RAYLI SİSTEM ARAÇLARINDA KAYNAK UYGULAMALARI

Transkript

1 RAYLI SİSTEM ARAÇLARINDA KAYNAK UYGULAMALARI Serhat ASA¹, Şükrü ÖZCAN² 1 Durmazlar Holding-Duray Ulaşım Sistemleri San. ve Tic. A.Ş. İzmir Yolu 30.km Başköy Mevkii Bursa E-posta: sasa@durmazlar.com.tr 2 Durmazlar Holding-Durmazlar Makina San. ve Tic. A.Ş. Raylı Sistemler Şubesi OSB Kahverengi Cad. No:4 Nilüfer, Bursa E-posta: sozcan@durmazlar.com.tr ÖZET Raylı sistem araçlarının üretiminde öne çıkan; çalışma ömrü dayanımı ve dinamik yükler altında çalışacak olması, raylı sistem araç üretiminde kaynak teknolojisini önemli hale getirmektedir. Bu kapsamda raylı sistem araçlarının imalat sürecinde yer alan: Tasarım (EN e göre kaynaklı imalatın tasarıma uygunluğu, kaynak performans sınıflarının değerlendirilmesi) Devreye alma (yapısal analizler, dinamik testler, kaynak fikstürleri ile EN e göre üretilebilirliği) Üretim (EN e göre kaynak sıra planları, kaynakçı yeterlilik sınavları, kaynak prosedür şartnameleri, kaynak prosedürü vasıflandırma çalışmaları) Kalite (EN e göre tahribatsız testler ve hataların değerlendirilmesi) süreçlerinin kaynak teknolojisi ve EN standardına uygunluğu iyi değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, demiryolu araçlarının kaynaklı imalatında önem arz eden konuların detayları incelenecektir. Anahtar Kelimeler: Raylı, sistemler, kaynak, uygulamaları, TS EN 15085, tramvay, (HRS) hafif raylı sistem aracı. ABSRACT Featured specifications in the production of railway vehicles are life cycle circle (LCC) for long time period and working under dynamic loads. These specifications make welding process in a critical position. According railway vehicle manufacturing requirements for welding; Design reguiremets: matching design and manufacturing and decision of welding performance classes Start-up process : structural analysis, dynamic tests, welding fixtures and jigs Production : welder certification, welding procedure qualification records, welding sequence plans Quality : preparation quality plans, destructive and nondestructive tests Due to the EN requirement these steps are highly important. It will be detailed in this study. Keywords: nondestructive testing, residual stress measurement on rails, magnetic barkhausen noise method. 17

2 1. RAYLI SİSTEMLER VE TÜRKİYE DEKİ DURUMU Resim Raylı Sistem Nedir ve Ülkemizde Kullanımı Ne Ölçüde Gerçekleşmektedir? Raylı Sistemler ulaşımda özellikle de şehir içi ulaşımında tüm dünyada kullanılan ve artan trafik yoğunluğuna alternatif bir ulaşım şeklidir. Bu sistemler sayesinde aynı anda yüzlerce kişi taşınabilmekte ve diğer kara ulaşım araçlarına göre son derece çevre dostu olarak kabul edilmektedir. Adın da anlaşılacağı üzere raylar üzerinde hareket eden bu araçların genel ismi raylı sistem araçlarıdır. Resim.2 18

3 Raylı sistem denilince akla ilk olarak tren gelmektedir. Ülkemiz de dahil olmak üzere dünya genelinde bir çok yerde tren hatları bulunmakta ve kapasite dahilinde kullanılmaktadır. Özellikle Avrupa ülkelerinde tren ile ulaşım yoğun olarak kullanılmaktadır lu yılların başlarında popülerlik kazanan trenler zaman ilerledikçe teknolojik gelişmeler ile birlikte geliştirilmiş ve yeni teknolojik hareketler ile birlikte yerini hızlı tren olarak adlandırılan elektrikli trenlere bırakmıştır. Günümüzde bu elektrikli trenler çoğaltılmak da ve yeni yatırımlar ile güçlendirilmektedir. Hızlı trenler eski sistem trenlere göre hem daha hızlı hem de daha çok çevre dostu olmakla birlikte aynı zamanda çok daha konforlu ve güvenlidir. Resim 3. Resim 4. Trenler dışında şehir içi ulaşımda daha çok tramvay ve metro görülmektedir. Metronun atası tramvay, tramvayın atası tren olarak nitelendirilir. 1.2.Raylı Sistem Aracı Tramvay Tramvay eski bir ulaşım aracıdır. Elektrik ile çalışan tramvaylar 50 ila 500 kişilik kapasite ile karşımıza çıkar. Dünyadaki en eski tramvay hatlarından biri de İstanbul daki TÜNEL adı verilen hattır lü yılların sonunda hizmete açılmış ve günümüzde de kullanılmaktadır. Ülkemizde İstanbul, İzmir, Bursa başta olmak üzere bir çok büyük şehirde tramvay ile ulaşım mümkündür. 1.3.Raylı Sistem Aracı Metro Diğer bir raylı sistem aracı ise metrodur. Metro, tramvayın çok daha hızlısı olmakla birlikte kapasite olarak da daha fazla insan taşımaktadır kişilik ve daha fazla kapasiteli metrolar dünyanın birçok kentinde hizmet vermektedir. Metro ile tramvay arasındaki diğer büyük bir fark ise metronun yerin altından gidiyor olmasıdır. Öyle ki metro yerin altından hizmet verdiği için büyük altyapı yatırımları gerekmektedir. 19

4 1.4.Türkiye de Raylı Sistem Kullanımı Ülkemizde raylı sistem kimi bölgelerde etkin olarak kullanılır ama çoğu kent merkezinde raylı sistem kullanılmamaktadır. Bunun en büyük nedeni de şehirleşmeden önce altyapısının hazırlanmamasıdır. Raylı sistem kara yolu ulaşımına göre çok daha güvenli ve çevre dostu olması özelliği ile göz önünde bulundurulmalı ve bu çerçevede değerlendirme yapılarak geliştirilmelidir yılına kadar planlanan; km YHT km Hızlı Tren km Konvansiyonel olmak üzere toplam km demiryolu yapılarak Türkiye deki toplam demiryolu uzunluğu km olması,2035 yılına kadar km daha yapılarak toplam km demiryolu yapımı planlanmaktadır. Türkiye de mevcut şehir içi raylı sistem araç sayısı:1633 adettir. Ancak bu sayı sadece Avrupa nın büyük kentlerinde bulunan araç sayılarının bile çok altındadır; New York taki araç sayısı:7500 adet Londra daki araç sayısı:4500 adet Paris teki araç sayısı:4100 adettir yılına kadar Türkiye nin ihtiyacı olan araç sayısı; Metro 6000 Araç Tramvay 500 Araç LRV 350 Araç 1.5.Raylı sistemlerin Avantajları 1. Hızlı, konforlu, güvenilir, çevreci ve ekonomiktir. 2. Atmosferde sera etkisi oluşturmamaktadır. 3. Yüksek verimlilik nedeniyle enerji tüketiminde azalma sağlamaktadır. 4. Diğer toplu taşıma sistemleri ile entegrasyonlu çalışmaktadır. 5. %40 daha düşük maliyetlerle işletilmektedir. 6. Çok düşük gürültü seviyesine sahiptir. 7. Arazi kullanımına olumlu etkileri vardır. 8. Yatırım maliyetlerini, iyi işletme stratejileri ile hızla geri kazandırmaktadır. 20

5 2. RAYLI SİSTEM ARAÇLARI İMALATINDAKİ GEREKLİLİKLER 2.1.Gelişim süreci Raylı sistem araçlarının kaynaklı imalatı için gerekli şartlar günümüzde EN standardı kapsamında tanımlanmıştır. Standardın gelişimi; Alman demir yolu işletmecisi olan önce Staatsbahn DR sonra DB AG firmalarının regülasyonları olan DV 952 vve DS 952 ile 1945 yılından başlar ve 2008 yılları arasında DIN 6700 adı ile standartlaşır yılında ise Avrupa genelinde kabul görüp EN adı ile yürürlüğe girmiştir 2.2.EN Raylı Sistem Araçları ve Alt Parçaları Kaynaklı İmalat Sertifikası EN standardı raylı sistem araçlarının ve alt parçalarının imalatında uygulanan metalik malzemelerin kaynağı için geçerli olan standarttır. Bu alanda çalışacak firmaların EN sertifikasına sahip olmaları beklenmektedir. Standardın ne kadar kapsamlı olduğunu örnek ile açıklamak gerekirse, ihale şartnamesinde geçecek Kaynaklı imalatın EN standardına uygun olması cümlesi ile tüm süreçler kapsanmış olur. EN sertifikasının amacı, üreticinin raylı sistem aracı imalatı için uygun kalite seviyesini sağlayabildiğini göstermektedir. Çünkü üretici sertifikaya sahip olabilmek için (en fazla) her üç senede bir ana denetlemeler ve her sene yapılan ara denetlemelerde aşağıdaki konular ile ilgili yaptığı çalışmaları ispatlamaktadır; Kaynak prosesinin ilgili kaynak yöntem onayları (WPQR) ve kaynak şartnamelerine (WPS) uygun yapılması Kaynakçıların ilgili vasıflandırma aralıklarına göre sertifikalı olması Kaynak işleminin kaynak planlama dokümanlarına (ÖR: kaynak sıra planı ve kaynak kontrol planı) göre kontrollü olarak ilerlemesi Organizasyonel olarak sorumlu bir kaynak mühendisinin Kaynak koordinatörü olarak atanıp üretimden bağımsız olarak karar verebiliyor olması Tasarımdan gelen veriler ile kaynak performans sınıfının (kaynakların kritiklik seviyesi) belirlenmesi. Bunun sonucunda tahribatsız muayene gereklilikleri ve değerlendirme seviyelerinin belirlenmesi konularındaki çalışmalar incelenir. Kısacası, kaynaklı ürün satın alma veya ihale sürecinde, tedarikçi firmadan talep edilecek EN sertifikası ile kaynak konusundaki kalite beklentisinin karşılanabileceği anlaşılmaktadır. Belgelendirme sürecinde firmaların yaptığı işe bağlı olarak 4 farklı belgelendirme seviyesi mevcuttur: 21

6 CL1: Kaynak birleştirmelerinin kaynak performans sınıfı CP A'dan CP D'ye kadar olan demiryolu araçları ve onların kaynaklı parçalarını imal eden kaynaklı imalatçılarına uygulanır. Tasarım ya da satın alma ve satış ya da satın alma ve montaj tüm sertifikasyon seviyeleri için izin verir. CL2: Kaynak birleştirmelerinin kaynak performans sınıfı CP C2'den CP D'ye kadar olan demiryolu araçlarının kaynaklı parçalarını imal eden kaynak imalatçılarına uygulanır. CL3: Kaynak birleştirmelerinin kaynak performans sınıfı CP D olan demiryolu araçlarının kaynaklı parçalarını imal eden kaynak imalatçılarına uygulanır. CL4: Demiryolu araçlarının dizaynını yapan satın alan veya satan imalatçıları kapsar. Her belgelendirme seviyesi için gereklilikler EN Kısım 2 de belirtilmiştir. 3. RAYLI SİSTEM ARAÇLARINDA KAYNAKLI BİRLEŞTİRMELERİN TASARIM SÜRECİ Tasarım sürecinde kaynaklı birleştirmelerde kılavuz olan EN standardı dikkate alınarak tasarım yapılır. Standardın bu kısmında kaynakların üzerine gelen yükün azaltılmasını hedefleyen öneriler bulunur. Böylelikle dinamik yükler altında çalışan parçalar için maksimum mukavemet ve minimum çentik etkisi değerlerine ulaşmak için tasarım yapılır. Tasarıma etki eden diğer faktörler ise kaynaklı bölgeye ulaşılabilirlik, tahribatsız muayene için ulaşılabilir olmasıdır. Kaynak dikişi üzerine gelen yük değerleri sonlu elemanlar analizi yöntemi ile yapısal analiz yapılır. Bu analiz sonucuna göre; malzeme seçiminde değişiklik, malzeme kalınlığı artırımı, destek plakaları ilavesi ya da kaynak çentik faktöründe iyileştirme gibi gereklilikler değerlendirilir. Tasarıma etki eden faktörler netleştirildikten sonra kaynak üzerindeki yükün izin verilen yüke oranı ile gerilme faktörü (K) bulunur. Tasarımın kullanım yeri fonksiyonu bilgileri ile güvenlik faktörüne karar verilir. Bu iki faktör ile birlikte EN standardında geçen kaynak performans sınıfı seçimi yapılır. Kaynak performans sınıfı ile birlikte kaynak kusurları için kalite seviyeleri ve tahribatsız muayene için minimum gereklilik bilgileri elde edilir. 22

7 Gerilim kategorisi Emniyet Kategorisi Tablo 1. Kaynak performans sınıfı seçiminde kullanılan bilgiler Kaynak Performans Sınıfı Yüksek Yüksek CP A Kusurlara göre kalite seviyeleri EN ISO 5817 EN ISO Bkz. Tablo 5 veya Tablo 6 Denetim Sınıfı Hacimsel muayeneler RT veya UT Yüzey muayeneleri MT veya PT Görsel kontrol VT CT1 % 100 % 100 % 100 Yüksek Orta CP B B CT2 % 10 % 10 % 100 Yüksek Düşük CPC2 C CT3 Gerekmez Gerekmez % 100 Orta Yüksek CP B B CT2 % 10 % 10 % 100 Orta Orta CPC2 C CT3 Gerekmez Gerekmez % 100 Orta Düşük CPC3 C CT4 Gerekmez Gerekmez % 100 Düşük Yüksek CPC1 C CT2 % 10 % 10 % 100 Düşük Orta CPC3 C CT4 Gerekmez Gerekmez % 100 Düşük Düşük CPD D CT4 Gerekmez Gerekmez % 100 Resim 5. EN te geçen tasarım önerilerinden örnekler 4. RAYLI SİSTEM ARACI ÜRETİMİNDE KAYNAKLI İMALATIN DEVREYE ALMA SÜRECİ Raylı sistem araçları imalatı devreye alma aşamasının en önemli konusu kaynak yapılacak bölgeye ulaşılabilirliktir. Bu doğrultuda fikstür tasarım aşamasında dikkat edilen konuların başında ulaşılabilirlik ve en rahat pozisyon olan PA ve PB pozisyonlarında kaynak yapmaya imkan verme özellikleri gelir. 23

8 Resim 6. PA veya PB Pozisyonunda Kaynak Yapabilmek İçin Kullanılan Pozisyoner ve Fikstür Kaynak sonrası yapılan montaj prosesine doğru ölçüde ürün verebilmek için kaynak deformasyonları minimum düzeyde tutulmalıdır. Bu işlem için; simülasyon programlarından destek alınabilir, deneme üretimi yapılıp deformasyon miktarı hesaplanarak ön deformasyon verilebilir ya da kaynak sonrası doğrultma işlemi yapılabilir. Kaynakta oluşan deformasyonları önlemenin bir diğer yolu da kaynak sıralamasının kontrollü bir şekilde yapılmasıdır. Böylelikle kaynak sıra planları oluşturulur. Resim 7. Kaynak Sıra Planı Kaynak fikstürü tasarımında ulaşılabilirlik, pozisyon kolaylığı ve kaynak deformasyonlarını önleme özelliklerine dikkat edilerek kaynak kalitesi için büyük avantaj sağlanmış olunur. 24

9 Resim 8. PA veya PB pozisyonunda kaynak yapmaya izin veren kaynak fikstürü 5. RAYLI SİSTEM ARAÇLARI KAYNAKLI İMALAT SÜREÇLERİ Tablo 2. Üretim aşamaları özeti 25

10 Raylı sistem araçları kaynaklı imalatında kritik noktalardan biri kaynakçıların çalışacakları istasyonlarda kullanacakları WPS lerin sertifikalarına sahip olmaları şartıdır. Bu durum rotasyonu zorlaştırmakta, hızlı bir şekilde istasyonlarda kaynakçı değişikliği yapılamamaktadır. Dolayısıyla vasıflandırma sürecinde kaynak eğitimleri ve çalışma talimatı eğitimleri organizasyonu yapılırken, planlanmayan bir durum olması olasılığı göz önünde bulundurularak birden fazla arkadaş eğitim alır ve kaynakçı yeterlilik sınavlarına hazırlanır. Vasıflandırma sınavları WPS ler kullanılarak yapılır. Bazı erişilebilirliği zor, ön ısıtma gerektiren, taşlama gerekliliği vb. olan birleşimler için WPS lere ek olarak mock-up parçaları kullanılarak da vasıflandırma yapılmaktadır. Vasıflandırma süreci uzun bir süreçtir. Yeterlilik sınavından önce düzenlenen eğitimlerle kaynakçı arkadaşların kabiliyetlerini arttırıcı çalışmalar yapılır. Tecrübeli usta kaynakçı arkadaşlarla bir araya gelmeleri sağlanarak onların tecrübelerinden de faydalanmaları hedeflenir. Bu eğitim süreci etkin olması açısından çok sıkı takip edilmeli, özel olarak eğitim için ayrılmış bir alanda, eğitim için ayrılmış kaynak makinaları ile pratik kaynak eğitimi verme yetkinliğine sahip bir uzman eşliğinde yapılmaktadır. Raylı sistem araçlarının ve alt parçalarının kaynaklı imalatında kaynak sıralaması, montaj sıralaması, kaynakçı farkındalığının yüksek olması çok büyük önem arz etmektedir. Montaj sıralamasının hatalı olması, herhangi bir kaynağın yapılabilirliğine engel olabilir veya zorlaştırabilir. Kaynak sıralamasının hatalı uygulanması parçada düzeltme imkanı olmayan çekme çarpılmalara sebep olabilir. Bu durumlar da parçanın ıskarta olmasına sebep olma olasılığı da çok yüksektir. 6. RAYLI SİSTEM ARAÇLARI KAYNAK KALİTE SÜREÇLERİ Raylı sistem araçları imalatında kaynak hataları kabul limitleri çok düşük seviyelerdedir. Bunun sebebi; Aracın dinamik yükler altında çalışması. Kaynak esnasında oluşan ve NDT kontrollerde tespit edilmeyen bir hatanın yıllar sonra büyüyerek kırılma ve kopmalara sebep olması olasılığıdır. İnsan taşıyor olmasıdır.(emniyet kategorisi yüksektir.) Bu yüzden kaynakta tespit edilen en ufak hatalar bile tamir edilmektedir. Kaynak kontrolleri hacimsel ve yüzeysel kontroller olarak yapılır. Yapılacak kontrollerin türü ve frekansı kontrol planlarında açık bir şekilde belirtilir. Yapılan kontroller sırasında belirlenen hatalar, kaynak dikişinin kalite seviyesine ve kabul şartlarına göre değerlendirilir ve tamir gerekliliği ile ilgili karar verilir. Kaynak dikişinde kısa bir bölgeyi taşlayarak ve tekrar kaynak yapılarak tamamlanan tamirler firma içi genel tamir talimatına göre yapılır. Ancak parça değişikliği, anormal bir uygulama yapılacak tamirler için özel bir tamir talimatı yazılır. Talimatta kaynak uygulaması haricinde 26

11 de tamirin baştan sona bütün detayları belirtilir. Müşterinin onayından sonra tamir işlemine başlanır. Ayrıca belli periyodik aralıklarla üretimden kaynak işlemi tamamlanmış bir parça alınarak, mock up çalışması yapılır. Bu çalışma ile kaynakların nüfuziyet derinlikleri, boğaz kalınlıkları gibi ölçülerin teknik resimde istenen ölçülerde oldukları veya olmadıkları müşteriye ve firma içinde bir rapor şeklinde yayınlanır.. Ayrıca yapılan kontrollerde elde edilen veriler, uygunsuzlukların (hataların) giderilmesinde büyük bir geri dönüş ve tecrübe kazandırmaktadır. Boğaz kalınlıkları malzemeye ısı girdisinin fazla olmaması açısından, Yapılan 3 boyutlu ölçümler parçalardaki çarpılma eğilimlerinin karakteristiklerinin belirlenmesi ve gerekli önlemlerin alınması açısından, Yapılan UT-RT testler ana birleşimlerdeki (yüksek strese maruz kalan birleşimler) tam nüfuziyetin sağlanması açısından, Yapılan VT-PT-MT testleri kaynakta oluşan çatlakların tespit edilmesi açısından, önemli bir birikim sağlamaktadır. Ayrıca hataların kaynakçı arkadaşlara aktarılması ve hatalar ile ilgili farkındalık yaratılması kaynak kalitesini her geçen gün daha fazla artmasını sağlamaktadır. Kaynaklı imalat yapılan bir işletmede kaynak operatörlerinin farkındalıklarının yüksek olması çok çok önemli bir konudur. Üretimin her aşamasında parametrelerin büyük önem taşıması nedeniyle kaynakçı arkadaşlar için gerekli kontroller yapılması gerekliliğini doğurmaktadır. Kaynak kontrolleri 3 aşamadan oluşmaktadır. 1- Kaynak öncesi Kaynak ağzı açılarının, kök kalınlığının, ağız açıklığının, parça ölçülerinin ve kalınlıklarının kontrolü teknik resimde belirtilen kaynak özelliklerinin karşılanabilmesi açısından çok önemlidir. Ayrıca kaynatılacak yüzeylerin yağ, pas ve kirli olmaması gerektiğinin kontrolü de kaynak nüfuziyeti, gözenek oluşmaması açısından çok önemlidir. 2- Kaynak sırasında Pasolar arası sıcaklığın WPS te belirtilen aralıkta tutulması. Pasolar arası taşlamada uygun bir yüzey elde edilmesi. 3- Kaynak sonrası 27

12 Teknik resimde belirtilen kaynak kalınlıklarının kontrol edilmesi, sıçrantı ve çapakların kontrol edilip, temizlenmesi, gözle görülebilen yanma oluğu, çatlak gibi hataların kalitenin kontrolünden önce tespit edilip, tamir edilmesi önemlidir. 7. SONUÇ Raylı sistem araçlarının imalat sürecini kontrol altında tutmak çok önemli ve kapsamlı bir konudur. Çünkü araçların çalışma koşulları oldukça ağır ve kullanım ömürlerinin bakım yapılarak yaklaşık yıla ulaşması beklenmektedir. Bu bilgiler göz önüne alındığında, böyle bir aracın üretimden önce üretim koşullarının eksiksiz tarif edilmesi gerekiyor. Her sektörün koşullarına bağlı olarak oluşan standartlar gibi raylı sistem araçlarının kaynaklı imalatı için de günümüzdeki en kapsamı standart EN dir. Standart kapsamında tasarımdan imalata kadar tüm süreçler tariflenmiştir. 8. KAYNAKÇA 1. EN Şubat 2012 standardı 2. EN Şubat 2012 standardı 3. EN Ocak 2008 standardı 4. EN Haziran 2012 standardı 5. EN Nisan 2012 standardı