BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI

Transkript

1 BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI ZONGULDAK KARAELMAS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KONSTRÜKSİYON VE İMALAT ANABİLİM DALINDA DİPLOMA ÇALIŞMASI OLARAK HAZIRLANMIŞTIR ZONGULDAK HAZİRAN 2000

2 KABUL: Mustafa AKSOY tarafından hazırlanan BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI başlıklı bu çalışma jürimiz tarafından değerlendirilerek, Konstrüksiyon ve İmalat Anabilim Dalında Makina Mühendisliği Diploma Çalışması olarak kabul edilmiştir. Başkan : Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU Üye : Yrd. Doç. Dr. Fatmagül KOLTUK Üye : Yrd. Doç. Dr. Serpil KARAKUŞ ONAY: Yukarıda imzaların, adı geçen öğretim üyelerine ait olduğunu onaylarım.../.../ 2000 Prof. Dr. Fahri Dağlı Makine Mühendisliği Bölüm Başkanı ii

3 Makine Mühendisliği Diploma Çalışması BASINÇ KAYNAĞI VE UYGULAMA ALANLARI Zonguldak Karaelmas Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Öğrenci Danışmanı : Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU HAZİRAN 2000 ÖZET Son senelerde gerek uygulamalardaki işlem esasları bakımından, gerekse kaynak tekniği açısından tatmin edici özelliklere sahip olmasıyla bilinen kaynak yöntemleri göze çarpmaktadır. Bu uygulamalar basınç esaslı kaynak uygulamalarıdır ve kullanım alanları giderek genişlemektedir. Bu çalışmada; basınç esaslı kaynak yöntemleri; işlemlerin uygulanışı esası; parametreleri ve endüstrideki uygulamaları yönünden ele alınmıştır. iii

4 TEŞEKKÜR Bu diploma çalışmasının hazırlanmasında her türlü yardımı esirgemeyen ve fikirleriyle bu çalışmaya katkıda bulunan başta hocamız Yrd. Doç. Dr. Füsun MÜFTÜOĞLU(Z.K.Ü. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü) hocama ve onun şahsında bütün hocalarıma teşekkürü bir borç bilirim. iv

5 İÇİNDEKİLER BÖLÜM KAYNAĞIN TANIMI 1.2 KAYNAK KABİLİYETİ 1.3 KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI Sayfa no BÖLÜM 2 BASINÇ ESASLI KAYNAK YÖNTEMLERİ VE UYGULAMA ALANLARI 2.1. DÖKÜM BASINÇ KAYNAĞI İşlemin Esası ve Özellikleri AT Döküm Kaynağı AT Pres Kaynağı Kombine AT Kaynağı AT Kovan Kaynağı 2.2. ELEKTRİK DİRENÇ KAYNAĞI İşlemin Esası Kaynak Isısı Oluşumu Kaynak Noktasında Oluşan Elektriksel Direnç Kontak Direnci ve Kaynak Parametreleri Kontak Direnci ve Üst Yüzeyin Durumu Nokta Direnç Kaynağı Nokta Kaynak Makineleri Elektrotlar Kaynak Değerleri Direnç Dikiş Kaynağı Yufkaç Elektrotlar v

6 İÇİNDEKİLER (Devam Ediyor) Sayfa no Kaynak Değerleri Direnç Dikiş Kaynak Makineleri Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri Kabartılı Direnç Kaynağı Kaynak Değerleri Kabartılı Direnç Kaynağı İçin Kaynak Makineleri Alın Direnç Kaynağı Alın Yığma Kaynağı Alın Yakma Kaynağı 2.3. GAZ BASIÇ KAYNAĞI 2.4. ELEKTRİK ARK BASINÇ KAYNAĞI Elektrik Direnç Saplama Kaynağı Elektrik Ark Saplama Kaynağı Çekerek Ark Oluşturma Kaynak Kovanı İle Ark Özel Uç Formu İle Ark Oluşturma 2.5. SÜRTÜNME KAYNAĞI Başlıca Kavram ve Tanımlar Sürtünme Kaynağının Tarifi ve Prensibi Sürtünme Kaynağı Çeşitleri Sürekli Tahrikle Sürtünme Kaynağı Volan Tahrikli Sürtünme Kaynağı Konbine Sürtünme Kaynağı 2.6. SOĞUK BASINÇ KAYNAĞI 2.7. OCAKÇI KAYNAĞI İÇİNDEKİLER (Devam Ediyor) vi

7 Sayfa no 2.8. ULTRASONİC KAYNAK İşlemin Esası ve Özellikleri Kaynak Edilebilir Malzemeler Uygulama Alanları 2.9. DİFÜZYON KAYNAĞI İşlemin Esası ve Özellikleri İşlemin Yapılışı Uygulama Alanları ŞEKİLLER DİZİNİ vii

8 Şekil No Açıklama Sayfa No a Yükselen döküm esaslı AT döküm kaynağının şematik görünümü b Yandan beslemeli AT döküm kaynağının şematik görünümü a AT pres kaynağı ile boru birleştirmenin şematik görünümü a AT kovan kaynağının şematik görünümü a Elektrik nokta direnç kaynağında işlem aşamaları a Elektrik nokta direnç kaynağının esası b Nokta direnç kaynağında süre-toplam direnç ilişkisi a Saf demirde sıcaklığa bağlı olarak özgül direncin değişimi a Elektrot kuvvetlerine bağlı olarak kontakt dirençlerinin değişimi c Kontakt ve malzeme dirençlerinin kıyaslanması a Kontakt direncinin ve kaynak noktasının dayanımının bağlamadan sonra zamana bağlı değişimleri a Nokta kaynağında kullanılan elektrotların uç biçimleri a Yufkaçlı dikiş kaynağının esası a Direnç dikiş kaynak makineleri a Direnç dikiş kaynağında kaynak biçimleri a Kabartılı kaynak işleminin esası a Kabartılı kaynak direnç makinesi a Elektrik alın direnç kaynağının esası a Alın yığma ve yakma direnç kaynağı sonu parça dış görünümleri a Alın yakma kaynağı ile birleştirilmiş parça örnekleri a Sapma kaynağı ile birleştirmeye uygun elemanlar ve birleştirme örnekleri a Elektrik direnç esaslı saplama kaynağı b Saplama kaynağı kaynak bölgesi a Çekerek arkı oluşturma esaslı saplama kaynağı için gerekli donatım ŞEKİLLER DİZİNİ (Devam Ediyor) Şekil No Açıklama Sayfa No viii

9 a Özel uç formu ile ark oluşumu donatım şeması b Saplama kaynağında aşamalar a Sürtünme kaynağında parçaların hareket türleri a Sürekli tahrikle sürtünme kaynağı a Volan tahrikle sürtünme kaynağı a Sürtünme kaynağı ile malzeme kaplama Al ile Fe nin soğuk baskı kaynağı ile birleştirilmesinin şematik görünümü Soğuk baskı kaynağında yüzey büyümesi ve yüzey işleminin kaynama başlamasına etkisi a Ultrasal kaynak Makinesi b Ultrasal kaynağında birleşmenin mekanizması a Ultrasal kaynağı uygulaması a Difüzyon kaynak donatımı ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge No Açıklama Sayfa No 1.2.a Elektrik nokta kaynağında alaşımsız çeliklerin birleştirilmesinde bulunan ix

10 elemanların kaynak kabiliyetine etkileri a Metallerin nokta kaynağına yatkınlıkları a Kabartılı kaynak için çalışma değerleri SİMGELER DİZİNİ Simge Açıklama Ra = Yüzey pürüzlülük katsayısı L = Şerit genişliği x

11 e = Levha kalınlığı R = Deformasyon A = Yayılmış alan A 0 = Orijinal enine kesit alanı G m = Malzemenin dayanımı G w = Kaynak dayanımı C = Yüzey pürüzlülüğüne bağlı katsayı D = Difüzyon katsayısı P 0 = Ön ısıtma basıncı P 1 = Yığma basıncı P 2 = Sürtünme basıncı V p = Patlama hızı V g = Giydirilen metalin hızı V k = Kaynağın ilerleme hızı KISALTMALAR DİZİNİ MO = Metal Oksit SEM = Scannig Elektron Mikroskop AT = Alümino Termit xi

12 BÖLÜM 1 GİRİŞ 1.1. KAYNAĞIN TANIMI Genel olarak kaynak olayını, parçaların ısı veya basınç uygula ması ile yada her ikisinin yardımıyla birleştirilmesi veya yüzeylerin ilave bir metalle örtülmesi olarak tanımlamak mümkündür. Bu işlemlerin yapılmasında ilave metallerin kullanılıp kullanılmadığı uygulamaları görmek mümkün olmaktadır. Birleştirilmesi öngörülen malzemelerin kaynak bölgeleri plastik veya sıvı duruma getirilmekte, eş iki malzemenin birleştirilmesi sonucu oluşan kaynak dikişinin özellikleri de ana malzemenin özelliklerine benzetmektedir. İşlemin yapılmasında birleştirilecek malzemenin özellikleri, yönteme başvuruluş amacı, kaynak olayındaki oluşumlar ve konstrüksiyona etkileri gibi sebeplerden dolayı çeşitli önlemlerin alınması gerekebilmektedir. Ergitme esaslı kaynak uygulamalarında kaynak bölgelerinin genellikle yardımcı malzemelerle korunması gerekmektedir. Seçilen ilave malzemenin ise, mümkün olduğu kadar ana malzeme ile aynı ergime aralığına sahip olması işlemin emniyeti bakımından gerekli görülmektedir. Bu tanımlamada belirtilen eş malzeme tabiri, metalurjik anlamda tam bir eşitlik olarak düşünülmemektedir, birleşme bölgesindeki tüm malzemelerin birbiri içerisinde tam olarak karışabilmesi manasını taşmaktadır. Günümüz kaynak tekniğinde metalsel olmayan malzemeler ve özellikle de termoplastikler için kaynak olayını tanımlamak mümkün olmaktadır. Yöntem bu tür malzemeler için kaynak bölgesinin plastik duruma getirilmesi ile uygulanmakta, ısı ve basınç yardımıyla yapılan işlem, ilave malzeme kullanarak veya kullanılmadan kaynak işlemi yapılabilmektedir. 1.2 KAYNAK KABİLİYETİ Metalsel malzemeler, kaynak işlemi ile şekillendirmeye aynı derecede yatkın değildirler. Kaynağa elverişlilik olarak tanımlana bilecek bu kavram; bir birleştirme veya dolgu işle- 1

13 minde seçilen malzeme, uygulanan yöntem, konstrüksiyon ve kalınlık gibi faktörlerin bir araya düşünülmesiyle anlam kazanmaktadır. Bir malzemenin kaynak kabiliyetinin iyi olduğu ifadesinden; o malzemenin öngörülen yöntemle, herhangi bir önlem almadan, tasarlanmış konstrüksiyona uygulana bilmesi anlaşılmaktadır. Bu uygulama sonucu elde edilen kaynak dikişinin ise amaçlanan kalite seviyesinde olması ön şart olarak görülmektedir. Malzemenin kaynak uygulamasındaki tutumu; kimyasal bileşimi, üretim metodu ve daha sonraki aşamalarda gördüğü işlemlerin etkilerine bağlı olarak değiştirilmektedir. Örnek olarak ele alınan alaşımsız çeliklerin kimyasal bileşimlerinde bulunan elemanların, gerek basınç ve gerekse ergitme esaslı kaynak yöntemlerinde kaynak kabiliyetine etkileri Tablo 1.2.a da gösterilmiştir. Çelik Eleman İyi Kaynak Edilir Kaynak Edilir C C + Cr C + V C + Mo C + Mn C + Ni C + Cr + Mo + V Si Cu P + S Tablo 1.2.a. Elektrik nokta kaynağında alaşımsız çeliklerin bileşiminde bulunan elemanların kaynak kabiliyetine etkileri.(toplam yüzde olarak) 1.3 KAYNAĞIN SINIFLANDIRILMASI Kaynak İşleminin Cinsine Göre Sınıflandırılması Ergitme Kaynağı Ergitme kaynağı malzemeyi yalnız sıcaklığın tesiri ile bölgesel olarak eritilip bir ilave metal katarak veya katmadan birleştirmektir. Metallerin eritme kaynağında başlıca aşağıdaki usuller kullanılmaktadır. 2

14 1. Döküm Ergitme Kaynağı 2. Elektrik Direnç Ergitme Kaynağı 3. Gaz Ergitme Kaynağı 4. Elektrik Ark Kaynağı Karbon Arkı ile Kaynak Metal Arkı ile Kaymak Koruyucu Gazla Kaynak A. TIG Kaynağı a) Normal TIG Kaynağı b) Plazma TIG Kaynağı c) Ark Atom Kaynağı B. MIG Kaynağı a) Normal MIG Kaynağı b) Aktif Gazla MIG Kaynağı Metal Koruyucu Altındaki Kaynak Toz altı Kaynağı 5. Elektron Bombardıman ile Kaynak 6. Lazer Işını ile Kaynak Basınç Kaynağı Usulleri Metallerin basınç kaynağındaki başlıca aşağıdaki usuller kullanılmaktadır. Döküm Basınç Kaynağı Elektrik Direnç Kaynağı Gaz Basınç Kaynağı Elektrik Ark Basınç Kaynağı Sürtünme Kaynağı Soğuk Basınç Kaynağı Ocak Kaynağı Ultrasonik Kaynak Difüzyon Kaynağı 3

15 BÖLÜM 2 BASINÇ ESASLI KAYNAK YÖNTEMLERİ VE UYGULAMA ALANLARI 2.1. DÖKÜM BASINÇ KAYNAĞI İşlemin Esası ve Özellikleri İşlemin esası, alüminyum oksijene karşı afinitesinin diğer metallere göre daha fazla olmasından yararlanarak, ince taneler halinde oksitlerin redükte edilmesi esasına dayanmaktadır. 3MO + 2Al 3M + Al 2 O 3 Q MO : Metal Oksit M : Redükte edilecek metal Q : Açığa çıkan enerji Bu reaksiyonlar tartışmasız ekzotermik bir karaktere sahiptir. Tüm termit reaksiyonlar dışarı ısı vererek gelişirler. Metalotermit yolla demir ergitilmesi için, reaksiyon metali olarak alüminyum en ekonomik malzemedir. Bu oluşum alüminotermit veya kısaca AT reaksiyonu olarak adlandırılır. Zor ergiyen metallerde kaynak amacına ulaşmasında AT yöntemi büyük kolaylıklar sağlanmaktadır. Ateşe dayanıklı bir pota içindeki demir oksit ve alüminyum tanelerinden oluşmuş karışımda reaksiyonun başlaması için, bir ön tutuşturma işlemine gerek duyulmaktadır. AT karışımında yaklaşık tutuşma sıcaklığı 1300 o C olmaktadır. Oluşum aşağıdaki denkleme göre devam etmektedir. Fe 2 O 3 + 2Al 2Fe + Al 2 O kcal Yöntem uygulanan basınç ve erime yöntemleri dikkate alındığında üç ana grupta toplanabilir. Basınç tesiri göz önüne alınarak AT kaynağı 1- AT Döküm Kaynağı 2- AT Pres Kaynağı 3- Kombine AT Kaynağı 4

16 2.1.2 AT Döküm Kaynağı AT esaslı kaynak yöntemleri içinde en yaygın olan bu yöntem bu esasa göre yapılan işlemlerin yaklaşık %90 nını kapsamaktadır. Ana uygulama alanı olarakta her türlü demir yolu birleştirmeleri verilmektedir. AT döküm kaynağı ve yükselen çıkıcı esasına göre yapılan işlemde, simetrik olmayan bir kaynak kalıbı kullanılır. Uygulamada AT pres kaynağında olmayan ve boyutu kaynak edilecek kesitlere göre saptanan bir alın aralığı da bırakılmaktadır. Kullanılan pota tabandan beslemeli olup; sıvı metal birleştirilecek parçanın, örneğin rayın alt yüzeyinden üst seviyesine göre yükselecek şekilde düzenlenmiştir. Kaynak kalıbında yükselen AT çeliği, 900 C in üstündeki ön tavlanmış çeliği ergitmektedir. İlave bileşiminden (termit malzemesinden) gelen çelik sadece ısı taşıyıcısı işlevine sahip olmayıp, aynı zamanda kaynak dikişi oluşumunu da sağladığından, bileşimi ana malzemenin aynı yada benzer olması gerekmektedir. Bu koşulun sağlanabilmesi için ; eldeki kütleye uygun alaşım elemanları da katılabilmektedir. Düşen döküm esasına göre AT döküm uygulamasına benzemektedir. Uygulamada profil demirinin; yani rayın üst kısmındaki yolluk, aynı zamanda çıkıcı görevini de üstlenmiştir. İşlemin dezavantajlı yönü rayın üst yüzeyinde bulunana AT çeliğinin sıvı olması nedeni ile 50 mm bir genişliğe kadar ergime etkisidir. Şekil a. Yükselen döküm esaslı AT döküm kaynağının şematik görünümü. Bir diğer geliştirilmiş uygulama ise, çift çıkıcı düzenlemesi ile yapılan AT kaynağı düzenlemesidir. İşlemde yolluk boyu profilinin yüksekliği ile beraber düzenlenmektedir. Rayın oturma yüzü ve orta kesiti ile düşüm ile, üst kesit ise, çıkıcılı döküm imal edilmektedir. İşlem süresi uygulanan bir ön tavlama ile kısaltılabilmektedir. Bu tavlama süresi yakıt hava karışımı kullanmada dakika, yanıcı gaz ve oksijen kullanmada ise 8 15 dakika sürmektedir. 5

17 Yandan beslemeli eriyik AT çeliği ile yapılan döküm kaynağında rayın üst kesiti akan metalsel malzemeden korunmuş olmaktadır. Ergiyiğin üst yüzeye akışı yanlardan yönlendirilmektedir. Bu tür uygulamalara ait şematik tasarımlar şekil b de gösterilmiştir. Şekil b Yandan beslemeli AT döküm kaynağının şematik gösterimi AT Pres Kaynağı AT pres kaynağı, genellikle boru birleştirmelerinde uygulanmaktadır. İşlem kaynak edilecek parçaların bir germe donatımından yararlanılarak pres edilmesi ile tamamlanmaktadır. İşlem öncesi, parça alın yüzeylerinin AT çeliği ve cürufun aralıktan nüfuz etmemesi için temiz ve paralel bir konumda yüklenmesi gerekmektedir. Kaynak yüzeylerinin uygulanan bir ön basınçla kaynak aşamasına hazır duruma getirilmesinden sonra reaksiyon için özel bir potada hazır bulunan termit malzemesine ihtiyaç duyulmaktadır. Kaynak süresince sadece reaksiyon ürünü ısıya hacimsel olarak ihtiyaç duyulduğundan, eldeki kaynak kütlesinin ilave metal ayrışmasına gerek duyulmaktadır. Kaynak kütlesinin reaksiyonunun tamamlanmasından sonra, pota boşaltılmaktadır. Şekil a AT pres kaynağı ile birleştirmenin şematik görünümü. 1. cüruf 2. akışkan demir. 6

18 Pota boşaltılma aşamasında kaynak bölgesine önce cüruf akmakta ve ergime noktasının yüksekliği nedeni ile alın yüzeylerinin etrafında ince bir tabaka halinde katılaşmakta, borunun çevresi ise sıvı demir, geri kalan akışkan cürufa biçim ve basınca bağlı olarak süpürmekte ayrıca ısı membaı olarak bölgeyi etkilemektedir. Kaynak yerinin sıcaklığı yaklaşık 1300 C e ulaşması sonu, parçalar sıkma düzeninde pres ile şişirilmektedir Kombine AT Kaynağı Bu uygulamada, pres ve döküm kaynaklarından aynı işlem içinde yararlanılmaktadır. İşlemde, rayın üst kesiti AT pres kaynağı, alt taban ve kolon kısmı ise AT döküm kaynağı ile birleştirilmektedir. Ray malzememsinin metalsel temizliğe ulaştırılan alınları paralel konumda basınç altında tutulmaktadır. Malzemenin C içeriğine bağlı olarak arasına ince saç konularak kaynak bölgesinin bileşimi ön görülen sınırlarda tutulabilmektedir. Rayın ara kolunun kusursuz ergitilebilmesi hedefine ulaşılması için, bir aralık bırakılması gerekmektedir. Kaynak formunun sadece rayın üst kesitine kadar olan kısmı, önce cürufun akışı ile tavlanmakta, sonra sıvı AT çeliği ile doldurulmaktadır. Son aşamada bir sıkma düzeninden yararlanılarak kaynak işlemi tamamlanmaktadır AT Kovan Kaynağı Bu yöntem özellikle son senelerde, elektroteknikte alüminyum halat ve çubuklardan iletkenlerin birleştirilmesinde kullanılmaktadır. Kaynak işlemi zarflı bir kovan içinde yönlendirilmekte, reaksiyon elemanlarını kovan içermektedir. Kovan alüminyum ve demir oksidin dışında, silisyum karbür ve silisyum di oksit de içermektedir. Birleştirilecek tel veya benzeri elemanların kaynak sıcaklığına ulaşması, kovan içerisinde meydana gelen reaksiyonlar sonra meydana gelen ısı vasıtasıyla meydana gelmektedir. Alınların ergime sıcaklığına ulaşması sonu, ön sıkıştırmanın etkisi ile alın bölgelerinde ortaya çıkan yığılmayla kaynak işlemi tamamlanmaktadır. Şekil a AT kovan kaynağının şematik görünümü 1-birleştirilen tel örgülü halat; 2-reaksiyon elemanlarını içeren kaynak kovanı; 3-germe düzeni; 7

19 2.2 ELEKTİRK DİRENÇ KAYNAĞI İşlemin Esası Elektrik direnç kaynağı, elektrik akımının ısı etkisinden yararlanarak, bir kaynak devresi içinde birleştirilecek metalleri direnç olarak kullanıp, basınç altında çözülmez birleştirme haline getirme yöntemidir. Şekil a Elektrik nokta direnç kaynağında işlem aşamaları Uygulamada ilave malzeme gerekmemektedir. Bu nedenle yöntem, uçak, taşıt, makine, küçük taşıma kabları, vb yapım dalları için rasyonellik açısından önem taşımaktadır. Ana esasa bağlı kalmak koşulu ile elektrik direnç kaynağını 4 farklı uygulama grubuna ayırmak mümkündür. a) Nokta direnç kaynağı b) Dikiş direnç kaynağı c) Kabartılı direnç kaynağı d) Alın direnç kaynağı İşlemde kaynak ısısının elde edilmesi için, genellikle dalgalı akımdan yararlanılmakta, 100 ka e kadar akım şiddeti ve 16 V u aşmayan kaynak gerilimleri uygulanmaktadır Kaynak Isısı Oluşumu Kaynak için iki elektrot arasına yerleştirilen malzeme, devreden geçirilen yüksek akım şiddetine gösterdiği dirençle ısınmaktadır. İşlemde, temas noktalarındaki kontak direnci nedeni ile açığa çıkan ısıdan da yararlanılmaktadır. Yöntemde uygulanan basma kuvveti ve akım şiddeti, işlemin ana etkenleri olarak tanımlanmaktadır. 8

20 Şekil a Elektrik nokta direnç kaynağının esası Dönüştürülen ısının tümü, kaynak noktasında oluşturulan dikişte harcanmamaktadır. Elektrotların aşırı ısınmaya karşı, hava yada su ile soğutulması, özellikle uzun zaman aralıklarında yapılan kaynak işlemlerinde ısının parça boyunca yayılması, tükenen bu ısının bileşenleri olarak sayılabilmektedir. Oluşturulan kaynak noktalarının büyüklüğü, verilen ve kaçan ısı miktarının sabit olması durumlarında bile eşit olmayabilmektedir. Saçlar arası direnç süre ilişkisi diyagramında görüldüğü gibi, dirençteki bu ani düşüş, oluşumun ana etkeni olarak görülmektedir. Isının üretilmesinde ve iletilmesinde, elektrot geometrisi temas yüzeyi, saç yüzey kalitesi ve elektrot kuvveti işlem etkenleridir. Bunların dışında sabit ısı üretilmesinde, akım yoğunluğu, kuvvet yoğunluğu ve akım geçen süre değerlerinin de sabit tutulması gerekmektedir. Şekil b Nokta direnç kaynağında süre toplam direnç ilişkisi İşlemde ısısal yönden, elektrotların biçim ve yüzey değişimlerinin, ısının üretilmesi ve çekilmesinde büyük bir etken olduğu görülmekte, dolayısıyla elektrotlar kaçan ısı içinde, yaklaşık %60 70 e varan pay sahibi olabilmektedirler. 9

21 Kaynak Noktasında Oluşan Elektriksel Direnç Kaynak bölgesindeki direnci, birleştirilen malzemelerin dirençleri ile kontak noktalarının toplam dirençleri oluşturmaktadır. Malzemelerin dirençlerini; a) Malzemelerin kaynak edilen bölgelerinin, imal ve hazırlanmasından gelen fiziksel özellikler, b) Kaynak devresindeki akımın çeşidi ve büyüklüğü, c) Akım devresindeki sıcaklık, Belirlemektedir. Kontakt noktalarının dirençleri ise; Üst elektrot parça Parça - parça Parça - alt elektrot temas noktalarıdır.uygulamada elektrotların kendi dirençleri genellikle ihmal edilebilecek boyutlarda bulunmaktadır. Karşılaştırma açısından, saf metaller alaşımlardan daha kararlı yüksek dayanım gösterirlerse de, alaşım elemanlarının bileşimde yükselmesi ile özgül dirençleri ve saf durumlarına kıyasla daha yüksek değerlere ulaşmaktadır. Su verilmiş ve soğuk şekillendirilmiş teknik metallerde, genellikle elektriksel direnç yükselmektedir. Bu tür işlemler uygulanmış metallerin, bilinen ısıl işlemlerle başlangıç özelliklerine dönüştürülmesine, çoğu kez, ihtiyaç duyulabilmektedir. Bir elektrik iletkenin direnci, l R = ρ (Ω) olarak verilir A ρ : malzemenin özgül direnci (Ω.mm 2 /m) l : ileticinin uzunluğu (m) A : ileticinin kesiti (mm 2 ) Bu ifadenin nokta kaynağında akım geçen kesite göre yazılışı, ρ 2 s R = Π d şeklinde olur. 2s : akım yolunun uzunluğu (mm) s : parça kalınlığı (mm) d : akım geçen kesitin çapı (mm) Sıcaklığın büyümesi ile metalsel malzemelerin özgül dirençleri büyümektedir. Bu ö- zellikler kaynak devresindeki metalsel malzemeye, direncinin büyümesi şeklinde yansımaktadır. 10

22 Şekil a Saf demirde sıcaklığa bağlı olarak özgül direncinin değişimi Özgül direncin sıcaklığa bağlı olarak değişimini, aşağıda verilen ifadeden de hesaplamak mümkündür. ρ t = ρ0[1 + α( t 20)] ρ t : t C de özgül direnç (Ω.mm 2 /m) ρ 0 : oda sıcaklığında özgül direnç (Ω.mm 2 /m) α : sıcaklık katsayısı (1/ C) Sıcaklık artımı ile malzemelerin özgül dirençlerinde 2-8 kat arasında bir artım görülmektedir. İki metal yüzeyi basınç altında tutulduğunda, temas sınırları içinde bir çok değme noktalarının bulunduğu gözlenmektedir. Değme noktalarındaki değişim, değme yüklerinin etkisi altında bulunmaktadır. Şekil değiştirme süreci içinde sürekli yeni temas noktaları oluşmakta, bu aşamada ya plastik şekil değiştirmeler meydana gelmekte veya elastiklik sınırları arasında bulunmaktadır. Şekil b temas noktalarının direncinin tasarlanmasına yardım etmektedir Kontak Direnci ve Kaynak Parametreleri Gerçek kontak yüzeylerine elektrod kuvvetlerinin arttırılması ile kontak direncin düştüğü görülmektedir. 11

23 Şekil a Elektrod kuvvetlerine bağlı olarak kontak dirençlerinin değişimleri (saç kalınlığı 1 mm). Malzeme üzerinde a-yüzeylerinin eş büyüklükte olma durumunda, her bir kontak noktasının eşit akım yoğunluğuna sahip olması gerekecektir. Uygulama koşullarında bu duruma çok nadir olarak rastlanabilir. Bu nedenle, akım geçişi ile çeşitli kontakt noktalarında farklı ısı oluşumları ortaya çıkmaktadır. İşlem aşamasında açığa çıkan ısı vasıtası ile, her bir kontak noktasında, malzeme yumuşamakta veya ergime durumuna yakın bir duruma ulaşarak, elektrod kuvvetine karşı daha fazla direnç gösterememektedir. Şekil b Elektrod kuvvetlerine bağlı olarak kontak dirençlerinin değişimleri malzeme: x10crni 18.8 küre takkesi elektrod (saç kalınlığı 5 mm). 12

24 Şekil c de kontakt noktalarında ortaya çıkan dirençler ve özgül dirence bağlı malzeme dirençleri kıyaslamalı verilmekte, ayrıca kaynak sürecinin başlangıç ve bitiş aşamalarında sıcaklık dağılımları şematik olarak görülmektedir. Şekil c Kontakt ve malzeme dirençleri kıyaslaması, kaynak başlangıç-bitiş aşamalarında sıcaklık dağılımları (malzeme: çelik %0.1 C, kalınlık 1 mm, elektrod temas çapı 5 mm) Kontakt noktalarının plastik şekil değiştirme nedeniyle büyümesi, yeni kontakt yüzeylerinin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Bu oluşumlar, gerçek kontak yüzeyi A o ın, görülen kontak yüzeyi A-ya eş büyüklüğe gelinceye kadar devam etmektedir. Kontak direnci, kaynak işleminin belirli bir zaman aralığında etkilidir. Bu etkililik süreci, akım geçişinin başlangıcından, birleştirilen malzemelerdeki en ince kesitin ergimesine kadar sürer. Saçlar arasındaki kontak sirenlerinin daha küçük olması durumunda, yapılan nokta kaynağının kusursuz olarak gerçekleşmesi mümkün olabilmektedir. Elektrod ile saç arasındaki kontak noktasında ortaya çıkan, arzu edilmeyen miktardaki ısı, temas bölgesinden uzaklaştırılması amacıyla, elektroddan bir soğutma devresi ile, sistemin dışına taşınmaktadır Kontak Direnci ve Üst Yüzeyin Durumu 13

25 Malzeme yüzeyinde bulunan oksit filmi akımın geçişine, engelliyebilecek bir büyüklükte, karşı koyabilmektedir. Kaynak akımının geçebilmesi ve işlevini yerine getirebilmesi için bu film tabakasının parçalanması gerekmektedir. Küre takkesi uç biçimli elektrod ile, yüzey büyütülme etkisi de ortaya çıktığından, bu gerçekleşebilmektedir. Film tabakası inceldikçe ön görülen çatlamalar daha kolay oluşmakta, dolayısıyla daha kolay bir akım geçişi sağlanmaktadır. Saçdan saça geçişte ilk kontak pürüzlülük uçlarında oluşur. Bu aşamada, oksit tabakasının yeteli büyüklükte bir basınçla tamamıyla ezilmesi gerekmektedir. Kalın oksit tabakaları, çok yüksek elektrod kuvveti uygulanması koşullarında da yırtılmadığından, bu kabuk tabakasının giderilmesi için kimyasal dağlama veya mekanik olarak fırçalama, zımparalama yada kazıma ön işlemlerine başvurulması gerekli bulunmaktadır. Elektrodu basınç altında tutma süresi, kaynak edilen sacın kalınlığı ve yüzey durumuna bağlı olarak saptanır. Nokta kaynağında, elektrod-saç arasındaki kontakt direncinde büyük değerlere sahip olunmasında durumunda, dış zarf direncinin toplam kontak direncindeki payının küçük, kontakt yüzeyinin büyük olması ön koşulu ile, güvenilir dikişler gerçekleşebilmektedir. Şekil a Kontakt direnci ve kaynak noktasının dayanımının dağlamadan sonra zamana bağlı olarak değişimleri (malzeme: alüminyum). 14

26 Saçların kimyasal olarak soyulma işlemine tabi tutulmasına müteakip, kaynak için bekleme süresinin mümkün olduğu kadar kısa tutulması gerekmektedir. Süre uzaması durumunda, tekrar oksidasyon oluşumu ile kontakt dirençlerinde bir yükselme görülmektedir NOKTA DİRENÇ KAYNAĞI Nokta direnç kaynağı birleştirilen malzemeler bakımından diğer kaynak yöntemlerine kıyasla, daha fazla serbestliğe sahiptir. Yöntemden yararlanılarak birçok metal ve metal çiftlerinin, değişik biçim ve boyutlarda kusursuz olarak birleştirmek olanak dahilindedir. Çizelge a Metallerin Nokta Kaynağına Yatkınlıkları Yöntemde direnç ısısı için akım şiddeti, elektrod biçimi ve basınç kuvveti önemli etkenlerdir. Uygulama, üst üste getirilen saçların bir arada sıkıştırılması ve tam elektrod kuvvetinin uygulanması ile akımın devreye sokulması şeklinde yapılır. Saçlar arasındaki kontakt direnci, kısa bir zaman içinde, ısı üremesine neden olur. Hafif metallerin, küre takkeli uç biçimli elektrodlarla nokta kaynağı uygulamalarında, nokta çapının en az takke yarıçapı/25 olarak ortaya çıkması önerilmektedir Nokta Kaynak Makinaları 15

27 Radyo, televizyon, elektronik ve oyuncak sanayi gibi alanlarda tam elektronik kumandalı hassas nokta kaynak makinaları gerekir. Örnek olarak 6 kva bağlantı güçlü bir hassas kaynak makinası ile en yüksek sekonder devre akımı 4500 A, elektrod kuvveti 0,5-15,0 dan, kaynak süresi 0,5-4 veya 0,002-0,08 s (50 Hz) olarak verilebilir. Yüksek güçlü kaynak makinalarında ise, kademesiz kol aralığı ayarlanabilirliği, hidrolik elektrod hareketi, tam elektronik kumanda ile donatımları yanında, yüksek çalışma emniyeti de dikkate alınmaktadır. Gelişmiş tiplerde, programlı basınç ve akım şiddetleri ile tek ve çok impulslu kaynak işlemleri yapılmaktadır Elektrodlar Nokta kaynağının kalitesinde, elektrod biçim ve özelliklerinin büyük bir etkisi görülmektedir. Uygulamalarda uygun elektrod seçilmeme koşullarında, hata oluşum eğilimide yükselmektedir. Elektrod biçim ve boyutları, ısıl iletkenliği, akım yoğunluğu, kontakt direnci ve kaynak noktası için ön görülen boyutlara göre seçilmektedir. Uç biçimi düz elektrodla, özellikle yüzeyleri düz ve temiz çelik saçlar ile FEolmayan metaller için uygundur. İyi iletken metaller ve alaşımlarının kaynağında, örnek olarak Al ve pirinç gibi, küresel uç biçimli elektrodlar kullanılır. Konik uç biçimli elektordlarla ise, okside olmuş ve yüzeyleri kavlanmış saçların kaynağında, işlem kolaylaştırılır. Kaynak süreci içinde, elektrodların uç biçimlerini şekil değiştirmeden koruması gerekli bulunmaktadır. Yetersiz veya hatalı soğutma, elektrodların yüksek sıcaklıklara kadar tavlanmasına neden olabilir. Bu durumda elektrod kuvvetinin de etkisi ile, uç biçimin yassılaşma süresi kısalmaktadır. Nokta kaynağında kullanılan elektrodlarda başlıca şu özellikler beklenir. 1. Yüksek elektrik ve termik iletkenlik, 16

28 2. Yüksek mekanik dayanım, yüksek sıcaklıkta sertlik, 3. Kaynak noktasında yapışma eğiliminin olmaması, 4. Kaynak amacına uygun bir uç biçimi ve bu kısmın mutlak soğutulma emniyeti. Şekil a Nokta kaynağında kullanılan elektrodların uç biçimleri. a. düz elektrod, b. küresel elektrod, c. konik elektrod, d. su soğutmalı sistemlerde, içden ve dışdan sıkıştırmalı, elektrod tutucuları, e. esas uç biçimlerinden, uygulama gereksinmelerine göre uyarlanmış biçimler. Gümüş-bakır, kamiyum-bakır ve krom-bakır esaslı elektrodlar elektrik iletkenliklerinin yanında, sertlikleri ile de tanınırlar. Daha sert özelliğe sahip berilyum-bakır elektrodlar ise, yüksek elektrik dirençli sert malzemelerin kaynağı için önerilir. Volfram-bakır ve molibden-bakır esaslı elektrodlar, genellikle gümüş, bakır ve farklı metal çiftlerinin birleştirilmelerinde, yüksek kaynak değerleri ile çalışılma koşullarında, seri işlemlerde ve kabartılı direnç kaynağı uygulamalarında önerilmektedir Kaynak Değerleri 17

29 Nokta kaynağında kaynak kalitesi, elektrod malzemesi, elektrod biçimi ve akım şiddetinin dışında, kaynak süresi ile elektrod kuvvetine de bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Gerekli kaynak süresinin (akım geçen süre) saptanmasında, birleştirilen saç kalınlığı esas alınarak aşağıdaki ifadeden yararlanmak mümkün görülmektedir. t k = 10. S t k : akım geçen süre (period) S : birim saç kalınlığı (mm) Bir kaynak sisteminde, sekonder devredeki toplam direnç ve sekonder gerlim, akoım şiddetinin yüksekliğini belirler. İşlemde yararlanılan efektif akım, ayrıca birleştirilen malzeme ve yan devre kayıplarına da bağlıdır. Nokta veya dikiş kaynak makinalarında, kol açıklığı ile kol aralıkları, pencere boşluğu olarak adlandırılan bir etkeni de tanımlanmaktadır. Bu etken, sekonder devrenin görünür direncine etkilemektedir. Eş kaynak değerleri ile çalışılma koşullarında, bu çerçevenin büyütülmesi ile, görünen direnç artarak kaynak akım ve makinasının gücü küçülmüş olmaktadır. Yan akım devreleri, bir çok nedenlerden akımın kararlılığına etkileyerek, kaynak kalitesine olumsuz yönde yansımaktadır. Seri yapılan nokta kaynağında, yan devrenin etkisi ile kaynak notası çapının küçülmesi ortaya çıkmaktadır. Yan devre oluşumu, genellikle hatalı elektrod seçimi, uygun olmayan tutucular düzenlemesi, birleştirme konstrüksiyonu ve işlemin yapılış şekli gibi nedenlere dayanmaktadır. Nokta kaynağı uygulamasında işlem için kaynak süresi, akım geçen süre olarak tanımlanmaktadır. Bu sürenin seçiminde ise, birleştirilen malzemenin kalınlığı ve çeşidi esas alınmaktadır. Malzemede ısı gecikmesinden sakınmak için, sürekli ve kısa kaynak süresi ile çalışılması gerekmektedir. Kaynak işlemine bağlı olarak uygun elektrod kuvvetleri uygulanmak sureti ile ergimiş metal çekirdeği düzgünleştirilmektedir. Bu durum kaynak noktasına, mekanik dayanımın artması ve oluşabilecek kofulların ortadan kaldırılması şeklinde yansımaktadır. 18

30 Bir birleştirme için elektroda uygulanacak kuvvetin seçiminde, malzeme çeşidi kalınlığı, elektord uç biçimi ve temas noktası çapı, göz önünde tutulur. Elektrod kuvveti, açığa çıkan ısı açısından, kontakt direncine ve dolayısıyla oluşan kaynak noktasına etkilemektedir. Dikiş kalitesinde kararlılığın sağlanması için donatımlarda ortaya çıkabilecek büyük titreşimlerden sakınmak gerekmektedir. Uygulamalarda kaynak parametrelerinin, işlem süreci içinde, devreye sokuluş sıraları ve şiddetlerinde yapılan değişikler ile malzeme ve kalınlıklar yönteme daha yatkın duruma getirilebilmektedir. Şekil a. a. Tek impulslu kayna (akım şiddeti ve elektrod kuvveti sabit), b. Çok impulslu kaynak (3 impulslu artan akım şiddeti ve elktrod kuvveti), c. Akım şiddeti ve elektrod kuvveti programlanmış kaynak DİRENÇ DİKİŞ KAYNAĞI Direnç dikiş kaynağı, dönel elektrodlarla gerçekleştirilen, seri bir nokta kaynağı olarak tanımlanabilir. İnce saçlardan yapımlarda, sızdırmazlık koşulunu da sağlaması nedeni ile, karoseri yapımında konserve yapımından konserve kaplarına kadar uygulama alanlarına sahip bulunmaktadır. 19

31 Bu yöntemde dönel elektrodlar, akım geçişi ve uygulanan kuvveti iletmesinin dışında, birleştirilen malzemenin ilerlemesini de sağlamaktadırlar. Çelik esaslı malzemelerin kaynağında, dönel elektrodlardan bir tanesinin döndürülmesi yeterlidir. Diğeri ise sürtünme etkisi ile döner. Fe olmayan metallerin kaynağında, kaymalardan sakınmak için, her iki elektrodunda döndürülmesi gerekmektedir. Kaçınılmaz yan devre etkisi nedeni ile, kaynak edilebilir parça kalınlıkları, nokta direnç kaynağına kıyasla daha ince olmaktadır. Örnek olarak yüksek güçlü kaynak makinası kullanılsa bile, çeliklerin birleştirilmesinde, 4 mm nin üstündeki uygulamalarda başarılı olunamamaktadır. Yufkaç ile yapılan dikiş kaynağında farklı üç uygulama türü bulunmaktadır.. sürekli akımla dikiş kaynağı,. kesintili akımla dikiş kaynağı. kademeli, gidiş-dönüş esasına göre dikiş kaynağı. Akım kesilmesi olmadan ve sabit akım şiddeti ile dikiş kaynağı, sadece temiz saçların, 1 mm ye kadar toplam kalınlıklarında uygulanır. Eşit olmayan malzeme kalınlıklarında, akım kesilmesi tehlikesi oluşacağından, dikişlerde kavrulma delikcikleri ortaya çıkabilmektedir. Kesintili akımla dikiş kaynağı ile çeşitli malzemeler birleştirilmekte, uygulamada yufkaçlar sabit çevre hızına sahip bulunmaktadır. Temiz olmayan yüzeylerin kaynağında da iyi sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu tür işlemde akım devreden periyodik olarak geçirilmektedir. Şekil Yufkaçlı dikiş kaynağının esası Dikiş direnç kaynağında elde edilen dikişin genişliği ile kullanılan yufkacın temas yüzeyi genişliği arasında yaklaşık olarak, L = b + 1 (mm) ilişkisi bulunmaktadır. 20

32 L : yufkaç genişliği (mm), b : dikiş genişliği (mm) Yufkaç Elektrodlar Yufkaç elektrodlardan beklenen özellikler de, nokta kaynağında kullanılan elektrodlardan beklenen özelliklerin benzeridir. Malzemeleri bakır, bakır-kadmiyum, bakırkrom, bakır-kobalt-berilyum alaşımlarıdır. Bu malzemelerin sertlikleri arttıkça, elektriksel dirençleri de büyümektedir. İşlemlerde, yufkaç elektrodların temas profillerinin birleştirilecek konstrüksiyona göre seçilmesi gerekmektedir. Formların seçilişlerinde, nokta kaynağında olduğu gibi, malzeme yüzey durumu, kalınlığı ve elektrik iletkenliği dikkate alınmaktadır. Yufkaçlarda genel olarak (800) mm çap aralığında imal edilmekte, yaygın olarka ise 250, 300, 350 mm çaplar kullanılmaktadır. Yufkaç kalınlıklarının seçimleri ise, 3 mm den ince olmamak koşulu ile kaynak edilecek saçlar dikkate alınarak yapılmaktadır Kaynak Değerleri Dönel yufkaçlarla nokta kaynağı uygulamasında, noktalar arası e aralığı için işlem hızı ve frekans bir faktör olarak el alınmamakadır vk e = (mm) 2 f 60 v k : kaynak hızı (m/dak), f : frekans (Hz) Bu ifadenin aralıksız noktalar oluşturulmasında, dikiş kaynağı yapılmasında, bir anlamı bulunmamaktadır. Dönel yufkaçlarla yapılan nokta kaynağında, normal elektrodla yapılan kaynağına kıyasla, daha yüksek çalışma hızlarına ulaşılmaktadır. 21

33 Şekil a a. uzunlamasına ve dönel dikiş çekebilen kaynak makinası b. dönel dikiş c. uzunlamasına dikiş Direnç dikiş kaynak makinaları, esas olarak nokta direnç kaynak makinalarının benzeridir. Normal bir nokta kaynak makinası bu amaçla kullanılabilir. Bu makinalar yıfkaç elektrodların tertiplenmesine gçre, uzunlamasına dikiş çekebilen, enine dikiş çekebilen ve özel maksatlı kaynak makinaları olarak tanımlanabilir. Uzunlamasına dikiş çekebilen makinalarda, dikişin doğrultusu elektrod kolu boyuncadır. Enine dikişli kaynak makinalarında yufkaçlar, elektrod kollarının eksenine enli olarak tertiplenir ve bu düzenleme dönel dikişlerde uygulanır Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri Uygulamalarda, dikiş güveni yönünden değişik bindirme biçimlerinden yararlanılmaktadır. Bindirme boyu 5 s olduğunda malzeme dayanımının % üne ulaşılabilinmektedir. Daha az güven gereken uygulamalarda, bindirme aralıkları daha kısa tutulabilirsede, kaynak hatası oluşum ihtimalini azaltmak için, s kalınlığının altına inilmemesi gerekir. Bu biçim (b), yufkaç kalınlığı da dikkate alınarak, toplam kalınlık 1.2 mm ye kadar uygulanaır. Bu tür oluşturulan dikişlerde dayanım, ana malzemeden yaklaşık %5-15 daha az olarak ortaya çıkmaktadır. Alın birleştirmelerinde (c), alın yüzeylerinin çok iyi bir ön hazırlama işlemine tabi tutulmuş olması gereklidir. En iyi şartlarda ana malzemenin %60 ı kadar bir dayanıma ulaşılmaktadır. İlave telle yapılan kaynak uygulamasında (d), sonuç işlemin yapılışı açısından her durumda önerilmez. İşlem sonu saçlar kısmen kaynak edilmiş olmaktadırlar. 22

34 Kaçık alın birleştirmeli dikişlerle (e) her ne kadar iyi dayanım değerlerine ulaşırlarsada, ön hazırlama işlemlerinin fazlalığının maliyete yansıması nedeni ile her durumda başvurulmamaktadır Dikiş Direnç Kaynağında Dikiş Biçimleri Uygulamalarda, dikiş güveni yönünden değişik bindirme biçimlerinden yararlanılmaktadır. Bindirme boyu 5s olduğunda malzeme dayanımının % üne ulaşılabilmektedir. Daha az güven gereken uygulamalarda, bindirme aralıkları daha kısa tutulabilirse de kaynak hatası oluşum ihtimalini azaltmak için, s kalınlığının altına inilmemesi gerekir. Bu biçim (b), yufkaç kalınlığı da dikkate alınarak, toplam kalınlık 1,2 mm ye kadar uygulanır. Bu tür oluşturulan dikişlerde dayanım, ana malzemeden yaklaşık % 5-15 daha az olarak ortaya çıkmaktadır. Alın birleştirilmelerinde (c), alın yüzeylerinin çok iyi bir ön hazırlama işlemine tabi tutulmuş olması gereklidir. En iyi şartlarda ana malzemenin % 60 ı kadar bir ayanıma ulaşmaktadır. İlave telle yapılan kaynak uygulamasında (d), sonuç ve işlemin yapılışı açısından her durumda önerilmez. İşle sonu saçlar kısmen kaynak edilmiş olmaktadırlar. Kaçık alın birleştirmeli dikişlerle (e), her ne kadar iyi dayanım değerlerine ulaşılırsa da ön hazırlama işlemlerinin fazlalığının maliyete yansıması nedeni ile her durumda başvurulmamaktadır. Şekil a dikiş biçimleri; a. bindirme dikiş, b. kısa bindirmeli dikiş, c. alın dikişi, d. tel ilaveli alın dikişi, e. çapraz alın dikişi, f. folie ilaveli alın dikişi. Folie ilaveli malzemesi ile yapılan alın dikişlerine ise yüksek dayanım ve iyi bir dış görünüm elde edilmektedir. Uygulamaya genellikle alaşımsız ve alaşımlı çeliklerin birleştirilmelerinde başvurulmaktadır. İşlemde alın alına getirilen ana malzemelerin iş kalınlıkta 23

35 olmaları ön şart olarak gerekli bulunmaktadır. Birleştirilmesi ön görülen saç kalınlıklarına bağlı uygun band kalınlıkları aşağıda verilmektedir. Saç Kalınlığı (mm) Folie Band Kalınlığı (mm) KABARTILI DİRENÇ KAYNAĞI Kabartılı direnç kaynağı, seri imalat yöntemi için ekonomik bir birleştirme yöntemidir. Uygulamadan yararlanılarak, çoğunlukla sac malzemelerin, tek işlemde iki veya daha çok noktasının birleştirilmesi gerçekleştirilebilmektedir. Yöntemde kaynak akımı, oluşturulan çıkıntılardan aktığından, kaynak belirli bir kısım olarak sınırlandırılmış olmaktadır. Şekil a Kabartıl kaynak işleminin esası. a. düz elektrot düzenlemeli, b. nokta sayısı kadar elektrot düzenlemeli, c. işlemin yapılışı, kaynaktan önce ve sonra Kaynak Değerleri Kabartılı kaynak uygulamasında verilen değerlerden kesin bir yargıya varılmaması gerekmektedir. Çalışma değerleri kabartılı biçimi, boyutları ve sayısına bağlı bulunmaktadır. Cetvel a Kabartılı Kaynak İçin Çalışma Değerleri Alaşımsız Çelikler Kabartı Boyutları (mm) Akım Kuvvet şiddeti s D H l (dan) Kaynak süresi (s) Kaynak noktası (mm) (A) 0,5 1,75 0,5 4, ,16 3,5 1,0 3,0 0,7 7, ,26 4,5 1,5 4,0 0,9 9, ,36 5,7 2,0 4,75 1,0 11, ,42 7,0 24

36 2,5 5,5 1,0 12, ,46 9,0 3,0 7,0 1,5 17, ,48 11,0 Paslanmaz Çelikler 0,5 1,75 0,5 4, ,16 3,5 1,0 3,0 0,7 7, ,26 4,5 1,5 4,0 0,9 9, ,36 5,7 2,0 4,75 1,0 11, ,42 7,0 2,5 5,5 1,0 12, ,46 9,0 3,0 7,0 1,5 17, ,48 11, Kabartılı Direnç Kaynağı İçin Kaynak Makinaları İşlem, bütün çıkıntıların aynı elektrot basıncı ile tutulması ve bunun elektrotun tek hareketi ile sağlanması esasına dayanmaktadır. Bu koşul, kullanılan kaynak makinasının dik baskı yüzeyinin tam çıkışması ile sağlanabilir. Bu nedenle kabartılı kaynak makinaları elektrot kolları yerine, büyük bir baskı yüzeyi ve buna basınç iletici elemanlar ile donatılmıştır. Kabartı yüksekliklerindeki küçük farklılıklar, piston ve basınç yüzeyi arasına yerleştirilmiş, bir ara parça ile dengelenmektedir. Şekil Kabartılı direnç kaynak makinası (kaynak presi) ALIN DİRENÇ KAYNAĞI Elektrik alın direnç kaynağında, kabartılı kaynakta olduğu gibi, parçanın toplam temas yüzeyinden akım geçirilerek bu kısım kaynak sıcaklığına getirilmektedir. Bu uygulamada, elektrot olarak tanımlanan elemanlar, parçaları tamamen veya kısmen kuşatmaktadır. Bu germe elemanlarının tipini, kaynak yapılacak parçanın şekli, büyüklüğü ve bileşimleri belirlemektedir. Bağlantı elemanları iş parçasının şişme doğrultusuna doğru hareketli olarak düzenlenmektedir. Bu elemanların işlevleri aşağıda belirtilmektedir. 25

37 1. Kaynak işlemi esnasında parçaları tam ölçülerinde tutmak, 2. Kaynak akımını parçalara iletmek, 3. Parçalara yığma (şişirme) kuvvetini iletmek Şekil a Elektrik alın direnç kaynağı esası Elektrik direnç alın kaynağı; kaynak dikişinin oluşum mekanizması bakımından, alın yığma kaynağı olarak iki kısımda incelenebilir Alın Yığma Kaynağı Bu uygulama pres alın kaynağı olarak da adlandırılmaktadır. Yöntem, basit geometrik kesitli, düşük C lu çeliklerin, 200 mm 2 ye kadar yüzeylerinin birleştirilmesinde uygulanmaktadır. Yöntemden Fe olmayan metallerin birleştirilmesinde de yararlanılmaktadır. İşlem, iş parçalarının alın yüzeylerinin temizlenmesi ve paralel konumda, alın alına sıkıştırılması ile başlamakta, relatif kontak noktalarının arttırılması aşamasından sonra, kaynak akımı devreye sokulmaktadır. Kontakt direnci ve kaynak akımının beraberce etkisinden, temas yüzeylerinde büyük bir ısı oluşmaktadır. Kaynak bölgesindeki sıcaklığın C a ulaşması sonrası, etki ettirilen yığma kuvveti ile birleştirme tamamlanmaktadır. 26

38 a. Alın yığma ve yakma direnç kaynağı sonu parça dış görünümleri. a. çeliğin alın yığma kaynağı ile birleştirilmesi b. Fe olmayan metalin alın yığma kaynağı ile birleştirilmesi c. Alın yakma kaynağında dış görünüm Alın Yakma Kaynağı Birleştirme uygulamalarında, alın yakma kaynağından, alın yığma kaynağına kıyasla daha fazla yararlanılmaktadır. Bu yöntemde çok büyük kesitlerin birleştirilmesine yatkın bulunmamaktadır. Bu yöntemin en önemli üstün yönü, birleştirilecek yüzeyler için özel bir hazırlama işlemine gerek bulunmaması ve yüzeyin her birim alanının kaynak edilebilme imkanının bulunmasıdır. Bu özellik nedeni ile, homojen ve dayanım güvenirliği yüksek birleştirmeler elde edilebilmektedir. Şekil a Alın yakma kaynağı ile birleştirilmiş parça örnekleri 1.boru-ince saç birleştirilmesi, 2.çelik çekme boru birleştirilmesi, 3.küçük tip bütan gazı imalı 27

39 Alın yakma kaynağı, direkt yakma kaynağı, soğuk yakma kaynağı olarakta adlandırılmaktadır ve ön ısıtmalı alın yakma kaynağı olarak farklı iki şekilde uygulanmaktadır. Soğuk alın yakma kaynağında, yakma ve yığma işlemleri bir arada yapılmaktadır. Bu özellik, özellikle relatif küçük kesit ve çevre uzunluklarına sahip yüzey birleştirilmelerinde uygun görülmektedir. Dönel ve benzer kesitler, çelikler, hafif metaller, prinç ve bronz gib alaşımlarda yaklaşık 300 mm 2 ye kadar kesitler, bu tür birleştirme için uygun görülmektedir. Daha büyük kesitlerin kaynağında, ön ısıtmalı alın yakma kaynağı uygulamasından yararlanılmaktadır. Bu tür uygulamada, parçalar yakma aşamasından önce, direnç esasından yararlanılarak bir ön tavlama işlemine tabi tutulmaktadırlar. Yeter derecede bir ön tavlama sonrası, parçalar elle kumandalı makinalarda basınç altında tutulmakta, bu aşamada yanma olayını da sağlayacak kaynak akımı defalarca devreye sokulmaktadır. Kesite bağlı olarak 0,5-1,0 s lik periyodlarda, bu işlem 5-20 kez tekrarlanmaktadır. 2.3 GAZ BASINCI KAYNAĞI Gaz basınç kaynağı diğer basınç kaynağı uygulamaları ile kıyaslandığında daha az tercih edildiği görülür. Bu uygulamada kaynak edilecek parçaların ısıtılması gereklidir. Fakat ısıtma işlemi bilindiği gibi diğer basınç kaynağı uygulamalarında farklı yollarla sağlanır ve parçada mahalli bir ısıtma yapıldıktan sonra basınç ile parçalar birleştirilir. Uygulanan basınç için daha önceden hazırlanmış hidrolik veya pnömatik germe düzenekleri vardır. Gaz basınç kaynağı uygulamasında parçaların birleştirilmeden önce kaynak yüzeyleri bir yanıcı gaz ve oksijen karışımıyla ısıtılır. Daha sonra parçalar uygulanan basınç vasıtasıyla birleştirilir. Gaz basınç kaynağı uygulaması kaynak endüstrisinde kullanım alanı yok denecek kadar az olan bir uygulamadır ELEKTRİK ARK BASINÇ KAYNAĞI 28

40 İşlemlerde kaynak ısısı, elektrik direnç veya elektrik ark esaslarına göre yada her i- kisinden de yararlanılarak üretilmektedir. Uygulamaya, şekil 2.4 de örnekleri görüldüğü gibi, saplama veya benzeri pim, vida, perçin gibi metalsel elemanların, metalsel saç veya parçalara birleştirilmelerinde başvurulmaktadır. Şekil 2.4 Saplama kaynağı ile birleştirilmeye uygun elemanlar ve birleştirilme örnekleri. Bu tür birleştirmelere taşıma kapları, kazan, taşıt, gemi, ziraat makinaları gibi yapımlarla, kimya, elektronik endüstri kollarında ve çelik konstrüksiyonların oluşturulmasında yaygın olarak rastlanmaktadır. Yöntem, özellikle buhar kazanları ve gemi yapımlarında, seri olarak yapılabilmesi ve çalışma kolaylıkları özelliklerinden kullanılmaya çok yatkın bulunmaktadır. İşlemin uygulamalarını, direnç ve ark esaslı olarak iki ana grupta incelemek mümkündür ELEKTRİK DİRENÇ SAPLAMA KAYNAĞI İşlem, özel biçimli bir kabartılı direnç kaynağı olarak ta tanımlanabilir. Uygulamada kabartı, seyrek olarak saç üzerine, genellikle saplama ucunda düzenlenmektedir. Kaynak için, saplama ve saç ön bir basınçla elektrodlar arasında sıkıştırılır. 29

41 Belirli bir akım süresi uygulanarak, son basınç periyodu ile işlem tamamlanır. Birleşme bölgesinde oluşturulan boğum büyüklüğünün ana etkeni, uygulanan basınç olmaktadır. Şekil a. Elektrik Direnç esaslı saplama kaynağı. Yöntem mm saplama çaplarına kadar uygulanabilirsede, pratikte genellikle 15 mm ye kadar çaplar için yöntemden yararlanılmaktadır. İşlemlerde, saplama / saç kalınlığı 3 / 1 oranın korunması ile sorunsuz birleştirmeler gerçekleştirilebilinmektedir. Kaynak için, hafif ve orta güçlü nokta direnç kaynak makinaları veya kaynak preslerinden yararlanılabilir. Basınç etkilendirilmesi, kısa kalın saplamalara elektrodlar arası bağlama ile uzun ince saplamalara ise özel germe düzenleri (eksantrik veya pnömatik) yardımı ile yapılmaktadır. Şekil b Saplama kaynağı kaynak bölgesi (kaynak boğumu) 30

42 Basınç ve akım iletici elemanlar olan elektrodların çapları, saplama çaplarından birkaç mm büyük tutulması gerekmektedir. Elektrodların malzemesi, CuCr, CuCrZr veya CuCoBe esaslı olarak seçilmektedir. İşlemler, N/mm 2 basınç ve A/mm 2 akım yoğunluğu aralıklarındaki koşullarda yarı, tam mekanik veya otomatik olarak gerçekleştirilmekte, birleştirilmenin dayanım özellikleri, kaynak bölgesinin biçimine, ön hazırlık şekline ve müsaade edilen boğum oluşumuna bağlı olarak çıkmaktadır ELEKTRİK ARK SAPLAMA KAYNAĞI Elektrik arkından kaynak ısısı olarak faydalanılarak gerçekleştirilen saplama kaynağında, arkın tutuşturulması, arkın uzunluğu ve devam süresi, saplamaya parça yönünde basınç iletilmesi gibi işlem içi olaylar, uygulamalara karakteristik özellikler kazandırmaktadır. Bunlardan özellikle arkın tutuşturulma çeşitleri, türev yöntemlerin adlandırılmasında da kullanılmaktadır Çekerek Ark Oluşturma Uygulama, Nelson ve Cyc-Arc yöntemi olarak da adlandırılmaktadır. Kaynak işlemi, kısa devre-arkı tutuşturma-saplama ucu ile parçada yüzeysel ergitmeye ulaşma akımı kesme-saplamaya basınç iletme aşamaları tamamlanmaktadır. İşlemin karakteristik bir elemanı olan, saplama ile parça arasındaki seramik bilezik, arkı yoğun duruma getirme, belirli oranda arkı koruma, sıvı kısmın katılaşması aşamasında da, bir nevi kalıp işlevlerini yerine getirmektedir. 31

43 a. Çekerek arkı oluşturma esaslı saplama kaynağı için gerekli donatım şeması. Yöntem, çelik saplamalar için 2.25 mm Ø, Al saplamalar için (koruyucu Ar gazı yardımı ile) 6-12 mm Ø larda doğru akım uygulanarak, I (A) 80. d sap. Ø (mm) t süre (s) = (0,02 0,04). d sap. Ø (mm) P yüzey 10 (N/mm 2 ) koşullarında gerçekleştirilmektedir. Saplama kaynağı için gerekli donatım, saplama tutuculu (kaynak tabancası) bir çekme düzeni (çekme magnetik-basma kam ile), kumanda cihazı (akım-süre-basınç ayarlama) ve doğru akım membaından (hafif düşen karakteristikli redresör veya jeneratör-boşta çalışma gerilimi V) oluşmaktadır. Uygulamalarda saplama çapına bağlı olarak, yarı mekanik sistemlerde 10 par/dak, tam mekanik sistemlerde 20 par/dak hızlara kadar ulaşılmaktadır. Sabit olarak düzenlenmiş otomatik sistemler ile ise, daha yüksek hızlarda birleştirmeler yapılabilmektedir. Kısa devre - çekerek arkı tutuşturma esaslı saplama kaynağı, genellikle alaşımsız çeliklerin birleştirilmesinde uygulanır. Asit, ısı ve ateşe dayanıklı paslanmaz çeliklerin kaynağında da bu yöntemden yararlanılmaktadır. Kaynak süresinin kısa oluşu, ana parçada yüzeysel bir ergime bölgesi oluşturmaktadır. Bu özellik, relatif ince saclara da, uygulanabilme olanağı doğurmaktadır Kaynak Kovanı İle Ark Oluşturma Uygulamada, saplama ile parça arasına yerleştirilen, özel biçimli bir halka yardımı ile ark oluşturulmaktadır. İşlem Philips yöntemi olarakta adlandırılmaktadır. Kaynak kovanı olarak adlandırılan bu ara eleman üzerinden hızla, yükselerek geçirilen akım, oluşturduğu direnç ısısı ile havayı iyonize etmekte, arkı tutuşturarak kararlı olmasını sağlamaktadır. Kovanın, kaynak süresini ayarlaması işlevinin dışında, saplamaya basınç uygulanması aşamasında, kaynak boğumunun biçimini vermesi yönünden de etkinliği bulunmaktadır. 32