KAYNAKLI BİRLEŞTİRME

Transkript

1 KAYNAKLI BİRLEŞTİRME Döküm parçaların üretimi tekniklerinde ilerlemelere rağmen istenen tasarım özelliklerini karşılayamadığı görülmektedir. Yapının gevrek ve dövme parçalarla karşılaştırıldığında mukavemetinin düşük olması kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Dövme parçaların şekillendirilmelerinde hassas hesaplar, ısı ve kuvvetin birarada bulunması ve genellikle küçük boyutlu parçaların üretimi yapılmasından dolayı tasarımın her aşamasında yeterli olamamaktadır. Seri üretim, ekonomiklik ve verimlilik gibi faktörleri düşünerek tasarımlarda aynı veya farklı metallerin birleştirilmesi ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Günümüze kadar birleştirme yöntemleri; cıvatalama, perçinleme, lehimleme ve kaynak olarak gelişmiştir. Bugün asıl sorun birleştirmenin nasıl yapılacağı değil, en iyi birleştirme yönteminin nasıl seçileceğidir. Her yöntemin kendine has özelliklerine dikkat edilerek seçim yapılmalıdır. Mukavemet, üretim kolaylığı, maliyet, ömür, korozyon dayanımı ve görünüm gibi faktörler göreceli olarak önemli olabilir.

2 YUMUŞAK LEHİMLEME, SERT LEHİMLEME VE YAPIŞTIRMA Sızdırmazlık istenen durumlarda ise, yumuşak lehimleme, sert lehimleme ve yapıştırma uygulanır. a) Yumuşak Lehimleme: Üst üste bindirilen saclar arasındaki küçük aralık, lehim olarak bilinen düşük ergime sıcaklığına (Tm) sahip kurşun kalay alaşımıyla doldurulur. Tm 450 C bir ilave metalin ergitildiği ve birleştirilecek parçaların temas yüzeyleri arasına kapiler etkiyle dağıldığı birleştirme yöntemi. Esas metaller erimez, ancak ilave metal, metalürjik bağ oluşturmak üzere esas metali ıslatır ve birleşir. İlave metal yumuşak lehim olarak adlandırılır. Yumuşak lehimlemenin detayları sert lehimleme ile aynıdır ve aynı ısıtma yöntemlerinin çoğu kullanılır. Çoğu elektrik ve elektronik işlemlerle yakından ilgilidir (tellerin yumuşak lehimlenmesi). Şekil Yumuşak lehimlemede dayanımı arttırmak için mekanik kilitleme: (a) düz kilit dikiş; (b) cıvatalı veya perçinli bağlantı; (c) bakır boru birleştirme silindirik bindirme bağlantı; (d) silindirik bindirme bağlantının çentiklenmesi (şekillendirilmesi)

3

4 b) Sert Lehimleme: Bir ilave metalin ergitildiği ve birleştirilecek parçaların temas eden yüzeyleri arasında kapiler etkiyle dağıldığı birleştirme yöntemidir. Esas metaller erimez. Sadece dolgu metalleri erir. Dolgu metalinin Tm si 450 C den yüksek ancak birleştirilecek esas metal(ler)in Tm sinden düşüktür. Sert lehimleme Uygulamaları: Otomotiv (örn., boruların ve tesisatların birleştirilmesi) Elektrik ekipmanlar (örn., tel ve kabloların birleştirilmesi) Kesici takımlar (örn., semente edilmiş karbür insert ve kesici uçların sert lehimlenmesi) Mücevher yapımı Kimyasal işlem endüstrisi, boru tesisatları ve ısıtma işlemi yapanlar, metal boru ve tesisatları sert lehimleme ile birleştirirler Tamir ve bakım işleri Sert Lehimlemenin Kaynağa Kıyasla Üstünlükleri Farklı metaller dahil, herhangi bir metal birleştirilebilir. Yüksek imalat hızlarına izin veren, çabuk ve aynı özelliklere sahip şekilde gerçekleştirilebilir. Çoklu bağlantılar aynı anda sert lehimlenebilir. Genel olarak ergitme kaynağına göre daha düşük ısı ve güç gerekir. Bağlantıya bitişik esas metaldeki ITAB daki problemler daha azdır. Kapiler etki ergimiş metali bağlantının içine çektiğinden, çoğu kaynak yöntemiyle ulaşılamayan bağlantı bölgeleri sert lehimlenebilir.

5 c) Yapıştırma: İki (ya da daha fazla) yakın yerleştirilmiş parçayı yüzey birleştiricisi ile bir arada tutmak için bir ilave malzemenin kullanıldığı birleştirme yöntemidir. Metal, plastik, seramik, ahşap, kağıt ve mukavva gibi aynı veya farklı malzemeleri birleştirmek için geniş bir birleştirme veya sızdırmazlık uygulamalarında kullanılır. Avantajları nedeniyle uygulamalarda geniş bir alana yayılmaktadır. Yapıştırıcı = İlave malzeme, metal dışı, genellikle bir polimerdir. Yapışan = Birleştirilen parçalar Yapısal yapıştırıcı mühendislikte en büyük ilgiye sahip, kuvvetli, rijit yapışanlar arasında güçlü, kalıcı bağlantılar yapma kabiliyetine sahiptir. Yapıştırıcı Türleri Doğal yapıştırıcılar reçine, nişasta, şeker, soya tuzu, kola gibi doğal kaynaklardan elde edilirler. Düşük-gerilmeli uygulamalar: Mukavva kartonları, döşeme, kitap ciltleri veya geniş yüzeyler: kontrplak İnorganik esas olarak sodyum silikat ve magnezyum oksiklorüre dayanır. Düşük maliyetli, düşük dayanımlı Sentetik (yapay) yapıştırıcılar değişik termoplastik ve termoset polimerler

6 Tanımlar: Kaynak, malzemelerin ısı ve/veya basınç yardımıyla ilave malzeme kullanarak veya kullanmadan birleştirilmesidir. Kaynak tekniği, gerçekte bir grup birleştirme yönteminin genel adıdır. Kaynaklı bağlantıların çoğu, bağlantı yerinin her iki tarafındaki esas malzemeyi ergiterek yapılır. Ergimiş metal iki eleman arasında bir sıvı banyosu şeklinde toplanır. Banyo katılaştığı zaman, bağlantının iki elemanı arasında yük taşıyabilen metalik bir köprü oluşur. Teknik literatürün yaptığı birçok ve farklı kaynak tanımları arasından en belirgin olanı, süreklilik kavramından bahseden tanımdır. Bu tanıma göre kaynak, daha sonra görülecek yöntemler kullanılarak, birleştirilecek parçalar arasında bir süreklilik oluşturma işlemidir. Bütün metaller dahil olmak üzere plastikler için de geçerli olan bu tanım, söz konusu metaller arasında metalik devamlılığı sağlamak olduğunda bütün metaller ve alaşımlara uygulanabilmektedir. Kaynak tekniği son 100 yılda büyük bir gelişme göstermiştir. İlk kaynak işlemi olarak, demirci kaynağı gösterilebilir. (Bu işlemde kaynatılacak iki parça tav fırınında ısıtılır. Tav rengi kızıl hale gelince basınç kullanılarak katı durumda iken iki parça birleştirilir).

7 Günümüzün kaynak tekniğinde, Elektrik Direnç Kaynağı, Örtülü Elektrotla Kaynak, Tozaltı Kaynağı, Elektro-Cüruf Kaynağı, Koruyucu Gaz Kaynağı genel kaynak yöntemleri olarak kabul edilir. Soğuk Pres Kaynağı, Elektron Işın Kaynağı ve Lazer Kaynağı gibi yöntemler ise özel uygulama alanlarına bağlı yöntemler olarak tanımlanmaktadır. Makroskopik düzeyde, metalik devamlılık birleştirilen parçaların arasındaki bütün metal olmayan maddelerin ortadan kalkması demektir. Bu yönden kaynak, perçin, cıvata ve yapıştırma ile sağlanan bağlantılardan farklıdır. Böyle bir devamlılık birleşme alanı boyunca kimyasal yapıda homojenliği sağlamayabilir. Bir kaynak dikişi, hem homojen (Örnek: Aynı cins kapak pasosuyla yapılan yumuşak çelik dikişi), hem de heterojen (Örnek: Bakır-metal kapak pasosuyla yapılan dökme çelik dikişi) olabilir. Kaynak işleminin istenmeyen bir sonucu olarak, birleşme bölgesinde bir heterojenlik gözlenebilir (örnek: Çeliklerin kaynağında dekarbürizasyonun bir sonucu olarak). Kaynak, çoğu kez metal olan iki malzemenin, sıcaklık, basınç ve metalürjik koşulların uygun bir bileşimi sayesinde kalıcı şekilde birleştirilmesidir. Bu değişkenler, basınç olmadan sadece yüksek sıcaklık, sıcaklık olmadan sadece basınç arasında değerler alabilir. Yüksek kaliteli bir kaynaklı birleşim oluşturmak için: Yeterli ısı ve/veya basınç kaynağı Metalin korunma veya temizlenmesi için bir ortam ve Zararlı metalürjik etkilerden kaçınmak gerekir.

8 Şekil 1. Metal yüzeyinin gerçek durumu Kaynak, uygulandığı malzeme türüne göre; metal kaynağı plastik malzeme kaynağı olarak gruplandırılabilir. Ancak genel olarak kaynak, işlemin fiziksel prensibine göre; Ergitme kaynağı ve Basınç kaynağı olarak sınıflandırılır. Ergitme kaynağı birleştirme, birleştirilecek iki parçanın, bazen bağlantıya ilave metal ekleyerek eritilmesiyle gerçekleştirilir. Örnekler: ark kaynağı, direnç nokta kaynağı, oksi-yanıcı gaz kaynağı. Basınç kaynağı (Katı hal kaynağı) birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve/veya basınç kullanılır; ancak esas metallerde ergime olmaz ve ilave metal kullanılmaz. - Örnekler: dövme (demirci) kaynağı, difüzyon kaynağı, sürtünme kaynağı. Şekil 2 ve 3'de bu şekilde sınıflandırılan kaynak yöntemleri toplu halde gösterilmiştir.

9 Şekil 2. Ergitme Kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması

10 Şekil 3. Basınç kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması

11 KAYNAK KABİLİYETİ Kaynaklı yapı elemanlarının imalat amacı, mümkün olan en düşük maliyette imal edilmesi, fonksiyonunu tam olarak yerine getirmesi ve işletmede uzun süreli kullanılmasıdır. Metalik malzemeden bir yapı elemanın kaynak prosesinde, belirli bir kaynak yönteminin kullanılarak imalatında, maddelerin kaynakla birleştirilmesi söz konusudur. Burada kaynak bölgesinin yerel özelliklerinin ve birleştirilen parçaların tüm konstrüksiyona etkilerinin, önceden belirlenmiş koşulları sağlaması gerekir. Kaynak kabiliyeti; Malzeme, Konstrüksiyon, İmalat gibi üç temel faktöre aynı ağırlıkla bağlıdır. Kaynak kabiliyeti ile bu temel faktörler arasında, aşağıdaki üç özellik yer alır: - Malzemelerin kaynağa uygunluğu - Konstrüksiyonun kaynak emniyeti ve - İmalatın kaynak yapılabilirliği. Bir kaynaklı imalat, belirli malzemelerden oluşturulmuş bir konstrüksiyon halinde, önceden tespit edilmiş imalat şartları altında, kolayca imal edilebiliyorsa, kaynak yapılabilirliğe sahip demektir. Tablo 1 de yukarıda sayılan faktörler bir arada verilmiştir.

12 Tablo 1. Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler. Malzeme (kaynağa uygunluk) Konstrüksiyon (kaynak emniyeti) İmalat (kaynak yapılabilirlik) Kimyasal bileşim Metalürjik özellikler Fiziksel özellikler Konstrüktif şekillendirme Gerilme durumu Kaynağa hazırlık Kaynağın uygulanması Kaynaktan sonraki işlemler Sertleşme Eğilimi Yaşlanma Gevrek kırılma Sıcak çatlama Kaynak metali karışım oranı Segregasyon Katışkılar Tane büyüklüğü İçyapı Anizotropi Genleşme özelliği Isıl iletkenlik Ergime sıcaklığı Mukavemet Tokluk Kuvvet hatlarının akışı Dikişlerin konumu Parça kalınlığı Çentik etkisi Rijitlik farklılıkları Gerilmelerin türü ve şiddeti Gerilmelerin eksen sayısı Zorlanma hızı Sıcaklık Korozyon Kaynak yöntemi İlave malzemenin türü Birleştirme türü Ağız biçimi Ön tavlama İklim koşulları Isı girdisi Isının uygulanışı Kaynak sırası Isıl işlem Taşlama Dekapaj, temizleme

13 Bu özelliklerin herbiri, kendi içinde malzemeye, konstrüksiyona ve imalata bağlı olmasına rağmen ağırlıkları birbirinden farklıdır. Bir malzeme, eğer belirli bir konstrüksiyon ve imalat şeklindeki özellikleri, kendisinden beklenen her talebe uygun bir kaynak kalitesine ulaşabiliyorsa, o malzeme kaynağa uygun demektir. Bir konstrüksiyon, eğer belirli malzeme ve imalat yöntemleri ile oluşturulduktan sonra, önceden tespit edilmiş işletme şartları altında kendisinden beklenen fonksiyonları yerine getirebiliyorsa, kaynak emniyetine sahip demektir. Kaynak işleminde yeterli bir kalitenin sağlanması, özellikle aşağıdaki nedenlerle güçtür: - Kaynak işlemi, üretim sürecinde optimize edilmiş malzeme yapısına sürekli olarak müdahale edilmesi demektir; çünkü termik olarak sınırlı içyapı dönüşümü, atmosferden gaz kapma, birleştirme yüzeyindeki katışkılar nedeniyle, malzemenin mekanik özellikleri değişir. - Kaynak işlemleri, günümüzde hâlâ çoğunlukla elle veya ancak kısmen mekanize şekilde uygulanmaktadır. Bu nedenle mamullerin kalitesi, diğer bir imalat yönteminde olmadığı kadar insana ve tekrarlanabilir performans açısından insanın yeteneklerine bağlıdır. - Kaynaklı birleştirmelerin kalitesinin değerlendirilmesi sınırlıdır. Özellikle ergitme kaynağıyla birleştirilmiş kalın levhalarda, ayrıca içköşe ve bindirme dikişlerde mevcut muayene yöntemleri, güvenilir kalite değerlendirmesi açısından yeterli bilgi vermez.