş Kaynağının Uygulamaları Otomobil yakıt deposu Disk elektrodlar

157 Dikiş kaynaklı birleşim türleri Bindirme Eğik Folyolu alın Folyolu Tel elektrotla Birleşim birleşim birleşim bindirme bindirme birleşim birleşim

158

159

160 160 Direnç Kabartı (Projeksiyon) Kaynağı Birleşmenin, parçalar üzerindeki bir veya birkaç küçük temas noktasında oluştuğu bir direnç kaynak yöntemi Birleştirilecek parçaların tasarımıyla belirlenen temas noktaları, kabartılardan, çıkıntılardan veya parçaların yerel arakesitlerinden oluşabilir

161 Kabartı kaynağındaki dirençler Kabartı kaynağında kısmi dirençler. R 1 ve R 2 Elektrod dirençleri R 3 ve R 4 Elektrod-çelik saç temas direnci R 5 ve R 6 Çelik saç malzeme direnci Çelik saç - çelik saç temas direnci R 7

162 162 Kuvvet Elektrod Saç-metal parçalar Kabartı (Projeksiyon) Kaynak çekirdeği Direnç kabartı kaynağı: (1) işlemin başlangıcında, parçalar arasındaki temas kabartılardadır; ve (2) akım uygulandığında, kabartılarda, nokta kaynağındakine benzer kaynak çekirdekleri oluşur

163 163 Kabartı kaynakları Cıvata Kabartı kaynakları Somun Çapraz teller Kabartı kaynağına ait örnekler

164 Yakma Alın Kaynağı Normal olarak alın bağlantılar için kullanılan bir yöntem. Birleştirilecek iki yüzey, temas veya yakın hale getirilir ve yüzeyleri erime sıcaklığına çıkaracak ısıyı üretmek için elektrik akımı uygulanır; daha sonra kaynağı oluşturmak üzere yüzeyler birbirine bastırılır. Ark Yakma alın kaynağı: (a) elektrik direnciyle ısıtma; ve (b) yığma parçaların birbirine bastırılması. 164