www.teknolojikarastirmalar.org ISSN:1304-4141 Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi 2006 (2) 51-61 TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR Teknik Not Adnan ÇALIK Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, ISPARTA ÖZET Kaynaklı imalat yöntemi ile malzemelerin birleştirilmesi endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Kaynaklı imalat tekniğinin hem uygulama kolaylığı hem de ekonomik olması bakımından kullanımı hızla artmaktadır. Uygulamada malzeme özelliklerinin değişmesi ile kullanılan klasik kaynak (Elektrik ark kaynağı, Oksi-gaz kaynağı, Gazaltı ark kaynakları) yöntemleri ile ürün kalitesini tam olarak sağlamak zordur. İmalat kalitesinin geliştirilmesinde ve hassas birleştirmenin gerekli olduğu yerlerde yüksek enerji yoğunluklu kaynak yöntemleri kullanılmaktadır. Bu yöntemlerden en yaygın olarak kullanılanı Elektron ışın kaynağı ve uygulamalarıdır. Bu çalışmada, Elektron ışın kaynağı uygulama örnekleri ile birlikte açıklanmıştır. Anahtar kelimeler: Elektron Işın Kaynağı, Kaynak Ekipmanları, Elektron Işın Kaynak Uygulamaları 1. GİRİŞ Kaynaklı birleştirmelerde kullanılan yöntemin seçiminde, ekonomiklik, kalite, otomasyon ve zamandan tasarruf sağlayacak olmasının zorunluluğu vardır. Özellikle kaynaklı birleştirme için gerekli olan teknolojik özellikler (statik ve dinamik mukavemet, şekil değiştirme kabiliyeti, korozyona dayanıklılık), ön tavlama, ara tavlama ve son tavlama şartlarının yanı sıra şekil ve boyut gibi konstrüktif büzülmeler, kendini çekmeler, çarpılmalar ve kaynak yerine ulaşma gibi şartların yerine getirilmesi gerekir. Bununla birlikte yöntemin uygulama tekniği bakımından yatırım maliyeti, işletme ve sarf malzeme giderleri, enerji ve bakım giderleri, ilave metal seçimi ve kullanımının uygunluğu gibi özelliklere sahip olması istenir. Yüksek yoğunluklu ve güçlü elektron ışın kaynak yöntemini sayesinde yukarıda istenen özellikleri sağlamak mümkün olmaktadır. Endüstriyel uygulamada ise hemen hemen her türlü malzemenin birleştirilmesinde yaygın olarak kullanılmasını sağlamaktadır. 2. ELEKTRON IŞIN KAYNAĞI (EIK) Elektron ışın kaynağı (EIK), ileri teknolojili bir kaynak yöntemi olup, 1950 lerin sonunda bütün dünyada kullanılmaya başlamış ve ilk kullanımları özellikle nükleer endüstrisiyle birlikte havacılık sanayinde olmuştur. Bu yöntemle gerçekleştirilen kaynaklı bağlantılar yüksek kalite ve güvenilirlik sağlamıştır. Aynı zamanda üretim maliyetlerini de giderek azaltmış olmakla birlikte tüm sanayi parçalarının birleştirilmesinde de yaygın olarak kullanıla gelmektedir(kearns, 1984). Elektron ışın kaynağı yüksek vakum altında ivmelendirilmiş ve yoğunlaştırılmış elektron ışınları elektron tabancasından çok yüksek hızla yönlendirilen elektronların kinetik enerjilerinden yararlanılan bir ergitme esaslı kaynak yöntemidir. Burada manyetik ve elektrostatik odaklayıcı mercekler, tarafından büzülen
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 51-61 elektron akışı, kuvvetli bir elektriksel alan içinde katottan anoda doğru çok yüksek hızla gider, iş parçasına çarptıklarında sahip oldukları kinetik enerjiyi burada ısı enerjisi olarak terk eder. Enerjinin tamamen lokalize olmasından dolayı, çok yüksek sıcaklıklara erişilerek kaynak yerini ergiterek kaynağın oluşmasını sağlar. Şekil 2.1 de Elektron ışın kaynak makinesinin fotoğrafı verilmiştir. 2.1. Elektron Işın Kaynağının Mekanizması Şekil 2.1. Elektron ışın kaynak makinesinin fotoğrafı EIK ile kaynakta gerekli ısı elektron ışınlarından sağlanmaktadır. Elektron ışının ve ısının oluşumunu aşağıdaki fiziksel prensiplerle ortaya çıkmaktadır. Elektron ışını, bir ışın kaynağından yaklaşık aynı hızla aynı doğrultuda hareket eden elektronların akımıdır. Bir elektronun fiziksel, kimyasal özellikleri aşağıdaki şekildedir. e=1.602x10-19 C (coulomb) negatif şarj taşıyan bir elementer taneciktir. Elektronun kütlesi (Me) : 9.109x10-31 kg, Elektronun yarıçapı (r e ) : 2.82x10-15 m Elektronun şarj/ kütle oranı (e/m e ) : 1.759x10 11 C/kg.dır (Oğuz, 1990). Bir atomdaki elektron sayısı, her maddenin cinsine bağlı olup Mendeleyev periyodik cetvelindeki atomik sayısına eşittir. Bir atom, ortasında (çekirdeğinde), (+) yüklü proton ile yüksüz nötron ve bunların çevresinde belirli yörüngeler de bulunan ( ) yüklü elektronlardan oluşur. Maddenin en küçük elementler taneciği olan elektron, yeterli bir enerji uygulanarak serbest halde yani metalin yüzeyinden kopmuş halde (durumda) kolaylıkla elde edilebilir. Serbest elektronlar elektriksel veya manyetik alanlar tarafından harekete geçirilirler. Elektronlar, bilinen bütün elementler şarjlı (yüklü) taneciklerin en alçak(düşük) hareketsiz kütlesine sahip olduklarından çok yüksek bir ivme kazanırlar. Dolayısıyla bunlara belli bir enerji verilince elektronların maddenin (metalin) içine nüfus edebilecekleri görülmüştür. Bir malzemenin içine dalmış bir elektronun bir çok dağılmaya uğrayıp atomik çekirdek ve kafes elektronlarıyla çarpışması sonucu enerjisini birden (aniden) değil tedrici olarak kaybettiğini göstermiştir. Bu itibarla malzemeye giren elektronda hem hızında hem de hareket yönünde değişme olur. Enerjinin büyük bir bölümü serbest yolun sonunda şarj olur. Yani bir elektron durana kadar içinden geçebileceği malzeme kalınlığının sonunda harcanır. Böylece de iş parçasının yüzeyden ısı ithaliyle de kaynak 52
Çalık, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 51-61 sıcaklığına yükseltildiği mutat olarak kullanılan klasik kaynak yöntemlerinin aksine, elektronik ısıtma malzemenin kendi içinde meydana gelir. Nüfus eden elektronlar enerjilerini tedricen kaybettiklerinden, ısının çoğu yüzeyden belli bir derinlikte terk edilerek kaybolur. Elektronların manyetik ve elektrostatik gerilimini yardımıyla kazandıkları kinetik enerji, mv E kin = e U 2 v 2 = kinetik enerji (joule) (2.1) formülü ile hesaplanır. Burada, U= Elektrik gerilimi (V), v= hız (m/sn), m v = elektronun kütlesi (kg) dir. Oluşan kinetik enerji parçaya çarptığında; X ışını yayınımına, ısı radyasyonuna ve ikincil elektronlara dönüşür. Dağılmış ve ikincil elektronlar üç gruba ayrılabilir. 1. Elektrik olarak dağılmış, çarpan elektronlarınkine eşit enerjili elektronlar. 2. Elektriki olmayan şekilde dağılmış ve belli bir kayıpla çarpan elektronlardan daha az enerjiye sahip elektronlar. 3. En son, ikincil elektronlar ki bunların enerjisi 50 kv a ulaşmaz (Karadeniz, 1990). Ortalama olarak, dağılmış elektronların enerjisi, birincil elektronların yaklaşık %70 dir. Dağılmış elektronların çarpanlara oranı β ise, elektron ışını tarafından elektronlara kaybedilen (aktarılan) enerji; E kay = 0.7xβ olur. β nın değeri 0.1 0.45 arasında olup kimyasal elementin atomik sayısına göre değişir. Şekil 2.2 de gösterilen yoğunlaştırılmış elektron ışının parça kesit alanındaki ışının dağılımını göstermektedir. U 3 2 r 1. Vakum ortamında ışının dağılımı (nüfuziyeti) 2. Atmosferik ortamdaki ışının dağılımı 3. Aşırı dengeye getirilmiş ışının dağılımı 1 Şekil 2.2. Elektron ışının parça kesitindeki dağılımı (Madenov ve Sabchevski, 2001) 2.2. Elektron Işın Kaynak Makineleri Endüstride kullanılan elektron ışın kaynak makineleri genel olarak ikiye ayrılmaktadır. Birincisi vakumlu elektron ışın kaynak makineleri ikincisi de vakumsuz EIK makineleridir. 2.2.1. Vakumlu Elektron Işın Kaynak Makineleri Bu kaynak makineleri kendi aralarında düşük voltajlı ve yüksek voltajlı elektron ışın kaynak makineleri olarak sınıflandırılmaktadır. Düşük voltajlı tezgahlar 15000 30000 volt, yüksek voltajlı makineler ise 70000 150000 voltluk gerilimde çalışan makinelerdir. Yüksek voltajlı EIK makinelerinde daha iyi 53
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 51-61 odaklama ve daha derin nüfuziyet sağlanır. Vakum ortamının derecesinin ölçümü Torr basınç ölçümüyle belirlenmektedir (Sciheller; Haising ve Panzer,1982). Yaklaşık 1 Torr, 1 mmhg basıncına eşittir. Vakumlu EIK makinelerinin iki farklı vakum tipi uygulanmaktadır. 1. İş parçası ortamının 10-6 ile 10-3 Torr arasında değiştiği yüksek vakumlu kaynak işlemi. 2. İşparçası ortamının yumuşak veya kısmi vakum içinde olduğu 10-6 ile 10-3 Torr arasında değiştiği orta vakumlu EIK dır. 2.2.2. Vakumsuz Elektron Işın Kaynak Makineleri İş parçasının normal atmosfer basınç altında hava veya koruyucu gaz altında olduğu aynı zamanda atmosferik EIK kaynağı olarak da adlandırılan vakumsuz elektron ışın (EIK) makineleridir. Tüm EIK uygulamalarında elektron tabancasının bulunduğu bölge 10-4 Torr yada daha düşük bir basınçta tutulur. 2.3. Elektron Işın Kaynak Makinelerinin Çalışma Prensipleri Genel olarak elektron ışını; katot (filament), yönlendirme kabı ve anottan oluşur. Sıcak katot yüksek yayınımlı malzemelerden (tungsten veya tantalyum) yapılır. Bu yüksek yayınımlı malzemeler; tel, şerit veya levha formunda olup arzu edildiği şekillerde üretilir. Bunların elektron yayması için 2500 o C nin üzerine doğrudan veya dolaylı olarak ısıtılacak şekilde tasarlanabilme özelliğine sahip olabilmeleri gereklidir. Katodun yüzeyinden yayılan elektronlar yüksek bir hızla ivmelenirler, katot, yönlendirme kabı ve anodun oluşturduğu tabanca sisteminden çıkan elektronlar, elektrostatik alan vasıtasıyla düzenlenmiş ışın haline getirilir. Böylece topraklanmış anot düzlemindeki küçük bir delikten akan elektron kümesi (akımı) elde edilir. Katot ile yönlendirme kabı arasındaki negatif potansiyel farkın değişimi ile elektron akışı kolaylıkla değiştirilebilir. Yani kapalı, açık/kapalı, veya farklı seviyelerde aşağı/yukarı, eğimli olarak değiştirilebilir. Anottan çıkan elektronlar, tabancaya uygulanan çalışma voltajı ise maksimum enerji seviyelerine ulaşırlar. Daha sonra elektronlar, elektron ışını düzeltme sisteminden geçerler. Burada manyetik mercekler vasıtasıyla elektron ışının çapı düşürülür ve iş parçasının kaynak yapılacak yerine çok ince ve küçük çaplı bir ışın odaklanmış (merkezlenmiş) olur. Küçültülmüş ışın çapı ile enerji yoğunluğu artar ve iş parçası üzerine gönderilidir. Elektromanyetik saptırma bobinleri vasıtasıyla, elektron ışınlarına esneklik kazandırılır. Böylece ışın istenildiği şekilde yönlendirilir. Şekil 2.3 de elektron ışın kaynağının ana elemanlarını göstermektedir. Elektron tabanca sistemi genellikle 1x10-4 Torr (1.3332x10-7 bar) vakum altında çalıştırılır (Başaran, 1998, Metabower, Bakish, Casey, Flynn, Knaus ve Povers, 1983). Vakum sistemi altında tabancanın çalışması, tabanca sisteminin temiz kalmasına, flamentin oksitlenmesinin önlenmesine ve farklı voltajlarda elektrotlar arasında kısa devre olmasına engel olur. Hem tabanca sistemini hem de kaynak yapılan bölgenin vakum altında olması istenir. Kaynak bölgesinin vakum altında olmasıyla elektron ışının dağılması engellenmiş olur. Çünkü (aksi takdirde) ortamda kalan hava molekülleri ile çarpışan elektronlar, ışının dağılmasına neden olur ve böylece ışının yoğunluğu azalır. Genellikle elektron ışın tabancaları 30 ile 200 kv arasında değişen gerilimler arasında çalıştırılır ve uygulanan akım 0.5 ile 150 ma arasındadır. 54
Çalık, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 51-61 Şekil 2.3. Elektron ışın kaynak makinesinin elamanları 2.4. Elektron Işın Kaynak İşlemi İçin Yapılan Hazırlıklar 1. Sağlığı ve çalışma şartlarını bozan maddeler kaynağı kötüleştirir. Dolayısıyla bu maddelerden kaçınılmalıdır. 2. Kaynak yapılacak olan parça her türlü kir, toz ve yağdan arındırılır. 3. İş parçası üzerinde temizleme maddesi veya atığı kalmamalıdır. 4. Birleşmeler minimum aralıkta yapılmalıdır. Aralık 0.07 mm yi kesinlikle geçmemelidir. 5. Işının iş parçasının kaynak yapılacak yerine odaklanmasında çok düşük güçte ışın kullanılmamalıdır. 6. Kaynak ile ilgili parametreler, makineye ait Yeni Bir Parçanın Elektron Işın Kaynak Makinesine Hazırlanması süreci ile belirlenmelidir. Bu sürece göre; a- Birleştirilecek malzemenin kimyasal bileşimi belirlenir. b- Malzemenin kalınlığı belirlenir. 55
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 51-61 c- Parçanın sert vakum mu yoksa yumuşak vakum makinesinde mi kaynak edileceği belirlenir. Eğer bir yumuşak vakum makinesinde çalışılacak ise çalışma odasındaki basıncın değeri belirlenmelidir. Vakum ne kadar doğru seçilirse karşılaşılan problemlerde o kadar az olur. d- Kaynak edilecek malzeme kalınlığına ve enerji girişine göre, kaynak hızı seçilerek, yaklaşık olarak gerekli güç bulunur. Şekil 2.4 de bu tablo değerleri gösterilmektedir. Şekil 2.4. Yüksek vakumda elektron ışın kaynağında çeşitli malzemeler için kalınlığa göre seçilen enerji, güç ve hız değişimi (AWS Welding Handbook, 1991). e- 12.5 mm den kalın parçalar, için grafik kullanılacaktır. Şekil 2.5 deki grafiğin ilk düşey ekseni, enerji (kj/inç) değerlerini göstermektedir. Bu genel bir kaynak terimi olup aşağıdaki 2.2 formülü ile hesaplanır. ma kv 60 = ipm 1000 kj inc (2.2) f- Tabanca ile parça arasındaki uzaklık belirlenir. Eğer parçanın şeklinden ileri gelen bir zorluk yoksa 150 mm lik mesafe uygundur. Bu değer artarsa problemler çıkar. Örneğin güç yoğunluğu azalır, bombardıman değişimi büyür, ark etkisine hassasiyet artar, osiloskoptaki görüntü zayıflar ve kaynak parametrelerinin değişimine daha zor uyum sağlanır. g- Günümüz teknolojisine göre yapılacak kaynağın hızı bazı kısıtlayıcı etkenler altındadır. Örneğin 3 mm kalınlığındaki çeliğin kaynak hızı 6350 mm/dak civarındadır. 50 mm kalınlığındaki çelikte ise 255-510 mm/dak olacaktır. Yüksek hızlarda ortaya çıkan problem, ergimiş metalin boşluğu uygun şekilde dolduramamasıdır. Kaynak hızı çok yüksek seçildiği takdirde kaynakta oluşabilen diğer hatalar; çatlamalar, porozite, kök porozite, yüzey 56
Çalık, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 51-61 boncuklanması, alt kesilme ve arkadan emme vb. gibidir. Malzeme kalınlığı azaldıkça daha hızlı kaynak yapılabilir. h- Odak ayarı yapılır bunun için tabanca ile parça arasına bir bakır blok yerleştirilir. Gönderilen elektron ışın demeti tek bir noktada en küçük şekilde odaklanıncaya kadar ayar yapılır. Bu ayar gerçek odak ayarı olmakla birlikte iyi bir başlangıç ayarıdır. 6 mm den ince malzemelerde odak, parçanın üst yüzeyine ayarlanır. Kaynak biraz geniş olur, fakat üst ve alt yüzeydeki dikiş daha düzgünleşir. Daha kalın malzemelerde optimum kaynak için odak parçanın yüzeyinin altına odaklanır. Örneğin çelikler de 60 mm lik nüfuziyet elde etmek için odak yüzeyden yaklaşık 50 mm nin altında olmalıdır. Zirkonyum, Tantal ve Titanyum gibi refrakter metallerin kaynağında odak malzemenin arka tarafında olmalı ve hız yüksek seçilmelidir. Şekil 2.5 de çeşitli odak ayar yerleri görülmektedir. Şekil 2.5. Elektron ışın kaynağında odak noktasının değişimine göre kaynak dikiş profillerinin değişimi (Kearns, 1991). i- Sonuçta bakır üzerinde yapılan kaba odak ayarından sonra istenen neticeyi almak için birkaç deneme dikişi yapılarak kontrol edilmelidir. j- Vakum seviyesinin kaynak dikişi üzerindeki etkisi büyüktür. Vakum ne kadar yüksekse kaynak o kadar geniş olur. Bu yüzden, vakum yüksek olunca, belli bir nüfuziyet için gücüde artırmak gerekir. Yüksek vakumlarda hava moleküllerine çarpan serbest elektron yüzdesi de artar. Ve çalışmaya başlamak mümkün olmaz. 50μm Hg (5x10-2 Torr) üzerindeki vakumlarda metal buharları oksitlenmeye sebep olarak problem teşkil eder. Yukarıda anlatılan hususlar dikkate alınarak; Belli bir ayarı sabit tutmak için kaynak akımı artıkça odak akımını da artırmak gerekir. Fakat bu sert (yüksek) vakumda geçerlidir. Yumuşak (düşük) vakumda ise bunun tam tersidir. Işın akımı artınca, odak akımı düşürülmelidir. Bunun sebebi plazma etkisidir. Herhangi bir durumda akımda değişiklik yapınca, sabit bir odak noktasını korumak için odak akımını da değiştirmek gerekir. Şekil 2.6 de parça üzerindeki elektron ışının odaklanması görülmektedir (Akın, 1998). k- Normal bir tabanca mesafesinde kaynak yapan sert vakumlu bir makinede gerilim 40 kv dur. Bu gerilimde ark etkileri az, güç yoğunluğu gayet iyidir. Eğer dar bir kaynak dikişi isteniyorsa gerilim arttırılmalıdır. Daha yumuşak elektron ışın demetleri için örneğin, ince levhaların kaynağında düşük gerilim gerekir. Yumuşak vakumlu makinelerde Tabanca parça mesafesi en az 250 mm olmalıdır. Tabanca mesafesinin uzunluğundan ve vakum odasının basıncının yüksek olmasından dolayı iyi bir ışın demeti için kv (gerilim) yüksek tutulmalıdır. Gerilim (kv) yüksek olunca ark oluşma tehlikesi yoktur. Çünkü tabanca bölümü iş odasından izole edildiğinden gazların tabancaya girmesi güçtür(kuşhan, 1996). l- Elektron ışın demetine salınım yaptırarak normal boşluk şekli değiştirilebilir. Frekans (F) ve genlikleri (Y) değiştirerek ve bunların çeşitli kombinasyonları ile sonsuz seçim yapılabilir 57
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 51-61 sayılan bu tedbir ve hazırlıkları yaparak kaliteli birleştirmeler yapmak mümkündür (Sciaky Co., 1983) Şekil 2.6. Elektron ışın kaynağında odaklama görünüşü (AWS Welding Handbook, 1991). 3. ELEKTRON IŞIN KAYNAK UYGULAMALARI Elektron ışın kaynağının uygulandığı alanlar 1950 li yılların sonlarında sadece reaktör, uzay araçları yapımı, elektronik endüstrisinin mikro kaynak işlemlerinde kullanılmaktaydı, oysa günümüz de kaynaklı birleştirmenin uygulandığı tüm sahalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yöntem seri yapım hatlarında uygulamaya elverişli olabildiği gibi, ışın güç yoğunluğunun değiştirilmesi ve yaygın hale getirilmesi ile enerjinin daha geniş yüzeyde, ısıl işlemlerde kullanılması da mümkün olabilmektedir. Bir noktada enerjinin yoğunlaştırılması özelliğinden yararlanarak, malzemenin süblimasyonunu oluşturmak da olanak dahilinde bulunmaktadır. Bu özelliklerden yararlanılarak yöntem ile tüm birleştirme pozisyonlarında ön görülen yarım mercek biçimli dikiş kesiti sağlanmakta ince saçların kaynağı mikro elemanların birleştirilmesi kalın parçalarda ince kesitli derin nüfuziyetli dikişler elde edilmesi, tek işlemde alt alta birkaç birleştirmenin gerekleştirilmesi gibi farklı uygulamalar yapılabilmektedir. Et kalınlığı fazla ve büyük boyutlu reaktör basınçlı kaplar, uçak, gemi yapımlarındaki birleştirme işlemlerinde hareket etme özelliği olan kaynak üniteleri kullanılmaktadır. Bu tür uygulamalarda kaynak yerinde bölgesel vakum oluşturulmakta, işlem dikey ve yatay pozisyonlarda gerçekleştirilmektedir. Kaynak yerinde vakum için gerekli olan sızdırmazlık, hareketli bir contalama sistemi ile sağlanmaktadır. Bu esasa göre çalışan sistemler, yardımcı donatımların ilavesi ile boruların dikişli olarak imali veya alın birleştirilmelerinde kullanılmaktadır. Otomobil transmisyon mekanizmaları, tıbbi mühendislik, metal işleme endüstrilerinde ve hassas parça imalatı ile bilimsel araştırmalarda yaygın kullanılmaktadır. Bu yöntemle dar tolerans sınırları elde edildiği için seri delik delme işlemlerinde uygulanmaktadır. Yine elektron ışınından yararlanılarak, ergitme ile kesme işlemleri de yapılabilmektedir. Özellikle mekanik ve diğer termik yöntemlerle iyi sonuçlar alınamayan malzemeler için bu uygulamaya başvurulmaktadır. Yüksek proses güvenliği ile alüminyum kirişlerin birleştirilmesi (kaynaklanması) sağlanmaktadır. Sürekli makineler, band veya çubuk şeklindeki parçaların sürekli olarak kaynaklanması için dizayn edilmişlerdir. Bunlar daha çok yarı mamul parçaların kaynak ve ısıl işleminde kullanılmaktadır. Isıl işlem amacıyla da 58
Çalık, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 51-61 kullanım sahası bulmuştur. EIK na uygun konstrüksiyonlar da yüksek malzeme ve maliyet tasarrufu ile tamamen yeni imalat sahaları bulmuştur. EIK yöntemi ile tüm eş malzemelerin birleştirilmesinde hemen hemen herhangi bir zorluk bulunmamaktadır. Yüzeylerde bulunabilecek bir oksit tabakasında sadece bakır ve titanyumun birleştirilmesinde problem oluşturur. Bu oksitler temizlenerek malzemeler hatasız birleştirilebilir. Kaynak vakum koşullarında yapıldığı için, işlem sırasında oksitlenme ortaya çıkmamaktadır. Özellikle atmosfere duyarlılığı fazla olan metallerin (Ti ve alaşımları) ergime sıcaklığı yüksek olan metallerin (Molibden ve alaşımları gibi) kolaylıkla ve kusursuzca birleştirilmeleri yoğun ısı ile metalsel sıvı viskozitesinin azaltılması karşılıklı iyi bir karışım sağlamasında olumlu bir etken olarak görülmektedir. Kaynak yerindeki ısı iletiminin büyük olması iri tane oluşmaması ve özellikle Cr alaşımlı çeliklerde delta (δ) fazından uzaklaşmasını sağlayabilmek çok önemlidir. EIK da katı cisimlerin kalınlığını aşan bir nüfuziyet elde edildiği için genellikle I alın birleştirilmeler yapılmakla birlikte T birleştirme işlemlerinde yatay saçın arkasındaki dikey saçın kaynağında kullanılır. Bu tür birleştirme yapma imkanı, bilhassa uçak inşasında kaplama saçlarının ve petek konstrüksiyonlarında da takviyelerin birleştirilmesinde büyük kolaylık sağlar. T bağlantısının klasik iç köşe kaynağına daha çok benzeyen diğer bir kullanma imkanı da, birleşme yerine paralel olarak gönderilen elektron ışınlarının kullanılmasıyla ortaya çıkan durum Şekil 3.1. de gösterilmiştir. Şekil 3.1. Elektron ışın kaynağı ile aynı anda yapılmış 3 ve 4 alın kaynağı (Anık, 1991). Elektron ışının (elektronların ısınma için kullanılmayan kısım) dikişin alt tarafından demet halinde yeniden dışarı çıkması özelliği, yeterli enerji sevki halinde, hacimsel olarak ayrılmış yerlerin kaynağının aynı yapılmasını mümkün kılar. Zaman ve maliyet ekonomisinin yanında, alışılmış yöntemler için ulaşılması zor yerlerin, örneğin E profillerin karşılıklı yerleştirilmiş orta basamağının kaynağında yeni birleştirme imkanları ortaya çıkar. Elektron ışınlarının yeterli enerji ile gönderilmesi halinde, hacimsel olarak birbirinden ayrı olan bölümlerde elektron ışını ile kaynak yapmak mümkün olmaktadır. Böylece ulaşılması zor olan yerlerde kaynak yapılmış olur. 3.1. Farklı Metallerin Elektron Işın Kaynağı İle Birleştirilmesinin Uygulandığı Endüstriyel Alanlar EIK yöntemi otomotiv, ağır taşıtları, iş makineları, uçak ve uzay araçları buhar türbinleri ve nükleer enerji gemi yapımı, elektronik ve haberleşme gibi endüstri dallarında birçok farklı cins malzemenin birleştirilmesinde geniş bir uygulama alanına sahiptir. Ayrıca otomobiller için dişliler ve ileri 59
Teknolojik Araştırmalar : MTED 2006 (2) 51-61 mühendislik problemlerinde kesme takımlarının imalinde de kullanım alanı bulmuştur. Çok uzun zamandan beri elektrik güç santrallerinin yapımında (buhar kazanları, yüksek güçlü buhar ve gaz türbinleri vb) kullanılan kaynak bağlantılarının kökten bir değişim ve gelişimine gerek duyulmaktaydı. EIK bu gelişimin sağlanmasında büyük rol oynayacak bir yöntem olarak güncelliğini korumaktadır. Bu sebeblerden dolayı geniş bir uygulama alanı bulmuştur. 4. SONUÇLAR Bilim ve teknolojideki hızlı gelişmeler üretim ve imalat sahasında yüksek güç yoğunluklu, yüksek kapasiteli cihaz ve ekipmanların kullanılmasını da beraberinde getirmiştir. Özellikle kaynaklı imalat sektöründe elektron ışın kaynak yönteminin kullanılmasını ve özelliklerinin geliştirilmesini de beraberinde getirmiştir. Özellikle malzemelerin birleştirilmesinde kaynak kabiliyetini etkileyen başlıca etkenler şunlardır. Kaynak edilecek metal veya alaşımın ısıl iletkenliği, ısıl genleşmesi, koruma gazı, vakum ortamı ve şartları, akım türü, birleşme yerinin tasarımı, kaynak pozisyonu, kaynak yüzey durumu ile kaynakçı gibi etkenlerdir. Elektron ışın kaynağı ile bu etkenleri en optimum bir şekilde kontrol etmek mümkün olduğu için kaynaklı birleştirmenin fiziksel, kimyasal ve metalürjik özelliklerinin en iyi şekilde elde edilmesi mümkün olmaktadır. Bu çalışma da elektron ışın kaynağı ile metallerin kaynakla birleştirilmesinin fiziksel mekanizması ile uygulanabilirliğinin kolaylığı ve avantajları deneysel çalışmalar ile literatür çalışmalar ile belirlenmiştir. 5. KAYNAKLAR 1. Kearns, W., H., 1984. Welding Handbook, Resistance and Solid State Welding and Other Joining Processes, pp.170-213, Ohio. 2. Oğuz,B.,1990.Demirdışı Metaller Kaynağı. Oerlikon Yayınları, Erdini Basım ve Yayınevi, 864s., İstanbul. 3. Karadeniz, S., 1990. Plazma Tekniği, TMMOB Makine Mühendisleri Odası Yayını, 113s., Ankara 4. Madenov, G., Sabchevski, S., 2001. Potential Distribution and Space Charge Neuthralization in Technological Intense Electron Beams an Overview, Vacuum V.62, Pergamon, pp.113-122. 5. Sciheller, S., Haising, U., Panzer, S., 1982. Electron Beam Technology A.Wiley-Interscience Publication, pp.507, New York. 6. Metabower, E. A., Bakish, R. Casey, H., Flynn, J., Knaus, H. S., Povers, E. D., 1983. Metals Handbooks, Ninth Edition, V.6, Welding, Brazing, Soldering EBW, Metals Park, pp.609-646, Ohio. 7. Başaran, A., 1998. Elektron Işını ve TIG Kaynağı Yöntemleriyle Birleştirilmiş İnconel 718 Malzemenin Mekanik Özelliklerinin Karşılaştırlması. Y.L. Tezi, OGÜ, FBE, 93s., Eskişehir. 8. AWS, Welding Handbook, 1991.Welding Technology, 8 Edition, V. 1, Chapter 12, 758 p., Miami. 9. Akın, C., 1998. Elektron Bombardıman ve TIG Kaynak Yöntemleriyle Fe-Ni Esaslı Hastelloy X Süperalaşımına Varestraint Testinin Uygulanması. Y.L. Tezi, OGÜ, FBE, 67s., Eskişehir. 10. Kuşhan, M. C., 1996. Elektron Bombardıman Kaynaklı Fe-Ni Esaslı Süperalaşım Inconel 718 in Isı Tesiri Altındaki Bölgesinde Mikro Çatlakların İncelenmesi. Dr. Tezi, OGÜ, FBE, 89s., Eskişehir. 60
Çalık, A. Teknolojik Araştırmalar: MTED 2006 (2) 51-61 11. Anık, S., 1991. Kaynak Tekniği El Kitabı Yöntemler ve Donanımlar. Gedik Holding Yayını, 222s., İstanbul. 12. Sciaky Co., 1983. Electron Beam Welding Equipments, Process Parameters, Limitations and Controls. Sciaky Bross. Inc., Bulletin No.6/83, pp.17, Chicago, USA. 61