Kaynak-Ders Notu Sunumu

Bir kaynaklı birleştirmeye ait özellikler, başlıca dikiş kenarlarının Isıdan etkilenme düzeyi ve kaynak metalinin kristalleşme türü ile belirlenmektedir.

Kaynaklı birleştirme

1. Kaynak dikişi (tek pasolu/çok pasolu)

2. Erime çizgisi (kaynak metali ve ana malzeme arasındaki birleşme düzlemi)

3. Isıdan etkilenmiş bölge

GAZ ERGĠTME KAYNAĞI

Oksijenle karıştırılmış değişik yanıcı gazları yakan eritme kaynak yöntemleridir. Oksi-yanıcı gaz kaynağı, 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 oksi-yanıcı gaz kaynak yöntemi oksi-asetilen kaynağıdır

• Metilasetilen-Propadien (MAPP) • Hidrojen

• Propilen • Propan • Doğal Gaz

Yanıcı gazdan istenilen özellikle:

Kaynak yerini havaya karşı korumalı Atıksız bir yanma vermeli

Ucuz ve kolay elde edilebilir olmalı Yüksek alev ısı değerine sahip olmalı Yüksek alev sıcaklığına sahip olmalı

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 (gaz flux)kaplıdır.

Kaynak işlemi boyunca , kaynağın koruma derecesine bağlı olarak

flux kullanılabilir veya kullanılmayabilir.

Flux

: çeşitli metal oksitler ve silikatlardan oluşur.

-Kaynak süresince flux erir ve viskoz bir curuf oluşturur. Curuf erimiş

metal ile atmosfer arasında bir tabaka halinde bulunarak erimiş

metalin oksitlenmesini engeller.

-Bir diğer özelliği ise kaynak metalinden metal olmayan inkluzyonları

alarak curufa taşır.

-Düşük C’lu çeliklerde flux kullanılmaz çünkü ergime noktası düşük

demir oksitler curufun içine geçer.

-Demir dışı metallerin kaynagında, dökme demirlerin ve bazı yüksek

alaşımlı çeliklerin kaynağında flux zaruri olarak kullanılır. Bu

Dolgu metal teli: Dolgu metalinin kompozisyonu kaynak yapılan metalin kimyasal kompozisyonu ile ya aynı olmalı yada çok yakın olmalıdır. Tel çubuğun çapı ana metalin kalınlığına bağlı olup;

olmalıdır

2





w

d

-Bakır kaynağında , dolgu metalinin kimyasal kompozisyonunda oksijen giderici elementlerin , P, Mn, Si (max %0.2 herbiri için) bulunması ile daha iyi sonuçlar alınmaktadır.

-Aluminyum kaynağında ise dolgu malzemesinin içinde Si ve Mn’ın bulunması ile daha iyi sonuçlar alınmaktadır.

Oksi-Asetilen Kaynak Alevi

Kaynak alevinin incelenmesinde Isıl, Kimyasal, Endüstriyel ve Ekonomik karakteristiklerini inceleyerek en uygun gaz karışımının tespiti mümkündür. a) Alevin Isıl karakteristiği: Kaynak yapılırken, malzemenin bölgesel

olarak eritilmesini sağlayan ve alevdeki sıcaklık dağılımını gösteren özelliktir. Alevin hem sıcaklığının hem de ısıl değerinin mümkün olduğunca yüksek olması istenir.

b) Alevin Kimyasal Karakteristiği: Kaynak yapılacak malzemenin cinsine göre, NÖTR, OKSİTLEYİCİ ve KARBÜRLEYİCİ (indirgeyici) alev gerekebilir. Bu sebepten alev istenilen kimyasal karakteri

alabilmelidir.

c) Alevin Endüstriyel Karakteristiği: alevin karalılığı ve

ayarlanabilme özelliğidir. Alevin kararlılığı, yanma hızı, ve Yanıcı gaz/oksijen oranına bağlıdır. Alevin ayarlanabilirliği ise gaz

karışımının alevlenebilme sınırlarına bağlıdır.

d) Alevin Ekonomik Karakteristiği: kaynağın yapılma hızı ve yanma için gerekli oksijen miktarı akla gelir. Kaynağın hızı alev sıcaklığına bağlıdır ve oksijen miktarının artması maliyeti artırır.

Oksi-Asetilen Alevinin Yapısı

Yanma alevi teorik olarak bir hacim asetilen ile bir hacim oksijenin yanmasıyla meydana gelir. Gerçekte ise 1 m3 asetilenin tam olarak yanması için 2.5 m3

oksijene ihtiyaç vardır. Kaynak üflecine gelen 1 m3 _{asetilen için oksijen tüpünden 1}

m3 _{oksijen çekilir.Geriye kalan 1.5 m}3 _O

2 ise havadan temin edilir. Bu şekilde

Redükleyici Bölge: Redükleyici gazların bulunduğu ve sınırları belirli bir şekilde olan mavimtrak bölgedir. Gaz karışımları bu bölgeyi çok hızlı bir şekilde geçer ve sıcaklık bundan dolayı hızlı bir şekilde artar. Birinci kademe yanma meydana gelir.

C₂H₂+O₂2CO+H₂ (toplam ısının 2/3)

En yüksek sıcaklık bu bölgede oluşur. Redükleyici bölgede sadece CO ve H₂ gazları vardır.

Yelpaze Bölgesi: Redükleyici bölge ile havanın oksijeni arasında yanmanın meydana geldiği dış bölgedir.

4CO+2O₂ (air)4CO₂+H₂

H₂+1/2O₂ (air) H₂O+ (toplam ısının 1/3)

Yelpaze bölgesinde en düşük alev sıcaklığı mevcuttur.

Alev Çıkış yönü o_C 3150 1200 1000 300 Mızrak bölgesi Redükleyici bölge Yelpaze bölgesi

Mızrak (çekirdek) Bölgesi: Bu bölgede hiçbir reaksiyon olmaz C2H2+O2 karışımı alevlenme sıcaklığının altındadır. Koni şeklindedir.

Oksi-asetilen alevin ısıl karakteri ele alınırsa en yüksek sıcaklık, mızrak bölgesinin ucundan 2-5 mm önünde olurken yelpaze bölgesine gittikçe sıcaklık hızla düşer

a)Nötr Alev:

C2H2/O2 =1 (hacimce) olduğu zaman, açık renkli alev

konisinin (çekirdek) 2- 5 mm önünde , çalışma bölgesinin en sıcak noktası elde edilir. Bu bölgede alev redükleyicidir. Yani metal oksitleri saf metallere dönüşür. Bu alevle düşük C’lu çeliklerin kaynağı yapılır.

b) Asetileni fazla Alev: C2H2/O2 >1 olursa sınırları keskin , beyaz ışık alev

konisi kaybolur. Sınırları düzgün olmayan ve yelpaze bölgesi uzun olan bir alev elde edilir. Bu tür alev karbonlayıcı ve sertleştirici bir etki yapar. Bu nedenle, sadece dökme demirlerin, yüksek alaşımlı çeliklerin ve hafif metallerin kaynağında kullanılır.

c)Oksijeni Fazla Alev: C2H2/O2 <1 olursa alev konisi sivri mavimtrak bir

renkte olur. Bu alev oksitleyici karakterdedir. Yani, çeliklerin yanmasına sebep olur.

Oksijeni fazla alev, çinkonun kaybolmasını azalttığından sadece pirinç malzemelerin ve bazı lehimleme işleminde kullanılır.

Kaynak için malzemeye verilen ısı hızı asetilen gazının hızına, kaynak parçası ve alev arasındaki açıya, kaynaklama hızına ve C2H2/O2 oranına bağlıdır.

Oksijeni fazla alevin sıcaklığı, asetileni fazla alevin sıcaklığından fazladır. Çünkü fazla asetilen tam olarak yanmaz.

Oksi –Asetilen Gaz kaynağının Metalurjisi

En önemli avantajı; kullanılan ekipmanlar basit, taşınabilir, ve ucuz olmasıdır.

Bundan dolayı en yaygın olarak kullanılan yöntem olup bakım onarım işlemlerinde kullanılır.

Dezavantajı ise; kaynaklama hızı düşük, toplam malzemeye verilen ısı yüksek (ısı/uzunluk), bunun sonucunda ısıdan etkilenmiş bölge, kaynak bölgesinin her bir kenarından 8-25 mm arasında değişir. Ayrıca ısı girişi fazla olduğundan dolayı, malzemede distorsiyona (çarpılmaya) sebep olur.

Kaynaklama hızı yavaş olduğu için hem ısınması hem de soğuması düşük hızlarda oluşur. Tane büyümesine sebep olur. Ayrıca, kaynaklanan metal ile kaynak alevi arasında, kaynak havuzunda reaksiyonlar oluşur.

Fazla oksijen kullanılan kaynakta,

Fe Si, Mn, c ve diğer elementler oksitlenir. Fe + O --->FeO rx’nu oluşur ve sıvı Fe içinde belirli oranda çözünür.

FeO diğer metallerle reaksiyona girer ve metalleri oksitler. Mn+ FeO --->MnO+ Fe

Si+ 2FeO --->SiO2+ 2Fe

Fe3C+ FeO ---> 4Fe +CO (gaz)

MnO ve SiO2 soğuma esnasında kaynak havuzunda kalabilir veya en iyi

durumda kaynak curufuna gider oksijen fazla olduğu için FeO kaynak havuzunda bulunur. Bu durum kaynaklanan bölgenin mekanik

özelliklerinde azalmaya sebep olur.

Tokluk, süneklik ve yorulma dayanımı azalır. Ayrıca CO gazından dolayı kaynak sıçramasına sebep olur

Nötr alev kullanımı durumunda

, kaynak havuzu ve dolgu malzemesi CO ve H2 gazları ile redükleyici bölgede temas eder. Kural olarak çok az miktarda CO gazı oluşur ve çelik içindeki elementlerle reaksiyona girecek zaman bulamaz. Düşük C’lu çeliklerin kaynağında CO gazı mekanik

özellikleri değiştirmez.

Al, Cu ve yüksek C’lu çeliklerde H2 gazı Hidrojen kırılganlığına, mikro çatlaklara ve porozite oluşumuna sebep olur

Asetileni fazla alev kullanımı durumunda,

kaynak havuzu CO, H2 ve C ile karşılaştığında;

3Fe+ C---> Fe3C

3Fe+ 2CO---> Fe3C +CO2

Ark Kaynağı

Metallerin birleştirilmesinin, bir elektrot ile parça arasındaki elektrik arkının ısısı ile oluşturulduğu bir eritme kaynak yöntemi

• 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

Erimeyen Elektrod Kullanılan Ark Kaynak

Yöntemleri

• Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı • Plazma Ark Kaynağı

• Karbon Ark Kaynağı

Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı

Erimeyen bir Tungsten elektrod ve arkın korunması için bir soy (inert) gaz kullanır

• Tungsten’in erime sıcaklığı = 3410°C

– Avrupa’da, "WIG (Wolfram Inert Gas) 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

İlave bir direnç devresiyle ısıtılan dolgu teli kullanarak birim

zamanda yığılan kaynak metali miktarı arttırılabilir

TIG Nokta Kaynağı

İnce bir sacın kalın bir levhaya birleştirilmesinde, birleşim bölgesine tek taraftan ulaşılması durumunda TIG kaynağının nokta

kaynakları oluşturmak için kullanılan şeklidir • Modifiye bir TIG kaynak torcu kullanılır

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

Plazma Ark Kaynağı (PAK)

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

• PAK içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu sınırlanmış ark sayesinde 28000°C’ye ulaşır

Plazma Ark Kaynak Torçlarının Türleri

Çoğu plazma ark kaynak torcunda, torç içindeki plazma gazını ısıtan ve iyonize eden küçük bir indirekt ark (pilot ark) kullanılır. İyonize olan gaz, esas direkt ark için iyi bir iletken yol oluşturur. Bu tür ark, çok daha

kararlıdır

Plazma Ark Kaynağının 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

Eriyen Elektrotla Gazaltı Ark Kaynağı (MIG/MAG=Metal Inert Gaz / Metal Aktif Gaz Kaynağı)

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 CO2 gibi aktif gazlardan (MAG) oluşur

• Koruyucu gaz ve çıplak tel elektrod, kaynak banyosu üzerindeki curuf örtüsünün oluşmamasını sağlar – curufun elle taşlanmasına veya temizlenmesine

MIG/MAG Kaynağının Elektrik Ark Kaynağına Göre Üstünlükleri

• Sürekli tel elektrod sayesinde daha iyi ark süresi

– Elektrik ark kaynağında (EAK) çubuk elektrodların 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

Tozaltı Ark Kaynağı

Arkı koruyan toz halindeki bir dekapan ile sürekli, eriyen çıplak tel elektrod kullanır

• 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

Tozaltı Ark Kaynağının 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

Elektrocuruf Kaynağı

Elektrocuruf kaynağı:

(a) görünüşü basitleştirmek için kalıplama pabucu çizilmemiş önden görünüş, ve (b) Her iki tarafta kalıplama pabuçları gösterilen yan görünüş

Elektron Işın Kaynağı

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)

Elektron Işın Kaynağı Vakum Kamarası

İlk geliştirildiğinde, elektron ışınının hava moleküllerince saptırılmasını en aza indirmek için vakum ortamında oluşturulması gerekmekteydi

• Üretimde ciddi uygunsuzluklar

• Vakum işlemi 1 saat’e kadar sürebilir

Elektron ışın kaynaklı iki parça; (Solda) 19 mm’lik Alüminyum; (Sağda) 102 mm’lik kalın paslanmaz çelik

Elektron Işın Kaynağında Üç Vakum Seviyesi

• Yüksek-vakum kaynağı – kaynak, ışının üretildiği aynı vakum kamarasında yapılır

– En yüksek kalitede kaynak, en yüksek derinlik/genişlik oranı • Orta-vakum kaynağı – kaynak, kısmi vakumlu ayrı bir kamarada yapılır

– Vakum işlem süresi kısaltılmıştır

• Vakumsuz kaynak – Parça elektron ışın jeneratörüne yakın konumlandırılarak, kaynak işlemi atmosferik basınçta veya yakın değerde yapılır

– Parçayı ışın jeneratöründen ayırmak için Vakum Bölücüsü gerekir

Elektron Işın Kaynağının 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

Değişik kaynak yöntemlerinde izafi güç yoğunluklarının karşılaştırılması; Elektron ve lazer ışın kaynaklarındaki yüksek güç yoğunluğu, yüksek kaynak hızlarında, dar ITAB’a sahip derin ve dar kaynak dikişleri oluşturabilir.

Lazer Işın Kaynağı

Birleştirmenin, bağlantı üzerine odaklanmış, yüksek yoğunlukta ve koheran ışık ışını ile sağlandığı eritme kaynak yöntemi

• Laser = “Light amplification by stimulated emission of radiation"

• Lazer ışın kaynağı normal olarak, oksitlenmeyi önlemek için koruyucu gaz altında yapılır

• Genellikle ilave metal kullanılmaz

• Küçük alanda yüksek güç yoğunluğu sayesinde genellikle küçük parçalara uygulanır

Karşılaştırma:

Lazer ve Elektron Işın Kaynakları

• Lazer ışın kaynağı için vakum kamarası gerekmez • Lazer ışın kaynağında x-ışınları yayınmaz

• Lazer ışınları, optik mercek ve aynalarla odaklanabilir ve yönlendirilebilir • Lazer ışın kaynağı, Elektron ışın kaynağının derin kaynaklarını ve yüksek derinlik/genişlik oranlarını oluşturamaz

– Maksimum Lazer ışın kaynağı derinliği = ~ 19 mm,