2209/A ÜNİVERSİTE ÖĞRENCİLERİ YURT İÇİ / YURT DIŞI ARAŞTIRMA PROJELERİ DESTEKLEME PROGRAMI SONUÇ RAPOR

Transkript

1 ÜNÜ 2209/A ÜNİVERSİTE ÖĞRENCİLERİ YURT İÇİ / YURT DIŞI ARAŞTIRMA PROJELERİ DESTEKLEME PROGRAMI SONUÇ RAPOR PROJE ADI: YATAY POZİSYONDA (PA) KAYNAK YAPABİLMEK İÇİN KAYNAK POZİSYONLAYICI TASARIMI VE PROTOTİP İMALATI PROJE YÜRÜTÜCÜSÜNÜN ADI: Aslı CANLI PROJE DANIŞMANININ ADI: Prof. Dr. Nizamettin KAHRAMAN

2 GENEL BİLGİLER PROJE ADI PROJE DANIŞMANININ ADI PROJE YÜRÜTÜCÜSÜNÜN ADI ARAŞTIRMACILAR(varsa) Yatay Pozisyonda (PA) Kaynak Yapabilmek İçin Kaynak Pozisyonlayıcı Tasarımı Ve Prototip İmalatı Prof. Dr. Nizamettin KAHRAMAN Aslı CANLI Gökhan KOÇ, Ramazan ÇİBİK, Elvan TAŞBAŞ SONUÇ RAPORU FORMATI: BÖLÜM 1 GİRİŞ 1.1. GİRİŞ VE ÇALIŞMANIN AMACI Endüstride imalat yöntemleri arasında kaynak, en çok kullanılan birleştirme tekniklerinden biridir. Teknolojinin ilerlemesiyle yeni kaynak yöntemleri geliştirilmiş ve klasik kaynak yöntemleri ilerletilmiştir. Yapılan araştırmalar sonucu elde edilen malzeme gruplarını işleme ve birleştirmeye yönelik çalışmalarda buna paralel olarak gelişmiş ve bu doğrultuda metallerin özelliklerini kaybetmeden birbirleriyle birleştirme gereksinimleri ortaya çıkmıştır [1]. Kaynak termal çevirimi sırasında kaynak bölgesinin atmosferden etkilenmesi ve bu etkilenme neticesinde kaynak metali ve ITAB da çeşitli kaynak hataları oluşması kaçınılmazdır. Bu hataların önüne geçebilmek için çeşitli koruma yöntemleri mevcuttur. Gaz altı kaynak uygulamalarında bu koruma torç üzerinden gönderilen bir koruyucu gaz ile sağlanır. Ancak torç üzerinden gelen bu koruyucu gaz bazı metal ve alaşımlarının (Cr-Ni paslanmaz çelik, titanyum vb.) kaynak bölgesinin korunması için yetersiz kalmaktadır.

3 Kaynak işlemleri sırasında, malzeme üzerinde bir termal etki meydana gelir. Bu termal etki sayesinde malzeme ısınarak genleşir, soğuma sırasında büzülür. Genleşme ve soğuma sürecindeki etki, malzemelerde iç gerilmeler oluşturarak açısal çarpılmaya, bir diğer ifade ile distorsiyonlara sebebiyet verir. Kaynaklı imalat uygulamalarında konstrüksiyonun yapısında bağlı olarak birçok kaynak pozisyonunda birleştirme işlemi gerçekleştirilmektedir. Kaynak işleminden önce parçaların, birleştirme türüne ve yüzeylerin birbirine göre konumlanması gerekir. Bazı birleştirme türlerinde bu konumlama sırasında zorluklar çıkmaktadır. Özellikle kaynak bölgesini atmosferin zararlı etkilerinden korumak için torcun sağladığı gaz korumasının yanında kaynak kökününde gaz aracılığıyla korunabileceği, termal etki neticesinde oluşan açısal çarpılmaların engellenebileceği ve istenilen birleştirme türünde hassas bir konumlama ile uygun bir kaynak pozisyonunda kaynak işleminin yapılabileceği kaynak fikstürlerinin tasarlanması gerekmektedir. Bu çalışmada yukarıda belirtilen tüm sorunların üstünden gelinmesi için 3 adet fikstür tasarlanmış ve bu fikstürlerin kaynağa etkileri bir örnekle verilmeye çalışılmıştır.

4 BÖLÜM 2 KAYNAK YÖNTEMLERİ ve KORUYUCU GAZLAR 2.1. KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI Kaynak yöntemlerini çeşitli bakımlardan sınıflandırmak mümkündür. Bunlardan birincisi, uygulandığı malzeme cinsine göre olmak üzere metal kaynağı ve plastik malzeme kaynağıdır. Bunun dışında, birleştirme ve doldurma kaynağı gibi gayesine göre sınıflandırma ya da manuel kaynak, yarı mekanize ve tam mekanize kaynak ve otomatik kaynak olmak üzere usulü bakımından da sınıflandırma yapılabilir. Bir diğer sınıflandırma ise eritme kaynağı ve basınç kaynağı olmak üzere işlemin cinsine göre yapılır. Kaynak Fabrikasyon Prosesleri Alman Standartları DIN 8580 ve DIN 8595 'e göre 4 numaralı ana grup "birleştirme" ve bunun altında yer alan 4.6 no'lu grup olan "Kaynakla Birleştirme" altında sınıflandırılmıştır [2]. Şekil 2.1 ve 2.2 de üretim işlemleri gösterilmiştir. Şekil 2.1. Üretim işlemleri.

5 Şekil 2.2. Ergitme kaynağı. Kaynaklı birleştirme usulleri ergitmeli ve ergitmesiz (basınç) kaynağı olarak ikiye ayrılmaktadır. Proje kapsamında ergitmeli kaynak yönteminden TIG ve MIG-MAG ele alınmıştır[3] TIG Kaynağı TIG sembolü, "Tungsten Inert Gas" kelimelerinin baş harflerinin alınmasıyla meydana getirilmiştir. TIG kaynağında tungstenelektrot ile iş parçası arasında ark teşekkül ettirilir ve bu ark havanın tesirinden argon veya helyum gazı atmosferiyle korunur. Kaynak işlemi için ayrıca, kaynak ilâve metaline (kaynak teli veya çubuğu) ihtiyaç vardır [4].TIG kaynak yöntemi Şekil 2.3 de gösterilmiştir.

6 Şekil 2.3. TIG kaynak yöntemi. TIG kaynak donanımları Kaynak torcu, akım üreteçleri, kaynak elektrodları, gaz ünitesi, torç bağlantı paketi TIG kaynak donanımları Şekil 2.4 de göstertilmiştir. Şekil 2.4. TIG kaynak donanımı.

7 TIG kaynak yönteminin uygulama alanları Her çeşit alüminyum konstrüksiyonlar, paslanmaz çelikler, deokside edilmiş bakır ve alaşımları, sert tabaka dolgu kaynağı, DKP çelik saclar, özel işler TIG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın tek amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve ergimeyen tungsten elektrodu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır. TIG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, argon, helyum veya bunların karışımı gibi asal gazlar olup, kimyasal bakımdan nötr karaktere sahiptirler. Kaynak sırasında koruyucu gazlar kaynak bölgesine bir ısı katkısında bulunmasalar da, ısı girdisini bir dereceye kadar etkiler. Argon (Ar) Atmosferde % 0,934 oranında bulunduğundan dolayı argon gazı havadan elde edilir. Argon sıvı metaller içinde çözülmez ve yoğunluğunun havadan 1,38 kez daha yüksek olması, düşük iyonizasyon enerjisi nedeni ile özellikle yatay kaynak pozisyonlarında, kaynak sırasında çok etkin bir örtü oluşturarak kaynak banyosunu çok iyi biçimde koruyan bir soy gazdır. Oksit temizleme özelliği iyidir, ark daha kolay başlar, farklı kalınlıktaki metallerin kaynağında tercih edilir, tavan ve dik kaynak pozisyonlarında banyo kontrolü iyidir, havadan ağırdır. Helyum (He) Özgül ağırlığı 0,179 kg/m 3 olup havadan yaklaşık 7 kat daha hafiftir. Asal gazdır. Kimyasal bakımdan nötr karakterdedir. Doğal gazdan elde edilir. Kokusuz, renksiz, monoatomik ve maliyeti yüksek bir gazdır. Tavan kaynak pozisyonu haricinde, kaynak işleminde aynı korumayı gerçekleştirebilmek için daha fazla helyuma ihtiyaç vardır.

8 Karışım gazları TIG kaynağında koruyucu gaz olarak kullanılan asal gazlar veya bunların karışımı kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrot ve ergimiş kaynak banyosu ile bir reaksiyon oluşturmazlar. Kaynakmetalinin kalitesine olumsuz bir etkide bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli etkide bulunurlar [1] MIG-MAG Kaynağı MIG kaynağının esas gelişimi, 1947 yılında ABD'de ilk satın alınabilir kaynak makinalarının üretilmesiyle başlamıştır. Argon o zamanlar çok pahalıya mal olduğundan bu yöntem ilk olarak alaşımsız ve düşük alaşımlı çeliklerin kaynağı için tercih edilmiştir[4]. Eriyen elektrotla yapılan gaz altı ark kaynağı devamlı beslenen kaynak teli ile iş parçası arasındaki yapılan bir elektrik ark kaynağıdır. Kullanılan koruyucu gaza göre MIG ve MAG ismini alırlar. MIG kelimesi Metal Inert Gas kelimelerinin, MAG kelimesi ise Metal Active Gas kelimelerinin baş harflerinden meydana gelmiştir. Burada Inert kelimesi soy, Active kelimesi ise aktif anlamına gelmektedir. Soy gaz olarak argon veya helyum, aktif gaz olarak karbondioksit ve çeşitli gaz karışımları kullanılır. MIG kaynak yöntemi ile hemen hemen bütün ticari alaşımları kaynatmak mümkündür. MAG kaynağı ise kolayca oksitlenen alüminyum, paslanmaz çelik gibi malzemelerin kaynağında kullanılmaz [5] MIG-MAG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar Bütün gazaltı kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MIG-MAG yönteminde de koruyucu gazın ark bölgesini tamamen örtmesi ve kaynak metalini atmosferik şartlardan koruması gerekmektedir. MIG-MAG kaynağında asal ve aktif gazlar veya bunların çeşitli oranlarda karışımları kullanılır. Genel olarak asal gazlar reaksiyona

9 girmediklerinden demir dışı metallerin kaynağında, aktif gazlar veya aktif asal gaz karışımları da çeşitli tür çeliklerin kaynağında kullanılmaktadır. Karbondioksit (CO 2 ) Koruyucu gazlardan olan argon ve helyum gibi asal gazların pahalı ve temin edilmesinin zor olması nedeniyle bunlara göre daha kolay bulunan ve ucuz olan CO 2 gazının koruyucu gaz olarak kullanımı artmıştır. CO 2 gazı özellikle alaşımsız ve düşük alaşımlı çelik malzemelerin kaynağında ucuzluk, derin nufuziyet, yüksek kaynak hızı ve iyi mekanik özellikler vermesi nedeniyle ülkemizde geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. Argon (Ar) ve Helyum TIG kaynak gazlarında anlatılmıştır. Oksijen (O 2 ) Oksijen çok hafif bir element olduğundan metal ve alaşımları ile kolayca bileşik meydana getirir. Oksijen, arkın korunmasında hiçbir zaman doğrudan yalnız başına kullanılacak bir gaz değildir. Diğer temel koruyucu gazlara katılarak karışım halinde kullanılır. Karışım değeri yüzde olarak çok küçüktür. Karışım değeri en çok argon ile olan karışımıdır. Oksijen, arkın düzenli oluşmasını sağlarken dikişte gözenek pek görülmez, az orandaki oksijen, genellikle oksitlenme oranını düşürür. Hidrojen (H 2 ) Hidrojen kokusuz, renksiz ve çok hafif bir gazdır. Özellikle argon gazına katılması ile paslanmaz çelikler, nikel ve nikel alaşımlarının kaynağında kullanılır. Hidrojen gazı da oksijen gibi temel koruyucu gazlara katılarak kullanılırlar. Kaynak sırasında ark voltajını dolayısı ile ark sıcaklığı ve ısı iletkenliğini arttırdığından kaynatılacak malzeme yüzeyinde oksit tabakasının oluşumunu önler. Aynı zamanda da kaynak banyosunun akışkanlığını, nufuziyeti ve mekanik özelliklerini olumlu yönde iyileştirir.

10 Azot (N 2 ) Azot, helyumun kolay bulunmadığı ülkelerde kullanılır. Ark gerilimini ve akım şiddetini yükseltici bir etkisi vardır. Birçok karakteristiği helyum gazına benzerlik gösterir. Yüzey gerilimini düşürücü özelliği vardır. Argon-Helyum-Karbondioksit veya Oksijen Karışımları Bu karışım, 4' lü karışım adını alır ve MIG kaynağında, yüksek amper/yüksek metal yığma oranı için optimum şartlar sağlar. Karışım, optimum mekanik özellikler ve geniş yığma oranında çalışılabilme açısından avantajlar sağlar. Ana kullanım alanı, düşük alaşımlı ve yüksek dayanımlı malzemelerdir. Argon-Oksijen Karışımları Argona küçük oranlarda eklenen (%1-2) oksijen çapağı optimize eder ve sprey ark geçişinde ark kararlılığını arttırır. Oksijen, daha geniş nufuziyet sağlar ve yedirme etkisini azaltır. Argon-Hidrojen Karışımları Argon ve hidrojen karışımları, paslanmaz çelikten üretilmiş boru ve ince plaka kaynaklarında kullanılır. Karışımın kullanımı için en önemli şart, paslanmaz çeliğin hidrojen kırılganlığına duyarlı olmaması gerektiğidir. Östenitik paslanmaz çelikler (3xx serisi) rahatlıkla kaynak yapılabilir. Ancak martenzitik (4xx serisi) çelikler hidrojene karşı duyarlı olduğu için kullanılması sakıncalıdır [1].

11 2.2. GAZ ABSORPSİYONU Bu bölümde kaynağın en önemli sorunlarından biri olan ergimiş metalin ve örtü malzemesinin çeşitli gazlarla girdiği tepkimeler ve kaynağa etkilerinden bahsedilmiştir Oksijen Absorpsiyonu Oksijen, erimiş halde veya başka oksitlerle bileşik halde demir oksidi şeklinde bulunur. Erimiş halde, bazı mekanik karakteristikleri etkiler; oksit şeklinde, metalin bünyesine dâhil olup tokluğuna ve birleşmenin şekil değiştirme kabiliyetine (kırılganlık, büzülme) tesir eder. Demir oksijen bileşikleri üç şekilde bulunur. a) Ferro oksit, % 22,2 oksijenli FeO b) Ferrik oksit, % 30,0 oksijenli Fe 2 O 3 (hematit de denir) c) Magnetik oksit, % 27,6 oksijenli Fe 3 O 4 Erimiş halde oksijen mekanik karakteristikleri doğruca etkiler. Mukavemet ve sertlik hissedilir derecede azalır.uzamaüzerinde fark olmamakla birlikte kırılganlık çok artar Azot Absorpsiyonu Demir esaslı malzemelerin kaynağında en önemli olaylardan birisi de, Fe 4 N ü (demir nitrür) bulundurmasıdır. Azot absorpsiyonu ile mekanik özellikler (kırılganlık artısı) su alma kabiliyeti ve doku (yaşlanma) sertleşmesine tesir eder Hidrojen Absorpsiyonu H 2 O molekülü doğada bulunan en sağlam moleküllerden birisidir. Hidrojen ve oksijen arasında oluşan bağ (kovalent) 2700 ºC sıcaklıkta ancak çözünebilir. Birçok molekül madde daha düşük sıcaklıkta çözünmektedir.

12 Kaynak bölgesinde buhar halinde varlığını sürdüren su moleküllerinin bir kısmı kaynak metali içinde kurur ve havaya çıkar. Hızlı katılaşma olduğunda kaçamayan buhar, gözenek ve kanalcıklar şeklinde boşluklar oluşturur. Normal gözün tespit edemediği boşluklar radyografik kontrolde film üzerinde siyah lekeler şeklinde tespit edilebilir Kaynakta Hidrojen Yayınımı Hidrojen bilinen elementler içinde en küçük atom olması sebebiyle katı ortamlarda en kolay yayılabilen maddedir. 0,62 ºA çapındaki hidrojen atomu çeliğin 2,86 ºA kenar uzunluğuna sahip kübik kristal kafes içinde kendine rahat hareket alanı bulur. Kafeste bulunan yabancı atomlar hidrojen çözünümünü kolaylaştırır. Ayrıca tane sınırları ve dislokasyonlarda (kanal vazifesi yaparak) hidrojen yayınımını kolaylaştırır. Hidrojen yayınımı atomsal yapı korunduğu sürece devam eder ki hidrojen atomu birleşerek H 2 molekülü oluşunca hareket sona erer. Ergimiş kaynak metalinin içine karışmış hidrojen atomları yüksek sıcaklık sebebiyle yayınım hızlanır. Şekilde görüldüğü gibi havaya veya ana malzemenin derinliklerine doğru ilerlerler. Ani soğumayla birlikte yayınım hızla azalır ve hidrojen ITAB da kalır. Kaynakta hidrojen yayınımı Şekil 2.5 de gösterilmiştir. Şekil 2.5. Kaynakta hidrojen yayınımı.

13 Hidrojen Kırılganlığının Nedeni Hidrojen ITAB da özellikle geçiş bölgesinde çatlaklara sebebiyet verir. Hidrojenin çatlak oluşturmasının sebebi kesin olarak bilinmemekle birlikte, yayınan hidrojen üç eksenli gerilim bölgelerinde (dislokasyon ve mikro çatlakların sivri uçlarında) toplanıp burada gerilimi arttırıp çatlak ilerlemesini zorlar. Hidrojenin sebep olduğu çatlamalar, nadiren kaynak yapılırken, genellikle de kaynak işlemi bittikten sonra ve daha sonraki zaman süreci içerisinde ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle hidrojen çatlaması soğuk çatlama veya gecikmiş çatlama olarak anılır. Hidrojen çatlamasının başlangıcını tespit etmek bugünkü teknolojik şartlar içinde mümkün değildir. Çatlak makroskobik ölçülere varınca fark edilir KAYNAK KÖKÜNÜN KORUNMASI Tek taraftan kaynak edilen dikişlerde, genellikle kökün arka yüzünün ve sınırlı bir esas metal alanının koruyucu gaz ile atmosferden korunması gerekir. Kök aralığı verilerek kaynak edilen bağlantılarda, arka yüzden bir bakır kızak kullanılması genellikle yeterli olur. Ancak alüminyum ve bakırın kaynağında paslanmaz çelik kullanılması daha uygundur. İnce saclarda ve içeriden temizlenemeyen boru hatlarında arka yüzden ilave koruyucu gaz verilmesi gerekir. Bunun için boru, dikişin her iki tarafından kapatılır ve koruyucu gaz verilir. Saclarda aynı işlem için, kendi gözenekleri yoluyla yeterli ve türbülanssız bir koruyucu gaz miktarı sağlayan, bir sinter metal bloğun kullanılması daha uygundur. Koruyucu gaz olarak genellikle argon kullanılır. Şekillendirici gaz olarak Azot/Hidrojen karışımı da kullanılmaktadır. Arka yüzden verilen koruyucu gaz, kökün gaz çıkışının bozulmasını ve oksitlenmesini önler. Soğutma etkisiyle eriyiğin fazla sarkmasını da sınırlar ve dikiş alt yüzeyinin uygun bir şekil almasını sağlar. Korozyon bakımından veya başka bakımdan, dikiş alt yüzeyinden, kökün korunması için gazla üflenmelidir. Uygulama bakımından özellikle de doğru kök koruma

14 gazının seçimi hususunda dikkatli olunmalıdır. Bu nedenle, büyük yapı elemanlarında dikişin alt yüzeyinden bir kök koruma amacıyla bir meme veya süzgeç yardımıyla gaz beslenir Tam mekanik kaynakta altlık oyuğundan, kök alt yüzeyi üzerine koruma amacıyla gaz beslenir Özel kritik durumlarda iç köşe dikişlerinin arka tarafından da gaz beslemesi yapılması gerekebilir [6].

15 BÖLÜM 3 AÇISAL ÇARPILMA ve KAYNAK DİSTORSİYONLARININ İNCELENMESİ Bütün metaller ısıtıldıklarında uzayacak (genleşecek) soğuduklarında kısalacaklardır (büzüleceklerdir). Bu durum kaynak işleminde deformasyona ya da gerilimlerin artmasına neden olur. Kaynak esnasında alevin ısısı ya da elektrik arkının oluşturulduğu sıcaklık farkının büyüklüğüne bağlı olarak gerilmeler de büyük olur. Sıcaklık farkı da parçaya verilen ısı miktarına bağlıdır. Kaynak yapılan malzemenin ergime noktasının yüksekliğine bağlı olarak, gerekli ısı miktarı ve kendini çekme azalır KAYNAKTA ÇARPILMA Bir gram ergimiş kaynak metalinin taşıdığı ısı miktarı, kaynak yöntemi, ilave metal (elektrot ve kaynak teli) ve kaynak koşullarına bağlıdır (Welding International, 1994). Isı metalin genişlemesine neden olur. Bu durum kaynak yapılan malzemede bir zorlama meydana getirir. Metal ısı etkisiyle genişler. Ancak iş bağlama tertibatları, dikiş teyelleriyle (puntaları), yapıdaki diğer kaynaklar nedeniyle, hareket serbestisi olmadığından hareket edemez. Metal soğuduğunda çeker. Metal bünyesinde ısınmasıyla meydana gelen genişleme (yayılma), soğumayla oluşan çekilme ve tahdit (sınırlandırma) şartlarından oluşan kombinasyon her kaynak işleminde mevcuttur. Bu kombinasyon kaynağın yapılması esnasında kaynakta gerilime neden olur. Metallerin fiziksel özelliklerinde meydana gelen bu değişiklikler, çekme, çarpılma ve metal bünyesindeki gerilimlerin miktarını etkiler. Kaynak malzemesinin ve kaynak edilen malzemenin kopma noktası ne kadar yüksek olursa çarpılmaya neden olan kalıntı gerilimi o denli yüksek olur. Kopma noktası değeri düştükçe, bölgesel gerilim

16 de düşer. Diğer taraftan elastiklik modülü bir metalin nisbi sertlik değeridir. Eğer elastiklik modülü büyük ise malzeme çarpılmaya karşı daha dayanıklı olur[7]. Bir parçanın bölgesel olarak ısıtılması sırasında uzamanın sınırlandırılması ile oluşan gerilimlere ısıl gerilimler denir ve bu da; - Sıcaklık farkına, - Kaynak hızına, - Özgül ısıya, - Isı iletme kabiliyetine, - Isıl uzama katsayısına, - Elastik modülüne, - Parçanın hacmi ve formu faktörlerine bağlıdır [8] DİSTORSİYON ÇEŞİTLERİ VE ÖNLEME YÖNTEMLERİ Distorsiyon, bir nesnenin şeklinin değişime uğramasıdır. Dilimize İngilizceden gelen bu kelime genellikle bozulma durumlarını ifade etmek için yaygın olarak kullanılır. Sözcük aslında çarpıtma, çarpıklık, bükülme, tahrif, deformasyon, değişme, bozulma anlamına gelir. Distorsiyon tüm kaynak işlemlerinde belirli oranda meydana gelir. Bazı durumlarda dikkate alınmayacak derecede düşüktür, ancak bazı durumlarda ise sonradan distorsiyon oluşacağından, kaynaktan önce bazı önlemlerin alınması gerekir. Distorsiyonun incelenmesi çok karmaşıktır ve aşağıda bu konuda kısa bir özet verilmiştir [23].Üç ana distorsiyon türü aşağıda açıklanmaktadır: Açısal Distorsiyon Bir nevi enine çekmedir. Parçanın kaynak edilmeden önceki konumuna göre açısal olarak kendini çekmesidir. Alın kaynağı ve iç köşe kaynağında açısal çarpılma Şekil 3.1 de gösterilmiştir.

17 Şekil 3.1 alın kaynağı ve iç köşe kaynağında açısal çarpılma Boyuna Distorsiyon Kaynak edilen plakalarda kaynak dikişi boyunca meydana gelen kendini çekmedir. Alın kaynağında boyuna distorsiyon Şekil 3.2 de gösterilmiştir. Şekil 3.2. Alın kaynağı boyuna distorsiyon Enine Distorsiyon Kaynak edilen plakalarda kaynak dikişine dik meydana gelen kendini çekmedir. Eğer plaka düz kaynakla birleştiriliyorsa ve bu plakaların kaynak esnasında hareket serbestisi var ise; kaynak edilen parçaların soğumasına bağlı olarak, ortaya çıkan çekmeyle, plakalar kaynak yapılan kısmın karşı tarafında birbirlerine doğru hareket edeceklerdir. Alın kaynağı enine distorsiyon Şekil 3.3 de gösterilmiştir [7,9].

18 Şekil 3.3. Alın kaynağı enine distorsiyon ÇEKME VE ÇARPILMAYA ETKİ EDEN FAKTÖRLER I boyundaki metalik bir çubuk ısıtıldıktan sonra Al kadar serbest uzar ve soğuması esnasında da bu durum tespit edilirse, çubukta çekme zorlamaları (kuvvetleri) meydana gelir. Çubuk çekme zorlaması altında, soğuduğu zaman yani ilk sıcaklığına eriştiğinde bir Al boyu kadar uzamış olur. Çubukta oluşan bu çekme zorlamaları, sünek malzemede akma sınırını aştığında plastik alanda uzama ve büzülme meydana gelir. Isıtma esnasında I boyundaki metalik çubuğun uzaması sınırlandırılır ise çubukta basma zorlamaları oluşur ve zorlama akma sınırını aştığı zaman çubuk Al kadar kısalır. Kaynak işlemi sırasında oluşan kaynak gerilimlerinin, çarpılmaların ve kendini çekmelerin meydana gelmesini etkileyen başlıca üç ana faktör vardır. Isıtma veya tavlama gerilimleri, Konstrüksiyonun rijitliği, Malzemenin metalürjik özellikleri, Bu temel üç faktöre ilaveten, Hareket serbestisi olan V alın birleştirmelerinde paso sayısının artmasına bağlı olarak açısal çarpılmada artar. Her çekilen pasodan sonra uygun tarzda çekiçleme işlemi açısal çarpılma miktarını etkiler. Kaynak zamanı ve elektrot çapının açısal çarpılma üzerine önemli etkisi vardır.

19 Gereğinden fazla kaynak metali hacmi ve düşük, kaynak hızında özellikle ince saclarının kaynağında oluşacak çekme ve çarpılma (distorsiyon) büyük olacaktır. Çekme kaynak hacmine bağlı olarak artar ve ısı giriş oranının yükselmesiyle azalır [11] DİSTORSİYONUN KONTROLÜ VE ÖNLEME YÖNTEMLERİ Kaynaklı yapılarda meydana gelen çekme ve çarpılmalar (distorsiyonlar) kaynak işleminde kullanılan özgül ısı oranına bağlı olarak değişir. Kaynak işlemi sonunda kaynaklı yapıda meydana gelen distorsiyonların tamamen önlenmesi imkânsızdır. Ancak kaynak işlemi öncesinde, kaynak işlemi esnasında ve kaynak işlemi sonrasında alınacak bir takım önlemlerle en aza indirgenebilir. Bunun sağlanabilmesi için ise kaynak işlemine başlamadan önce, kaynak işlemi sonrasında meydana gelebilecek çekme ve çarpılmaların göz önünde bulundurulması gerekir. Bu distorsiyonlann en aza indirilmesi için, mümkün olabilecek tasarım ve planlama önceden kararlaştırıldıktan sonra imalata geçilmelidir. Kaynaklı yapıların düzeltilmesi bugün tamamen pratik bir problemdir. Verilen esaslar dâhilinde uygun bir işlem tatbik edildiğinde, düzeltme işlemi için harcanan süre minimuma indirilir. Kaynak işlemiyle ortaya çıkan çekme ve çarpılmaların ortadan kaldırılması büyük maliyetler gerektiren, doğrultma ve düzeltme işlemlerini gerektirir. Doğrulatma işlemi zaman kaybına sebebiyet verdiği gibi parçada, yeni gerilmelere de neden olur. Kaynaklı bir yapıda, çekme ve çarpılmayla birlikte kırılmaya veya çatlamaya da yol açabilecek birçok gerilmeler meydana gelir. Bu gerilmeler yapının geometrisinde önemli oranda kalıcı değişikliklere neden olurlar. Bu gerilmelerin giderilmesi için kullanılacak yöntemler aşağıda verilmiştir[10] Ön Isıtma Kaynak işlemi esnasında, yapıdaki çarpıklık ve genleşme oranının kontrol altına alınması veya azaltılması gerekir. Ön ısıtma işleminde, ısının yapıya muntazam bir

20 şekilde dağılması için büyük itina gösterilmelidir. Eğer kaynaklı yapının parçalarından biri diğerinden daha fazla ısıtılırsa, iç gerilmeler ortaya çıkacaktır. Bu durum ön ısıtmadan beklenen avantajlara ulaşmaya engel olur. Kaynak işlemi tamamlandıktan sonra, yapı yavaş yavaş soğumaya bırakılmalıdır.işlem esnasında yapının sıcaklığının çok iyi bir şekilde kontrol altına alınması gerekir. Ön ısıtma, ana metalin veya belirli bir bölgesinin sıcaklığını çevre sıcaklığının üzerinde ısıtmayı içerir. Ön ısıtma sıcaklığı şartlara göre değişir, bu sıcaklıklar oda sıcaklığı kadar 26 C (79 F) düşük, kaynak işlemi kışın dışarda yapılacaksa 650 C (1200 F) kadar yüksek, yüksek sertleşebilme kabiliyetine sahip çeliklerde 350 C (600 F) olabilir. İşlemlerin çoğunda, ana metalin ısıtılma işlemi dikkatlice kontrol edilmelidir. En iyi kontrol yöntemi, parçayı istenilen sıcaklıkta tutmaya olanak veren bir fırında tutmak, elektrik indüksiyon telleriya da elektrik dirençli ısı battaniyeleri kullanılmalıdır. Ön ısıtma için torçlar kullanıldığında, alanın aşırı ısıtılmasıyla kaynak edilecek bölgelerde ve kaynak yüzeylerinde yanma kalıntıları önlenmelidir [11] Distorsiyonların Kaynak Esnasında Kontrolü Distorsiyonun kaynak sırasındaki kontrolü aşağıdaki yöntemlerle sağlanabilir: Geri adım tekniği uygulaması Süreksiz zincir kaynak Süreksiz kaydırmalı (şaşırtmalı) kaynak Dengelenmiş sıralı kaynak Isı girdisinin azaltılması ve büyük bir erimiş kütlenin büzülmesinin engellenmesi nedeniyle paso sayısının azaltılması, daha düşük seviyede bir distorsiyona yol açar Distorsiyonların Kaynaktan Sonraki Kontrolü Gerilim gidermede en yaygın olan yöntem işlem sonrası ısıtmadır. Bu yöntemde, kullanılan ısıl işlemi, sıcaklık kontrolü altında dengeli (uniform) ısı dağılımı sağlayan bir fırında yapılmalıdır. Isıtma işlemine, kaynaklı yapıdaki elemanların hiçbirinde çarpılma meydana gelmeyecek şekilde devam edilmelidir. Isıtma işleminin süresi plaka kalınlığına ve çeliğin sertlik oranına bağlıdır. Isıtma oranı her 25mm kalınlık

21 için 1 saattir. Sıcaklık düşüşü kademeli olarak ve tüm kısımlardaki sıcaklıkların ortalamasının eşit tutulacak oranda olmalıdır [12].

22 BÖLÜM 4 KAYNAK POZİSYONLARI 4.1. YATAY KAYNAK POZİSYONU İdeal olarak kaynak sırasında iş parçasının pozisyonu ergimiş kaynak banyosunun yer çekimi kuvvetiyle akmamasını, yani yerinde sabit kalmasını sağlayacak şekilde olmalıdır. Buna oluk pozisyonu adı verilir. Bu pozisyon kaynakçıya kaynak banyosunu kontrol etmesi bakımından en uygun şartları sağlar. Bu pozisyonda yüksek kaynak akımı değerleri kullanılabilir ve bu nedenle kaynak daha hızlı gerçekleşir. Bütün kaynakların oluk pozisyonunda gerçekleştirilebilmesi için iş parçasının kolaylıkla çevrilebilmesi veya manevra edilebilmesi gerekir. Birçok üretimde iş parçaları bu tip işlemlere uygun değildir ve bu nedenle endüstride kaynakların birçoğu da oluk pozisyonu ile birlikte 4 temel pozisyonda gerçekleştirilir. Bunlar oluk, korniş, düşey ve tavan pozisyonlarıdır Alın (oluk) kaynağı (PA) Yatay oluk pozisyonunda tek paso ile yapılan kaynakta hafif geri adım yöntemi uygulanır. Çok pasolu kaynak bağlantısı halinde kök pasolarda, kök aralığını doldurmak için hafif bir sarkaç hareketi, dolgu ve ara pasolarında ise aynı hareket daha geniş olarak uygulanır ve kenarlarda gereken ergimeyi yapacak, bu kısımların iyi bir biçimde dolmasını sağlayacak biçimde durulur. Alın kaynak yöntemi pozisyonu Şekil 4.1 de gösterilmiştir.

23 Şekil 4.1. PA pozisyonunda alın kaynak yöntemi İç köşe kaynağı (PA) Yatay pozisyonda iç köse kaynağında ise elektrotun ucu helisin izdüşümünü andıran tarzda hareket etmelidir. Yatay pozisyonda iç köşe kaynak dikişinin gerçekleştirilmesinde torç hareket açısı ±5-10 ve çalışma açısı ise 90 olarak seçilmelidir. Şekil 4.1 de iç köşe kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir. Şekil 4.2. PA pozisyonunda iç köşe kaynak yöntemi İç köşe kaynağı (PB) Yatay oluk pozisyonunda tek paso ile kaynakta torç hareket açısı ± 5-10 ve çalışma açısı 90 olmalıdır. Aynı pozisyonda çok paso ile kaynakta ise torç hareket açısı 5-10 ve çalışma açısı 90 etrafında olmalı ve genliği olan sarkaç hareketi yapılmalıdır. Şekil 4.3 de iç köşe kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir.

24 Şekil 4.3. PB pozisyonunda iç köşe kaynak yöntemi Yatay Pozisyonda(PA) Boru Kaynağı Boru kaynağında genellikle sacların dikey pozisyonda alın kaynağındaki gibi kök yukarıdan aşağıya, dolgu ve kapak pasoları ise aşağıdan yukarıya pozisyonda kaynak yapılır. Boruların kaynağında hatasız kök oluşturmak için kök aralığı (kökün paralel yüzeyleri arasındaki mesafe) ve tel elektrotun çapı en önemli değerlerdir. Şekil 4.4 de PA pozisyonunda boru alın kaynak yöntemi gösterilmiştir. Şekil 4.4. PA pozisyonunda boru alın kaynak yöntemi KORNİŞ KAYNAK POZİSYONU Korniş pozisyonda, dar pasolarla kaynak yapılır. Nufuziyetin kontrolü, kısa ark bölgesinde yatay veya dikey pozisyonda iyi sonuçlar alınsa da, korniş pozisyonunda çok iyi yapılamaz. Şekil 4.5 de korniş kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir.

25 Şekil 4.5. PC pozisyonunda korniş kaynak yöntemi AŞAĞIDAN YUKARIYA-YUKARIDAN AŞAĞIYA KAYNAK POZİSYONU Aşağıdan Yukarıya Kaynak Pozisyonu(PF) Aşağıdan yukarı doğru oluşturulan kaynak dikişinin ısı girdisi daha fazladır bu sebeple kalın gereçlerin kaynatılmasında ve iç köşe kaynaklarında tercih edilir. Şekil 4.6 da aşağıdan yukarıya kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir. Şekil 4.6. PF pozisyonunda aşağıdan yukarıya kaynak yöntemi Aşağıdan Yukarıya İç Köşe Kaynağı (PG) Daha fazla ergiyik metal yığılır, dikiş yüksekliği ve nufuziyet artar. Kaynakta arkın kontrolü kolaydır ve kaynak hızı aşağı doğru yapılan kaynağa göre daha yavaştır. Aşağıdan yukarıya doğru yapılan kaynakta torç hareket açısı kaynak ilerleme yönüne dir. Şekil 4.7 de aşağıdan yukarıya iç köşe kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir.

26 Şekil 4.7. PG pozisyonunda aşağıdan yukarıya iç köşe kaynak yöntemi Yukarıdan Aşağıya İç Köşe Kaynağı (PG) Dikey pozisyonda, ince saclar daima yukarıdan aşağıya kaynak yapılmalıdır. Bu şekilde yüksek bir kaynak hızına ulaşılır ve nufuziyet derinliği ile dikişin görünüşü daha iyi kontrol edilir. Yukarıdan aşağı kaynak yapılırken ergiyik metal banyosunun arkın önüne geçmemesi için, torç kaynak ilerleme yönüne açı ile tutulur. Aynı zamanda ark oluşturulurken kaynak bölgesinde oluşan ergiyik metalin kontrolü için torca salınım hareketi yaptırılır. Yukarıdan aşağıya kaynakta ergimiş ark banyosu yer çekimi etkisiyle akarak arkın önüne geçmek ister ve tam bir ergime olmadığından soğuk yapışma tehlikesi mevcuttur. Şekil 4.8 de yukarıdan aşağıya iç köşe kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir. Şekil 4.8. PG pozisyonunda yukarıdan aşağıya iç köşe kaynak yöntemi.

27 4.4. TAVAN KAYNAK POZİSYONU Tavan İç Köşe Kaynağı (PD) Korniş pozisyonda, dar pasolarla kaynak yapılır. Nufuziyetin kontrolü, kısa ark bölgesinde yatay veya dikey pozisyonda iyi sonuçlar alınsa da, korniş pozisyonunda çok iyi yapılamaz. Şekil 4.9 da tavan iç köşe kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir. Şekil 4.9. PD pozisyonunda tavan iç köşe kaynak yöntemi Tavan Kaynağı (PE) Sacların tavan kaynağında, salınım hareketi olmaksızın yüksek hızlı ve kısa ark boyuyla kaynak yapılmalıdır. Bu zor pozisyon için kaynak akımının mümkün olan en düşük değerinde olması gerekir. Şekil 4.10 da tavan kaynak yöntemi ve pozisyonu gösterilmiştir[13]. Şekil PE pozisyonunda tavan kaynak yöntemi.

28 BÖLÜM 5 FİKSTÜRLER 5.1. KAYNAK FİKSTÜRLERİ (POZİSYONLAYICILARI) Montajı zor ve karmaşık parçaların seri bir şekilde kaynak ve punta yapılabilmesine olanak sağlayan sistemlere kaynak fikstürü denir. Bazı özel parçaları birbirine montajlamak ve kaynağını yapmak zordur. Kaynak fikstürleri bu konuda üretimde büyük kolaylık ve pratiklik sağlamaktadır. Günümüzde seri üretim yapan sektörlerde oldukça yaygın olarak kullanılan kaynak fikstürleri, ekonomik üretim açısından da tercih edilmektedir. Kısacası kaynak fikstürleri bazı sac parçalarının üretim, ölçme ve kontrol safhalarında daha hızlı ve daha kolay şekilde yapılmasına imkân sağlamaktadır.üretim ve kalite açısından bakıldığında ise üretimin daha hızlı olması standardizasyon sağlanmasının yanı sıra işçilik ve zamandan da tasarruf sağlaması ile fikstürlere oldukça fazla ihtiyaç vardır. Genel endüstrinin meydana getirdiği rekabetle birlikte, firmaların üretimlerinde kalite, hız ve uygun maliyet faktörleri büyük önem kazanmaktadır. Bu faktörleri göz önünde bulunduran firmalar üretim standardizasyonuna (üretim aynılığı) gitmişlerdir. Ana sanayide fikstür kullanımının temel amacı; - Standardizasyon (Üretimin aynılığı) - Üretim Süresinde kısalma (Seri üretim, hız) - Kalite (Hassas üretim) - İş güvenliği - Uzun Ömür - İnsan gücünden tasarruf [14].

29 Bütün bu nedenlerden dolayı kaynak işleminde pozisyonlama önemli bir faktördür.ve direkt kaliteye etki eder. Aşağıdaki başlıklarda bu pozisyonlama kısaca özetlenmiştir Dış Köşe Kaynak Pozisyonlayıcısı Birbirine kaynaklanmak istenen iki parçanın, belli bir açısal form verildikten sonra alınlama ve sıfırlamalarının yapıldığı, kaynak sonuna kadar sabit tutulmasına yardımcı olan pozisyonlayıcı aparatlardır Alın Ve İç Köşe Kaynak Pozisyonlayıcısı Birbirine kaynaklanmak istenen iki parçanın alın alına veya iç köşe olacak şekilde sabitleyen ve kaynak sonuna kadar sabit tutulmasına yardımcı olan pozisyonlayıcı aparatlardır Boru Kaynağı Açısal Pozisyonlayıcısı Birbirine kaynaklanmak istenen iki boru parçasının belli bir açısal pozisyon verildikten sonra alınlama ve sıfırlamalarının yapıldığı, ayrıca kaynak sonuna kadar sabit bir debide kaynak kökünü gaz atmosferi altında tutup, kaynak işleminin tamamlanmasına yardımcı olan pozisyonlayıcı aparatlardır. Boru kaynağı şematik gösterimi Şekil 5.1 de gösterilmiştir. Şekil 5.1. Boru kaynağı şematik gösterimi.

30 5.2. FİKSTÜRLERİN KULLANIM ALANLARI Kaynak İşlemleri Alın alına, dış köşe, iç köşe ve boru tipinde kaynak yapılacak olan malzemeler kaynak fikstürleri ile daha kolay sabitlenip, puntalama ve kaynak işlemleri tek bir işçi ile daha kolay ve hızlı bir şekilde sağlanabilmektedir. Kaynak sırasında gaz koruması fikstür içinden sağlandığı için alt ve üst kısımlardan atmosferin zararlı etkilerine karşı koruma daha iyi bir şekilde sağlanmaktadır. Boru tipi malzemelerin kaynaklanması sırasında 3 eksenli döndürme hareketleri oldukça pratik bir kaynak imkânı sunmuştur. Bu tür malzemelerin kaynağında içten ve dıştan gaz koruması sağlanırken sabitlenmesi de oldukça kolay olmuştur. Kaynak yapmadan önce ince malzemelerin sabitlenmesi ve punta atılması oldukça zaman kaybettirmekle birlikte zordur. Alın alına, iç köşe ve dış köşe kaynağı yapılmasında kaynak fikstürleri bizlere bu zorluğu ortadan kaldırma imkânı sunmuştur. Kaynak sırasında oluşabilecek atmosferin zararlı etkileri fikstürler ile azaltılmakla birlikte çarpılma ve distorsiyon etkileri de ortadan kaldırılmaktadır Lehimleme Aynı veya farklı özellikteki iki metali ergime derecelerinin altında bir sıcaklıkta ısıtarak başka özellikte bir ilave metale (lehim alaşımı) yapılan birleştirme işlemine lehimleme denir. Lehimlemede amaç; düşük basınçlarda sızdırmayı önlemek, ısı ve elektrik iletkenliğini sağlamak için parçaların özelliklerini bozmadan birleştirmektir. Parçaların lehimlenmesi esnasında genellikle iç yapılarında bir değişim meydana gelmez. Ayrıca, bağlantı bölgesinde meydana gelen çarpılma ve distorsiyonlar, kaynaklı bağlantılara göre yok denecek kadar azdır. Lehimleme, kullanılan alaşımların özellikleri ve lehimleme sıcaklığına göre iki çeşittir. Bunlardan ilki, elektrik- elektronik alanında kullanılan yumuşak lehimleme, ikincisi ise metal, makina ve otomotiv gibi alanlarda kullanılan sert lehimlemedir.

31 Yumuşak Lehimleme Ergime sıcaklığı C nin altında bulunan lehim alaşımlarıyla yapılan birleştirmeye yumuşak lehimleme denir. Yumuşak lehimleme yapılacak parçalarda tam bir birleşme sağlanması için parçaların atık, kir, yağ ve oksit tabakasından arındırılması gerekir. Temizlik işlemi mekanik ve kimyasal yollarla, lehimleme öncesinde, lehimleme sırasında ve lehimleme sonrasında yapılır. Parçaların lehimlenecek kısımlarının ve lehimleme havyasının mekanik olarak temizlenmesi, eğe, zımpara ve fırça yardımı ile kimyasal temizlenmesi ise asidik özelliklere sahip kimyasal maddeler ile yüzeyde reaksiyon oluşturarak yapılır. Ayrıca, iş parçası birleşme yüzeyleri ile hava ucunun kimyasal temizliğinde lehim suyu (çinko-klorür), kullanılır. Lehim suyu uygun bir fırçayla yüzeye tatbik edilir. Bunların yanında, lehim pastaları (toz, sıvı veya reçine olarak) ve nişadırlar (amonyum klorür) yüzey temizliği için lehimleme işlemlerinde sıklıkla kullanılır. Alev ile lehimleme: Isı kaynağı doğrudan lehim teline verildiği gibi, lehim teli, birleştirilecek bölgeye konularak üzerine veya civarına ısı verilebilir. Isı kaynağı olarak pürmüz alevi veya oksi-gaz alevi kullanılır. Oksi-gaz alevi kullanılacak ise yumuşak alev tercih edilmelidir. Yumuşak lehimleme işleminde genellikle değişik çaplarda üretilen kalay-kurşun alaşımları kullanılır. Kurşun, insan sağlığı ve çevre açısından zararlı bir madde olduğundan, lehim üretici firmalar, kurşunsuz lehim konusunda araştırma ve geliştirme çalışmaları yapmaktadırlar. Bu çalışmalar sonucunda kurşun içermeyen birçok lehim alaşımı geliştirilmiştir. Ancak kurşunsuz lehimlerin kullanımında yüksek alaşım maliyetleri ve üretilebilirlikleri bakımından bazı güçlükler bulunmaktadır Sert Lehimleme Aynı veya farklı metallerin kendileri ergimeden, C nin üzerinde ergiyen bir ilave metal (sert lehim alaşımı) ile birleştirildiği yönteme sert lehimleme denir. Birleştirilecek parçalar üst üste, alın alına veya iç içe geçer şekilde bir dizaynda ise,

32 sert lehim alaşımı birleştirme bölgesine kapiler olarak akarak, sağlam ve sızdırmaz bir birleşme sağlar. Bu sert lehim yöntemine kapiler lehimleme adı verilir. Fakat birleştirilecek parçalar V, U ve X gibi kaynak ağzı açılıyor ve sert lehim alaşımı ile doldurularak birleştirme yapılıyorsa; bu sert lehim yöntemine lehim kaynağı adı verilir. Sert lehimleme yöntemi birleştirme amacı dışında, yüzey kaplama işlemi içinde uygulanabilir. Özetle sert lehimleme; ana malzemeyi, ergimiş sıvı haldeki dolgu metalinin ıslatması, dolgu metalinin lehimleme aralığında yayılması ve ana metal ile dolgu metali arasında metalürjik bir bağ oluşturması sonucu meydana gelen birleşmeye sert lehimleme denir. Buradaki birleşme mekanizması difüzyon olup, ana malzemedeki bazı element atomlarının lehim alaşımına ve yönteminde oksi-gaz üfleci, fırın, endüksiyon, lehim tabancası, elektrik direnci gibi ısı kaynaklarından her hangi biri kullanılabilir. Birleştirme dizaynına, uygulama kolaylığına, üretim hızına bağlı olarak en uygun ısı kaynağı seçilebilir. Özellikle farklı kesitteki ve farklı özellikteki metallerin birbiriyle birleştirilmesinde, metalürjik uygunsuzluktan dolayı bunların kaynaklı birleştirilmesi pek mümkün olamamaktadır. Sızdırmazlık ve yüksek dayanımın da istenmesi durumunda diğer birleştirme yöntemlerinin kullanılması da olanaksızdır. Böyle durumlarda lehimleme tekniği çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Günümüzde endüstrinin birçok alanında yaygın olarak sert lehimleme ile birleştirme tekniğine rastlanabilmektedir. Sert lehimleme işleminde, birleştirilecek metaller ile ilave metal arasındaki metalürjik bağın oluşumu, difüzyon adını verdiğimiz atomların transferi ile gerçekleşir. Bu bağın güçlü olabilmesi için transferi kolaylaştıracak ve birleşim bölgesini istenmeyen unsurlardan uzaklaştıracak koruyucu dekapanlar kullanılır. Sert lehimleme işlemi kaynaktan tamamen farklı bir şekilde yapılır. İlk büyük fark sıcaklıktır. Sert lehimlemede ana metaller ergimez. Çünkü sert lehimleme sıcaklıkları ana metallerin ergime sıcaklıklarından düşüktür. Sert lehimleme parçaların yüzeyleri ve ilave metal arasında metalürjik bağ oluşturarak birleşmeyi sağlar. Bu bağı oluşturabilmek için ilave metal kapiler etki ile birleşme alanına çekilir. Operasyon sırasında ısı, geniş olarak ana metale temas ettirilerek lehim malzemesinin ergimesi

33 sağlanır. Sert lehimleme işlemi başlıca 6 işlem basamağında gerçekleştirilebilir. Bu işlem basamakları; İyi alıştırma ve doğru aralık; Sert lehimde dikkat edilecek en önemli husus kapiler etkinin sağlanabilmesi için parçalar arasında uygun aralık bırakmaktır. Metallerin temizliği; Kapiler etki sadece metallerin yüzeyi temiz olduğu zaman sağlanabilir. Eğer lehimlenecek malzemeler yağ, gres, pas, tufal ve diğer kirler ile kaplıysalar mutlaka temizlenmelidirler. Bu kirler ana metalle ilave metal arasında engel oluştururlar. Yağlı metaller üzerinde dekapan barınamaz, dekapanla temizlenemeyen bölgeler de oksitlenir. Yağ ve gres parça ısıtıldığında karbonlaşır ve ilave metalin üzerinde akamayacağı bir film tabakası oluşturur. Kirli metalleri temizlemek bazen zor iştir ve belli bir sıra dahilinde yapılması gerekir. Pas ve tufalları yok edecek kimyasal çözeltiler yağlı yüzeyler üzerinde iş görmeyeceğinden önce yağ ve gres artıkları yüzeyden temizlenmelidir. Parçaların dekapanlanması; Dekapan sert lehim öncesi metal yüzeylerine uygulanan kimyasal bir bileşiktir. Kullanımı bazı haller dışında zorunludur. Metallerin ısıtılması yüzeylerde oksit oluşumunu hızlandırdığından bu oksitler yok edilmelidir. Aksi takdirde ilave metalin ana metalleri ısıtılmasını ve bağlantıyı engelleyecektir. Birleşme alanındaki dekapan kaplaması, yüzeyleri havadan ve oksit oluşumundan koruyacaktır. Ayrıca dekapan çözünerek ısıtma esnasında oluşan veya temizlenmemiş oksitleri absorbe edecektir. Sert lehimleme için parçaların montajı; Parçalar temizlendikten ve dekapanlandıktan sonra doğru pozisyonda tutulmalıdırlar. Parçaları doğru pozisyonda tutmanın en basit yolu ağırlıklarından faydalanmaktır. Eğer kendi ağırlıkları yeterli gelmiyorsa ilave ağırlık kullanılabilir. İkiden fazla parça birbirine sert lehimleniyorsa pense, mengene gibi aletlerden faydalanılabilir. Burada esas olan pozisyonerlerin parçalara minimum temas etmesidir. Bu şekilde ısı transferi minimuma indrilmiş olur. Ayrıca bu tutucular, ısı iletkenlikleri zayıf olan paslanmaz çelik inconel veya seramik gibi malzemelerden seçilmelidir.

34 Sert lehimin yapılışı; Bu aşama, parçaları sert lehimleme sıcaklığına kadar ısıtmak ve ilave metalin birleşme yerine verilmesinden ibarettir. Eğer küçük bir parça sert lehimleniyorsa parça tamamen, büyük bir parça sert lehimleniyorsa birleşme yeri civarında geniş bir bölge ısıtılmalıdır. Isıtma genellikle üfleç ile yapılır. Kalorisi en yüksek alev asetilen-oksijen karışımından elde edilir. Parçalar, üfleç ile dekapan yeterli sıcaklığa ulaşıncaya kadar ısıtmaya devam edilir. Burada önemli olan parçaları eşit olarak ısıtmaktır. Çünkü parçalar aynı anda sert lehimleme sıcaklığına ulaşmalıdırlar. Bu nedenle metallerin ısı iletkenlikleri ve büyüklükleri göz önünde bulundurulmalıdır. Parçanın doğru olarak ısıtılmasını takiben lehim telinin verilmesi gereklidir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, ergitilen ilave metalin sıcaklığı daha yüksek olan alanlara doğru akacağıdır. Isıtılan parçaların dış yüzeyleri iç yüzeylerinden biraz daha fazla olan alanlara doğru akacağıdır. Isıtılan parçaların dış yüzeyleri iç yüzeylerinden biraz daha fazla sıcaktır. İlave metalin gereksiz yerlere akmasını önlemek için birleşme yerine en yakın yerden ilave metal verilmesidir [20]. Sert lehim sonrası temizlik; Lehimleme sonrası temizlik zorunludur. İki ayrı adımdan oluşur. Birincisinde, dekapan kalıntıları yok edilir, ikincisinde sert lehimleme sırasında oluşan oksitler temizlenir. Dekapan temizliği basit fakat önemli bir operasyondur. Çünkü dekapan kalıntıları kimyasal olarak koroziftir, kaldırılmazlarsa belirli noktalarda birleştirmeyi zayıflatabilirler. Dekapan temizliğinin en kolay yolu parçaları parçaları 50 0 C civarında sıcaklıktaki suda yıkamaktır. Eğer camsı kalıntılar mevcutsa fırçalamak gerekebilir. Yeterli miktarda dekapan kullanılmadığında ise problem olabilir. Çünkü yetersiz miktardaki dekapan oksitlere çabucak doyar, rengi yeşil veya siyaha döner. Bu tip dekapan artıkları ancak C sıcaklığında %25 lik HCI asit (tuzruhu) çözeltisinde çözülebilir Sert Lehimleme Elemanları İlave dolgu metalleri: Sert lehimleme tekniğinde, birleştirilecek malzemelerin özelliklerine göre çeşitli ilave dolgu metalleri geliştirilmiştir. Gümüş, bakır, alüminyum, nikel, altın ve paladyum esaslarına dayanan metal ve alaşımların en yaygın olarak kullanılan sert lehimleme ilave dolgu metalleridir. Lehimleme alaşımları genellikle saf metallerden değil, ötektik bileşimde olan alaşımlardan

35 seçilirler. Çünkü ötektik yapılı saf metaller ve ikili alaşımlar, sabit bir ergime sıcaklığına sahip iken, ötektik alaşımın ergime noktası, saf temel metallerin her birinin ergime noktalarından daha düşüktür. Yani ötektik yapısına sahip bulunan alaşımlar sabit olamayan bir ergime bölgesine sahiptir. Bu yüzden lehimleme işlemlerinde, örneğin saf gümüş yerine gümüş-bakır ötektik alaşımı, saf bakır yerine bakır-çinko ötektik alaşımları tercih edilir. Dekapanlar; Dekapan metalik olmayan çeşitli bileşiklerden oluşmuş bir maddedir. Genellikle lehimleme aralığına veya lehimleme bölgesine dökülerek veya sürülerek kullanılır. Dekapanlar toz, macun, pasta ve sıvı formlarında imal edilirler. Ana metal ve ilave metal özelliklerine uygun dekapan seçilmesi çok önemlidir. Sert lehimleme işleminin tümünde kullanılabilecek bir dekapan yoktur. Ana metal, ilave metal ve sert lehimleme yöntemi dikkate alınarak seçilir. Dekapanlar birleştirilecek yüzeylere yeter derecede sürüldüğünde, bu yüzeyleri temizleyerek oksit filmini bertaraf eder ve lehimin yüzeyle birleşmesini sağlarlar. Dekapanların başlıca görevleri; Ana metal ve ilave metal yüzeyindeki oksit tabakasını çözerek yeniden oksitlenmeyi önler. Lehim alaşımının yüzey gerilimini azaltarak, esas metalin yüzeyinin ıslatılmasını ve lehimin yüzeyde yayılmasını sağlar. Ergime işlemi sırasında redüklenerek birleştirmeyi kolaylaştırır. Bazı hallerde örtü vazifesi görerek, birleşme bölgesinin çabuk soğumasına mani olurlar. Dekapanlar görevlerini sıvı halde yerine getirdiğinden, ergime dereceleri lehim malzemesinin ergime derecesinden daha düşük olması ( C) gerekir. Bu da dekapanın ergimesiyle kaynakçının lehimleme işlemine hazır olması gerektiğini haber verir. Bu durum özellikle tav rengi göstermeyen alüminyum ve alaşımlarının lehimlenmesinde çok önemlidir.

36 Lehimleme ile birleştirme fikstürler ile daha pratik bir halde gerçekleştirilmektedir. Daha hızlı, daha ekonomik olması yanı sıra işçilik ve maliyette avantaj sağlayarak standardizasyon sağlamaktadır [1] KAYNAK POZİSYONLAYICILARININ AVANTAJLARI Kaynak pozisyonlayıcıları, kaynak işlemleri sırasında gaz koruması, pozisyonlama ve puntalama işlemlerinin yapılmasında kolaylıklar sağlamaktadır Gaz Sağlaması Günümüzde bazı özel veya ince malzemelerin kaynağında atmosferin zararlı etkilerini en aza indirgemek ve bu zararlı etkiyi en aza indirebilmek için gaz atmosferi altında kaynak yapmak gerekmektedir. Kaynak sırasında kaynak yapılacak bölgenin korunması kaynak makinaları üzerindeki torctan gönderilen gazlar ile sağlanmaktadır. Bu durum bazı durumlarda yetersiz kalmakta ve tek taraflı koruma sağlamaktadır. Kaynak pozisyonlayıcısı, kaynak yapılacak olan bölgeye torç üzerinden gönderilen gazın yanısıra pozisyonlayıcıüzerinden de kaynak bölgesinin arka tarafına gaz gönderilir. Böylece kaynak bölgesi etrafında koruyucu bir gaz atmosferi oluşturulur. Bu durumda çift taraflı koruma ile daha kaliteli kaynak yapma imkânı sağlanır Pozisyonlama Klasik yöntemlerde pozisyonlama zordur. Ayrıca birden fazla kaynakçınıntek bir birleştirme türünde bile birlikte çalışması gerekir. Kaynak yapılacak olan parçaları çalışanlardan birisi tutup çevirirken bir diğeri kaynak yapmak zorunda kalmaktadır. Üretilmiş olan pozisyonlayıcılar ile sabitleme işlemi kolaylaştığından dolayı iki çalışanın yaptığı işi tek çalışan yapabilmekte ve istenilen eksende döndürme işleminin kolaylaşması ile kaynak yapmak daha avantajlı olmaktadır.

37 Puntalama Puntalama işlemi iki veya daha fazla parçanın kaynak esnasındaki termal çevrimden etkilenip distorsiyona uğramaması için kaynak öncesi belirli aralıklar ile birleştirilmesi işlemidir. Yapılmış olan pozisyonlayıcılar ile bu işlem daha hızlı yapılmakta ve punta yapılmış olan parçalar kaynak yapılmak üzere makinalara gönderilmektedir. Puntalama işlemi için parçalar arası mesafelerin ayarlanması oldukça zor ve sıkıntılı olmakta iken pozisyonlayıcı ile daha kolay bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Sabitlenmiş olan parçanın kaynak dikişi boyunca punta atıldığında kaynak işlemi esnasındaki diğer ucun çarpılmış olma ihtimali ortadan kalkmıştır. Tasarlanmış olan pozisyonlayıcılar ile alın, iç köşe, dış köşe ve boru tipi malzemelerin puntalama işlemleri daha kısa sürede ve daha kaliteli olmuştur. Şekil 5.2 de puntalama işlemi gösterilmiştir. Şekil 5.2. Dış köşe kaynak yöntemi ile yapılmış olan puntalama işlemi.

38 MIG-MAG kaynağında, kaynaktan önce çoğu kez parçaların puntalanması gerekir. Eğer son kaynaktan önce puntalama yerleri taşlanmazsa, yanlış çalışma tekniklerinden dolayı punta yerlerinde kaynak hataları ortaya çıkabilir. Örneğin boru kaynağında olduğu gibi puntalama yerlerinin üzerine kaynak yapılması gerekiyorsa, punta yerlerinde kaynak metalinin aşırı taşmasını önlemek gibi özel önlemlerin alınması gerekir. Aksi halde dikişin görünüşü ve hatasız bir içyapı oluşturmak mümkün olmayabilir. Bu nedenle puntalamanın mümkün mertebe kısa yapılması gerekir. Puntalama yerlerinde meydana gelebilecek hatalar için bu kısımlar muayene edilmelidir. Bazı durumlarda puntalama yerlerinde, doldurulmamış kraterlerin yol açtığı çatlaklar görülebilmektedir. Bu hatalar doğru çalışma tekniği ile arkın başlangıç noktasında tekrar geri getirilmesi ve boş kraterin ergitilerek tekrar doldurulmasıyla giderilebilir. Puntalama kaynak dikişinin büzülmesini önlemek için doğru aralıklarla, uygun sayıda ve kaynak esnasında bozulmayacak derecede sağlam yapılmalıdır [1].

39 BÖLÜM 6 DENEYSEL ÇALIŞMALAR 6.1. MALZEME SEÇİMİ Her malzemenin kullanımı önemsiz olsa bile malzeme seçiminde bazı kriterler dikkate alınmalıdır. Araştırma, deney veya kullanım sayesinde malzemelerin herhangi bir özelliğin iyileştirilmesi mümkündür. Ancak bu gereğinden fazla abartılmamalıdır ve bir malzemeyi tek bir özelliği için seçmek mümkün değildir [17] Ana Malzeme Seçimi Ana malzeme, yapılmış olan alın(oluk) ve dış köşe kaynak pozisyonlayıcısı prototiplerinin gövdesinde yer alan ve kaynakçının sürekli olarak üzerinde çalıştığı bir malzemedir. Ana malzemeden istenilen özellikler aşağıda yer almaktadır. - Kırılma tokluğu yüksek olmalı, - Kolay talaş kaldırılmalı, - Titreşimi sönümlemeli, - Hafif olmalı, - Kaynaklanabilirliği iyi olmalı, - Isıdan etkilenmemeli, - Isı iletim katsayısı iyi olmalı, - Ekonomik olmalıdır. Yapılan araştırmalar sonucunda birçok malzeme değerlendirilmiş ve içlerinden yukarıda yer alan özellikleri optimum seviyede sağlayan 5xxx serisi Al-Mg alaşımlarından Al 5083 seçilmiştir. Al 5083 alaşımı Şekil 6.1 de gösterilmiştir.

40 Şekil 6.1 Al 5083 alüminyum levha Al 5083 Al-Mg alaşımları, mekanik özelliklerinin çok geniş bir aralıkta değişmesi, yumuşak temperlerde çok iyi şekillendirilebilme kabiliyeti sergilerler. Özellikle deniz atmosferine ve korozyona karşı yüksek dirençli, düşük ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklıdırlar. Kaynaklanabilirliği diğer alüminyum alaşımlarına nispeten çok iyidir. Hafiflik ve balistik özellikleri gibi pek çok özelliği bünyesinde toplaması, bu alaşımların çok değişik sahalarda yaygın olarak kullanılmasına imkân sağlar. Alüminyum alaşımları içerisinde önemli bir yere sahip olan Al-Mg alaşımları, % 6 ya kadar değişen oranlarda magnezyum ihtiva eder ve ısıl işlemlerle sertleştirilemezler. Mg içeriği % 3 ün altında olan alaşımlarda, hem mukavemet hem de kaynak kabiliyetinde azalma olmaktadır. Buna karşılık, sert temperle haddelenmiş bile olsa, oda sıcaklığı ve yüksek sıcaklıklarda malzeme yapısı kararlıdır. Bu yüzden teknik saf alüminyumdan daha yüksek mukavemet gerektiren hallerde, geniş alanda kullanılmaktadır. Yüksek mukavemet ve kaynak kabiliyetinin gerekli olduğu uygulamalarda ise, % 3,5 in üzerinde Mg ihtiva eden alaşımlar tercih edilmektedir. İçerisinde % 4 Mg ihtiva eden Al 5083 alaşımı alın ve dış köşe kaynak pozisyonlarında kullanılmıştır [18]. Al 5083 alaşımının kimyasal bileşimi Çizelge 6.1 de, mekaniksel özellikleri Çizelge 6.2 de gösterilmiştir [19].