4. KAYNAK SIRASINDA TÜKETÝLEN MALZEMELER Aþýnan ve deðiþtirilmesi gereken eletrod klavuz hortumunun gömleði ve temas tüpü gibi kaynak makinasý elemanlarýna ek olarak iþlem sýrasýnda tüketilen maddeler koruyucu gaz ve elektroddur. Elektrodun, esas metalin ve koruyucu gazýn bileþimleri kaynak metalinin kimyasal bileþimini belirler. Kaynak metalinin bileþimi ise, kaynak baðlantýsýnýn kimyasal ve mekanik özelliklerini büyük ölçüde belirler. Kaynak elektrodunun ve koruyucu gazýn seçimi sýrasýnda aþaðýdaki faktörleri göz önünde bulundurmak gerekir: a) Esas metal b) Kaynak metalinden beklenen mekanik özellikler c) Esas metalin hangi þartlarda olduðu ve temizliði d) Kaynaklý baðlantýnýn çalýþma þekli veya varsa þartname talepleri e) Kaynak pozisyonu f) Arzu edilen metal iletim tipi 4.1. ELEKTRODLAR Birleþtirme iþlerinde elektrodun bileþimi esas metalin bileþimine benzerdir. Kaynak arkýnda oluþan kayýplarý karþýlamak veya kaynak banyosuna oksit giderici maddeler saðlamak amacýyla elektrodun bileþimi hafif bir þekilde deðiþtirilebilir. Bazý hallerde bu, esas metalin bileþiminden çok az bir deðiþikliðe neden olur. Ancak bazý uygulamalarda, baþarýlý bir kaynak karakteristiði ve kaynak metali özellikleri elde etmek için esas metalden farklý kimyasal bileþime sahip elektrod gerekebilir. Örneðin, manganez bronzunun gazaltý kaynaðý için en baþarýlý elektrod ya alüminyum bronzu veya bakýrmanganez-nikel-alüminyum alaþýmý elektroddur. 39
Yüksek mukavemetli alüminyum ve çelik alaþýmlarý için en uygun elektrodlar bileþim olarak kullanýldýðý esas metalden farklýdýr. Bunun nedenlerinden biri, örneðin, 6061 alüminyum alaþýmlarýnýn bileþimlerinin kaynak dolgu metali olarak kullanýlmaya müsait olmamasýdýr. Sonuç olarak, elektrod alaþýmlarý arzu edilen kaynak metali özellikleri saðlýyacak ve kabul edilebilir çalýþma karakteristiðine sahip olacak þekilde tasarlanýrlar. Elektrodun bileþiminde hangi türden deðiþiklikler yapýlýrsa yapýlsýn elektroda oksit gidericiler ve temizleme etkisine sahip diðer elementler ilave edilir. Bu kaynakta gözenekliliði en aza indirmek ve kaynak metalinde iyi mekanik özellikleri saðlamak amacýyla yapýlýr. Güvenilir kaynak dikiþleri elde edebilmek için uygun oksit gidericileri uygun miktarlarda ilave etmek gerekir. Çelik elektrodlarda sýkça kullanýlan oksit gidericiler manganez, silisyum ve alüminyumdur. Nikel alaþýmý elektrodlarda kullanýlan temel oksit gidericiler ise, titan ve silisyumdur. Bakýr ve bakýr alaþýmý elektrodlarda ise bu amaçla titan, silisyum veya fosfor kullanýlýr. Gazaltý kaynaðýnda kullanýlan elektrodlar tozaltý ark veya özlü elektrodla ark kaynaðýnda kullanýlanlara nazaran çok daha küçük çapa sahiptirler. Genelde elektrod çaplarý 0,8 ila 1,6 mm. arasýndadýr. Ancak 0,5 mm'ye kadar ince ve 3, mm. ye kadar kalýn çaplý elektrodlar kullanýlabilir. Elektrod çapýnýn küçük olmasý ve akým þiddetinin göreceli olarak yüksek olmasý elektrod besleme hýzlarýnýn yüksek olmasýný gerektirir. Besleme hýzlarý maðnezyum hariç, çoðu metaller için 40 ila 340 mm/s arasýnda deðiþir. Maðnezyumda ise, üst deðer 590 mm/s ye kadar çýkabilir. Böylesine hýzlar için elektrodlar uygun þekilde temperlenmiþ uzun ve sürekli tel halinde hazýrlanmýþtýr ve bunlar kaynak ekipmaný boyunca sürekli ve yumuþak bir biçimde beslenirler. Çaplarýnýn küçük olmasý nedeniyle elektrodlar yüksek yüzey / hacim oranýna sahiptir. Elektrod yüzeyinde kalan herhangi bir çekme bileþiði ve yaðlaycýsý kaynak metalinin özelliklerini kötü bir þekilde etkileyebilir. Bu yabancý maddeler alüminyum ve çelik alaþýmlarýnda kaynak metali gözenekliliðine ve yüksek mukavemetli çeliklerde de kaynak metalinde veya ýsý tesiri altýndaki bölgede çatlamaya neden olurlar. Sonuç olarak elektrodlar yüzeylerine kirleticiler yerleþemiyecek kadar yüksek kalitede yüzeye sahip olacak þekilde üretilmektedir. Tablo-4 de çeþitli malzemeler için tavsiye edilen elektrodlar gösterilmiþtir. 40
Tablo-4. Çeþitli Malzemeler Ýçin Önerilen Elektrodlar (AWS) METALLER GÖSTERÝLÝÞÝ ELEKTRODLAR Alüminyum ve Alüminyum Alaþýmlarý 1100 3003, 3004 505, 5454 5083, 5086 5456 6061, 6063 ER4043 ER5356 ER5554, ER5556, ER5183 ER5556, ER5356 ER4043, ER5356 Magnezyum Alaþýmlarý AZ10A AZ31B, AZ61A, AZ80A ZE10A ZK1A AZ63A, AZ81A, AZ91C AZ9A, AM100A HK31A, HM1A, HM31A LA141A ERAZ61A, ERAZ9A ERAZ61A, ERAZ9A ERAZ61A, ERAZ9A ERAZ9A EREZ33A EREZ33A EREZ33A EREZ33A Bakýr ve Bakýr Alaþýmlarý Ticari Saf Pirinç Cu-Ni Alaþýmý Mangan Bronzu Alüminyum Bronzu Bronz ERCu ERCuSi-A, ERCuSn-A ERCuNi ERCuAl-A ERCuAl-A ERCuSn-A Nikel ve Nikel Alaþýmlarý Ticari Saf Ni-Cu Alaþýmý Ni-Cr-Fe Alaþýmý ERNi ERNiCu-7 ERNiCrFe-5 Titan ve Titan Alaþýmlarý Ticari Saf Ti-6 AL-4V Ti-0.15Pd Ti-5Al- 5sn Ti-13V-11Cr-3AL ERTi-1,-,-3,-4 ERTi-6Al-4V ERTi-0.Pd ERTi-5Al-.5Sn ERTi-13V-11Cr-3AL Ostenitik Paslanmaz Karbon i 01 301, 30, 304, 308 304L 310 316 31 347 Sýcak veya Soðuk Haddelenmiþ Alaþýmsýz Çelik ER308 ER308 ER308L ER310 ER316 ER31 ER347 E70S-3, E70S-1 E70S-, E70S-4 E70S-5, E70S-6 41
Gazaltý kaynaðý birleþtirme amacýyla kullanýldýðý gibi, malzeme yüzeyine aþýnma veya korozyon direnci kazandýrmak veya bir baþka amaç için yüzey dolgusu olarak da geniþ ölçüde kullanýlmaktadýr. Yüzey doldurma sýrasýnda kaynak metalinin esas metalle karýþmasý göz önüne alýnmasý gereken en önemli konudur. Bu ark karakteristiðinin ve tekniðin bir fonksiyonudur. Gazaltý kaynaðýnda metal iletim tipine baðlý olarak % 10'dan % 50'ye kadar deðiþen karýþma oranlarý ortaya çýkabilir. Bu nedenle yüzeyde istenen dolgu bileþimini elde edebilmek için birden fazla katlý dolgu iþlemi gerekebilir. 4.. KORUYUCU GAZLAR Metallerin çoðu oksit oluþturmak üzere oksijenle birleþmeye kuvvetli bir eðilim ve metal nitritleri oluþturulmak üzere azotla birleþmeye daha düþük ölçüde bir eðilim gösterirler. Oksijen erimiþ çelikteki karbonla, karbon monoksit gazý oluþturmak üzere reaksiyona girer. Bu reaksiyonlarýn ürünlerin tümü aþaðýdaki kaynak hatalarýnýn oluþumuna neden olur : a) Oksitler nedeniyle erime hatalarý b) Gözenek, oksit ve nitritler nedeniyle mukavemet kaybý c) Oksitler ve nitritler nedeniyle kaynak metalinin gevrekleþmesi Atmosfer yaklaþýk % 80 azot, % 0 oksijenden oluþtuðu için kaynak sýrasýnda bu reaksiyonlarýn ürünleri kolaylýkla oluþur. Koruyucu gazýn temel görevi çevredeki atmosferin erimiþ kaynak banyosuyla temasýný engellemektir. Yani koruyucu gaz burada örtülü elektrodlardaki örtünün görevini görür. Esas görevi dýþýnda koruyucu gazýn kaynak iþlemine ve sonuçda elde edilen kaynak dikiþine aþaðýda belirtilen hususlar yoluyla önemli etkileri vardýr : a) Arkýn karakteristiði b) Metal transferin þekli c) Nüfuziyet ve kaynak dikiþinin profili d) Kaynak hýzý e) Yanma oluðu oluþma eðilimi f) Temizleme etkisi g) Kaynak metalinin mekanik özellikleri 4..1. Koruyucu soy gazlar ve Helyum : ve helyum soy gazlardýr. Bu gazlar ve bunlarýn karýþýmý demir dýþý metallerin kaynaðýnda mutlak bir þekilde kullanýlýrlar. Bu gazlar paslanmaz çeliklerin ve düþük alaþýmlý çeliklerin kaynaðýnda da kullanýlmaktadýr. ve helyum gazlarý aþaðýda belirtilen hususlarda önemli farklýlýklar gösterir. 4
a) Yoðunluk b) Isýl iletkenlik c) Ark karakteristiði un yoðunluðu havanýn yoðunluðunun 1,4 katý iken (daha aðýr) helyumun yoðunluðu havanýn yoðunluðunun 0.14 katýdýr (daha hafif). Koruyucu gaz ne kadar aðýr ise verilen bir debide arký korumada ve kaynak alanýný örtmede o kadar etkindir. Bu nedenle helyumla koruma yapýldýðýnda ayný etkili korumayý saðlamak için argonla korumada kullanýlan debinin iki veya üç katý yüksekliðinde debi gerekir. Helyum argondan daha yüksek ýsýl iletkenliðine sahiptir ve ayný zamanda içinde ark enerjisinin daha üniform þekilde daðýldýðý bir ark plazmasý oluþturur. un oluþturduðu ark plazmasýnda iç bölgede çok yüksek bir enerji mevcuttur ve bu bölge daha az ýsý enerjisi içeren bir mantoyla sarýlýdýr. Bu fark kaynak dikiþ profilini önemli ölçüde etkiler helyum arký derin, geniþ parabolik kaynak giriþi oluþturur. arký ise þiþe emziðine benzer bir nufuziyet oluþturur (Þekil-6). - Helyum Helyum CO Þekil-6. Çeþitli Koruyucu Gazlarýn Dikiþin Þekline ve Nüfuziyete Etkisi Verilen bir elektrod besleme hýzýnda argon arkýnýn gerilimi helyum arkýnýn geriliminden önemli ölçüde düþüktür. Bunun sonucunda argon arkýnda ark boyundaki deðiþmeye baðlý olarak gerilimde daha az bir deðiþme meydana gelecektir ve ark helyum arkýna nazaran daha kararlý olacaktýr. arký (% 80 argon gazý karýþýmýna kadar da dahil olmak üzere) geçiþ akýmý üzerindeki akým deðerlerinde eksenel sprey ark iletimi oluþturur. Helyum arký normal çalýþma bölgesinde iri damlalý metal iletimi oluþturur. Bu nedenle helyum arký argon arkýna nazaran daha fazla sýçramaya ve daha kötü kaynak dikiþi görünüþüne neden olur. 43
Çok kolaylýkla iyonize olan argon gazý bu nedenle arkýn tutuþmasýný kolaylaþtýrýr ters kutuplamayla birlikte kullanýldýðýnda mükemmel bir yüzey temizleme etkisi saðlar. 4... ve Helyum karýþýmý Saf argonla koruma demir dýþý metallerin bir çok uygulamasýnda kullanýlýr. Saf helyum kullanýmý bunun sýnýrlý bir ark kararlýlýðý saðlamasý nedeniyle çok özel alanlarda sýnýrlanmýþtýr. Ancak helyum arkýyla kaynak profili özellikleri (derin, geniþ ve parabolik) elde edilmesi nedeniyle, -Helyum gaz karýþýmý koruyucu gaz olarak kullanýlmaktadýr. Sonuçta kaynak dikiþi profilinde iyileþme saðlandýðý gibi, argonun eksenel sprey metal iletimi oluþturma özelliðinden de yararlanýlýr (Þekil-6). Kýsa devre iletimde, daha iyi erime saðlamak amacýyla % 60'dan % 90'a kadar helyum içeren -Helyum karýþýmý koruyucu gaz kullanýlýr. Paslanmaz çelik, düþük alaþýmlý çelikler gibi bazý metaller için daha yüksek ýsý girdisi elde etmek amacýyla CO ilavesi yerine helyum ilavesi yapýlýr. Bunun nedeni helyumun, dikiþin mekanik özelliklerini ters yönde etkileyen kaynak metali reaksiyonlarý oluþturmamasýdýr. 4..3. ve Helyuma, Oksijen ve CO ilavesi Saf argon ve belli bir dereceye kadar helyum demir dýþý malzemelerin kaynaðýnda çok mükemmel sonuçlar saðlar. Ancak, bu koruyucu gazlar saf halde demir esaslý malzemelerin kaynaðýnda baþarýlý çalýþma özellikleri saðlamaz. Ark kararsýz olma eðilimi gösterir. Helyumla korumada buna ilave olarak sýçrama meydana gelir. Saf argonla korumada "yanma oluðu" oluþma olasýlýðý büyük ölçüde artar. a % 1-5 O veya % 3-10 CO (ve % 5 e kadar CO ) ilavesi önemli ölçüde iyileþme saðlar. Saf gaza katýlacak en uygun O ve CO miktarý kaynak edilecek parçanýn yüzey durumu (halde tufalý), baðlantý geometrisi, kaynak pozisyonu ve esas metalin bileþimine baðlýdýr. Genellikle % 3 oksijen veya % 9 CO bu deðiþkenlerin büyük bir aralýkta etkileri göz önünde bulunduran oranlardýr. a CO ilavesi ayný zamanda dikiþ profilinin þeklini de iyileþtirir (Þekil-7). 44 - O - CO CO Þekil-7.-O, Argo- CO ve CO Gazlarýnýn Dikiþ Þekline ve Nüfuziyete Etkisi
4..4. Karbondioksit Saf karbondioksit alaþýmsýz ve düþük alaþýmlý çeliklerin kaynaðýnda geniþ ölçüde kullanýlan bir aktif gazdýr. Bu gazýn yoðun olarak kullanýlma nedeni : a) Daha yüksek kaynak hýzý, b) Daha fazla baðlantý nufuziyeti, c) Daha düþük maliyet saðlamasýdýr. CO ile korumada metal iletimi ya kýsa devre ya da iri damla tipidir. Eksenel sprey iletim argonla korumaya özgü bir özelliktir ve bunu CO ile elde etmek mümkün deðildir. Ýri damla tipi iletim arký oldukça kararsýzdýr ve önemli miktarda sýçramaya neden olur. Sýçramayý en az düzeye indirmek için kaynak þartlarýnýn çok kýsa gömülü ark (elektrodun ucu gerçekte iþparçasý yüzey seviyesinin altýndadýr) saðlayan düþük gerilim deðerine ayarlanmasý gerekir. ca zengin koruyucu gazla genel olarak kýyaslandýðýnda CO korumalý ark daha kaba bir yüzey profiliyle birlikte mükemmel nufuziyete sahip bir kaynak dikiþi oluþturur. Gömülü ark nedeniyle kaynak dikiþinin kenarlarýnda çok daha az yýkama etkisi oluþur. Çok güvenilir kaynak dikiþleri elde edilmekle birlikte, arkýn oksitleyici karakteri nedeniyle dikiþin mekanik özellikleri kötü yönde etkilenebilir. 4..5. Koruyucu gaz seçimi Kaynak edilecek metale baðlý olarak kullanýlabilecek koruyucu gazlar Tablo-5 ve Tablo-6 da verilmiþtir. Tablo-5. Kýsa Devre Ýletim Ýçin Koruyucu Gazlar METAL Alaþýmsýz Paslanmaz Düþük Alaþýmlý Alüminyum Magnezyum, Nikel ve Bunlarýn Alaþýmlarý KORUYUCU GAZ % 75 Ar + % 5 CO % 75 Ar + % 5 CO + % 5-10 CO % 90 He + % 7.5 Ar + %.5 CO % 60-70 He + % 5-35 Ar + % 4.5 CO % 75 Ar + % 5 CO + Helyum ÜSTÜNLÜKLERÝ 3 mm kalýnlýklara kadar; yüksek kaynak hýzlarý; en az distorsiyon ve sýçrama 3 mm'den kalýn; en az sýçrama; temiz kaynak görüntüsü; düþey ve tavan pozisyonlarýnda iyi bir banyo kontrolü Daha derin nüfuziyet; daha yüksek kaynak hýzý Korozyon direnci üzerinde kötü bir etkisi yok; ýsý tesiri altýndaki bölge dar; yanma oluðu yok; en az distorsiyon En az reaktivite; mükemmel tokluk; mükemmel ark kararlýlýðý, ýslatma özelliði ve dikiþ profili; çok az sýçrama Orta derecede tokluk; mükemmel ark kararlýlýðý; ýslatma özelliði ve dikiþ profili; çok az sýçrama Saclarda baþarýlý bir þekilde kullanýlýr 3 mm'den büyük kalýnlýklarda +Helyum karýþýmý tercih edilir 45
Tablo 6. Sprey Ýletim Ýçin Koruyucu Gazlar METAL Alüminyum Magnezyum Alaþýmsýz Düþük Alaþýmlý Paslanmaz Bakýr, Nikel ve Alaþýmlarý Titanyum KORUYUCU GAZ % 35 Ar + % 65 He + % 5-10 CO + % 1-5 O + % 3-10 CO +% O + % 1 O + % O + Helyum ÜSTÜNLÜKLERÝ 5 mm'den küçük kalýnlýklarda; en iyi damla iletimi en az sýçrama 5-75 mm kalýnlýklarda; saf argona oranla daha fazla ýsý girdisi; 5XXX serisi Al-Mg alaþýmlarýnda erime özelliðinde iyileþme 75 mm'den büyük kalýnlýklarda; en yüksek ýsý girdisi; gözenekliliði en az düzeye indirir Mükemmel temizlik etkisi Arkýn kararlýlýðýný arttýrýr; daha akýþkan ve kontrol edilebilir bir kaynak banyosu oluþturur; iyi bir birleþme ve dikiþ profili saðlar; yanma oluðunu en az düzeye indirir; saf argona oranla daha daha yüksek kaynak hýzýna olanak saðlar Ýyi bir dikiþ profili; sýçramayý en az düzeye indirir; soðuk kaynak olasýlýðýný azaltýr; pozisyon kaynaðýna uygun deðildir Yanma oluðunu en az düzeye indirir; iyi bir tokluk saðlar Arkýn kararlýlýðýný arttýrýr; daha akýþkan ve kontrol edilebilir bir kaynak banyosu oluþturur; kalýn paslanmaz çeliklerde yanma oluðunu en az düzeye indirir Ýnce paslanmaz çeliklerde % 1 O 'li karýþýma oranla daha iyi bir ark kararlýlýðý ve birleþme saðlar Ýyi bir ýslanma saðlar; 3 mm kalýnlýklara kadar kaynak metalinin akýþkanlýðýný arttýrýr % 50-75 He karýþýmý kalýn parçalardaki ýsý kaybýný karþýlayacak derecede yüksek ýsý girdisi saðlar Ýyi bir ark kararlýlýðý; kaynakta en az kirlenme; kaynak alanýnýn arkasýndan hava kirlenmesini önlemek için soygaz altlýðý gereklidir 46