Elektrik Arkı Nedir? Ark Kaynağı (Arc Welding=AW)

Transkript

1 KAYNAK YÖNTEMLERİ Ark Kaynağı Direnç Kaynağı Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı Diğer Eritme Kaynak Yöntemleri Katı Hal Kaynağı Kaynak Kalitesi Kaynak Kabiliyeti Kaynaklı İmalatta Tasarım Kaynak Yöntemlerinin İki Temel Kategorisi Eritme kaynağı birleştirme, birleştirilecek iki parçanın, bazen bağlantıya ilave metal ekleyerek eritilmesiyle gerçekleştirilir Örnekler: ark kaynağı, direnç nokta kaynağı, oksiyanıcı gaz kaynağı Katı hal kaynağı birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve/veya basınç kullanılır; ancak esas metallerde erime olmaz ve ilave metal kullanılmaz Örnekler: dövme (demirci) kaynağı, difüzyon kaynağı, sürtünme kaynağı 1 2 Elektrik Arkı Nedir? Ark Kaynağı (Arc Welding=AW) Elektrik arkı = bir devredeki aralıktan geçen elektrik akım deşarjı Metallerin birleştirilmesinin, bir elektrod ile parça arasındaki elektrik arkının ısısı ile oluşturulduğu bir eritme kaynak yöntemi Akımın aktığı bir iyonize gaz demeti (plazma) tarafından sürdürülür Arkın ürettiği elektrik enerjisi, herhangi bir metali eritmeye yeterli sıcaklıklar oluşturur ~ 5500 C Çoğu ark kaynak yöntemlerinde kaynaklı bağlantının hacmini ve dayanımını arttırmak için dolgu (ilave) metal eklenir Bazı temel yöntemler, arkla kesmede de kullanılmaktadır 3 Ark kaynağında arkı başlatmak için, elektrod parça ile temas haline getirilir ve hemen ayrılarak kısa bir mesafede tutulur 4

2 Ark Kaynağı Elektrod ucunun yakınında bir erimiş metal banyosu oluşturulur Elektrod bağlantı boyunca ilerlerken, erimiş metal kendi kanalında katılaşır Elektrod İLERLEME YÖNÜ Parça Ark Erimiş kaynak banyosu Parça kıskacı İlave metal (bazen) Elektrod pensi Katılaşmış kaynak banyosu Elektrod kablosu AC veya DC akım üreteci Kaynak makinası Parça kablosu Elle Ark Kaynağı ve Ark Süresi Elle kaynakta problemler: Kaynak bağlantı kalitesi Üretkenlik Ark Süresi = (Ark süresi) nin (çalışma saati) ne oranı Diğer adı ark-on time Tipik değerler: Elle kaynak ark süresi = % 20 Makinayla kaynakta arttırılmış ark süresi ~ % 50 Şekil Bir ark kaynak yönteminin temel konfigürasyonu ve elektrik devresi 5 6 Ark Kaynak Elektrodlarının İki Temel Türü Eriyen kaynak sırasında tüketilen Ark kaynağında ilave metalin menbaı Erimeyen kaynak işlemi sırasında tüketilmeyen Herhangi bir ilave metalin ayrıca eklenmesi gerekir Eriyen Elektrodlar Eriyen elektrodların biçimi (Örtülü elektrod olarak da bilinen) Kaynak çubukları, 22,5 mm den 45 mm ye kadar uzunlukta ve 9,5 mm veya daha küçük çaplıdır ve periyodik olarak değiştirilmeleri gerekir Kaynak telleri, sık sık kesintilerden kaçınmak üzere, uzun tel boylarına sahip makaralardan sürekli olarak beslenebilir Hem tel hem de çubuk formundaki elektrod, ark içinde tüketilir ve ilave metal olarak kaynağa eklenir 7 8

3 Erimeyen Elektrodlar Arkın Korunması Erimeye dirençli Tungsten den yapılır Kaynak sırasında yavaş yavaş tükenir (buharlaşma temel mekanizmadır) Ayrıca tel şeklindeki bir ilave metalin, kaynak banyosuna sürekli olarak beslenmesi gerekir Ark kaynağındaki yüksek sıcaklıklarda, metaller havadaki oksijen, azot ve hidrojene karşı kimyasal olarak reaktifdir Bağlantının mekanik özellikleri, bu tür reaksiyonlar sonucu ciddi şekilde bozulabilir İşlemi korumak için, tüm ark kaynak yöntemlerinde arkın çevresindeki havadan korunması gerekir Argon, Helyum ve CO 2 gibi koruyucu gazlar Dekapan 9 10 Dekapan Değişik Dekapan Uygulama Yöntemleri Kaynak sırasında oksitlerin ve diğer kirliliklerin oluşumunu engelleyen veya bunları çözerek uzaklaştıran bir madde Kaynak için koruyucu atmosfer oluşturur Arkı kararlı hale getirir Sıçramayı azaltır Toz halindeki dekapanın kaynak işlemine beslenmesi Kaynak sırasında işlem bölgesini örtmek üzere eriyen dekapan maddesiyle kaplanmış çubuk elektrodlar (örtülü çubuk elektrodlar) Dekapanın öz halinde içine doldurulduğu ve elektrod erirken açığa çıkan tüp şeklindeki elektrodlar (özlü elektrodlar) 11 12

4 Ark Kaynağındaki Akım Üreteçleri Doğru akım (DC) veya Alternatif akım (AC) AC makinaları satın alma ve işletme bakımından daha ucuzdur ancak genellikle demir esaslı metallerle sınırlıdır DC ekipman tüm metallerde kullanılabilir ve genel olarak ark kontrolü için daha avantajlıdır Eriyen Elektrodları Kullanan Ark Kaynak Yöntemleri Elektrik ark kaynağı (SMAW) Gazaltı ark kaynağı (GMAW-GTAW) Özlü telle ark kaynağı (FCAW) Elektrogaz kaynağı (EGW) Tozaltı ark kaynağı (SAW) Transformatör (AC) Redresör (DC) Jeneratör (DC) Elektrik Ark Kaynağı (Shielded Metal Arc Welding = SMAW) Dekapan ve koruma sağlayan kimyasallarla kaplı bir ilave metal çubuktan oluşan bir eriyen elektrod kullanır Bazen Örtülü elektrod kaynağı olarak da adlandırılır Güç üreteci, bağlantı kabloları ve elektrod pensi birkaç bin YTL ye elde edilebilir Şekil Bir (insan) kaynakçı tarafından uygulanan örtülü çubuk elektrodla elektrik ark kaynağı 15 16

5 Elektrik Ark Kaynağında Çubuk Elektrod İLERLEME YÖNÜ Elektrod örtüsünden koruyucu gaz Esas metal Eriyen elektrod Elektrod örtüsü Curuf Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali İlave metalin bileşimi genellikle esas metale yakındır Örtü, bir silikat bağlayıcıyla bir arada tutulan, oksit, karbonat ve diğer katkılarla karıştırılmış toz halindeki selülozdan oluşur. Kaynak çubuğu, akım üretecine bağlı elektrod pensi tarafından sıkıştırılır Örtülü çubuk elektrodla kaynağın zayıflıkları: Çubukların periyodik olarak değiştirilmesi gerekir Yüksek akım seviyeleri, örtünün erken erimesine neden olabilir Şekil Elektrik ark kaynağı (Shielded Metal Arc Welding=SMAW) TS 563- EN 499 a göre Örtülü Elektrodlar Örtülü Çubuk Elektrod Seçimi 19 20

6 Kaynak Parametrelerinin Etkileri Elektrik Ark Kaynağının Uygulamaları Çelikler, paslanmaz çelikler, dökme demirler ve bazı belirli demirdışı alaşımlarda kullanılır Alüminyum ve alaşımlarında, bakır alaşımlarında ve titanyumda hiç veya nadiren kullanılır Eriyen Elektrodla Gazaltı Ark Kaynağı (MIG/MAG Kaynağı) (Gas Metal Arc Welding = GMAW) Elektrod olarak çıplak bir eriyen metal tel kullanır ve ark, dış bir koruyucu gazla korunur Tel, bir makaradan kaynak tabancasına (torch) sürekli ve otomatik olarak beslenir Koruyucu gazlar, alüminyum için Argon ve Helyum gibi soy gazlardan (MIG), çelik kaynağı için CO 2 gibi aktif gazlardan (MAG) oluşur Koruyucu gaz ve çıplak tel elektrod, kaynak banyosu üzerindeki curuf örtüsünün oluşmamasını sağlar curufun elle taşlanmasına veya temizlenmesine ihtiyaç duyulmaz MIG/MAG Kaynak Donanımı Tel makarası (Çelik tellerin dışı bakır kaplıdır) Tel besleme motoru Hortum paketi Koruyucu gaz Akım üreteci Şasi kablosu Parça Torç Tel Elektrod Ark 23 24

7 Tel elektrod Nozul Koruyucu gaz Makaradan besleme Esas metal Koruyucu gaz İLERLEME YÖNÜ Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Şekil Eriyen elektrodla gazaltı ark kaynağı (MIG/MAG kaynağı) (Gas Metal Arc Welding = GMAW)) MIG/MAG Kaynağının Elektrik Ark Kaynağına Göre Üstünlükleri Sürekli tel elektrod sayesinde daha iyi ark süresi Elektrik ark kaynağında (EAK) çubukların periyodik olarak değiştirilmesi gerekir EAK na göre ilave tel elektrodun daha iyi kullanımı EAK nda çubuk elektrodun koçan kısmı kullanılamaz Yüksek yığma hızları Curuf uzaklaştırma problemi ortadan kalkar Kolayca otomatikleştirilebilir Özlü Telle Ark Kaynağı (Flux-Cored Arc Welding = FCAW) Şekil 31.5 MIG/MAG kaynağı için kaynak torcu Çubuk elektrodun sınırlamalarının üstesinden gelmek için örtülü çubuk elektrodla ark kaynağının geliştirilmiş hali Elektrod, özünde dekapan ve diğer katkı maddeleri (örn. Deoksidanlar ve alaşım elementleri) içeren sürekli bir eriyen tüptür İki türü: Kendinden gaz korumalı FCAW Öz, koruyucu gaz içeren bileşenleri de barındırır İlave gaz korumalı FCAW Dış bir koruyucu gaz uygulanır 27 28

8 Özlü tel elektrod Dekapan öz İLERLEME YÖNÜ Koruyucu gaz (opsiyonel) Makaradan besleme Ark Esas metal Koruyucu gaz Nozul (opsiyonel) Kılavuz boru (kontak boru Curuf Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Şekil Özlü telle ark kaynağı. Dışarıdan sağlanan koruyucu gazın varlığı veya yokluğu, iki tür oluşturur: (1) koruyucu gaz bileşenleri sağladığı kendinden gaz korumalı, ve (2) dış koruyucu gazların kullanıldığı ilave gaz korumalı Elektrogaz Kaynağı (Electrogas Welding = EGW) Ya özlü tel elektrod ya da ilave koruyucu gazlı çıplak tel olabilen bir sürekli eriyen elektrod ve erimiş metali tutan kalıplama pabuçlarını kullanır Özlü tel elektrod kullanıldığı zaman ve dışarıdan gaz beslenmediği zaman, özlü tel elektrodla ark kaynağının özel bir türü haline gelir Dış bir menbadan koruyucu gazlı çıplak tel elektrod kullanıldığında ise, MIG/MAG kaynağının özel bir türü haline gelir Özlü tel elektrod besleme Tozaltı Ark Kaynağı (Submerged Arc Welding = SAW) Hareketli kaynak kafası (yukarı) Hareketli pabuç (her iki tarafta) Arkı koruyan toz haldeki bir dekapan ile sürekli, eriyen çıplak tel elektrod kullanır Esas parça Erimiş curuf Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Soğutucu su girişi Su çıkışı Tel elektrod bir makaradan otomatik olarak beslenir Bir huniden yerçekimi etkisiyle arkın önüne yavaşça beslenen toz dekapan, sıçramaları, kıvılcımları ve radyasyonu önleyecek şekilde arkı tamamen örter Şekil Özlü tel elektrod kullanan elektrogaz kaynağı: (a) görünüşü basitleştirmek için kalıplama pabucu çizilmemiş önden görünüş, ve (b) Her iki tarafta kalıplama pabuçları gösterilen yan görünüş 31 32

9 Huniden toz dekapan İLERLEME YÖNÜ Esas metal Erimiş toz dekapan Eriyen elektrod Toz dekapan örtüsü Erimiş kaynak metali Toz dekapanı geri kazanmak için vakum sistemi Curuf (katılaşmış toz) Katılaşmış kaynak metali Tozaltı Ark Kaynağı Uygulamaları Yapısal çelik profillerin imalatı (Örn. I-profiller) Büyük çaplı boruların, depolama tanklarının ve basınçlı kapların dikişleri Ağır makine imalatı için kaynaklı parçalar Çoğu çelikler (Yüksek C-çelikleri hariç) Demirdışı metallere uygun değildir Şekil Tozaltı ark kaynağı (Submerged Arc Welding SAW) Erimeyen Elektrod Kullanılan Ark Kaynak Yöntemleri Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı (Gas Tungsten Arc Welding = GTAW) Plazma Ark Kaynağı (Plasma Arc Welding = PAW) Karbon Ark Kaynağı (Carbon Arc Welding = CAW) Saplama Kaynağı (Stud Welding = SW) TIG Kaynağı (Gas Tungsten Arc Welding = GTAW) Erimeyen bir Tungsten elektrod ve arkın korunması için bir soy (inert) gaz kullanır Tungsten in erime sıcaklığı = 3410 C Avrupa da, "WIG kaynağı" olarak da adlandırılır Bir ilave metal de kullanılabilir Kullanıldığında, ilave metal çubuk veya tel halinde kaynak banyosuna ayrıca beslenir Uygulamaları: alüminyum ve paslanmaz çelik en yaygınıdır 35 36

10 TIG Kaynağının Uygulanması Tungsten elektrod (erimeyen) İLERLEME YÖNÜ Koruyucu gaz Gaz nozulu Koruyucu gaz Elektrodun ucu Katılaşmış kaynak metali Esas metal Erimiş kaynak metali Şekil TIG kaynağı 37 Elektrodun tutuluşunun önden ve yandan görünüşü Kaynağın yapılışı sırasında torcun tutuluşu 38 TIG Kaynağının Uygulamasına Örnek TIG Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: Uygun uygulamalar için yüksek kaliteli kaynaklar İlave metal ark ı oluşturmadığından sıçrama oluşmaz Curuf olmadığından kaynaktan sonra temizleme gerekmez veya çok az gerekir Eksiklikleri: Eriyen elektrod kullanan ark kaynaklarına göre genellikle daha yavaş ve daha pahalıdır Uzay mekiğinin kaynakla imal edilen dış yakıt tankları alüminyum alaşımından oluşturulan bu tankların imalinde hem TIG hem de plazma ark kaynağı kullanılmaktadır

11 Plazma Ark Kaynağı (Plasma Arc Welding = PAW) Tungsten elektrod Plazma gazı Sınırlanmış bir plazma arkının kaynak bölgesine yönlendirildiği, TIG kaynağının özel bir şekli Tungsten elektrod, yüksek hızlı bir inert gaz (Argon) demetinin, yoğun sıcak bir ark demeti oluşturmak üzere ark bölgesine odaklandığı bir nozul içinde kullanılır PAW içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu sınırlanmış ark sayesinde 28,000 C ye ulaşır Koruyucu gaz İLERLEME YÖNÜ Koruyucu gaz Plazma demeti Katılaşmış kaynak metali Esas metal Erimiş kaynak metali Şekil Plazma ark kaynağı PAW Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: İyi ark kararlılığı Ark kaynağına göre daha iyi nüfuziyet kontrolu Yüksek ilerleme (kaynak) hızları Mükemmel dikiş kalitesi Hemen tüm metallerin kaynağında kullanılabilir Eksiklikleri: Yüksek ekipman maliyeti Diğer ark kaynak yöntemlerine göre daha büyük torç boyutu bazı bağlantı konfigürasyonlarına ulaşmayı zorlaştırma eğilimi taşır Diğer Ark Kaynak ve İlgili Yöntemler Karbon ark kaynağı erimeyen bir karbon (grafit) elektrodun kullanıldığı yöntem Saplama kaynağı saplama veya benzer çubukların esas metale birleştirildiği yöntem 43 44

12 Saplama Ark Kaynağı (Stud Welding = SW) Direnç Kaynağı (Resistance Welding = RW) Saplama Seramik halka Birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve basıncı birlikte kullanan bir eritme kaynak yöntem grubu Isı, kaynak yapılacak bağlantıda elektrik akımının geçişine gösterilen dirençle üretilir Temel RW yöntemi = direnç nokta kaynağı (RSW) Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Şekil Saplama ark kaynağı (SW): (a) saplama yerleştirilir; (b) akım tabancadan akar ve saplama, ark ve erimiş banyo oluşturmak üzere çekilir; (c) saplama erimiş banyo içine daldırılır, ve (d) katılaşma tamamlandıktan sonra seramik halka uzaklaştırılır Kuvvet Direnç Nokta Kaynağındaki Bileşenler Akım Kuvvet Elektrod Kaynak çekirdeği Saç metal parçalar Elektrod Kaynak yapılacak parçalar (genellikle saç metal) Karşılıklı iki elektrod Parçaları elektrodlar arasında sıkıştırmak için basınç uygulama aparatları Belirli bir süre için kontrollü bir akım uygulayabilen güç üreteci Şekil Direnç kaynağı grubunun en yaygın uygulaması olan nokta kaynağındaki bileşenleri gösteren direnç kaynağı 47 48

13 Direnç Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: İlave metal gerekmez Yüksek üretim hızlarına erişilebilir Mekanizasyonu ve otomasyonu kolaydır Operatör beceri seviyesi, ark kaynağına oranla daha düşüktür İyi tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik Eksiklikleri: Yüksek ilk ekipman maliyeti Çoğu direnç kaynağı için bindirme bağlantılarla sınırlı Direnç Nokta Kaynağı (Resistance Spot Welding = RSW) Bir bindirme bağlantıda temas eden yüzeylerin eritildiği direnç kaynak yöntemi, karşılıklı elektrodların yerleştirilmesiyle sağlanır Bir seri nokta kaynağı kullanarak saç metallerin birleştirilmesinde kullanılır Saç metalden imal edilen otomobil, ev aletleri ve diğer ürünlerin seri imalatında yaygın şekilde kullanılır Tipik bir araç gövdesinde ~ 5,000 nokta kaynağı vardır Tüm dünyada yıllık otomobil üretiminde on milyonlarca nokta kaynağı yapılmaktadır Elektrod Akım Erimiş metal Kaynak çekirdeği Üst kol Elektrodlar Kuvvet Mafsal kolunu harekete geçirmek için pnömatik silindir Kuvvet, Akım Nokta kaynak çevrimi Akım Operatör ayak pedalı Alt kol Atölyeden sağlanan basınçlı hava Şekil (a) Nokta kaynak çevrimi, (b) Sıkıştırma kuvveti ve çevrimdeki akımın grafiği (1) elektrodlar arasına yerleştirilen parçalar, (2) elektrodların kapatılması, kuvvetin uygulanması, (3) akımın akışı, (4) akımın durdurulması, (5) elektrodların açılması, kaynaklı parçanın çıkarılması 51 Şekil Mafsal kollu nokta kaynak makinası 52

14 Direnç Kaynağında Kaynak Hataları Direnç Dikiş Kaynağı (Resistance Seam Welding = RSEW) Bir bindirme bağlantı boyunca bir seri üstüste binmiş nokta kaynakları üretmek üzere dönen disk elektrodlar kullanır RSEW sızdırmaz bağlantılar üretebilir Uygulamaları: Yakıt depoları Egzoz susturucuları Diğer değişik saç metal kaplar a) Şönt (kaçak) akım; b) Saç kalınlığının değişmesi; c) Saçların aralık kalması; d) Elektrodların aşınması; e) Saç kenarında kaynak Saç metal parçalar Disk elektrod Disklerin arasından geçen parçalar Saç metal parçalar Disk elektrod Üstüste binmiş kaynak çekirdekleri Disk elektrod Şekil Direnç dikiş kaynağı (RSEW) Şekil Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri: (a) üstüste binmiş noktalardan oluşan, geleneksel direnç dikiş kaynağı 55 56

15 Tek tek kaynak çekirdekleri Sürekli kaynak dikişi Şekil Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri: (b) disk elektrodla nokta kaynağı Şekil Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri: (c) sürekli direnç dikişi Direnç Kabartı (Projeksiyon) Kaynağı (Resistance Projection Welding = RPW) Elektrod Kuvvet Birleşmenin, parçalar üzerindeki bir veya birkaç küçük temas noktasında oluştuğu bir direnç kaynak yöntemi Birleştirilecek parçaların tasarımıyla belirlenen temas noktaları, kabartılardan, çıkıntılardan veya parçaların yerel arakesitlerinden oluşabilir Saç-metal parçalar Kabartı (Projeksiyon) Kaynak çekirdeği Şekil Direnç kabartı kaynağı (RPW): (1) işlemin başlangıcında, parçalar arasındaki temas kabartılardadır; ve (2) akım uygulandığında, kabartılarda, nokta kaynağındakine benzer kaynak çekirdekleri oluşur 59 60

16 Çapraz-tel Kaynağı Yakma Alın Kaynağı (Flash Welding) Teller Üstten görünüş Kaynak çekirdeği Normal olarak alın bağlantılar için kullanılan bir yöntem. Birleştirilecek iki yüzey, temas veya yakın hale getirilir ve yüzeyleri erime sıcaklığına çıkaracak ısıyı üretmek için elektrik akımı uygulanır; daha sonra kaynağı oluşturmak üzere yüzeyler birbirine bastırılır. Ark A-A Kesiti Şekil (b) çapraz-tel kaynağı 61 Şekil Yakma alın kaynağı: (a) elektrik direnciyle ısıtma; ve (b) yığma parçaların birbirine bastırılması. 62 Yüksek Frekans Direnç Kaynağı (High Frequency Resistance Welding) Yüksek frekanslı bir alternatif akımın, ısıtma için kullanıldığı ve hemen ardından birleştirmeyi sağlamak için bir yığma kuvvetinin uygulandığı bir direnç kaynak yöntemi Kontaklar Akım Sıkıştırma ruloları Yüksek frekans sargıları Akım Sıkıştırma ruloları Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı (Oxy-Fuel Gas Welding = OFW) Oksijenle karıştırılmış değişik yanıcı gazları yakan eritme kaynak yöntemleri OFW, bu grubun üyeleri arasında temel farkı oluşturan değişik gaz türlerini kullanır Oksi-yanıcı gaz, ayrıca metal levhaları ve diğer parçaları kesmek ve ayırmak için alevle kesme işleminde de kullanılır En önemli OFW yöntemi oksi-asetilen kaynağıdır Borunun ilerleyişi Şekil Dikişli boruların kaynağı (a) yüksek frekans direnç kaynağı; ve (b) yüksek frekans indüksiyon kaynağı 63 64

17 Oksi-asetilen Kaynağı (Oxy-Acetylene Welding - OAW) Oksi-Asetilen Kaynak Üfleci Asetilen ve oksijenin yanmasıyla elde edilen yüksek sıcaklıkta bir alevle yapılan eritme kaynağı Alev bir üfleç ile yönlendirilir Bazen ilave metal kullanılır Bileşimi esas metale benzemelidir İlave çubuk, yüzeyleri temizlemek ve oksitlenmeyi önlemek için çoğunlukla dekapanla kaplıdır İLERLEME YÖNÜ İlave çubuk Esas metal C 2 H 2 +O 2 karışımı Kaynak üflecinin ucu (bek) Alev Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Asetilen (C 2 H 2 ) OFW grubu içinde, diğerlerine oranla en yüksek sıcaklıkları oluşturma kapasitesi nedeniyle en yaygın yanıcı gaz C ye kadar Asetilen ve oksijenin iki kademeli kimyasal reaksiyonu: Birinci kademe reaksiyonu (iç alev konisi): C 2 H 2 + O 2 --> 2CO + H 2 + Isı Şekil Tipik bir oksi-asetilen kaynak işlemi (OAW) İkinci kademe reaksiyonu (dış zarf): 2CO + H O 2 --> 2CO 2 + H 2 O + Isı 67 68

18 Maksimum sıcaklığa, iç koninin ucunda ulaşılır Dış zarf parça yüzeyine yayılır ve kaynak bölgesini, çevreleyen atmosferden korumak üzere örter Dış zarf, 1260 C Alevin Kimyasal Karakteri Oksi-asetilen alevinde karışım oranlarını değiştirerek üç tür kimyasal karakter elde edilebilir Oksitleyici (oksijeni fazla) alev İç koni, 3480 C Asetilen tüyü, 2090 C Nötr (normal) alev Şekil Ulaşılan sıcaklıkları gösteren, bir oksi-asetilen üflecinden nötr alev Redükleyici (asetileni fazla) alev Oksi-Asetilen Kaynağında Kaynak Tekniği OAW de Güvenlik Konuları Karışım halindeyken asetilen ve oksijen yüksek derecede yanıcıdır C 2 H 2 renksiz ve kokusuzdur Bu nedenle karakteristik bir sarımsak kokusu katılır Sola kaynak tekniği İnce saçların kaynağı Sağa kaynak tekniği Kalın saçların kaynağı 71 72

19 OAW de Güvenlik Konuları - devam C 2 H 2,1 atm nin üzerindeki basınçlarda fiziksel olarak kararsızdır Depolama tüpleri, aseton (CH 3 COCH 3 ) emdirilmiş (asbest gibi) gözenekli maddeyle doludur Aseton, asetilenin kendi hacminin 25 katını çözer C 2 H 2 ve O 2 tüpleri ve hortumları üzerinde, hatalı gaz bağlantılarından kaçınmak için farklı yönlerde kapanan dişler bulunur Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı için Alternatif Gazlar Metilasetilen-Propadien (MAPP) Hidrojen Propilen Propan Doğal Gaz Gaz Basınç Kaynağı Diğer Eritme Kaynak Yöntemleri Üfleç Gaz türüne göre uygulama şekliyle ayrılan bir OFW yöntemi (a) Karışımı Yüzeylerin alevle ısıtılması Çene Yığma kuvveti Üfleç geri çekilir Şekil Gaz basınç kaynağının bir uygulaması: (a) iki parçanın ısıtılması; ve (b) kaynağı oluşturmak üzere basıncın uygulanması (b) Yığma kuvveti Ark, direnç veya oksi-yanıcı gaz kaynağı olarak sınıflandırılamayan eritme kaynak yöntemleri Eritme için ısıyı üretecek farklı teknolojiler kullanır Uygulamaları da tipik olarak farklıdır Yöntemler arasında: Elektron ışın kaynağı Lazer ışın kaynağı Elektrocuruf kaynağı Termit kaynağı 75 76

20 Elektron Işın Kaynağı (EBW) Elektron Işın Kaynak Donanımı Kaynak için gerekli ısının, parça yüzeyine yüksek hassasiyette odaklanmış ve yönlenmiş yüksek yoğunlukta elektron demeti ile sağlandığı eritme kaynak yöntemi Elektron ışın tabancalarının işletimi: Elektronları ivmelendirmek için yüksek gerilim (örn., tipik olarak 10 ila 150 kv tipik) Işın akımları düşüktür (miliamper olarak ölçülür) Kontrol ünitesi Gözlem penceresi Yüksek gerilim ünitesi Parça Elektron ışını Vakum kamarası EBW de güç değil güç yoğunluğu fazladır Vakum pompası EBW Vakum Kamarası İlk geliştirildiğinde, EBW elektron ışınının hava moleküllerince saptırılmasını en aza indirmek için vakum ortamında oluşturulması gerekmekteydi Üretimde ciddi uygunsuzluklar Vakum işlemi 1 saat e kadar sürebilir EBW de Üç Vakum Seviyesi Yüksek-vakum kaynağı (EBW-HV) kaynak, ışının üretildiği aynı vakum kamarasında yapılır En yüksek kalitede kaynak, en yüksek derinlik/genişlik oranı Orta-vakum kaynağı (EBW-MV) kaynak, kısmi vakumlu ayrı bir kamarada yapılır Vakum işlem süresi kısaltılmıştır Vakumsuz kaynak (EBW-NV) Parça elektron ışın jeneratörüne yakın konumlandırılarak, kaynak işlemi atmosferik basınçta veya yakın değerde yapılır Parçayı ışın jeneratöründen ayırmak için Vakum Bölücüsü gerekir 79 80

21 EBW Üstünlükleri ve Eksiklikleri Üstünlükleri: Yüksek kalitede dikişler, derin ve/veya dar profiller Sınırlı ITAB, düşük ısıl distorsiyon Yüksek kaynak hızları Dekapan veya koruyucu gaz gerekmez Eksiklikleri: Yüksek ekipman maliyeti Hassas ağız hazırlığı ve hizalama gerekir Vakum kamarası gerekir Güvenlik konusu: EBW x-ışınları üretir Lazer Işın Kaynağı (LBW) Birleştirmenin, bağlantı üzerine odaklanmış, yüksak yoğunlukta ve koheran ışık ışını ile sağlandığı eritme kaynak yöntemi Laser = "light amplification by stimulated emission of radiation" LBW normal olarak, oksitlenmeyi önlemek için koruyucu gaz altında yapılır Genellikle ilave metal kullanılmaz Küçük alanda yüksek güç yoğunluğu sayesinde LBW genellikle küçük parçalara uygulanır Lazer Işını Kaynak Donanımı Karşılaştırma: LBW ile EBW Rezonatör Yansıtıcı ayna LBW için vakum kamarası gerekmez LBW de x-ışınları yayınmaz Koruyucu gaz tüpü Lazer ışını Parça Odak layıcı mercek Lazer ışınları, optik mercek ve aynalarla odaklanabilir ve yönlendirilebilir LBW, EBW nin derin kaynaklarını ve yüksek derinlik/genişlik oranlarını oluşturamaz Maksimum LBW derinliği = ~ 19 mm, oysa EBW derinliği = 50 mm 83 84

22 Elektrocuruf Kaynağı Termit Kaynağı (TW) Tel elektrod besleme Birleşme için gerekli ısının, termit in kimyasal reaksiyonundan sağlanan aşırı ısımış erimiş metalle üretildiği eritme kaynak yöntemi Esas parça Hareketli kaynak kafası (yukarı) Erimiş curuf Erimiş kaynak metali Katılaşmış kaynak metali Hareketli pabuç (her iki tarafta) Soğutucu su girişi Su çıkışı Şekil Elektrocuruf kaynağı: (a) görünüşü basitleştirmek için kalıplama pabucu çizilmemiş önden görünüş, ve (b) Her iki tarafta kalıplama pabuçları gösterilen yan görünüş 85 Termit = Tutuşturulduğunda egzotermik bir reaksiyon oluşturan, Al ve ince Fe 3 O 4 tozlarının karışımı Yangın bombalarında da kullanılmaktadır İlave metal, sıvı metalden elde edilir Yöntem birleştirme için kullanılır; ancak kaynağa göre döküm işleminde daha yaygındır 86 Termit reaksiyonundan aşırı sıcak çelik Curuf Pota Tapa aparatı Curuf Termit Kaynağı nın (TW) Uygulamaları Demiryolu raylarının birleştirilmesi Kalıp Kaynak Büyük çelik döküm ve dövme parçalardaki çatlakların tamiri Dikiş yüzeyi, sonradan işlemeyi gerektirmeyecek derecede pürüzsüzdür Şekil Termit kaynağı: (1) Termit in tutuşturulması; (2) potanın dökülmesi, aşırı ısınmış metal kalıba akar; (3) metal, kaynaklı bağlantıyı oluşturmak üzere katılaşır 87 88

23 Katı Hal Kaynağı (Solid State Welding) Parça yüzeylerinin birleştirilmesi için: Sadece basınç, veya Isı ve basınç Eğer hem ısı hem de basınç kullanılıyorsa, tek başına ısı parça yüzeylerini eritmeye yeterli değildir Bazı SSW yöntemleri için, zaman da bir faktördür İlave metal kullanılmaz Her bir SSW yöntemi, temas yüzeylerinde bağ oluşturmak için kendi özgün yöntemine sahiptir Katı Hal Kaynak Yöntemlerinde Başarı Faktörleri Başarılı bir katı hal kaynağı için temel faktörler, iki yüzeyin Çok temiz Atomsal bağa izin verecek derecede çok yakın fiziksel temas halinde olması gerekir Katı Hal Kaynak Yöntemlerinin Eritme Kaynak Yöntemlerine göre Üstünlükleri Eğer erime olmazsa, ITAB da oluşmaz; böylece bağlantı çevresindeki metal başlangıçtaki özelliklerini sürdürür Çoğu katı hal kaynak yöntemi, ayrı noktalar veya dikişler şeklinde değil, temas eden arayüzeyin tamamını birleştiren kaynaklı bağlantılar oluşturur Bazıları, izafi erime sıcaklıklarını ve eritme kaynağında ortaya çıkan diğer problemleri göz önüne almadan farklı metalleri birleştirmek için kullanılır Katı Hal Kaynak Yöntemleri Dövme kaynağı Soğuk kaynak Haddeleme kaynağı Sıcak basınç kaynağı Difüzyon kaynağı Patlamalı kaynak Sürtünme kaynağı Ultrasonik kaynak 91 92

24 Dövme Kaynağı (Forge Welding = FW) Birleştirilecek kısımlarının sıcak dövme işlem sıcaklığına kadar ısıtıldığı ve daha sonra çekiç veya benzer aletlerle birbirine dövüldüğü kaynak yöntemi İmalat teknolojisinin gelişiminde tarihsel öneme sahip İşlemin geçmişi, demircilerin iki metal parçayı kaynak yapmayı öğrendiği M.Ö e kadar dayanır Günümüzde bazı türleri hariç ticari önemi yoktur Soğuk Kaynak (Cold Welding = CW) Temiz temas yüzeyleri arasına oda sıcaklığında yüksek basınç uygulayarak yapılan katı hal kaynak yöntemi Temizleme, birleştirmeden hemen önce genellikle yağ giderme veya fırçalama ile yapılır Isı uygulanmaz; ancak deformasyon, parça sıcaklığını yükseltir Metallerin en azından biri, tercihan da ikisi birden çok sünek olmalıdır Yumuşak alüminyum ve bakır, soğuk kaynağa uygundur Uygulamalar: elektriksel bağlantıların yapımı Haddeleme Kaynağı (Roll Welding = ROW) Haddeleme Kaynağı Birleşmeye yeterli basıncın, dış ısı ile veya olmadan, merdaneler aracılığıyla uygulandığı katı hal kaynak yöntemi Parçaların işlemden önce ısıtılıp ısıtılmadığına bağlı olarak, dövme veya soğuk kaynağın özel bir hali Eğer dış ısı yoksa, soğuk haddeleme kaynağı Eğer ısı uygulanıyorsa, sıcak haddeleme kaynağı Kaynak yapılacak parçalar Merdane Dikiş Şekil Haddeleme Kaynağı (ROW) Kaynaklı parçalar 95 96

25 Haddeleme Kaynağının Uygulamaları Korozyon direnci için paslanmaz çeliğin alaşımsız veya düşük alaşımlı çelik üzerine giydirilmesi Sıcaklık ölçümü için Bimetallic şeritler U.S. Darphanesi için"sandviç" metal paralar Difüzyon Kaynağı (Diffusion Welding = DFW) Genellikle kontrollü bir atmosferde, difüzyon ve birleşimin oluşmasına yeterli süre ısı ve basınç kullanan katı hal kaynak yöntemi Sıcaklıklar 0.5 T m Yüzeylerdeki plastik deformasyon minimumdur Birincil birleşme mekanizması katı hal difüzyonudur Sınırlamalar: difüzyon için gereken süre, birkaç saniyeden birkaç saate kadar uzayabilir Difüzyon Kaynağının Uygulamaları Uzay ve nükleer endüstrilerde yüksek dayanımlı ve refrakter metallerin birleştirilmesi Benzer ve farklı metallerin birleştirilmesinde kullanılabilir Farklı metallerin birleştirilmesi için, esas metallere difüzyonu arttırmak için, aralarına farklı bir metalden dolgu tabakası yerleştirilebilir Patlamalı Kaynak (Explosive Welding = EXW) Yüksek hızlı patlamanın iki metal yüzeyi hızla birleştirilmesini sağladığı katı hal kaynak yöntemi İlave metal kullanılmaz Dış ısı uygulanmaz Difüzyon oluşmaz zaman çok kısadır Metaller arasındaki bağ, dalgalı bir arayüzeyle sonuçlanan mekanik kilitlenmeyle beraber metalurjiktir

26 Ateşleyici Aralık Patlamalı Kaynak Çoğu kez iki farklı metalin birleştirilmesinde, özellikle de büyük yüzeyler halinde bir metalin diğerinin üzerine kaplanmasında kullanılır Patlayıcı Tampon Kaplanan tabaka Altlık Örs Dikiş Patlama Kaplanan tabaka Alt tabaka Yüzey filmlerinin fışkırması Şekil Patlamalı kaynak (EXW): (1) paralel konfigürasyon halinde yerleştirme, ve (2) patlayıcının patlaması sırasındaki durum 101 Sürtünme Kaynağı (Friction Welding = FRW) Birleşmenin, basınçla birlikte sürtünme ısısıyla oluşturulduğu katı hal kaynak yöntemi Uygun yapıldığında, temas yüzeylerinde erime oluşmaz Normal olarak ilave metal, dekapan veya koruyucu gaz kullanılmaz İşlem dar bir ITAB oluşturur Farklı metallerin birleştirilmesinde kullanılabilir Ticari işlemlerde geniş çapta kullanılır; otomasyona ve seri üretime uygundur 102 Dönen kavrama Kuvvet uygulanırken dönme durdurulur Dönmeyen kavrama Eksenel hareket edebilir Oluşan dikiş Eksenel kuvvet uygulanır Sürtünme oluşturmak üzere parçalar temas ettirilir Şekil Sürtünme kaynağı (FRW): (1) dönen parça, temas yok; (2) sürtünme ısısı üretmek üzere parçalar temas haline getirilir; (3) dönme durdurulur ve eksenel basınç uygulanır; ve (4) kaynak oluşturulur Sürtünme Kaynağının İki Türü 1. Sürekli tahrikli sürtünme kaynağı Parçalardan biri, sabit parçaya doğru, ara yüzeyde sürtünme ısısı oluşturmak üzere sabit dev/dak da döndürülür Uygun ısıl işlem sıcaklığında dönme durdurulur ve parçalar birbirine bastırılır 2. Atalet sürtünme kaynağı Dönen parça, önceden saptanmış bir hızda dönen bir volana bağlıdır Volan tahrik sisteminden ayrılır ve parçalar birbirine bastırılır