ÜRETİM YÖNTEMLERİ VE İMALAT TEKNOLOJİLERİ KAYNAK YÖNTEMLERİ

Transkript

1 ÜRETİM VE İMALAT TEKNOLOJİLERİ Yrd. Doç. Dr. Afşın Alper Cerit Erciyes Üniversitesi Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Bölümü

2 Birleştirme Yöntemleri Çözülebilir birleştirme yöntemleri Çözülemeyen birleştirme yöntemleri Ergimeli kaynak yöntemleri Oksigaz ky Elektrik ark ky Gazaltı ky (Tig, Mig, Mag) Tozaltı ky Direnç ky Elektron ışın ky Plazma ky Lazer ky Termit ky Ergitmesiz kaynak yöntemleri Ultrasonik ky Difüzyon ky Sürtünme ky Sürtünme karıştırma ky Patlatma ky Civatalı Bağlantılar Pimli Bağlantılar Pernolar Kamalar Sıkı Geçme Perçinleme Lehimleme

3 Birleştirme Yöntemleri Yapılacak olan bağlantı için seçilecek olan birleştirme yöntemlerinde dikkate alınması gereken bazı hususlar vardır. Bağlantı belirli aralıklarla kontrol, bakım, tamir gerektirecek mi, Belirli bir süre çalıştıktan sonra aşınma olacaksa, değiştirme veya tamir gerekli mi, Büyük olan parçalar taşınma için sökülecek mi, Montajdan sonra parçalarda bir ayarlama veya kalibrasyon istenecek mi, Seçilen birleştirme yönteminin uygulanabilirliği yeterli mi, Yöntem ekonomik olacak mı, Sökülebilen birleştirme Bağlantının ağırlığı önemli ise ve çok parçadan oluşuyorsa civatalı, kamalı, pimli veya perçinli bağlantılar fazladan parça ağırlığına sebep olacağından bu birleştirme yöntemlerinin seçilmesi uygun olmayacaktır.

4 Birleştirme Yöntemleri Civata Bağlantıları Sökülebilen birleştirmeler için tespit cıvatası olarak, Ön gerilme meydana getirmek için gerilme cıvatası, Boşluğun veya aşınma miktarının ayarlanması için ayar cıvatası olarak, Küçük çevresel kuvvetlerden büyük eksenel kuvvetler elde etmek iç (Mengene, vidalı pres) Dönme hareketini ilerleme hareketine dönüştürmek için, Sıkıştırma cıvatası olarak, Deliklerin kapatılması için perçin cıvatası olarak, Farklı kesit ve kalınlıktaki parçaları bağlamak için, Hareketi diğer bir parçaya aktarmak için bağlantı elemanı olarak kullanılmaktadırlar.

5 Birleştirme Yöntemleri

6 Birleştirme Yöntemleri Pernolar Pimler

7 Birleştirme Yöntemleri Kama Sıkı Geçme Perçinleme

8 Birleştirme Yöntemleri Kama Sıkı Geçme Perçinleme

9 Birleştirme Yöntemleri Lehimleme Sert (brazing) 450 C Yumuşak-soğuk (soldering)

10 Birleştirme Yöntemleri Lehileme birleştirmesini etkileyen faktörler Malzemelerin yüzey gerilimi, Malzemelerin ıslatma kabiliyeti, İlave dolgu metalinin yayılma özelliği, Kapiler kuvvet etkisi ile lehim aralığını doldurma kabiliyeti, Yüzey pürüzlülüğü, Lehimleme aralığı, Lehimleme sıcaklığı, İlave dolgu metalinin akıcılığı, Lehimleme sıcaklığı, Lehimleme zamanıdır. sert lehimleme tekniğinin tercih edilmesinin sebepleri birleşme mukavemeti uygulama kolaylığı ekonomik olması Dizayn kolaylığı farklı malzemelerin de birleştirilebilir olmasıdır.

11 Kaynakla Birleştirme Yöntemleri Metalik malzemelerin birleştirilmesinde kullanılan yöntemlerden en yaygın olanı kaynaklı birleştirme yöntemleridir. Kaynaklı birleştirmeler döküm ve perçinli birleştirme gibi yöntemlerle karşılaştırıldığında birçok önemli avantajlara sahiptir. Bunlar Kaynak, ağırlık ve işçilikten tasarruf sağlar, Kaynak, perçine göre daha iyi bir sızdırmazlık temin eder, Kaynaklı bağlantıların mukavemeti, perçinli birleştirmelerden daha yüksektir Kaynak ile daha ucuz ve kolay konstrüksiyonlar gerçekleştirilebilmektedir Kaynak ile döküm yönteminin karşılaştırılmasında ise şu farklar göze çarpar: Kaynakta model masrafı yoktur, Kaynak tamiratta üstünlük sağlar, Alışılmış kuma döküm yönteminde 6 mm den ince parçaların eldesi zor olmasına karşın, kaynakta 6 mm den ince parçalarla yapılan konstrüksiyonlar bir zorluk göstermez, Kaynak, perçinde olduğu gibi, dökümde de ağırlıktan tasarruf sağlar, Sadece çok sayıda yapılan üretimler de, döküm ekonomik açıdan üstünlük gösterir.

12 Kaynakla Birleştirme Yöntemleri Ergitmeli kaynak yöntemleri Oksigaz kaynak yöntemi, Elektrik ark kaynak yöntemi, Gazaltı kaynak yöntemleri TIG, MIG, MAG Tozaltı kaynak yöntemi, Direnç kaynak yöntemi, Elektron ışın kaynağı yöntemi, Plazma kaynağı, Lazer kaynağı, Termit kaynağıdır. Ergitmesiz kaynak yöntemleri Ultrasonik kaynak yöntemi, Difüzyon kaynak yöntemi, Sürtünme kaynak yöntemi, Sürtünme karıştırma kaynak yöntemi, Patlatma kaynak yöntemidir.

13 Oksi-Gaz (oksiasetilen) kaynak yöntemi

14 Oksi-Gaz (oksiasetilen) kaynak yöntemi

15 Oksi-Gaz (oksiasetilen) kaynak yöntemi Asetilen Gazının Özellikleri 1. Asetilen gazı yanıcı bir gazdır. 2. Yandığında 3200 C sıcaklık verir. 3. Normal cihazlarda 1.5 atm basınçtan fazla basınç altında muhafaza edilmez. Aksi halde 80 C de ve 1.5 atm de kendiliğinden patlar. 4. Hava ve oksijenle her oranda karışır. 5. Kendine has sarımsak kokusuna benzer bir kokusu vardır, renksiz gazdır 6. Yandığında tortu bırakmaz. 7. Asetonda eriyip sıvı hale gelir. Üzerinden basınç kalkınca tekrar sıvı hale gelir 8. Bu gazın tüpleri ve boru hattı, sarı ve kırmızı renktedir. Oksijen Gazının Özellikleri 1. Yakıcı bir gazdır. 2. Renksiz ve kokusuzdur. 3. Her oranda karışım oluşturur (Diğer gazlarla 4. Bu gazın tüpleri ve boru hattı daima mavi renktedir.

16 Oksi-Gaz (oksiasetilen) kaynak yöntemi Üfleç: Asetilen + Oksijen gibi yanıcı ve yakıcı gazları belli oranda karıştırma imkanı sağlar.

17 Kaynak alevi Oksijen ve asetilen gazı eşit verildiğinde normal alev (nötr) oluşur. Normal alev, parlak ve çekirdeği pirinç şekline benzer. Çekirdek boyu yaklaşık mm olan alev çekirdeğinin (beyaz ışık konisi) önündeki ısı C sıcaklığa ulaşır. Bu bölge (çekirdek ucunun yaklaşık 2-5 mm önü) kaynak için kullanılmaktadır. Oksijen fazla verildiğinde oluşur. Çekirdek kısmı küçülür ve normalden fazla gürültü çıkarır. Bu alev türüyle güzel görünüşlü ve sağlam kaynak dikişi elde edilemez. Oksitleyici alev pirinç kaynağında ve kesme işlemlerinde kullanılmaktadır. Bu tür alevle yapılan kaynak esnasında kaynak banyosunda faz üfleme olacağından kaynak banyosuna hakim olmak güçleşir. Asetilen gazı fazla verildiğinde oluşur. Çekirdek kısmı büyür. İş parçası geç ısınır ve kaynak banyosu oluşturmak zorlaşır. Bu tür kaynak aleviyle yapılan kaynak neticesinde iş parçasında çatlamalar meydana gelebilir. Alüminyum alaşımlarında ve nikel kaynağında kullanılır.

18 Kaynak Pozisyonları Sola kaynak Sağa kaynak

19 Elektrik Ark Kaynağı

20 Birleştirme Yöntemleri Örtülü Elektrot Elektrik Ark Kaynağının Avantajları 1. Örtülü elektrot ark kaynağı açık ve kapalı alanlarda uygulanabilir. 2. Elektrot ile ulaşılabilen her noktada ve pozisyonda kaynak yapmak mümkündür. 3. Diğer kaynak yöntemleri ile ulaşılamayan dar ve sınırlı alanlarda kaynak yapmak mümkündür. 4. Kaynak makinesinin güç kaynağı uçları uzatılabildiği için uzak mesafede bağlantılarda kaynak yapılabilir. 5. Kaynak ekipmanları hafif olduğundan ve taşınabilir. Pek çok malzemenin kimyasal ve mekanik özelliklerini karşılayacak örtülü elektrot türü mevcuttur. Bu nedenle kaynaklı birleştirmelerde ana malzemenin sahip olduğu özelliklere sahip olabilir. Örtülü Elektrot Elektrik Ark Kaynağının Dezavantajları 1. Örtülü elektrot ark kaynağının metal yığma hızı ve verimliliği pek çok kaynak yönteminden düşüktür. Elektrotlar belli boylarda kesik çubuklar şeklindedir, bu nedenle her elektrot tükendiğinde kaynağı durdurmak gerekir. 2. Her kaynak pasosu sonrasında kaynak metali üzerinde oluşan cürufu temizlemek gerekir. Örtülü Elektrot Elektrik Ark Kaynağı Çalışma Prensibi 1. Kaynak yapmadan önce iş parçasını temizleyin. 2. Şase kelepçesini mümkün olduğu kadar kaynak yapılan bölgeye yakın noktaya bağlayın. 3. Küçük çaplı bir elektrot kullanılacaksa, daha düşük kaynak akımıyla çalışılması gerektiğini unutmayın ve elektrot üreticilerinin kaynak amperaj verilerine uyun. 4. Elektrot torçunun kaynak pozisyonuna dikkat edin. 5. Elektrot tutma pozisyonu 6. Ark boyu (ark boyu, elektrotun iş parçasına olan mesafedir. Doğru akımı kısa ark, keskin ve çıtır çıtır bir ses verir. Doğru ark boyu elektrot çapı ilişkilidir. Kaynak boyunun doğruluğuna kaynak dikişine bakarak da karar verilebilir mm ark boyu için elektrot çapı yaklaşık 1,6 mm, 3-4 mm ark boyu için elektrot çapı yaklaşık 3 mm olmalıdır)

21 Argon-Ark TIG(Tungsten Inert Gas) Kaynağı Avantajları: Dezavantajları: TIG kaynağı, sürekli bir kaynak dikişi, aralıklarla kaynak ve Kaynak hızı gerektiği kadar yüksek değildir. punto kaynağı yapmak için hem elle, hem de otomatik Yöntem özellikle kalın parçalar için ekonomik değildir. kaynak sistemleri ile uygulanabilir. Kaynakçı bu yöntem için özel olarak yetiştirilmiş olmalıdır. Elektrot tükenmediği için ana metalin ergitilmesiyle veya Diğer kaynak işlemlerinden daha parlak UV ışını yayarlar. ilave bir kaynak metali kullanarak kaynak yapılır. Ekipman fiyatları diğer kaynak işlemlerinden daha Her pozisyonda kaynak yapılabilir ve özellikle ince pahalıdır. malzemelerin kaynağına çok uygundur. Koruyucu gaz konsantrasyonu oksijenden ağır olduğundan Kök paso kaynaklarında yüksek nüfuziyetli ve gözeneksiz oksijeni ortamdan uzaklaştırır. Bundan dolayı ortam sürekli kaynaklar elde edilir havalandırılmalı ve/veya esnasında çıkan gaz ve duman Isı girdisi kaynak bölgesine konsantre olduğu için iş ortamdan uzaklaştırılmalıdır parçasında deformasyon düşük olur. Bu yöntemde kaynak süresince kaynakçı kaynak banyosunu çok iyi biçimde görebilmekte, dolayısı ile de kaynağı kontrol altında tutabilmekte ve banyo üzerinde curuf olmayışı da dikişte curuf kalma tehlikesini orta kaldırmaktadır.

22 g#mediaviewer/file:gmaw_weld_area.svg Gaz Altı Kaynağı [MIG(Metal Inert Gas)/MAG(Metal Active Gas)] Bu yöntemde kaynak için gerekli ısı, sürekli beslenen ve eriyen bir elektrotla kaynak banyosu arasında oluşturulan ark yoluyla ve elektrottan geçen kaynak akımının elektrotta oluşturduğu direnç ısıtması yoluyla üretilir. Elektrot çıplak bir tel olup, bir elektrot besleme tertibatıyla kaynak bölgesine sabit bir hızla sevk edilir. Çıplak elektrot, kaynak banyosu, ark ve esas metal kaynak bölgesine komşu bölgeleri, atmosfer kirlenmesine karşı, dışarıdan sağlanan ve bölgeye bir gaz memesinden iletilen uygun bir gaz veya gaz karışımı tarafından korunur. Şekilde MIG/MAG kaynak sisteminin şematik görünüşü verilmiştir. MIG ve MAG kaynağını birbirinden ayıran en önemli özellik MAG kaynağında koruyucu gaz olarak C02 gazının kullanılmasıdır. Bu yönü ile özellikle demir esaslı çelik ve alaşımlarının kaynağı yapılmaktadır. Avantajları: Yöntemin yaygın olarak kullanılma nedeni, doğal olarak sağladığı üstünlüklerden kaynaklanmaktadır. Bu üstünlükler aşağıda sıralanmıştır: Ticari metal ve alaşımların tümünün kaynağında kullanılabilen yegane eriyen elektrotla yapılan kaynak yöntemidir. Elektrik ark kaynağında karşılaşılan sınırlı uzunlukta elektrot kullanım problemini ortadan kaldırmıştır. Kaynak her pozisyonda yapılabilir. Bu tozaltı kaynağında mümkün değildir. Metal yığma hızı elektrik ark kaynağına nazaran oldukça yüksektir. Sürekli elektrot beslemesi ve yüksek metal yığma hızı nedeniyle, kaynak hızları elektrik ark kaynağına nazaran yüksektir. Elektrot beslenmesinin sürekli olması nedeniyle hiç durmadan uzun kaynak dikişleri çekilebilir. Sprey iletim kullanıldığında, elektrik ark kaynağına nazaran daha derin nüfuziyet elde edilir. Böylece içköşe kaynaklarında aynı mukavemeti sağlayan daha küçük kaynak dikişi çekmek mümkün olur. Yoğun bir curufun mevcut olmayışı nedeniyle pasolar arası temizlik için sarfedilen zaman çok azdır. Bu üstünlükleri yöntemi yüksek üretime ve otomatik kaynak uygulamalarına özellikle uygun hale getirmiştir.

23 Gaz Altı Kaynağı [MIG(Metal Inert Gas)/MAG(Metal Active Gas)] Dezavantajları: Kaynak donanımı, elektrik ark kaynağına nazaran, daha karmaşık, daha pahalı ve bir yerden başka bir yere taşınması daha zordur. Kaynak torcunun elektrik ark kaynağı pensesinden daha büyük olması nedeniyle ve kaynak metalinin koruyucu gazla etkin bir şekilde korunma amacıyla torcun bağlantıya 10 ila 19 mm. arasında değişen yakın bir mesafeden tutulması gerektiği için, bu yöntemin ulaşılması güç olan yerlerde kullanılması pek mümkün değildir. Kaynak arkı koruyucu gazı bulunduğu yerden uzaklaştıran hava akımlarından korunmalıdır. Bu nedenle, kaynak alanının etrafı hava akımına karşı muhafaza altına alınmadıkça, yöntemin açık alanlarda kullanılması mümkün değildir. Göreceli olarak yüksek şiddette ısı yayılması ve ark yoğunluğu nedeniyle kaynakçılar bu yöntemi kullanmaktan kaçınmaktadır

24 Tozaltı Kaynağı Tozaltı kaynağı, arkın koruyucu atmosfer olarak toz altında oluşturulmasıyla yapılan bir kaynak türüdür. Günümüzde pek fazla uygulama alanı olmasa da özellikler kalın ve büyük parçaların birleştirilmesi ve dolgu kaynağı işlemlerinde (gemi gövdeleri, ağır iş makineleri, büyük çaplı kazanlar, LPG tankları vb.) kullanılmaktadır. Tozaltı kaynak yönetiminde de ark, otomatik olarak kaynak yerine sürülen çıplak elektrot ile iş parçası arasında meydana gelir ve ayrı bir kanaldan kaynak yerine dökülen toz yığını altında işlevine devam eder. Kaynak arkının toz yığını altında teşekkül etmesinden dolayı bu yönteme tozaltı kaynak yöntemi denmiştir. elding#mediaviewer/file:submerged_arc_weldi ng_schematic.svg Avantajları: Yüksek kaynak hızı, Kaynak parametreleri uygun seçildiğinde hızlı, hatasız ve güzel görünümlü kaynak dikişleri elde edilir Kaynak arkı, kaynak tozu tarafından örtüldüğünden ark ışınlarından korunmak için maske kullanmaya gerek yoktur. Kaynak esnasında zararlı metal tozları ve duman çıkarmaz. Sıçrama kaybı yoktur. Koçan atmadan ileri gelen kaynak malzemesi zayiatı yoktur. Derine işleme kabiliyeti iyi olduğu için daha dar ve daha derin kaynak ağızlarında kaynak yapılabilir. Bu özelliği, daha az işçilik ve daha az kaynak malzemesi kullanımı demektir. Gerekli toz tutma önlemleri alındığında tek taraflı kaynakta kaynak ağzı açmadan 16 mm kalınlığa kadar, iki taraflı kaynakta ise 30 mm kalınlığa kadar kaynak yapabilme imkanı sağlar.

25 Tozaltı Kaynağı Avantajları: (Devam) Kaynak tozu, kaynak dikişinin özelliklerini etkileyecek şekilde alaşımlandırılabilir. Böylece ucuz ve alaşımsız bir elektrotla alaşımlı bir toz kullanarak istenen özellikte daha ekonomik kaynak dikişleri elde edilebilir. Yarı otomatik, tam otomatik uygulamalara uygun olduğu gibi istenirse elle uygulama imkanı da vardır. Küçük bir değişiklikle Gazaltı Kaynağı na dönüştürülebilir Uygulama Alanları: Tozaltı kaynak yöntemi birleştirme kaynaklarında olduğu kadar dolgu kaplama kaynak işlemlerinde de başarıyla kullanılan bir yöntemdir. Birleştirme yöntemi olarak kullanıldığı alanlar: Basınçlı kap, kazan ve tank imalatında LPG tüpleri imalatında Spiral kaynaklı boru imalatında Çelik konstrüksiyon imalatında Profil (I, H, T) yapımında Otomotiv ve lokomotif sanayinde Gemi inşaatı sanayinde Aşınan mil ve makine parçalarının dolgusunda Darbe ve aşınmaya dayanıklı sert dolgu işlemlerinde Korozyona ve oksidasyona dayanıklı kaplama işlemlerinde kullanılır

26 Elektrik Direnç Kaynağı Direnç kaynağı; iş parçalarından geçen elektrik akımına karşı iş parçalarının gösterdiği dirençten sağlanan ısı ve aynı zamanda, basıncın tatbikiyle yapılan bir kaynak usulüdür. Malzemeden geçen elektrik akımının meydana getirdiği ısının dışında herhangi bir ısı tatbik edilmemektedir. Isı, kaynak edilecek kısımlarda ve basınç kaynak makinasındaki elektrotlar veya çeneler vasıtasıyla uygulanır. Elektrik direnç kaynağı için gerekli alçak gerilim ve yüksek akım şiddeti kaynak transformatörlerinden sağlanır. Basınç ise; hidrolik veya mekanik donanımlarla temin edilir. Avantajları: 1. İlave metal gerekmez, 2. Yüksek üretim hızlarına erişilebilir, 3. Mekanizasyonu ve otomasyonu kolaydır, 4. Operatör beceri seviyesi, ark kaynağına oranla daha düşüktür, 5. İyi tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik özelliğine sahiptir. Dezavantajları: 1. Yüksek ilk ekipman maliyeti gerektirir, 2. Çoğu direnç kaynağı için bindirme bağlantılarla sınırlı olmasıdır bilginform.com

27 Elektrik Direnç Kaynağı Nokta Kaynağı Nokta kaynağı; elektrotlar tarafından bir arada tutulan iş parçaları gerekli elektrik akımına karşı iş parçalarının gösterdikleri dirençten elde edilen ısı ile, parçaların bölgesel olarak ergitilip basınç altında birleştirmeleridir. Kaynak dikişinin boyut ve şekli, elektrotların boyut ve şekline bağlıdır. Genel olarak nokta kaynağı dört periyottan meydana gelir: a. Basma süresi: Elektrot kuvvetinin ilk uygulandığı an ile, kaynak akımdır ilk verildiği an arasında geçen süredir. b. Kaynak süresi: Kaynak akımının geçtiği zaman aralığıdır. c. Tutma süresi: Kaynak akımının kesilmesinden sonra, elektrot kuvveti etkisinin devam ettiği süredir. d. Ölü süre: Elektrotların iş parçası ile temasta olmadığı, zaman aralığıdır

28 Elektrik Direnç Kaynağı Dikiş Kaynağı Direnç kaynağının bu türü özellikle çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, buzdolabı gibi beyaz eşya sektöründe sızdırmazlık istenen yerlerde yaygın olarak kullanılır. İki türü vardır. Bunlar; a. Sürekli dikiş kaynağı b. Aralıklı dikiş kaynağı Bir otomobil yakıt tankının direnç dikiş kaynağı ile imalatı Prensip olarak normal nokta kaynağı gibi olan dikiş kaynağında, elektrotlar tekerlek biçimindedir. Elektrotların bastırılarak dönmeleriyle, sürekli veya kesikli kaynak dikişleri elde edilir. Kaynaklanacak parçaların biçimlerine göre özel elektrot tipleri de vardır. Dikiş kaynağında sızdırmaz bir dikiş elde edilmesi, kaynak şeridinin genişliğine bağlıdır. Kaynak şeridinin ideal genişliği, levha kalınlığına bağlı olarak şu formülle bulunur: L=2(e+1) L: Şerit genişliği (mm) E: Levha kalınlığı (mm)

29 Elektrik Direnç Kaynağı Alın Kaynağı Alın kaynağında bir diğer direnç kaynağı türü olup özellikle silindirik ve aynı geometriye sahip parçaların kaynağında tercih edilir. İki tür uygulama bulunmaktadır. Bunlar; a. Basınçlı alın kaynağı b. Yakma alın kaynağı (şekil 9.50) Basınçlı alın kaynağı da kendi içinde üç çeşittir: a. Basınçlı alın kaynağı b. Ön ısıtmasız alın kaynağı c. Ön ısıtmalı alın kaynağı Basınçlı alın kaynağında, parçalar yüksek bir basınçta temas ettirilir ve akım verilir. Yakma alın kaynağında ise, parçalar temas etmeden akım uygulanır.

30 Elektrik Direnç Kaynağı Yüksek Frekans Direnç Kaynağı Yüksek frekanslı bir alternatif akımın, ısıtma için kullanıldığı ve hemen ardından birleştirmeyi sağlamak için baskı kuvvetinin uygulandığı bir direnç kaynak yöntemidir. (Şekil 9.51)

31 Plazma Kaynağı Plazma, iyonlaştırılmış bir gaz kütlesinin dar bir aralıktan geçirilerek malzeme üzerinde yüksek sıcaklıkların oluşturulduğu bir modern kaynak yöntemidir. Plazma arkı elektrik arkının yüksek sıcaklıkta iyonize olmasıyla elde edilir. Ark sütununun merkezindeki gaz, oluşan sıcaklıklarda ayrışır ve plazma açığa çıkar. Bu gaz, ark sütunundan uzağa doğru akarken nötr atomlar oluşturmak üzere yeniden birleşir ve bu sırada ortama ısı enerjisi verilir Plazma kaynağı birçok bakımdan TIG kaynak usulüne göre farklılıklar göstermektedir. Plazma kaynak yönteminin üstünlükleri: Daha yüksek bir ark sıcaklığı, Düşük akım değerlerinde kararlılık, Yüksek ilerleme kaynak hızları, Ark boyu değişimlerinde kararlılık, Oksit filmli malzemelerin kolayca kaynak edilebilmesi, Mükemmel dikiş kalitesi, Tüm metallerin kaynatılabilmesidir. Bunların yanında bazı dezavantajları da vardır: Yüksek ilk yatırım maliyeti, Diğer yöntemlere göre daha büyük torç boyutları, Bazı bağlantı konstrüksiyonlarına ulaşma problemi, Aynı anda iki gaz kullanılması gerekliliği, Hızlı katılaşma ile kaynak bölgesinde gözenek oluşumu riski, Yedek parçalarının pahalı olmasıdır

32 Elektron Işın Kaynağı Elektron ışın kaynağı; geleneksel kaynak yöntemleri ile elde edilmesi zor olan teknik karakteristikleri elde etmek için kullanılan modem bir teknolojidir. Bu kaynak yöntemiyle düşük ısı girdisi, düşük kalıntı gerilmeler distorsiyonlar ve ayrıca minimum mikro yapısal değişimlerin elde edilebildiği yegane kaynak yöntemidir. Genel olarak elektron ışın kaynağı (EBW), magnetik lensler vasıtasıyla odaklanmış olan bir anot içerisinden elektronların pozitif voltaj eğilimi ile oluşan ışınlar kullanılarak yapılır veya manyetik lenslerle odaklanmış bir anot içerisinden pozitif voltaj kullanılarak elde edilen ışınlar kullanılır. Kaynak işleminde kullanılan tabancalar, X-ışınları tüplerinde kullanılan tabancalara benzer olup, X- ışını tüpü elektronları tungsten veya molibden ile hedeflenip odaklanır. Kaynakta hedef aşırı sıcak olup su soğutmalıdır. Hedef burada ergiyik hale getirmek için ısıyı absorbe etmiş olan ana malzemedir. Farklı metallerin elektron ışın kaynağı (EBW) kullanılarak birleştirilmesi son yıllarda ilgi çekici bir konu olmuştur. EBW kaynağının özellikle yüksek enerji yoğunluğu, kontrol edilebilir ışın boyutu ve bölgesi sayesinde benzer veya farklı metallerin kaynağında yeni bir yöntemdir

33 Elektron Işın Kaynağı Avantajları: Elektron ışın kaynağının en önemli avantajlarından birisi, elektrik ark kaynağında gerekli olandan daha az bir toplam ısı girdisi ile kaynak yapılabilmektir. Isıdan etkilenen bölgede (HAZ- Heat affected zone) çok düşük ısı girişi iş parçasında daha az bir termal etki fark edilmektedir. EBW de kaynak için vakum ortamı kullanılır. Bu yöntemin avantajları olarak; 1. Kaynak esnasında minimum distorsiyon ve çekme, 2. Kaynak işlemiyle mekanik özelliklerin değişmemesi, 3. Kaynak bölgesindeki bileşenlerde ısıya duyarlılığı azaltması, 4. Ark kaynak işlemi ile kaynaklanamayan farklı metallerin kaynatılabilme 5. Refrakter malzemelerin kaynağının yapılabilmesi, 6. Diğer kaynak yöntemlerine nazaran kaynak hızının daha yüksek oluşu, 7. Toplam üretimde zamandan ve maliyetten avantaj sağlaması, 8. Kaynak genişliğinin ve nüfuziyetinin ayarlanabilmesi, 9. Yüksek enerji yoğunluğu ve kontrol edilebilir ışın boyutu ve bölgesi sayesinde benzer veya farklı metallerin kaynağına en uygun kaynak yöntemi olması, 10. Vakumsuz elektron ışın kaynağının direk olarak atmosferde yapılabilir olması, 11. Ayrıca tel besleme sistemine de adapte edilebiliyor olması, delik ve boşluk problemlerinin uygun şekilde kaynakla birleştirilmesine olanak vermesi, 12. Elektron ışın kaynağı ile kaynak işleminde diğer kaynak yöntemlerinde olduğu gibi kaynak bölgesinde bir dönüşüm meydana gelmemesidir

34 Elektron Işın Kaynağı Dezavantajları: Elektron ışın kaynağı diğer kaynak yöntemleri ile karşılaştırıldığında,yatırım maliyeti açısından ve vakum pompası gerektirdiğinden dolayı daha pahalı bir kaynak yöntemidir. Fakat yüksek enerji yoğunluğu ile diğer yöntemlerin toplam ürün adedine bakıldığında o kadar da pahalı olmadığı görülecektir. 1. Parça ve takım hazırlığı maliyeti ark kaynağından daha fazladır. Çünkü birleştirme boşluğu ve pozisyonu elektron ışınının spot boyutu ile ilişkilidir, bu da süreyi ve maliyeti artıracaktır. 2. Kullanılan vakum odası, iş parçası boyutunu kısıtlar, 3. Ulaşılabilecek maksimum nüfuziyet mm kalınlıklar için kv luk bir makine ile sınırlandırılmıştır, 4. Ergitme kaynak yöntemleri ile farklı metallerin kaynağındaki problemler bu yöntemde de ortaya çıkabilir, 5. Vakum odası, malzeme dizaynı veya tasarımını kısıtlar, 6. Az sayıdaki parçaların üretiminde süre daha da artacaktır, 7. Kaynakta bir problem ise, sade karbonlu çeliklerin kaynağında vakum ortamında ergiyikte meydana gelen, metalin orijinal bünyesindeki gazlar, gözenek oluşumuna neden olur. Eğer kirli, paslı metaller kullanılmışsa işlem uygun değildir.

35 Difüzyon Kaynağı Isı etkisi ile katı, sıvı ya da gaz fazlarda yer değiştirme olarak tanımlanan difüzyon olayı, ısıl hareketlerden doğan kinetik enerjilerin dengelenmesi ve bölgesel yoğunluk farklılıklarının azalmasından kaynaklanmaktadır. Difüzyon olayında; değişik miktarlarda atom, molekül, atom grupları veya elektronlar gibi elemanların göç ettirilmesi mümkün olmaktadır. Ancak farklı yer değiştirme hızları reaksiyon merkezinin çevresinde belirli bölgelerde hacimsel değişimlere neden olabilmektedir. Difüzyon kaynağı esnasında atomların taşınımı farklı şekillerde olmaktadır. Genellikle metallerde difüzyon olayı üç farklı şekilde gerçekleşmektedir. Bunlar kendi kendine difüzyon, arayer difüzyonu ve yer alan difüzyonu şeklindedir. (Şekil 9.59).

36 Difüzyon Kaynağı

37 Lazer Kaynağı Modern kaynak yöntemlerinden birisi olan lazer ışını ile kaynak, yoğunlaştırılmış enerji ışınlarının kullanıldığı bir teknolojik kaynak yöntemidir. Küçük boyutlardaki parçaların kullanıldığı üretim alanlarında, klasik birleştirme yöntemlerinin kullanılamadığı durumlarda Lazer kaynağı kullanılır. Lazer kaynak makineleri tek bir dalga boyunda ve tek renkte parlak ışık üreten cihazlar Lazerin verdiği ışık, genellikle yoğun, ince bir demet biçimindedir. Yüksek güçlü lazer ışığı, otomobil parçalarının lehimlenmesinde, metal levhaların kesilmesinde, uçak ve otomotiv parçalarının ısıl işleminde, çok küçük deliklerin delinmesinde kullanılarak, üretim hatlarının verimliliği artırılmak ve üretim maliyetleri düşürülmektedir. Çeşitli metallerin delme, kesme, kaynak, lehimleme, metal kaplama ve yüzey tavlama, plastiklerin delme ve kesme, kauçuk, kağıt ve kumaşın kesme işlemleri yapılmaktadır. Otomotiv sektöründe fazla miktarda ve hassas olarak kaynatılması gereken parçalarda, diferansiyel sisteminde dişli kutularında, çeşitli millerde ve fren parçalarının üretiminde lazer kaynağı kullanılmaktadır.

38 Lazer Kaynağı

39 Sürtünme Kaynağı Sürtünme kaynağı (SK), biri sabit diğeri dönen iki parça ara yüzeylerinin mekanik olarak oluşturulan sürtünme yoluyla üretilen mekanik enerjinin termal enerjiye dönüştürülmesi ile elde edilen sıcaklıktan yararlanarak eksenel basınç altında parçaların birleştirilmesini içerir. Sürtünme kaynağında kaynak süresi boyunca sürtünen yüzeyler eksenel basınç altında kalır ve ısıtma-sürtünme safhası olarak adlandırılan bu süreç plastik deformasyon sıcaklığı oluşuncaya kadar devam eder. Bu sıcaklıkta dönme hareketi durdurulup eksenel basınç arttırılarak yığma oluşturulur. Böylece kaynak bölgesi bir tür termomekanik işlemle birleştirilmiş olmaktadır. Bunun sonucunda olarak kaynak bölgesinde mikroyapısal değişimler gözlenmemektedir. Bu ise istenen bir durumdur. Sürtünme kaynağında parçaların hareketleri aşağıdaki gibidir: a. Parçalardan biri sabit diğeri dönmekte, b. Her iki parça ters yönde dönmekte, c. Kaynaklanacak parçalar sabit olup arada bir parça dönmektedir.

40 Sürtünme Kaynağı Avantajları: 1. Aynı veya farklı malzemelerin birleştirilebilmesi, 2. Yüzey hazırlığı gerektirmemesi, 3. Malzeme tasarrufu, 4. Düşük bakım maliyeti, 5. Kaynak parametrelerinin kolay kontrolü, 6. Ana metal özelliklerine yakın değerler elde edilmesi, 7. Operatöre bağımlı olmayan son özellikler, 8. Basit parça tasarımı, 9. Elle veya otomasyona uygun olması, 10. Düşük enerji tüketimi, Dezavantajları: 1. Parçaların geometrisi ile sınırlı olması, 2. Eksenel kısalma olması, 3. Parça boyutların da kısalma yani malzeme kaybı, 4. Kesite bağlı makine yatırımı veya motor gücü ihtiyacı, 5. Makinelerin ilk yatırım maliyetlerinin yüksek olması sayılabilir.

41 Sürtünme Karıştırma Kaynağı Geleneksel kaynak yöntemleri ile karşılaştırıldığında bu yöntemin birçok avantajları vardır. Bunlar; koruyucu gaz, ilave tel, personel koruyucu tedbirleri gibi özel tedbirler gerektirmeyip, çevre dostu bir kaynak yöntemi olup, kaynakta gözenek oluşumu, gaz boşlukları, inklizyonlar, vb. olumsuzluklar görülmez. Bu yöntem özellikle alüminyum alaşımlarına ve son yıllarda magnezyum alaşımlarına da uygulanmaya başlanmıştır. TIG kaynağı ile yapılan bir birleştirmeye göre iyi mekanik özellikler elde edildiği yapılan çalışmalarda belirtilmiştir.

42 Sürtünme Karıştırma Kaynağı Avantajları: Katı hal kaynağı olduğu için çatlak ve porozite oluşumu gibi ergit] kaynaklarmda karşılaşılan problemler söz konusu değildir. Kaynak öncesi yüzey hazırlama aşırı kritik değildir, yüzeyde ince oksit filmleri tolere edilebilir. Özellikle ince levhalarda büzülme, distorsiyon ve kalıntı gerilmeler çok düşüktür. Alın ve bindirme kaynağı yapılabilir. Enerji verimliliği yüksek bir kaynak yöntemidir. Ergitme kaynağı zor olan 2XXX ve 7XXX serisi Al-Alaşımları ve Al. alaşımları kaynak edilebilir. Kaynak esnasındaki toplam ısı girdisi düşüktür, dolayısıyla mekanik özeliklerdeki kayıp minimumdur. Kaynak sonrası kaynak yüzeyi talaş alınmış gibi düzgündür ve yüzey işleme gerektirmez. Kaynaktan hemen sonra oksit tabakasının kaldırılmasına gerek yoktur. Yöntemin doğası gereği ark, kıvılcım, gaz ve toz söz konusu olmadığından çok temiz ve çevreci bir kaynak yöntemidir. Otomasyona ve robotik uygulamaya çok uygundur. Kaynak bölgesinde mukavemet nispeten yüksektir (yüksek kaynak performansı). İlave tel ve koruyucu gaza ihtiyaç duyulmaz. Hassas kaynak ağzı hazırlığına gerek yoktur.

43 Sürtünme Karıştırma Kaynağı Dezavantajları: Kaynaklanacak parçaların çok sıkı bağlanmaları şarttır. Tek parçalı karıştırıcı uç kullanıldığında kaynak sonunda delik kalır. Özellikle kalın levhaların kaynağı için çok güçlü tezghlara ihtiyaç vardı Kaynaklama hızı malzeme cinsi ve levha kalınlığına bağlı olarak 50-l( mmldk arasındadır. Her kaynak sonunda takımın piminin girdiği delik kapatılmalıdır

44 Ultrasonik Kaynak Yöntemi Ultrasonik kaynak, bir pres (basınç) kaynağı yöntemidir. Kısmen veya tamamen mekanik halde kullanılan bu yöntem bir katı hal kaynak yöntemi olup bindirme kaynağı şeklinde uygulamaları yaygındır. Özellikle küçük ve ince parçalara uygulanabiliyor olması son yıllarda gittikçe küçülen imalat parçalarında kullanım alanı bulmuştur. Ultrasonik kaynakta birleştirilecek parçalar, hareketli ultrasonik frekansla titreşen sonotrot olarak adlandırılan hareketli bir başlık ile sabit duran bir altlık arasına konur ve plastik deformasyon oluşacak kadar az bir kuvvet ile bastırılır. Sonotrot tarafından oluşturulan ultrasonik titreşimler, yüzeye paralel olarak üstteki parçaya iletilir ve temas yüzeylerinde yani alt ve üst kaynak arayüzeylerinde bir sürtünme hareketi oluşturur.

45 Ultrasonik Kaynak Yöntemi Ultrasonik kaynak yönteminde, düşük frekans elektrik enerjisi yüksek frekanslı mekanik enerjiye (mekanik titreşime) dönüştürmektedir. Titreşim oluşumu ses dalgalarından sağlanmaktadır. Mekanik titreşimler birleştirilecek parçaların kaynak belgesinde kuvvetli bir iç sürtünme ve dolayısıyla ani bir ısı artışına sebep olur. Ara yüzeyde oluşan ısı birbiriyle temas halindeki ilk temas noktalarında ergimeye (mikron mertebesinde) neden olur. Kısa sürede oluşan ergimeyi takiben parçalarda birleşme meydana gelir ve kaynak tamamlanır. Ultrasonik kaynak yöntemi, özellikle otomotiv sektöründe (arabaların farlarının birleştirilmesi vb.), medikal, ambalaj, oyuncak sektörü vb. alanlardaki ürünlerin bir çok parçasının birleştirilmesinde kullanılmaktadır. Aşağıda bazı uygulama alanları verilmiştir: Aletler Otomotiv (araba farı) Kozmetik Elektronik Gıda ambalaj Madeni eşyalar Medikal (cerrahi önlük, maske, Genel Ambalaj (çuval, gıda paketleme v.b.) Tekstil (kapitone, ev tekstili, konfeksiyon aksesuarları,perde-tül v.b.) Oyuncaklar

46 Soğuk Basınç Kaynağı Bu yöntem bir katı hal kaynak yöntemi olup genellikle oda sıcaklığında veya düşük sıcaklıkta ve basınç altında yapılan bir birleştirme tekniğidir. Kaynak yapılacak parçalardan ergime sıcaklığı düşük olan parçanın yeniden kristalleşme sıcaklığı bu kaynak yönteminde uygulanacak en yüksek sıcaklık değeridir. Kaynak esnasında gevrek örtü tabakası yırtılır ve serbest kalan yüzeyler birbirine değdiğinde, atomlar arası bağ kuvvetleri etkili olur ve bir bağ oluşur. Soğuk basınç kaynağı temelde yeterli form verilebilen ve yüzey tabakasının sınırlandırılmış kaynak bölgesi yırtılabilen bütün malzemelere uygulanabilir. En uygun malzemeler aşınma direnci az olan malzemelerdir. Demir dışı metallerde istenen soğuk basınç kaynağı birleştirmeleri sağlanmıştır. Örnek olarak alüminyum iletkenlerin bakır kontaklara birleştirilmesi veya gümüş kontakların bakırla kaynağı gösterilebilir. Esasen soğuk basınç kaynağının tercih nedeni farklı malzemelerin birleştirilebilmesidir.

47 Patlatma Kaynağı Bu yöntemde iki metal ara yüzeyinde ergime meydana gelmeden metalürjik bir bağ meydana getirilmektedir. Bu yöntemde ana elemanlar taban malzemesi, üst ikinci malzeme ve patlayıcı maddedir. Üstteki patlayıcı ile yüklenmiş malzemenin kalınlığı 0,1-30 mm arasında değişmektedir. İdeal parça kalınlığı ise 10 mm dir. Alttaki hareketsiz parça için herhangi bir sınırlama belirtilmemektedir. Yeterli mukavemete sahip bir zemin üzerine yerleştirilen alt malzemesi üzerine ikinci üst malzemesi paralel veya belirli bir açıda yerleştirilir. Gerekli yüksek basınç, üst kaplama malzemesinin üzerinde alttaki parçaya göre yaklaşık 2-25 lik açı altında ve m/s hızlara kadar hızlandırılması suretiyle aralarında oluşan jet ile çarpışma ve mekanik birleşme meydana gelir. Bu esnada çarpma basıncı 10 ila 100 kbar a kadar ulaşır. Bu hızlara ulaşmak için iki parça arasında önceden ayarlanmış ve hesaplanmış bir mesafe gerekmektedir. Çarpma yüzeyinde metalde bir plastik deformasyon meydana gelir ve karşılıklı yığılma ile dalgalı bir birleşme yüzeyi oluşturulur. Yüzeydeki oksitler (oksit tabakası) birbirine çarpan yüzeyler arasından jet hızıyla dışarı atılır.

48 Patlatma Kaynağı Patlatma esnasında oluşan temas basıncı oldukça yüksektir ve bu arayüzeyde üst tabakanın kinetik enerjisini aşarak dalgalı bir arayüzey formunun oluşmasına sebep olur. Testere ağzına benzeyen bu yapı iki parçayı mekanik olarak bağlar. Arada oluşan bu plastik deformasyonla şekil değişimi sayesinde iki parça sökülemeyecek şekilde bağlanmış olur. Patlayıcı etkisi ile arayüzeyde oluşan jet ve onun oluşturduğu ısıya rağmen difüzyon meydana gelmez. Bunun sebebi ise patlama esnasında oluşan sıcaklığın çok yüksek hızda hareket etmesi ( m/s) ve atomların difüzyon için yeterli zaman bulamamasından kaynaklanmaktadır.