gazaltı kaynak yöntemleri

GAZALTI KAYNAK YÖNTEMLERİ
Yrd. Doç. Dr. İbrahim ERTÜRK
İÇİNDEKİLER
1.
BÖLÜM ............................................................................................................ 1
2.
BÖLÜM ............................................................................................................ 4
2.1.
TIG Kaynak Donanımı .............................................................................. 6
2.2.
Kaynak Torçları......................................................................................... 8
2.3.
Hava Soğutmalı Torçlar ............................................................................ 9
2.4.
Su Soğutmalı Torçlar .............................................................................. 10
2.5.
TIG Kaynak Elektrodları.......................................................................... 13
2.6.
Saf Tungsten TIG Kaynak Elektrodlar .................................................... 16
2.7.
Alaşımlı Tungsten TIG Kaynak Elektrodları ............................................ 18
2.8.
Elektrod Tutucuları.................................................................................. 21
2.9.
Torç Bağlantı Paketi ............................................................................... 22
2.10.
Koruyucu Gaz Donanımı ........................................................................ 22
2.11.
Koruyucu Gazlar ..................................................................................... 23
2.12.
TIG Kaynak Yönteminde Kullanılan Akım Üreteçleri............................... 26
2.13.
TIG Kaynak Yönteminde Arkın Tutuşturulması....................................... 28
2.13.1.
Elektrodu değdirerek tutuşturma............................................................. 28
2.13.2.
Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması ........................................ 29
2.13.3.
Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması....................................... 29
2.14.
TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Ağızlarının Hazırlanması.................... 29
2.15.
TIG Kaynak Yöntemi için Kaynak Dolgu Metali
(Tel ve Çubuk Elektrodlar) ...................................................................... 31
2.16.
TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin Seçimi..................... 33
2.17.
Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler.................................................. 34
2.17.1.
Erimeyen elektrodun türü........................................................................ 34
2.17.2.
Erimeyen elektrod çapı ........................................................................... 34
2.17.3.
Akım türü ................................................................................................ 35
2.17.4.
Koruyucu gazın türü................................................................................ 36
2.18.
Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler ........................................... 39
2.18.1.
Kaynak akım şiddeti................................................................................ 39
2.18.2.
Ark gerilimi (ark boyu)............................................................................. 40
i
2.18.3.
Kaynak hızı ............................................................................................. 40
2.19.
İkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler............................................. 40
2.19.1.
Elektrod açıları........................................................................................ 40
2.19.2.
Elektrod serbest uç uzunluğu ................................................................. 41
2.20.
Yarı Otomatik TIG Kaynağı..................................................................... 41
2.21.
TIG Nokta Kaynağı ................................................................................. 42
3.
BÖLÜM .......................................................................................................... 44
3.1.
Koruyucu Gazlar ..................................................................................... 46
3.2.
Çalışma Tekniği ...................................................................................... 53
3.3.
MIG-MAG Kaynak Yönteminin Üstünlükleri ............................................ 70
3.3.1.
Kaynak dikişinin ağırlığı:............................................................................. 71
3.3.2.
Elektrik enerjisi tüketimi:............................................................................. 71
3.3.3.
Elektrod kaybı:............................................................................................ 72
3.3.4.
Cüruf temizleme: ........................................................................................ 72
3.3.5.
Uygulama kolaylığı: .................................................................................... 72
KAYNAKÇA ...............................................................................................................75
ii
1. BÖLÜM
GİRİŞ
Örtülü elektrod ile ark kaynağında elektrod örtüsünün görevlerinden en önemlisi
ve vazgeçilmez olanı, kaynak metali üzerinde bir koruyucu gaz atmosferi ve cüruf
oluşturarak kaynak banyosunu havanın oksijen ve azotunun olumsuz etkilerinden
korumasıdır.
Bütün kaynak yöntemlerinde ana tema, çıplak elektrod telini el ile ya da mekanik bir
tertibat yardımı ile otomatik olarak sürekli ilerletip, akımı ark bölgesine çok yakın bir
yerden vermek ve telin yüklenebileceği akım şiddetini artırarak, erime gücünü
yükseltmektir. Yalnız burada en önemli husus elektrod örtüsünün görevini
yüklenecek bir faktörün devreye sokulmasıdır. Bu görevi Gazaltı Kaynak
Yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan soy gazlar, aktif gazlar ya da bunların
karışımı mix. Gazlar yapmaktadır.
Örtülü elektrodun geliştirilmesi elektrik ark kaynağının önemini artırmıştır ve
bütün metallerin kaynağı için yeni yöntemlerin gelişmesine yol açmıştır. Bilinen
yöntemlerin geliştirilmesi ve yeni yöntemlerin bulunması yolunda yapılan araştırmalar
sonucu son 70 yıl içerisinde sayılamayacak derecede gelişmeler olmuştur.
Birinci Dünya Savaşı' na kadar emekleme dönemi yaşayan kaynak, iki dünya savaşı
arasında perçinli birleştirmenin yerini alarak, kalın saclann, tekne, gemi ve tankların
kaynağında yaygın olarak kullanılır hale geldi. İkinci Dünya Savaşı esnasında
uçaklarda kullanılan alüminyum, magnezyum alaşımlarının kaynağında karşılaşılan
zorluklar TIG yönteminin gelişmesine yardımcı oldu. Soy gaz koruması altında yapılan
TIG kaynak yöntemi ile önceleri sadece korozyona dayanıklı çelikler kaynatılırken,
bugün bütün metal ve alaşımlarını kaynak yapmak mümkün hale gelmiştir. Yalnız
yöntemin yavaşlığı araştırmacıları, benzer sonuçları veren daha hızlı bir yöntemin
arayışına yöneltmiştir.
Soy gaz koruması altında eriyen elektrod ile yapılan MIG yöntemi, bir çok alanda TIG
yönteminin yerini alarak işlemin hızlanmasına yol açmıştır.
Uygulama kolaylığı nedeni ile tüm demir dışı metal ve alaşımlarının kaynağında
1
kullanılan MIG yönteminin yalın karbonlu ve az alaşımlı çeliklerde uygulama alanı
bulmamasının nedeni soy gazların pahalılığı olmuştur.
MAG diğer bir deyimle, aktif gaz koruması altında eriyen elektrod ile yapılan kaynak,
son yıllarda büyük bir gelişme göstermiş yalın karbonlu ve düşük alaşımlı çeliklerin
kaynağında önemli ölçüde kullanılır hale gelmiştir.
Önceleri yalnız CO2 koruması altında yapılan bu yöntemde, gereken durumlarda
arkı yumuşatmak, sıçramayı azaltmak için CO2' ye Ar karıştırılıp kullanılmaktadır. Ar
+ CO2' nin içine az miktarda O2 ilave edilerek Ar + CO2 + O2’den oluşan üçlü gaz
koruması altında daha kalın çaplı elektrodlar ile her pozisyonda çalışabilme olanağı
sağlanmış ve düzgün görünüşlü kaynak dikişleri elde edilebilmiştir. Ayrıca bu
yöntemin kullanılması ile işlemlerin hızlanmasına ve otomatikleşmesine olanak
sağlanmıştır.
Son yıllarda geliştirilen, darbeli akım yönteminde, kaynak akımı ayarlanan frekansta
bir alt ve bir üst değer arasında değiştirilerek iş parçasına aktarılan ısı girdisi
minimumda tutularak, özellikle ince parçalarda çarpılma azaltılmıştır. Yine son
yılların önemli gelişmelerinden bir tanesi de inverter türü kaynak makinelerinin
uygulama alanına girmesidir, bu tür kaynak makineleri ile gerçekleştirilen kaynak
işlemlerinde yalnız CO2 kullanılması halinde dahi sıçrama tamamen ortadan
kalkmıştır.
Günümüzde konstrüksiyonlar, iş verimi ve güvenliğini artırmaya, boyutları ve ağırlığı
küçültmeye, malzeme ve üretim masraflarını azaltmaya yöneliktir. Buna paralel
olarak birleştirme teknolojisi de sürekli şekilde kendini yenilemek zorunda kalmıştır.
Endüstrileşmiş ülkelerde en çok kullanılan yarı otomatik ve tam otomatik kaynak
yöntemi olan MIG/MAG yöntemi, son yıllarda ülkemizde de hızla yayılmaktadır.
Gerek MIG/MAG kaynak makinesi, gerekse tel elektrod üretimindeki hızlı artış bunun
en önemli göstergesidir.
Koruyucu gaz ile yapılan kaynak denince aklımıza kaynak yeri, bir gaz atmosferi
(şemsiyesi) ile korunarak yapılan ark kaynağı gelir.
Argon ve helyum gibi soy gazlar kullanılarak TIG ve MIG kaynak yöntemleri ile çeşitli
metal ve alaşımlarının pasta ya da dekapan kullanmadan, fazla deformasyona
2
uğramadan kaynak edilmeleri mümkündür.
Aktif gaz kullanılarak MAG kaynak yöntemi ile yalın karbonlu ve düşük alaşımlı
çeliklerin yarı otomatik ve tam otomatik olarak kaynak edilmeleri mümkündür.
3
2. BÖLÜM
ERİMEYEN ELEKTROD İLE TIG KAYNAĞI
TIG kaynak yöntemi çok geniş bir uygulama alanına sahiptir, kaynakçı tarafından
kullanılması kolaydır, prensip olarak gaz eritme kaynağını andırır, yalnız torç biraz
değişiktir, yanıcı yakıcı gaz yoktur,
ısı enerjisi elektrik arkı tarafından
sağlanmaktadır.
Bu yöntem de erimeyen bir elektrod kullanıldığı için kıvrık alın kaynak ağzı
hazırlanmış ince parçalar, ek kaynak metaline gereksinme göstermeden birleştirilebilir;
gerektiğinde esas metalin eritilerek, ek kaynak metaline olan gereksinmeyi ortadan
kaldırması da yöntemin göz önüne alınması gereken üstünlüklerinden bir tanesidir.
Kaynak bağlantısı için ilave metal gerektiğinde, oksi-asetilen yönteminde olduğu gibi,
tel halinde kaynakçı tarafından kaynak bölgesine verilmektedir.
Şekil 2.1. TIG Kaynak yönteminde ark bölgesi
TIG kaynak yönteminin diğer bilinen ve endüstride sık uygulanan eritme kaynağı
yöntemlerine göre en önemli üstünlüğü, ısı girdisinin ve eriyen ek kaynak metali
miktarının birbirlerinden bağımsız oluşudur. Bu önemli özelik yöntemin çok ince
parçalara uygulanabilmesine olanak sağlamakta, kök pasoların çekilmesinde, pozisyon
kaynaklarında ve tamir işlerinde de kaynakçıya büyük kolaylıklar sağlamaktadır.
İlk gelişme yıllarında sadece havacılık endüstrisinde uygulama alanı bulmuş olan bu
kaynak
yöntemi
deneysel
ölçüde,
magnezyum
alaşımlı
parçaların
birleştirilmesinde kullanılmış ve alınan doyurucu sonuçlar, yöntemin endüstrinin diğer
4
alanlarında da uygulanabilirliğini kanıtlamış ve hızla alüminyum, magnezyum ve diğer
endüstriyel demir dışı metal ve alaşımlar ile paslanmaz çeliklerin kaynağında çok
aranılan bir yöntem haline gelmiştir.
Alışılagelmiş kaynak yöntemlerinde kullanılan korrozif örtü ve flakslar, kaynaklı
parçaların ancak sınırlı alanlarda kullanılmasına olanak tanıdığından, özellikle hafif
metallerin
alaşımlarından
yapılmış
kaynaklı
parçaların
endüstriyel
kullanımını
kısıtlıyordu. TIG yönteminin geliştirilmesi sonucu, hafif alaşımlar için yeni kullanım
alanları açılmış, korrozif flaksların yarattığı olumsuzlukların ortadan kalkması sonucu
uçak ve gemi yapım mühendisleri bu alaşımların sunduğu her tür avantajdan
yararlanabilir hale gelmişlerdir.
Gaz türbinlerinin hızlı gelişmesinde de TIG Kaynak Yönteminin katkısı oldukça
önemlidir, yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımların emniyetli bir biçimde kaynakla
birleştirilebilmesi, jet motorlarının özellikle yanma odalarının en optimum biçimde
tasarımına olanak sağlamıştır. Kimya, gıda endüstrisi ile alkollü, alkolsüz içki
üretiminde, alüminyumun, paslanmaz çeliğin, bronzun ve bakırın kaynağında artık
tamamen bu yöntem uygulanmaktadır. Örneğin, bu yöntemin yaygınlaşmasından sonra
bira, tahta fıçı yerine alüminyum fıçılarda nakledilmeye başlamıştır. Elektrik makinaları
üreticileri pek çok yerde cıvata ve somun yerine bu yöntemi kullanmaktadırlar, pek çok
transformatörde
laminasyon
paketi
cıvata
yerine
kaynak
bağlantılı
olarak
yapılmaktadır.
TIG kaynak yöntemi her pozisyonda ve prensip olarak ta her kalınlıktaki parçalara
uygulanabilirse de, fazla kalın parçalar için işlem süresinin uzaması yöntemin
ekonomikliğini yitirmesine neden olmaktadır, bu bakımdan 7 mm'den kalın parçaların
kaynağı için önerilmez; bununla beraber yüksek kalite ve kaynak emniyetinin gerekli
olduğu uçak ve uzay endüstrisinde çok pasolu kaynak uygulayarak bu olumsuzluğun
etkisi azaltılmaya çalışılır. Akım şiddeti azaltılarak diğer eritme kaynak yöntemleri ile
birleştirilmesi olanaksız olan 0.1'mm kalınlığa kadar ince saclar bu yöntem ile çok
sağlıklı olarak birleştirilebilmektedir.
TIG kaynak yöntemi özellikle 1950'den itibaren büyük bir önem kazanarak gerek
AWS ve gerekse de DIN sınıflandırmasında yerini almıştır.
5
2.1.
TIG Kaynak Donanımı
Bir TIG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur:
•
Kaynak hamlacı diye de adlandırılan bir kaynak torcu.
•
Kaynak akım ve kumanda şalter kablosunu, gaz hortumunu ve gerektiğinde
soğutma suyu giriş ve çıkış hortumlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli, torç
bağlantı paketi.
•
Kaynak akımının, gaz akışının ve gerektiğinde soğutma suyunun devreye giriş ve
çıkışını, arkın tutuşmasını ve alternatif akım ile çalışma halinde arkın
sürekliliğini sağlayan devreleri de bünyesinde toplayan kumanda dolabı.
•
Kaynak akım üreteci.
•
Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu
gaz tüpü.
TIG kaynak yönteminde bu temel donanımların yanı sıra gerek duyulduğunda veya
sistemin, otomatik olarak çalışması arzu edildiğinde aşağıda belirtilmiş olan ek
donanımların kullanılmasına gereksinim vardır:
•
Yüksek akım şiddetleri ile çalışıldığında, ısınan torcu soğutmak için soğutma suyu
sirkülasyon sistemi.
•
Özellikle doldurma işlerinde kullanılmak üzere akımın kontrol ve ayarı için ayak
pedalı.
•
Otomatik
kaynak
uygulamalarında
gerektiğinde
torca
salınım
hareketleri
yaptıracak bir osilatör.
•
Otomatik kaynak uygulamalarında kullanılmak üzere tel besleme tertibatı.
•
Otomatik kaynak uygulamaları için torç veya iş parçasını ilerletme tertibatı.
•
Darbeli akım uygulamaları için, kaynak akımını ayarlanmış iki akım değeri
arasında öngörülen frekansta değiştiren elektronik cihaz; bu cihaz genelde ayrı bir
ünite olmayıp, kaynak akım üretecinin içine monte edilir.
6
Şekil 2.2. TIG kaynak donanımı prensip şeması
TIG kaynak donanımı, şekil 2.2'de görüldüğü gibi uygun bir akım üreteci, koruyucu gaz
tüpü, gaz basınç ve debi ayar tertibatı, tungsten elektrodu taşıyan torç, akım
kabloları ve gaz hortumu ile genelde akım üreteci üzerine monte edilmiş bir kontrol
panelinden oluşur; ayrıca yüksek akım şiddeti ile çalışma halinde bir de torcu
soğutmak için soğutma suyu devresi vardır. El kaynağı halinde torcun hareketi ve
kaynak metali beslemesi kaynakçı tarafından yapılır; yarı otomatik yöntemde torç
gene kaynakçı tarafından hareket ettirilir, burada tek fark kaynak ek metalini sağlayan
telin ark bölgesine otomatik olarak bir tertibat tarafından sokulması ve sürekli olarak
sabit bir hızla beslenmesidir.
Yarı otomatik TIG yönteminin geniş bir uygulama alanı bulmamasına karşın otomatik
TIG yöntemi olukça yaygındır. Bu yöntemde, sisteme kaynakçının müdahalesi söz
konusu değildir, tüm işlem sistem tarafından gerçekleştirilmektedir. Yöntemin başarılı
olabilmesi için, bağlantının konumunun sistem tarafından erişilebilir olması ve
ekonomiklik açısından da çok sayıda aynı parçanın kaynatılması gereklidir.
Bu yöntemin ilk uygulamalarında elektrod pozitif kutba bağlanarak kaynak yapılmış
ve aşırı ısınan elektrottan tungsten damlacıklarının kaynak dikişine geçtiği görülmüş
ve elektrod negatif kutba bağlanarak bu engel ortadan kaldırılmıştır; bu durumda
paslanmaz çeliklerin kaynağında başarı sağlanmasına karşın, alüminyum ve
magnezyum gibi refrakter bir oksit tabakası ile kaplı metallerin kaynağı problemi ile
karşılaşılmıştır. Alternatif akım arkının sürekliliğini sağlayan, yüksek frekans üreten
generatör ve devrelerin keşfi sonucu, alternatif akım yardımı ile bu tür metal ve
alaşımlarının çok kaliteli bir biçimde kaynağı gerçekleştirilmiştir.
7
2.2.
Kaynak Torçları
TIG kaynak yönteminde torç, iş parçası ile ucundaki tungsten elektrot arasında
kaynak için gerekli olan elektrik arkını oluşturabilmek için, akım kablosundan aldığı
akımı elektroda iletmek, koruyucu gazı kaynak banyosunun üzerini örtecek biçimde
sevk etmek görevlerini yerine getirmek için geliştirilmiş bir elemandır.
TIG kaynak yönteminde kullanılan torçlar uygulama koşulları göz önünde
bulundurularak çeşitli tür ve büyüklüklerde üretilmektedirler. El ile yapılan TIG
kaynağında kullanılan torçlar hafif, küçük ve elektrik akımı kaçaklarına karşı etkin bir
biçimde yalıtımlı olarak tasarlanmış ve üretilmişlerdir. Torç ile akım üreteci ve gaz tüpü
ve soğutma suyu ile bağlantıları değişik kalınlıklardaki kablolar ve hortumlar ile
sağlanır ve bunların tümü torç bağlantı paketi adı verilen çelik spiral takviyeli bir kalın
hortum içine yerleştirilmişlerdir.
Bir TIG torcunun çekirdek kısmını erimeyen tungsten elektrodun tutucusu
oluşturur. Bu parça genel olarak üzerinde boylamasına yarıklar bulunan ve bir tarafı
konik bir kovandır ve elektrod yüksüğü adı ile de anılır. Her büyüklük ve türdeki torçlar
için kullanılan çeşitli boyutlardaki tungsten elektrodların boyutlarına uygun farklı iç delik
çaplarında, dış boyutları aynı olan elektrod tutucuları üretilmiştir, diğer bir anlatımla
her çaptaki elektrod için ayrı bir elektrot tutucusu vardır. Elektrot tutucusu, elektrot
tutucusu kovanı diye adlandırılan bir parçanın içine girer ve bu parça da özel bir
somun ile torç gövdesine tespit edilir. Torç gövdesinin uç kısmına takılan koruyucu gaz
nozulu çeşitli çaplarda üretilir, aynı torca gaz gereksinimine ve kaynak işlemine göre
çeşitli büyüklüklerde gaz nozulu takılabilir. Genel olarak koruyucu gaz debisi arttıkça,
gaz nozulu çapı da büyür.
8
Şekil 2.3. Bir TIG kaynak torcunun parçaları
Torçlar
uygulamada
kullanılabilecekleri
maksimum
akım
şiddetine
göre
sınıflandırılırlar. Her büyüklükteki torca belirli sınırlar içinde kalmak koşulu ile çeşitli
çap ve türlerde elektrod ve gaz nozulu takılabilir. Torçları sınıflandırmada en önemli
kriter yüklenebilecekleri maksimum akım şiddeti olduğundan ve bu konu da torcun
soğutma sistemini belirlediğinden, genelde torçlar hava soğutmalı ve su soğutmalı
olarak iki ana gruba ayrılırlar.
2.3.
Hava Soğutmalı Torçlar
Hava soğutmalı torçlarda, soğutma torcun dış kısmından hava yardımı ile iç
kısmından ise akan koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir, bu neden ile bunlar gaz
soğutmalı torçlar adı ile de anılırlar. Bunlar hafif, akım yüklenme kapasitesi 200
Amperi geçmeyen, manipülasyonu kolay ve su soğutmalılara nazaran daha ucuz
torçlardır. Akım kapasitelerinin sınırlılığı nedeni ile ancak ince parçaların kaynağı için
uygundurlar.
Kafa açısı diye tanımlanan, tungsten elektrod ile torç sapı arasındaki açı normal
olarak 120o dir, bununla beraber bu açının 90o olduğu dik torçlar, 180o olduğu
kalem tipi torçlar ve uç açısının ayarlanabildiği döner başlıklı torçlar da uygulamada
kullanılmaktadır.
Kalem tipi torçlar görünüşleri bir kurşun kalemi andırdıkları ve kullanırken de baş kısmı
9
aşağıya gelecek biçimde kalem ile yazı yazar gibi tutuldukları için bu şekilde
adlandırılmışlardır; bunlar diğer türlerin giremediği yerlerde kullanılabilen, hafif ve
manipülasyonu kolay oldukları için özellikle ince sac kullanan üreticiler tarafından tercih
edilmektedirler. Bu torçların çok yaygın olarak bir diğer kullanım alanı da uçak
endüstrisidir, özellikle jet motorlarının yanma odalarına ve diğer parçalarına rakor ve
manşonların kaynatılmalarında bu tür torçlar büyük bir manipülasyon kolaylığı
sağlamaktadır.
Döner başlıklı torçlar biçim olarak kalem tipi torçları andırırlar, burada torcun meme
ve elektrot tutucu kısmı küresel mafsallı olarak sapa bağlanmıştır ve bu şekilde torç
açısı değiştirilerek kullanma sahası genişletilmiş ve torca üniversallık kazandırılmıştır.
2.4.
Su Soğutmalı Torçlar
Su soğutmalı torçlar ile daha yüksek akım kapasitelerinde çalışılabildiğinden bunlar
daha büyük daha ağır ve daha pahalıdırlar. Bunlar yüksek akım şiddetlerinde su
soğutmalı metalsel gaz nozulları ile kullanılmak koşulu ile standard olarak 1000
Amper akım kapasitesine kadar üretilirler; otomatik TIG kaynak sistemlerinde sadece
bu tür torçlar kullanılır. Doğal olarak bu tür bir torcun kullanılabilmesi için kaynak
donanımının bir soğutma suyu devresine ve birde su soğutma ünitesine sahip olması
gereklidir.
Bu torçlar normal olarak torç bağlantı paketi ile beraber satılırlar, zira kaynak akım
kablosu, soğutma suyu dönüş hortumu içine yerleştirilmiş ve bu şekilde ısınması
önlenerek daha küçük kesitli kablo kullanabilme olanağı sağlanmıştır.
Bu torçlar kullanılmadan önce soğutma suyunun torç içine sızmaması için contaları
sık sık kontrol edilmeli ve tam bir sızdırmazlık sağlanmalıdır; zira aksi halde sızan su,
çalışma sırasında buharlaşarak koruyucu gaza karışır kaynağın kalitesini bozar,
gözenek ve çatlak oluşumuna neden olur.
10
Şekil 2.4. Su soğutmalı bir TIG kaynak torcunun kesiti
TIG kaynak torçlarına takılan gaz memeleri, torcun biçimine, türüne, kapasitesine,
hava veya su soğutmalı olmasına, kullanılan gaz debisine ve kaynak yerine göre
değişik çap ve tipte olabileceği gibi değişik malzemelerden de üretilmiş olabilir.
Günümüz endüstrisinde kullanılan gaz nozulları, malzemeleri açısından başlıca dört
gruba ayırabiliriz:
•
Seramik gaz nozulları,
•
Metalsel gaz nozulları,
•
Saydam gaz nozulları,
•
Çift gazlı gaz nozulları.
Hava soğutmalı torçlarda tercih edilen seramik gaz nozulları kırılgan olmalarına karşın,
fiyatlarının ucuzluğu, oldukça yüksek sıcaklıklarda dahi kullanılabilmeleri ve alternatif
akım uygulamalarında yüksek frekans akımının oluşturduğu çapraz ateşlemelere
mani olması nedeni ile endüstride en yaygın olarak kullanılan TIG gaz nozulu türüdür.
Seramik gaz nozulları sürekli kullanma sonucu gevrekleşir ve alt dudaklarından ufak
parçacıklar kopar ve aynı zamanda iç cidarlarında metal sıçraması, metal buharları
çökelmesi ve parçacıklar kopması sonucu pürüzlülük oluşur; bu durum koruyucu gaz
akımının laminerliğini bozduğundan bu hale gelmiş gaz nozulu yenisi ile
değiştirilmelidir.
Genellikle bakır ve alaşımlarından üretilen metalsel gaz nozulları yüksek akım şiddeti
ile uygulamalarda kullanılan su soğutmalı torçlarda tercih edilir, bunların hava
soğutmalı torçlar ile kullanılan türleri de vardır.
Metalsel gaz nozulları, seramik olanlara nazaran daha pahalıdır, buna karşın su
11
soğutmalı torçlar ile kullanıldıklarında çok daha uzun ömürlüdürler ve kırılgan
olmadıklarından da, kullanılmaları sırasında büyük bir itina gerektirmezler. Metalsel gaz
memelerinde, özellikle yüksek frekans akımının devrede olduğu alternatif akım
uygulamalarında karşılaşılan çapraz ateşleme olayı, koşulların elverdiği en büyük
çaplı gaz memesi kullanılarak önlenebilir.
Saydam gaz nozullarının kullanılması halinde, kaynak bölgesini ve kaynak arkını
görebildikleri için kaynakçılar tercih etmektedirler. Eritilmiş kuartzdan yapılmış olan bu
gaz nozulları, tungsten elektrodun az bir miktar kirlenmesi sonucunda dahi yayınan
şiddetli metal buharlarının iç cidarlarına çökelmesi sonucu saydamlıklarını yitirirler.
Saydam gaz nozulları kuartzdan yapılmış olmaları nedeni ile kırılgandırlar ve
kullanılmaları sırasında dikkat gerektirirler.
Çift gazlı kaynak nozulları, MIG kaynak yöntemindeki MACCI uygulamasının bir
alternatifi olarak geliştirilmiştir, burada konsantrik iç içe iki nozul vardır, elektrodu
çevreleyen iç nozul asal bir koruyucu gaz sevk ederek arkın oluşumunu ve dış nozul da
azot veya karbondioksit gibi bir gaz sevk ederek kaynak bölgesini atmosferik
etkilerden korur. Asal gazdan ekonomi sağlamak amacı ile geliştirilmiş olan bu
yöntemin uygulaması yok denecek kadar azdır.
TlG kaynak torçlarında kullanılan gaz nozulları hangi malzemeden yapılmış olurlarsa
olsunlar, kullanılmalarında itina gereklidir, iç cidarlarında ve alt dudaklarında
sıçramalardan veya parçacık kopmasından ileri gelen ufak bir pürüzlülük dahi gaz
akımının laminer akışını türbülanslı hale dönüştürür ve bu tür bir gaz akışı da gerekli
korumayı gerçekleştiremediğinden kaynak bağlantısında hataların ortaya çıkmasına ve
kalitenin bozulmasına neden olur.
Herhangi bir TlG kaynak işlemi için gaz nozulu seçiminde, özellikle seramik
nozulların kullanılması halinde, nozulun dudak kısmı diye de adlandırılan, kaynak
banyosuna bakan alt kısmının, arkın sıcaklığından erimeyecek kadar küçük çaplı
olmasına dikkat edilmelidir. Küçük ağız çaplı nozullar arkın daha stabil yanmasına, dar
kaynak ağızları içinde daha rahat çalışmaya ve kaynakçının torcu fazlaca eğmeden
kaynak bölgesini görebilmesine olanak sağlamaktadır. Buna karşın büyük ağız çaplı
gaz nozulları daha etkin bir koruyucu gaz örtüsü oluşturabilmekteler ise de, TlG
kaynak yönteminde en önemli girdilerden bir tanesi olan gaz sarfiyatı çok
12
yükselmektedir. Bu bakımdan büyük çaplı gaz nozulları, ancak yüksek sıcaklıklarda
atmosferin etkilerine hassas titanyum gibi metallerin kaynağında uygulama alanı
bulmaktadır.
Gaz nozulu çapı ile tungsten elektrod çapı arasındaki ilişki konusunda katı bir kural
yoktur, uygulamada gaz nozulu çapı elektrod çapının 4 ila 6 katı arasında
seçilmektedir.
TlG kaynak yönteminde kullanılan gaz nozulları genelde biçim olarak silindirik veya
konik olarak üretilirler; bu gaz nozullarının bazı türlerinin iç kısımlarına gaz merceği adı
verilen gözenekli bir perde yerleştirilerek gaz akışının laminerliliği garantilenerek nozul
dışında da oldukça uzun girdapsız akan bir koruyucu gaz sütunu oluşturulur. Bu tür
gaz nozullarının kullanılması sonucu, nozul dışında kalan tungsten elektrod boyu
uzun tutulabilir ve bu da gerek kaynakçının kaynak banyosunu daha kolay kontrol
edebilmesine ve gerekse de dar ağız açıları içinde rahat çalışabilmesine olanak sağlar.
Yüksek sıcaklıklarda, havanın oksijeninden etkilenen metal ve alaşımların kaynağı ile
bazı özel durumlar için değişik biçimli özel nozul türleri de geliştirilmiştir. Bunlar kaynağı
tamamlanmış kısım üzerine, dikiş soğuyuncaya kadar koruyucu gaz gönderecek
biçimde dizayn edilmişlerdir. Bu tür nozulların tamamlanmış kaynak dikişi üzerine de
koruyucu gaz gönderen uzantıları vardır, bu uzantının ağız kısmı gözenekli bir perde ile
kapanmıştır ve ek koruyucu gaz bu gözeneklerden geçerek soğumamış kaynak
dikişinin atmosferin olumsuz etkilerinden korunmasını sağlar. Bu tür gaz nozulları
özellikle otomatik TlG kaynak sistemlerinde uygun sonuçlar vermektedirler.
2.5.
TIG Kaynak Elektrodları
TIG kaynak yöntemi ile diğer elektrik ark kaynağı yöntemleri arasındaki en önemli
fark, ek kaynak metalinin elektrod tarafından sağlanmaması ve elektrodun sadece
ark oluşturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bakımdan burada, erime sıcaklığı
3500°C civarında olan Tungsten, elektrod malzemesi olarak seçilmiştir. Yüksek erime
sıcaklığının yanı sıra tungsten çok kuvvetli bir elektron yayıcıdır ve yayınan
elektronlar ark sütunu içinde kuvvetli bir elektron akımı oluşturur ve ark
sütunundaki atomları iyonize ederek, arkın kararlılığını sağlar. Günümüz endüstrisinde
ticari saflıktaki tungsten (% 99.5 W) ile toryum, zirkonyum ve lantanyum ile
alaşımlandırılmış elektrodlar kullanılmaktadır. Uygulamada karşılaşılan TIG kaynak
13
elektrodlarını, saf tungsten elektrodlar, alaşımlı elektrodlar ve çizgili elektrodlar olmak
üzere üç grup altında toplamak mümkündür. TIG kaynak elektrodları, AWS A5.12 ile
DIN 32528'de bileşimlerine göre sınıflandırılmış ve bunları birbirlerinden kolaylıkla ayırt
edebilmek için de renk kodları kullanılmıştır.
Tablo 2.1. Tungsten elektrodların kimyasal bileşimleri ve renk kodları
(DIN 32528)
İşareti
Malzeme No.
Oksit İçeriği
Katışkılar %
W
WT 10
WT 20
WT 30
WT 40
WZ 4
WZ 8
WL 10
2.6005
2.6022
2.6026
2.6030
2.6036
2.6050
2.6062
2.6010
0.90…1.20 ThO2
1.80…2.20 ThO2
2.80…3.20 ThO2
3.80…4.20 ThO2
0.30…0.50 ZrO2
0.70…0.90 ZrO2
0.90…1.20 LaO2
≤0.20
≤0.20
≤0.20
≤0.20
≤0.20
≤0.20
≤0.20
≤0.20
Renk Kodu
Yeşil
Sarı
Kırmızı
Leylak
Portakal
Kahverengi
Beyaz
Siyah
DIN 32528 de TIG kaynak elektrodlarının çapları 0.5, 1.0, 1.6, (2.0), 2.4, (3.0), 3.2,
4.0, (5.0), (6.0), 6.4 ve 8.0 mm boyları ise 50, 75, 150, 175 mm olarak belirlenmiştir.
AWS A5.12 de ise elektrodların çaplan 0.01, 0.02, 0.04, 1/16, 3/32, 1/8, 5/32, 3/16,
1/4 inç boyları ise 3, 6, 7, 12, 18 ve 24 inç olarak saptanmıştır, 7 inçten daha uzun
olanlar sadece mekanize ve otomatik kaynak yöntemlerinde kullanılırlar. Uygulamada
elektrod çapı, elektrodun maksimum akım yüklenebilme kapasitesi göz önüne
alınarak seçilmelidir, bu değere yaklaşıldığında arkın ısı yoğunluğu artmakta, daha
stabil bir ark ile nüfuziyeti fazla, dikiş yüksekliği az bir dikiş elde edilebilmektedir.
TIG kaynak yönteminde kullanılan elektrodların akım yüklenebilme kapasitesi çok
sayıdaki etkene bağlı olarak oldukça geniş bir aralık içinde değişmektedir. Bu
etkenleri şu şekilde sıralayabiliriz;
•
Elektrodun bileşimi,
•
Koruyucu gazın türü,
•
Elektrodun, elektrod tutucusunun dış kısmında kalan boyu,
•
Elektroda uygulanan soğutma sisteminin etkinliği,
•
Akım türü ve kutuplama,
14
•
Kaynak pozisyonu.
Tablo 2.2. Tungsten elektrodların bileşim ve çaplarına göre akım yüklenebilme
kapasiteleri
Elektrod Çapı
mm
0.5
1.0
1.6
2.4
3.2
4.0
4.8
6.4
Alternatif Akım A
Doğru Akım A
W Elektrod
WT
Elektrod
W ve WT
Elektrod (- )
W ve WT
Elektrod (+)
5…15
10…60
50…100
100…160
150…210
200…275
250…350
325…425
5…20
15…80
70…150
140…235
22S…325
300…425
400…525
500…700
5…20
15…80
70…150
150…250
250…400
400…500
500…650
650…800
10…20
15…30
25…40
40…55
55…80
80…125
Elektrodun maksimum akım taşıyabilme kapasitesi çok sayıda etkene bağlı
olduğundan tablolarda verilen değerler sadece bir kılavuz olarak kabul edilmelidir, zira
kaynatılan parçanın yüzey durumu dahi bu olayı etkiler, örneğin parlak yüzeyli bir
malzeme halinde mat ve yüzeyi tufal kaplı bir malzemeye göre, elektrod yansıyan
ışınlardan daha fazla ısındığından maksimum akım taşıyabilme kapasitesi azalır.
Arkın oluşturduğu ısı enerjisinin üçte ikisi pozitif ve üçte biri negatif kutupta
oluştuğundan elektrodun doğru akımda negatif kutba bağlanması (doğru kutuplama)
halinde, aşırı ısınma oluşmadan, elektrodun pozitif kutupta (ters kutuplama) olması haline
nazaran daha fazla akım yüklemek mümkündür, gene bu duruma göre elektrod doğru
akım negatif kutupta iken alternatif akım haline nazaran daha yüksek akım ile
yüklenebilir. Benzer şekilde, kaynatılan parçaya öntav uygulanmış olması da elektrodun
maksimum akım yüklenebilme kapasitesini azaltır.
Doğru akım uygulamalarında negatif kutupta kullanılan elektrodun akım yüklenme
kapasitesinin toryum veya diğer alaşım elementleri ilavesi ile de fazla
yükseltilemediği konusu olukça dikkat çekicidir, zira bu elementlerin ilavesi elektron
emisyonunu arttırmakta ve elektrodun uç kısmı daha az ısınmaktadır; burada
unutulmaması gereken en önemli olay, akım taşıma kapasitesini sınırlayan en önemli
etken elektrik direncinin neden olduğu ısınmadır, dolayısı ile akım şiddetinin
yükseltilmesi halinde elektrod elektrik direnci nedeni ile ısınır ve ucu erimeye başlar.
15
Elektrodun aşırı ısınması halinde en uygun çözüm elektrod çapını değiştirmektir, bunun
yanısıra, elektrod tutucusunun elektrod ile arayüzeyini arttırmak, elektrodun serbest
boyunu kısa tutmak, metalsel ve soğutmasız ise gaz nozulunu seramik veya daha
ideali su soğutmalı metalsel bir nozul ile değiştirmek de bir dereceye kadar elektrod
ısınmasına karşı alınabilecek önlemlerdir. Koruyucu gaz debisini arttırmak ta bu konuda
faydalı ise de, maliyeti direkt olarak etkilediğinden önerilen bir önlem değildir.
DIN 32528'e göre tungsten elektrodlar şu biçimde gösterilmektedir:
Elektrod; DIN 32528 1.6 - 75 - WT 10
Burada 1.6 elektrodun mm. olarak çapını, 75 mm. olarak boyunu ve WT 10 da
bileşiminde % 0.9 ila 1.2 toryum-oksit bulunduğunu belirtmektedir
2.6.
Saf Tungsten TIG Kaynak Elektrodlar
En ucuz elektrod türü olan saf tungsten elektrodlar alternatif akımda
alüminyumun kaynağında tercih edilirler. Bu elektrodlar iyi bir elektron emisyon
özeliğine sahip olmalarına karşın, toryum alaşımlılara nazaran daha düşük akım’da
yüklenme kapasitesine sahiptirler, kirlenmeye ve oksitlenmeye daha yatkındırlar. Bu
elektrodlar gerek DIN 32528 ve gerekse de AWS A5.12'ye göre yeşil renk ile
işaretlenmişlerdir.
Tungsten elektrod gerektiğinden daha düşük bir akım şiddeti ile yüklendiğinde, ark
elektrodun uç kısmında gezinmeye başlar; gerektiğinden daha yüksek bir akım şiddeti ile
çalışıldığında elektrodun uç kısmında erime başlar ve bir sıvı tungsten damlacığı oluşur
ve kaynak sırasında bu damlacık oldukça yüksek bir frekans ile titremeye başlar ve
bu esnada da tungsten zerrecikleri arkı izleyerek veya buhar halinde kaynak metaline
geçer. Akım şiddetinin çok yükselmesi arkın stabilitesinin bozulmasına neden olur ve
bu durumda tungsten kaynak metaline zerrecikler veya buhar halinde değil oldukça
iri damlalar halinde geçmeye başlar, ideal akım şiddetinde elektrodun uç kısmında
erimiş tungsten bir yarım küre şeklinde görülür.
Saf tungsten elektrod kullanılması halinde, en stabil ark akım şiddetinin izin verdiği en
küçük çaplı elektrod ucunda yarım küre şeklinde erimiş tungsten damlacığı oluştuğu
anda görülür. Bu şekildeki bir çalışmada, özellikle otomatik kaynak halinde uzun
16
çalışma süreleri sonunda dahi elektrodda bir aşınma görülmediği gibi, kaynak
koşullarının izin verdiği en uzun ark boyu ile de çalışmak mümkün olur.
Normal çalışma koşullarında tungsten elektrod buharlaşma ile aşındığından aşınma
miktarını belirlemek için hassas ölçümlere gerek vardır; buna karşın uygulamada
görülen elektrod kayıpları uygun olmayan çalışma koşullarında tungstenin damlacıklar
halinde kaynak metaline geçmesi ve kaynak sırasında elektrodun uç kısmının
kaynak banyosuna, iş parçasına veya kaynak dolgu metaline değmesi sonucu oluşur.
Tungsten elektrod aşınmasının bir diğer önemli nedeni de ark söndürüldükten sonra,
elektrod kızgın halde iken, koruyucu gaz akımının hemen kesilmesidir. Bu durumda
tungsten elektrod oksitlenir ve yeniden kaynağa başlandığında ark içinde, kaynak
banyosuna doğru hızla fırlayan beyaz parlak oksit zerrecikleri görülür. Bu şekilde
oksitlenme sonucu elektrodda aşınma normal halin 30 katına kadar çıkabilir. Bu olayı
önlemek için en etkin çözüm kaynak bittikten sonra elektrod soğuyuncaya kadar
koruyucu gaz akışını sürdürmektir. Elektrod yüzeyi normalde beyaz gümüş rengi ve
parlaktır, herhangi bir matlaşma ve renk değişimi elektrodun sıcak iken oksijen ile
temas etmiş olduğunu gösterir.
Tungsten elektroddan kaynak metaline, elektrodun değmesi veya akım şiddetinin
yüksek seçilmesi sonucu tungsten geçmesi halinde, işlemin durdurulup kaynak
dikişinin o kısmının işlenerek dikişi zayıflatan tungsten parçacığının çıkartılması
gereklidir, bu işlem için taşlama pek önerilmez, zira taş tungsten parçacıklarını içe
doğru gömer.
Tungsten elektrodun ucunun kirlenmesi kaynakta süreksizlik oluşturur ve arkın
stabilitesini bozar. Elektrod ucunun kirlenmesinin nedenleri şu şekilde sıralanabilir:
•
Elektrod ucunun kaynak banyosuna değmesi,
•
Elektrod ucunun kaynak dolgu teline değmesi,
•
Koruyucu
gaz
debisinin
yeterli
olmaması
ve
gereken
biçimde
koruma
gerçekleştirememesi,
•
Kaynak biter bitmez elektrod ucu henüz daha kızgın iken koruyucu gaz
akımının kesilmesi.
Kaynak sırasında elektrodun ucu tungstenin erime sıcaklığı olan 3350°C'nin üzerinde
17
bir sıcaklıktadır, bu uç kaynak banyosu veya kaynak dolgu teli ile temas ettiğinde, uca
yapışan metalin bir kısmı hemen buharlaşır ve bir kısmı da, elektrodun uç kısmında
bir yarım küre biçiminde olan tungsten damlacığını alaşımlandırarak arkın
stabilitesinin bozulmasına neden olur. Kirlenmiş elektrod ile yapılan kaynakta arkın
stabilitesini kaybetmesine, elektrod ucunun biçiminin değişmesi ile kirletici metalin
buharlarının ark yoluna geçmesine neden olmaktadır.
Böyle bir durum karşısında yapılabilecek iki şey vardır; elektrodun ucunu kırıp yeniden
şekillendirip kullanmak veya bir bakır parça üzerinde, yüksek akım şiddeti ile bir ark
oluşturup, kirletici metal buharlaşıp yok oluncaya kadar arkı devam ettirmek. Bu
şekilde yapılan temizleme işleminde tek değerlendirme yöntemi arkı izlemektir, ark
stabilitesini kazandığı an temizleme işlemi tamamlanmış demektir. Kirlenmiş elektrodun
uç kısmının kırılıp yeniden şekillendirilmesinin gerekli olduğu hallerde, kırma iki pense
kullanarak elektrodun uç kısmından en fazla 10-12 mm kadarlık kısımda yapılmalıdır;
zira bu bölge gevrekleşmiştir kırılabilir, elektrodun diğer kısımlarından kırmaya
zorlandığında eğilir ve düzeltmek çok zor bir iştir.
2.7.
Alaşımlı Tungsten TIG Kaynak Elektrodları
Bileşiminde % 1-2 toryum oksit (ThO2) içeren tungsten elektrodlar saf tungsten
elektrodlara göre daha yüksek bir akım yüklenme kapasitesine, iyi bir elektron
yayınımına, daha uzun bir kullanma ömrüne, kirlenme oksitlenmeye karşı daha büyük
bir dirence, daha kolay bir tutuşma ve daha kararlı bir ark oluşturma özeliğine
sahiptirler. Toryum-Oksit miktarının % 4'de kadar yükselmesi ile ark karakteristikleri
daha da iyi bir duruma gelir.
Toryum-Oksit ile alaşımlanmış tungsten elektrodlar da, saf tungsten elektrodlar gibi
sinterleme ile üretilir. Tungsten tozları ve toryum oksit tozları belirli bir oranda
karıştırıldıktan sonra preslenerek şekil verilir ve pişirilerek elektrod elde edilir. ToryumOksit alaşımlı tungsten elektrodlar, normal akım yüklenme kapasitelerinde erime
göstermezler, aşırı bir akım ile yüklendiklerinde, saf tungsten elektrod halinde olduğu
gibi erimiş tungsten damla halinde kaynak banyosuna geçmez, burada sadece
elektrodda hızlı bir boy kısalması görülür. Bu olay alaşımlı elektrod halinde aynı elektron
emisyonu yoğunluğunda sıcaklığın saf tungsten elektroddan daha düşük olmasından
kaynaklanmaktadır.
18
Ark ateşleyicisi olarak yüksek frekans akım generatörü kullanıldığı hallerde, bu
elektrodlar ile, değdirme yöntemi halinde uygulanan gerilimden çok daha düşük bir
gerilimde ve daha uzun bir ark boyunda ark ateşlemesi gerçekleştirilebilir. Bu konu
özellikle yüzey kalitesinin önemli olduğu haller için bir üstünlüktür.
Bu tür elektrodlar ile değdirerek ark ateşlemesini yapılması halinde de saf tungsten
elektrodlar halinde görülen kıvılcım sıçraması ve çakma görülmez; bu biçimde ark
ateşlemesi için bu tür elektrodlar halinde en iyi sonuç yüksek bir boşta çalışma
gerilimi ve koruyucu gaz olarak ta argon kullanıldığı zaman alınmaktadır. Bu tür ark
ateşlemeye, kaynatılan metal türünün de etkisi vardır, örneğin paslanmaz çelik bu tür
ark ateşlemesine alüminyumdan daha yatkındır.
Akım yüklenme kapasitesi açısından, alternatif akım halinde artan toryum oksit içeriğine
bağlı olarak bu tür elektrodlar saf tungsten elektrodlara nazaran % 50'ye kadar varan
bir fazlalık gösterirler, özellikle koruyucu gaz olarak helyum kullanılması halinde
oldukça yüksek akım yüklenme kapasitelerine çıkılabilmektedir.
Toryum oksit alaşımlı elektrodlar ile yapılan kaynak dikişinin nüfuziyetinin derinliği, aynı
akım şiddeti ve aynı ark boyu halinde saf tungsten elektrod ile yapılan kaynak
dikişininkinden daha azdır, zira bu elektrodlarda ark gerilimi 3-5 Volt daha düşük
olmaktadır. Uygulamada bu elektrodlar ile daha yüksek akım şiddeti ile çalışıldığından
bu olayın farkına varılmaz.
Toryum oksit alaşımlı tungsten elektrodlar ile paslanmaz çeliklerin kaynağı halinde
yatay oluk pozisyonunda elektrod ucunun kaynak banyosuna değmesi bir sorun
oluşturmaz, elektrod veya banyo bu olaydan etkilenmez, buna karşın dik veya tavan
kaynağı halinde bu olay elektroda banyodan bir miktar kaynak metali sıvaşmasına
neden olur ve bu da elektrodu deforme eder, bu durumda elektrod ucunun uygun bir
noktadan kırılarak yeniden şekillendirilmesi gerekir.
Elektrod ucunun sivriltilerek daha yoğun ve sert bir ark oluşturulabilir ve bu da özellikle
derin kaynak ağzı hazırlanmış boru birleştirmelerinde büyük bir kolaylık sağlar.
Düşük akım şiddeti ile otomatik kaynak uygulamalarında saf tungsten elektrodlar
toryum oksitli elektrodlara tercih edilir, zira uzun süre kullanma sonucu elektrodun
ucunda bazı bölgelerde toryum segregasyonu oluşur ve ark bu noktalara doğru kayarak
19
stabilitesini yitirir.
Bileşimlerinde zirkonyum oksit (ZrO2) içeren elektrodların özelikleri saf tungsten elektrod
ile toryum oksitli elektrodların özellikleri arasındadır. Alternatif akım ile kullanılmaları
halinde saf tungsten elektrodların ark stabilitesini, toryum oksitli elektrodların akım
yüklenme kapasitesi ile kolay ark tutuşturma özelliğini gösterirler. Bu elektrodlar
zirkonyum oksit içeriğine göre kahverengi ve beyaz renk ile işaretlenmişlerdir.
1980'li yılların başlarından itibaren özellikle ABD'de Seryum oksit (CeO2) içeren
elektrodlar endüstride, toryum oksitli elektrodların bir alternatifi olarak kullanılmaya
başlanmıştır.
Çizgili tungsten elektrodlar diye adlandırılan bu elektrodların gövdeleri saf
tungstenden yapılmış ve gövde üzerinde bulunan çizgi şeklindeki kanalcıklar ise
toryum oksit ile doldurularak saf tungsten elektrodun alternatif akım ile kullanma
halindeki ark stabilitesi ile toryum oksit alaşımlı elektrodların akım yüklenme
kapasitesi ve arkın kolay tutuşma özeliği bir arada sağlanmıştır.
Son yıllarda geliştirilmiş olan ve ülkemizde pek tanınmayan çizgili elektrodlarda,
seryum elektrodun tüm kesidinde üniform olarak dağılmamış, elektrod üzerine çizgi
gibi görünen açılmış kanalcıklar içine doldurulmuştur. Bu tür elektrodların uygulamada
sağladığı üstünlük ve kolaylıklar şu şekilde sıralanabilir:
•
Yüksek akım şiddetlerinde daha küçük çaplı elektrod ile çalışabilme olanağı
sağlarlar,
•
İyi bir ark stabilitesi sağladıklarından, daha üniform kaynak dikişleri elde edilir,
•
Düşük bir akım direncine ve yüksek bir sıcaklık dayanımına sahip olmaları
nedeni ile yüksek bir akım ile yüklenebilme kapasitesine sahiptirler,
•
Kaynak sırasında, elektrodun uç kısmında çok dengeli bir sıvı tungsten damlacığı
oluşur ve elektroddan kaynak dikişine damlama ve sıçrama görülmez, kaynak
metalinin tungsten ile kirlenmesi olayı ile karşılaşılmaz,
•
Bu elektrodlar ile arkın tutuşması daha kolay bir biçimde gerçekleşir ve kaynak
sırasında ark gerilimi değişme göstermez,
•
Bütün metal ve alaşımların kaynağında uygun sonuçlar verir, saf tungsten
20
elektrodlardan daha iyi bir performansa sahiptirler,
•
Alüminyumun kaynağında, elektrod kaynak banyosuna veya ek dolgu metaline
değme sonucu kirlenme göstermez.
TIG Yönteminde kullanılan elektrodların yüzeyleri taşlanarak veya kimyasal olarak
temizlenmiş olarak piyasaya sunulur. Taşlama sonucu elde edilen yüzey
düzgünlüğü nedeni ile bu elektrodların akım yüklenebilme kapasiteleri daha yüksektir,
zira elektrod tutucusu ile çok iyi temas etmeleri sonucu arayüzey direnci azalarak temas
bölgesinde oluşan sıcaklık yükselmesi daha düşük düzeyde kalmaktadır. Herhangi bir
tür TIG elektrodu, yüzeyi taşlanarak veya kimyasal yöntem ile temizlenmiş olsun
daima açık parlak bir renktedir, kullanma sonucu matlaşması renk değiştirmesi onun
oksitlendiğini gösterir, oksitlenme sonucu elektrod sarfiyatı artar, ark stabilitesini yitirir
ve kaynak dikişinin kalitesi bozulur.
TIG kaynak elektrodları kullanılmadıkları zaman temiz bir kutuya konmalı yağ ve kirden
korunmalıdır. Yüzeyinde çukurcuk, çizik, enklüzyon ve çatlak bulunan elektrodlar
kullanılmamalıdır.
2.8.
Elektrod Tutucuları
Elektrod tutucuları, TIG kaynak yönteminde elektrodu torca bağlayan ve aynı
zamanda da elektroda kaynak akımını ileten bir parçadır. Bunlar genellikle bakırdan
yapılır ve iç delikleri kullanılan elektrodun çapına uygun olarak hassas bir şekilde
işlenmiştir. Otomatik kaynak uygulamalarında sıcaklığa dayanıklı olabilmeleri
açısından nikel-krom alaşımları da kullanılmaktadır.
Elektrod tutucular yarıklı veya sürmeli türde üretilmektedir ve elektrod ile temas eden iç
kısmı elektrod ile tam teması sağlayacak bir yüzey düzgünlüğüne sahiptir dış kısmı
da elektrod tutucu yüzüğü diye adlandırılan parçanın iç kısmına yerleştiğinden
hassas bir şekilde işlenmiştir. Elektrod tutucularının her kullanımdan önce özellikle iç
kısımları kontrol edilmeli, kir, yağ artıkları temizlenmeli, iç kısmı derin bir biçimde
çizilmiş veya tungsten elektrodun uygun çapta olmaması nedeni ile ark oluşması
sonucu içinde kraterler oluşmuşlar kullanılmamalıdır.
Elektrod tutucuları, eski deyim ile tutucu hamili genelde diffüzör diye adlandırılan
bakırdan yapılmış ve koruyucu gaz kanallarına sahip bir parçanın içine yerleştirilir;
21
elektrik akımı bu parçadan memeye geçtiğinden ve bu parça sayesinde tutucu
tungsten elektrodu sıkıca kavrayabildiğinden bu geçmenin de toleransları ve işleme
hassasiyeti önemlidir. Bu parça üst ucundan direkt olarak üzerindeki dişler ile veya
bir somun yardımı ile torç gövdesine bağlanır; alt ucuna ise gaz nozulu takılır.
2.9.
Torç Bağlantı Paketi
TIG kaynak donanımların büyük bir kısmında, torç kaynak akım üretecine, içinde
akım kablosunu, koruyucu gaz hortumunu, kumanda kablolarını ve gerektiğinde de
soğutma suyu geliş ve gidiş hortumlarını bir arada tutan, torç bağlantı paketi diye
adlandırılan bir metal spiral takviyeli kalın bir hortum ile bağlanmıştır. Burada saf
bakırdan yapılmış olan akım kablosu makina veya torcun en üst akım değerini
taşıyabilecek bir kesite sahiptir. Bu kesiti mümkün olduğu kadar ufaltabilmek amacı
ile su soğutmanın var olduğu hallerde akım kablosu su hortumu içinden geçirilerek
ısınmaması sağlanır. Koruyucu gaz olarak helyum'un kullanılması halinde, kauçuk
helyumun diffüzyonuna mani olamadığından özel bir plastikten imal edilirler.
2.10. Koruyucu Gaz Donanımı
TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak sadece asal gazlar kullanılmaktadır, bu
yöntemde koruyucu gaz içinde az miktarda dahi aktif bir gazın varlığına müsaade
edilemez, zira kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod bu
olaydan etkilenir. Koruyucu gaz basınçlı tüplerden veya stasyoner bir büyük basınçlı
kaptan borular yardımı ile dağıtılarak kullanım alanına sevkedilir. Ülkemizde TIG
kaynağı için gerekli gaz basınçlı tüplerden sağlanır, işletme içi merkezi gaz dağıtım
şebekeleri henüz uygulama alanı bulamamıştır.
Burada kullanılan gaz tüpleri oksijen veya diğer basınçlı gaz tüpleri gibi çelikten imal
edilmişlerdir. Ülkemizde asal gaz tüpü olarak da 40 litrelik ve 150 Atü'lük tüpler
kullanılmaktadır, bunlar TS 1519 ve DIN 4664'te tanımlanmışlar ve gri renge
boyanmışlardır. Bu tüpler içinde gaz basınç altında bulunduğu için bunlar basınçlı
kaplar sınıfına girerler ve oksi gaz kaynağında etraflıca açıklanmış olan tüplerin bakımı
ve kullanılması sırasında dikkat edilmesi gerekli hususlara aynen uymak zorunludur.
Gelişmiş Batı Ülkelerinde tüp doldurmaya gönderilir iken içinde 1 Atü basıncında gaz
kaldığı zaman tüpün vanası kapatılır ve bu halde doldurmaya gönderilir ve tüp ventili
açık tutulmadığı için hava tüpe giremez ve doldurulan gaz daha saf olur; aksi halde
22
tüpün içindeki hava emilmeden yapılan doldurmalarda tüp hacmi kadar hava argona
karışmış olur bu da % 0.75'lik bir safiyetsizliğe karşı gelir. Bu kadar bir safiyetsizlik
örneğin titanyumun kaynağında hemen kendini belli eder ve kaynak kalitesi bozulur.
Basınç
altındaki
gazın
basıncını
ve
debisini
ayarlayıp
kaynak
bölgesine
sevkedebilmek için aynen oksijen tüplerine takılana benzeyen bir basınç ayar tertibatı
tüpün üzerine takılır. Bu tertibatın üzerindeki manometrelerden tüpe yakın olanı
tüpteki gaz basıncını ikincisi ise litre/dakika olarak gaz debisini gösterir. Bazı hallerde
gaz debisi flowmetre denilen bir konik cam tüp içinde hareketli bir bilya bulunan tertibat
ile de yapılır.
Gaz tüplerine takılan basınç ayar ventilleri sadece belirli bir gaz içindir ve bunlar
dizayn edildikleri gaz için kullanılmalıdır.
Kaynak sırasında tüp başlangıçta bir kez vanasından açılır, gaz debi ayarı yapılır bundan
sonra çalışma sırasında verilen aralarda, ark sönünce gaz akımı da makinede
bulunan selenoid ventil tarafından kesilir.
2.11. Koruyucu Gazlar
TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın tek amacı kaynak sırasında, kaynak
banyosunu ve erimeyen tungsten elektrodu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır.
TIG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, Helyum ve argon veya bunların
karışımı gibi asal gazlar olup, kimyasal bakımdan nötr karakterde, kokusuz ve renksiz
monoatomik gazlardır. Kaynak sırasında koruyucu gazlar kaynak bölgesine bir ısı
katkısında bulunmasalar da, ısı girdisini bir dereceye kadar etkilerler. TIG kaynak
yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan asal gazlar veya bunların karışımı kaynak
sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod ve erimiş kaynak banyosu ile bir
reaksiyon
oluşturmazlar,
kaynak
metalinin
kalitesine
olumsuz
bir
etkide
bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli
etkide bulunurlar.
Argon ve helyumun kaynak karakteristiklerinin farklılığı bu gazlar ile yapılan
uygulamalarda, bazı metal ve alaşımlar için biri diğerine nazaran daha iyi sonuçlar
vermektedir. Argon satış fiyatının daha ucuz olması ve kolay tedarik
edilebilmesinin de etkisi ile TIG yönteminde en çok kullanılan gazdır. Tarihsel süreç
23
içinde bu yöntemin ilk uygulamalarında ABD’de helyum kullanılmış ve yöntem Heliark
adı ile anılmıştır. ABD'nin doğal gazdan yeterli miktarda helyum elde edebilmesine
karşın, Avrupa’da helyumun yokluğu havadan ayrıştırma ile elde edilen argonun bu
yöntemde kullanılmasına neden olmuş ve yönteme de Argonark adı verilmiştir.
Helyum doğada hidrojenden sonra en hafif gaz olup, özgül ağırlığı 0,179 kg/m3 olup
havadan yaklaşık 7 kat daha hafiftir; argonun özgül ağırlığı ise 1,784 kg/m3 tür ve
havadan 1,4 kere daha ağırdır. Bu farklılık her iki gazın kaynakta kullanımında gaz
sarfiyatını etkilemektedir, tavan kaynak pozisyonu haricinde, kaynak işlemende aynı
korumayı gerçekleştirebilmek için daha fazla helyuma gerek vardır. Ayrıca kapalı
yerlerde yapılan kaynak işlerinde, örneği bir kazan veya basınçlı kap içinde, havadan
ağır olan argonun yere çökmesine karşın, helyum üst kısımlarda biriktiğinden gerekli
önlemin alınmadığı hallerde kaynakçının boğulmasına neden olabilmektedir. Aynı
akım şiddetinde helyum atmosferi içinde oluşan ark, argon atmosferinde oluşandan
daha yüksek bir ark gerilimine sahiptir bu da kaynak ısı girdisini ve dolayısı ile de
nüfuziyeti arttırmaktadır. Bu olay özellikle ince kesitli parçalarda argonun, kalın kesitli
ve
ısı
iletkenliği
yüksek
olan
malzemelerin
kaynağı
ile
otomatik
kaynak
uygulamalarında helyumun tercih edilmesine neden olmaktadır.
Argon atmosferinde oluşturulan kaynak arkı, helyuma nazaran daha yumuşak ve
daha sakindir, arkın sakinliği ve ısı girdisinin da kaynakçıyı rahatsız etmeyecek
mertebede olmasından ötürü manuel kaynak uygulamalarında argon gazı tercih edilir.
24
Tablo 2.3. Argon ve Helyum gazlarının TIG yönteminde davranışlarının karşılaştırılması
Argon
Helyum
Düşük ark gerilimi sonucu ısı girdisinin Yüksek ark gerimi sonucu oluşan daha sıcak
azalması, 1.5 mm'den ince parçaların el ile ark, ısı iletkenliği yüksek malzemeler ile kalın
kaynağında büyük bir üstünlük sağlar.
parçaların kaynağında daha üstün sonuçlar
verir.
Alüminyum ve alaşımları gibi yüzeyleri refrakter
bir oksit tabakası ile kaplı malzemelerin Yüksek ısı girdisi ve yüksek kaynak hızı daha
kaynağında temizleme etkisi daha şiddetlidir.
dar bir ITAB oluşturur ve bunun sonucu kaynak
bağlantısının mekanik özelikleri iyileşir ve
Arkın tutuşması daha kolaydır. Ark daha sakin çarpılması ve kendini çekmeler azalır.
ve daha stabil yanar.
Havadan çok daha hafif olması sonucu
Havadan ağır olması nedeni ile daha az koruyucu gaz sarfiyatı yüksektir ve torcun
çıkan
gaz
akımı
hava
koruyucu gaz ile daha etkin bir koruma sağlar. memesinden
hareketlerine hassastır.
Dik ve tavan kaynaklarında, gaz sarfiyatının
fazla olmasına karşın, ısı girdisinin azlığı Otomatik kaynak işlemlerinde yüksek kaynak
sonucu oluşan, daha ufak kaynak banyosuna hızlarında karşılaşılan gözenek ve yanma
kaynakçının kolaylıkla hakim olabilmesine çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir.
olanak sağlar.
Otomatik kaynak işlerinde hızın yükselmesi,
gözenek oluşumuna neden olur.
Farklı metallerin kaynağında daha iyi sonuçlar
alınır.
Paslanmaz çelik, inkonel ve monelin kaynağında bazı hallerde gözeneğe mani olmak
için Ar-He karışımları kullanılabilir. Bu gaz karışımı hidrojenin olumsuz metalürjik
etkileri bulunan çeliklerde hiç bir zaman kullanılmamalıdır. Koruyu gaz içinde hidrojenin
varlığı ark gerilimini yükseltmekte ve kaynak banyosu daha akıcı yapmakta ve sıvı
kaynak metalinin ıslatma kabiliyetini yükseltmektedir. ABD'de özellikle ince paslanmaz
çelik boruların üretiminde tercih edilen bu karışım gazın iki ayrı bileşimi % 15 He - % 85
Ar ve % 5 He - % 95 Ar bu alanda oldukça yaygın bir uygulamaya sahiptir.
25
Tablo 2.4. Çeşitli metallerin TIG kaynağı için önerilen koruyucu gazlar ve elektrodlar
Metalin türü
Kalınlığı
Akım Türü
Elektrod Türü
Koruyucu Gaz
Alüminyum
Tüm Kalınlıklar
Kalın Parçalar
İnce Parçalar
AA
DAE.N.
DAE.P.
W veya WT
WT
WTeya WZ
Ar veya Ar-He Ar
He veya Ar
Ar
Bakır ve Bakır
Alaşımları
Magnezyum
Alaşımları
Tüm Kalınlıklar
İnce Parçalar
Tüm Kalınlıklar
İnce Parçalar
DAE.N.
AA
AA
DAE.P.
WT
W veya WZ
W veya WZ
WZ veyaWT
Ar veya Ar-He
Ar
Ar
Ar
Nikel ve Alaşımları
Yalın karbonlu ve az
alaşımlı çelik
Paslanmaz Çelik
Tüm Kalınlıklar
Tüm kalınlıklar
İnce parçalar
Tüm Kalınlıklar
İnce Parçalar
DAE.N.
DAE.N.
AA
DAE.N.
AA
WT
WT
W veya WZ
WT
W veya WZ
Ar
Ar veya Ar-He
Ar
Ar veya Ar-He
Ar
Titanyum
Tüm Kalınlıklar
DAE.N.
WT
Ar
Bazı özel hallerde, bakır ve alaşımlarının TIG kaynağında Azot'ta yüksek ark gerilimi
ve
yüksek
akım
şiddetinin
gerekli
olduğu
hallerde
koruyucu
gaz
olarak
kullanılmaktadır. Bu uygulamada azot asal bir gaz olmadığından elektrod
kirlenmesini azaltmak amacı ile yüksek miktarda toryum oksit içeren elektrodlar
kullanılmak zorundadır.
2.12. TIG Kaynak Yönteminde Kullanılan Akım Üreteçleri
Tüm ark kaynak yöntemlerinde, kaliteli bir kaynak dikişi eldesi ancak kararlı bir ark
gerçekleşebildiğinden, akım üretecinin seçimine özen göstermek gereklidir. TIG kaynak
yönteminde, arkın kararlılığı, kutuplama ve akım türü diğer ark kaynak yöntemlerinden
daha etkin bir biçimde kaynak dikişinin kalitesini etkilediğinden bu konuda daha büyük
özen göstermek gereklidir.
TIG kaynak yöntemi için geliştirilmiş çeşitli tür ve büyüklüklerde akım üreteçleri piyasada
mevcuttur; bunların şantiyelerde kullanılan türleri bir içten yanmalı motor ile tahrik
edilirler; fabrika ve atölyelerde kullanılan türleri ise şebekeden beslenirler. Bunların giriş
voltajı şebeke geriliminde olabildiği gibi özel durumlar için değişik giriş geriliminde
üretilmiş akım üreteçleri de vardır.
TIG yönteminde kullanılan kaynak akım üreteçleri, örtülü elektrot ile ark
kaynağında kullanılan türdekiler gibi sabit akım, diğer bir tanım ile düşen
karakteristikli akım üreteçleridir. Sabit akımlı kaynak akım üreteçleri düşen tip voltamper
26
karakteristiğine sahiptirler ve bu sayede, ark boyu değiştiği zaman akım sabit
kalabilmektedir. Eğimi fazla olan bir volt-amper eğrisinde kaynak çalışma aralığında
ark voltajındaki değişmelere bağlı olarak akımdaki değişmeler oldukça küçüktür. Sabit
akımlı kaynak akım üreteçlerine ait tipik bir volt-amper eğrisi Şekil 2.5'de görülmektedir.
Şekil 2.5. Bir kaynak akım üretecine ait düşen tür volt-amper karakteristiği
TIG kaynak yöntemi akım üreteçlerinden, generatör ve alternatörler daima bir kuvvet
makinası tarafından tahrik edilirler. Güç elektroniği günümüz düzeyine erişmeden
önce, fabrika veya atölye içinde kullanılan TIG akim üreteçleri de bir elektrik motoru
tarafından tahrik edilirlerdi; artık günümüzde bu türün üretimi yoktur; şantiye ve arazi
çalışmalarında, şebeke akımının bulunmadığı hallerde bunlar içten yanmalı motorlar
(benzin veya dizel) tarafından tahrik edilirler. Bu tür üreteçler örtülü elektrot ile ark
kaynağı için kullanılanların aynısıdır.
TIG kaynak yönteminde, kaynatılan malzemenin türüne göre hem alternatif akım hem
de doğru akım kullanıldığından, modern akım üreteçleri her iki tür akımı da gerektiğinde
sağlayabilecek türde dizayn edilmişlerdir, iyi bir kaynak akım üreteci hem alternatif hem
de doğru akım sağladığında, kaynak akımını sabit tutabilmen ve ayrıca doğru akımda
tutuşmayı, alternatif akımda ise arkın sürekliliğini sağlamak için bir yüksek frekans
generatörüne sahip olmalıdır. Son yıllarda birçok uygulamada bu konuda darbeli akım
da kullanılmaktadır
Günümüzde TIG kaynak yönteminde akım üreteci olarak transformatör ve
27
redressör türleri generatör ve alternatörlere nazaran çok daha yaygın bir kullanma
alanına sahiptir. Redressörler, akımı kaynak gerilimine ayarlayan bir transformatör ve
bu akımı doğrultan bir redressörden oluşmuşlardır, bu neden ile hem doğru akım hem
de alternatif akım üreten bu tür üreteçler ile her tür metal ve alaşımın kaynağını yapmak
mümkün olabilmektedir. Cihaz üzerindeki bir şalter yardımı ile kaynak akımı ister
transformatör çıkışından, istenir ise de redressör çıkışından alınabilir; redressör
çıkışından akım çekme halinde, bir başka şalter yardımı ile düz kutuplama (torç
negatif kutupta) veya ters kutuplama (torç pozitif kutupta) bağlantılarından bir tanesi
seçilebilir; bu seçimi kaynakçı kaynak yapacağı metal ve alaşımın türüne göre
belirler.
Günümüzde gelişmiş TIG kaynak redressörleri bir de darbeli akım üretecek biçimde
dizayn edilmişlerdir. Darbeli akım doğru akımın şiddetinin iki sınır değer arsında
öngörülen frekansta değişmesidir. Bu şekilde akımın üst sınır değerinin nüfuziyeti ele
edilebilmekte ve aynı zamanda ortalama akım şiddetinin ısı girdisi parçaya
uygulanmaktadır bu bakımdan daha çok D.A.E.N. ile çalışmada tercih edilen darbeli
akım pozisyon kaynaklarında çok iyi sonuçlar vermektedir.
Son yıllarda inverterler TIG kaynak yönteminde yaygın bir uygulama alanı
bulmuştur; bu akım üreteçleri daha hafif olukları gibi daha stabil bîr ark
oluşturduklarından pek çok kullanıcı tarafından tercih edilmektedirler.
2.13. TIG Kaynak Yönteminde Arkın Tutuşturulması
TIG kaynak yönteminde kaynağa başlar iken arkın tutuşturulması önemli
konulardan bir tanesidir, bu konuda uygulanan yöntemler şunlardır
2.13.1.
Elektrodu değdirerek tutuşturma
Sadece doğru akım ile çalışmada uygulanan bu tutuşturma yönteminde kaynak
makinesi çalıştırılıp koruyucu gaz akımı başladıktan sonra torç elektrod iş parçasına
değinceye kadar yaklaştırılır ve değmeden hemen sonra hafifçe geri çekilerek ark
oluşturulur. Bu yöntemin en önemi üstünlüğü basitliği ve kaynak akım üretecinde ek
donanımlara gerek yoktur. Bu değdirme sonucu elektrod iş parçası ile temas ettiğinden
özellikle saf tungsten elektrodlarda elektrod ucunun kirlenmesi ve elektroddan da iş
parçasına tungsten geçişini önlemek mümkün değildir.
28
2.13.2.
Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması
Yüksek frekans ile tutuşturma gerek doğru akım ve gerekse de alternatif akım
uygulamalarında kullanılır. Bu sitemde yüksek gerilim ve yüksek frekansta çalışan bir
küçük üreteç seri halde kaynak akım devresinde yer alır. Yüksek gerilim elektrod
parçaya birkaç mm kadar yaklaştırılınca yüksek gerilim arkı oluşturur ve bu ark
elektrod ile iş parçası arasındaki gazı iyonize eder ve hemen kaynak arkı oluşur.
Doğru akım ile çalışmada bu yüksek gerilim arkına sadece arkın tutuşturulması
anında gereksinim vardır, alternatif akım halinde ise bu ark kaynak süresince sürekli
olarak devrede kalır. Yüksek frekans genaratörünün yayınladığı dalgalar civardaki
radyo, bilgisayar gibi elektronik cihazların çalışmalarını etkiler; batı ülkelerinde bu
konuda uyulması gerekli nizamnameler vardır ve kaynak akım üreteci dizaynında
burada öngörülmüş olan koşullara uyulur.
2.13.3.
Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması
Elektrod iş parçasına yaklaştırıldığında bir yüksek gerilim akım darbesi elektrod ile iş
parçası arasındaki gazı iyonize ederek kaynak arkının oluşmasını sağlar. Bu yöntem
genellikle doğru akım ile kaynak yapan otomatik TIG kaynak donanımlarında
kullanılır.
2.14. TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Ağızlarının Hazırlanması
TIG kaynak yöntemi, bir eritme kaynak yöntemi olduğundan, kaynak işlemi öncesi
muhakkak bir kaynak ağzı hazırlamak gereklidir. TIG kaynak yönteminde
uygulanan kaynak ağızları diğer eritme kaynak yöntemleri için hazırlanan
ağızlardan biçim olarak farklılık göstermese de boyut olarak bazı farklılıklar gösterir.
TIG kaynağında uygulanan kaynak ağızları TS 3473 te ve daha ayrıntılı olarak ta
DIN 8551 Teil 1 ve DIN 8552 Blatt 1 ve Blatt 3'te açıklanmıştır.
Bu yöntemde kaynak metali uygulanan akımın şiddetine bağlı olmayıp da dışarıdan ark
bölgesine sokulduğu için daha çok kıvrık alın, köşe, dik alın, üçlü alın ve küt alın
birleştirmeler mümkün olan her yerde tercih edilerek bağlantı ek kaynak metali
kullanmadan gerçekleştirilir. Küt alın birleştirmede kaynak tek taraftan, mümkün
mertebe az kök aralığı bırakılarak çelik malzeme halinde 3-4 mm, alüminyum halinde
5 mm kalınlıklara kadar uygulanır. İki taraftan uygulanan I küt alın birleştirmede kalınlık
8 mm' ye kadar çıkabilir. Alüminyum bakır gibi, ısı iletim katsayıları yüksek
29
malzemelerde, küt alın kaynak ağzı ile birleştirmeler, dik pozisyonda iki taraftan aynı
anda kaynak uygulanarak gerçekleştirilir ve bu şekilde ısı yoğunluğu arttırıldığı için
daha az çarpılma ile karşılaşılır.
8 mm ve daha kalın parçaların tek taraftan birleştirilmesinde V ağzı tercih edilir,
yalnız burada kök alın yüksekliği diğer eritme kaynak yöntemlerine göre daha yüksek
alınır. Çelik halinde kök alın yüksekliği parça kalınlığına göre 0-4 mm, ağız açısı 60°,
Alüminyum halinde kök alın yüksekliği 0-3 mm, ağız açısı 70° olarak seçilir.
Kalın parçalar halinde U ağzı TIG kaynak yönteminde uygulanır; yalnız TIG yöntemi
kalın parçaların kaynağı için ekonomik olmadığından bu tür parçalarda kök paso TIG
ile dolgu pasoları diğer uygun bir yöntem ile yapılır.
Kaynak ağızlarının hazırlanmasında çelikler halinde oksijen ile kesme, paslanmaz çelik
ve alüminyum halinde ise plazma kullanılabilir. Küt alın kaynak birleştirmesi halinde
ince parçalar mekanik olarak giyotin ile de kesilebilir. Doğal olarak gerektiğinde
kaynak ağızları takım tezgahları veya taşlama yardımı ile hazırlanabilir. Yalnız
Alüminyum ve alaşımları halinde bağlayıcısı plastik olan taşlar kullanıldığında kaynak
dikişinde gözenek görülür. TIG kaynak yönteminde kaynak ağızlarının kirlenmemesine
ve kaynak öncesi temiz olmasına özel bir dikkat gösterilmelidir.
30
Kıvrık alın
Dik alın
Ağız Biçimi
Köşe alın
Çelik
Aralık Kök
mm
alın
Yük.
mm
Kalınlık
mm
Açı
tüm
-
-
<4
-
<8
Üçlü alın
Alüminyum
Aralık Kök
mm
alın
yük.
mm
Uygulama
Kalınlık
mm
Açı
Uygulama
-
-
tüm
-
-
-
-
s
-
Tek
taraftan
<5
-
0…5
-
Tek
taraftan
-
s/2
-
Çift
taraftan
<12
-
0…5
-
Çift
taraftan
>8
60
0…3
0…4
Çift
taraftan
>10
70
0…6
0…3
Çift
taraftan
>10
60
0…4
0…6
Genelde
kök paso
>12
70
0…6
0…4
Genelde
kök paso
>12
8
0…3
3
Genelde
kök paso
>20
>15
0…3
3
Genelde
kök paso
-
-
-
-
-
>10
>20
-
-
Genelde
kök paso
Şekil 2.6. TIG yönteminde uygulanan kaynak ağız ve kıvrık alın birleştirme türleri
2.15. TIG Kaynak Yöntemi için Kaynak Dolgu Metali (Tel ve Çubuk Elektrodlar)
TIG kaynak yönteminde gerekli olan kaynak dolgu metali el ile yapılan kaynakta tel
çubuk halinde kaynakçı tarafından otomatik tel besleyici sistemlerde ise tel halinde
31
sistemin tel sürme tertibatı tartından kaynak bölgesine sokulur. Burada kaynak metalinin
ark tarafından taşınımı söz konusu değildir ve ark asal bir gaz atmosferi altında
oluşturulmuştur. Bu bakımdan özellikle alaşım ve dezoksidasyon elementlerinin büyük
çapta yanması diye bir olay söz konusu değildir ve kayıplar gözönüne alınamayacak
derecede azdır. Her tür metal ve alaşımın kaynağına uygulanabilen TIG yöntemi için
her tür metal ve alaşım için çok geniş bir spektrumu kapsayan kaynak telleri
üretilmiştir. Bunlar bileşim olarak, MIG kaynak yönteminin de uygulanabildiği metal ve
alaşımlarda aynı bileşimdedirler; sert dolgu telleri ile MIG yönteminin uygulanamadığı
alaşımlarda farklılık gösteririler. Bu yöntemde kullanılan koruyucu gazın pahalılığı ve
işlemin büyük çapta el ile yapılması kolay kaynatılabilen yalın karbonlu ve az alaşımlı
çeliklerin kaynağı için bir engel oluşturur; buna rağmen 50 mm'den düşük çaplı
tesisat ve doğalgaz borularının kaynağında ve birçok halde daha kalın çaplı boruların
ve payplaynların kök pasolarında vazgeçilemez yöntemlerden bir tanesidir.
TIG Yöntemine kullanılan kaynak alaşımları döküm ile elde edilmiş sert dolgu
metalleri dışındakiler çekilerek üretilmiş 1 metre boyunda çeşitli çaplarda tellerdir.
Bunların çapları DIN 8556 ya göre 1, 1.2, 1.6, 2, 2.4, 3, 3.2, 4 ve 5 mm’ dir çap
toleransları ise 4 mm.'ye kadar ±0.10 mm, 5 mm. için ise ±0.15 mm.dir. Otomatik ve tel
sürme tertibatlı sistemlerde kaynak telleri aynen MIG kaynak yönteminde kullanılanlar
gibi kangal halinde pazara sunulurlar.
Tel
çubuk
halindeki
kaynak
metallerinden
kalın
çaplı
olanların
üzerine
damgalama yöntemi ile, ince çaplılara ise özel bir etiket yapıştırılarak, telin standard
işareti belirtilmek zorunludur, aksi halde ambalajından çıkartılan telleri birbirlerinden
ayırt etmek mümkün değildir.
Kaynak metali seçiminde bu yöntemde en önemli kriter esas metal ile kimyasal
bileşim bakımdan uygunluktur, kaynak dikişinin kalitesine ve bileşimine dolgu metalinin
etkisi daha şiddetli olduğundan endüstride kullanılan norm bileşimdeki metal ve
alaşımlar için dahi burada kimyasal bileşim daha dar aralıklarda değişmeye izin
verilir. Bunun yanısıra çekme ve darbe zorlamalarına dayanıklık, elektrik iletkenliği,
korozyon direnci ve kaynak dikişinin görünüşü de önemli kriterlerdir.
Kaynak teli üreticileri bunları yüzeyleri gayet temiz olarak kutu veya özel
ambalajlarda pazara sunarlar, bunların işletmelerde uygun olmayan koşullarda
32
depolanması özeliklerinin bozulmasına neden olur. Nemli yerlerde depolanan bazı tür
tellerin yüzeylerinde oksit tabakası oluşabilir, yağlı el ile tutulan veya yağlı gresli
maddeler ile temas eden teller ile açıkta ambalajı açılmış olarak depolanan tellerin
yüzeyinde gerek rutubetin ve gerekse de ortamdaki tozların çökelmesi sonucu kir
tabakası oluşur bütün bunlar kaynak sırasında banyoya geçerek bağlantının
beklenen kalitede olmamasına neden olurlar.
Tablo 2.5. TIG Kaynak yönteminde çeşitli metal ve alaşımlar için kullanılan kaynak
tellerine ait standartlar
Alaşımın Türü
Yalın C'lu ve Az Alaşımlı Çelikler
Sıcağa Dayanıklı Çelikler
Paslanmaz Çelikler
Alüminyum & Alaşımları
Bakır & Alaşımları
Nikel & Alaşımları
Titanyum & Alaşımları
Magnezyum Alaşımları
Zirkonyum & Alaşımları
Sert Dolgu Alaşımları
TS
DIN
AWS
5618
8559
8575
8556
1732
1733
1736
A5.18 - A5.28
A5.28
A5.9
A5.10
A5.7
A5.14
A5.16
A5.19
A5.24
A5.21
8555
2.16. TIG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin Seçimi
Kaynak parametreleri kaynak işleminin ve elde edilen kaynak bağlantısının kalitesini
belirleyen en önemli etmenlerdendir; bunların uygun seçimi, kaynakçının çalışma
koşullarını kolaylaştırdığı gibi gereken özelikte kaynak bağlantısı elde edebilme
olasılığını da arttırır. Bunların saptanmasında kaynaklanan parçanın malzemesi,
kaynak ağız ve parça geometrisi gözönünde bulundurulur.
Kaynak parametreleri kaynak öncesi saptanan ve kaynak süresince değiştirilemeyen
kaynak parametreleri, birinci derecede ayarlanabilir ve ikinci derecede ayarlanabilir
kaynak parametreleri olmak üzere üç grupta incelenecektir. Kaynak öncesi saptanan
parametreler TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun çapı, uç biçimi, malzemesi,
koruyucu gaz türü ve akım türüdür. Bunlar kaynak öncesi kaynaklanan parçanın
malzemesi, geometrisi, boyutları ve kaynak ağız biçimi göz önüne alınarak önceden
saptanır ve kaynak süresince değiştirilmeleri mümkün değildir.
Birinci derecede ayarlanabilir diye adlandırılan ve ikinci gruba giren parametreler
33
kaynak işlemini kontrol altında tutan değişkenlerdir ve birinci gruba giren
parametreler saptandıktan sonra belirlenirler; bunlar kaynak dikişinin genişliğini,
yüksekliğini, nüfuziyetini, arkın stabilitesini ve kaynak bağlantısının emniyetini
etkileyen değişkenlerdir. TIG kaynağında bunlar kaynak akım şiddeti, ark boyu ve
kaynak hızıdır. Bu parametreler değer sayıları ile ölçülebildiği gibi kaynak işlemi
sırasında da değiştirilebilirler.
Üçüncü gruba giren, ikinci derecede ayarlanabilir parametreler ise torç açısı, elektrod
serbest uzunluğu ve parçanın yatay düzlem ile olan eğimidir. Bu değişkenlerin
ölçülmesi daha zordur ve kaynak dikişi üzerine etkileri daha azdır.
TIG kaynak yönteminde parametreler incelenir iken bunların kaynak dikişinin biçimi
ve bağlantının güvenliği göz önüne alınır ve erime gücüne etkileri göz önüne
alınmaz; zira bu yöntemde kaynak metali ark bölgesine dışarıdan ve genelde el ile
sokulduğu için parametrelerin erime gücüne etkileri en düşük düzeydedir.
2.17. Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler
2.17.1.
Erimeyen elektrodun türü
TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun türü genelde kaynaklanan metalin türü ile
ilgili olarak seçilir. Kaynaklanan malzemenin türüne göre kullanılan elektrodlar ile
ilgili bilgiler Tablo 2.5'te genel olarak verilmiştir. Saf tungsten elektrodların akım
taşıma kapasiteleri düşük ve kaynak sırasında kirlenmeye ve kaynak dikişinde kalıntı
bırakmaya meyilleri daha fazladır; bu neden ile daha az kritik işlerde fiyatlarının
ucuzluğu nedeni ile tercih edilirler. Alüminyum ve magnezyum alaşımlarının
kaynağında alternatif akım ile kaynağında saf tungsten elektrodlar, alternatif akım
halinde daha uzun ömürlü olduklarından, yaygın bir uygulama alanına sahiptirler.
Toryum ile alaşımlı elektrodlar yüksek akım taşıma kapasiteleri, uzun ömürleri,
kirlenmeye karşı dirençleri, arkın tutuşma kolaylığı ve oluşan arkın stabilitesinden ötürü
uygulamada en fazla tercih edilen elektrodlardır. Zirkonyum alaşımlı elektrodlar ise
alternatif akım ile daha üstün karakteristiklere sahiptirler ve alüminyum ve
magnezyumun kaynağında kaynak dikişinde tungsten kalıntısı riski daha azdır.
2.17.2.
Erimeyen elektrod çapı
Genel olarak kullanılan erimeyen elektrodun çapını belirleyen çalışılacak olan akım
34
şiddetidir. Tablo 2.2'de çeşitli çap ve tür elektrodların akım yüklenebilirliği verilmiştir.
Erimeyen elektrodun akım yüklenebilirliğini, bileşim ve çap gibi bu iki önemli etkenin
yanısıra, uygulanan akımın türü, kutuplama, elektrod serbest ucu ve kullanılan
koruyucu gazın türü de etkilemektedir. Belirlenmiş bir akım şiddeti için doğru akım
halinde elektrodun pozitifte bağlı olması ısı yükü nedeni ile daha büyük çaplı
elektrod gerektirmektedir, aynı çaptaki elektrod halinde de elektrodun negatif kutba
bağlı olması halinde en yüksek akım taşınabilirliği elde edilmektedir. Erimeyen elektrod
ile kaynak uygulamalarında elektrod çapı akım yüklenebilirliğinin en etkin faktörü
olduğu için kalın parçalar kalın çaplı ince parçalar ise küçük çaplı elektrodlar ile
kaynak edilirler.
2.17.3.
Akım türü
Akım türünün seçiminde en önemli etmen kaynatılan malzemenin türüdür, akım
şiddetinin seviyesi ise doğal olarak sadece akım üretecinin kapasitesi ile ilgili bir
konudur. Tablo 2.4'te çeşitli metal ve alaşımlar için önerilen akım türleri ve
kutuplama belirtilmiştir.
35
Akım Türü ve
Kutuplama
D.A.E.N.
D.A.E.P.
A.A.
Oksit temizleme
etkisi
Yok
Var
Kuvvetli
% 50 İş parçası
% 50 Elektrod ucu
Nufuziyet
Derin ve dar
Az ve geniş
Orta
Elektrod Akım
Kapasitesi
Fevkalade
3,2 mm çapta 400 A
Kötü
6,4 mm çapta 120 A
İyi
3,2 mm çapta 225 A
Isı Dağılımı
% 70 İş parçasına
%30 Elektrod ucuna
% 30 İş parçasına
% 70 Elektrod ucuna
% 50 İş parçasına
% 50 Elektrod ucuna
Elektronların ve
iyonların akış yönü
Dikişin nufuziyet
biçimi
Şekil 2.7. TIG kaynak yönteminde akım türünün kaynak özelliklerine etkisi
Doğru akım elektrod pozitif ince alüminyum ve magnezyum parçaların kaynağı için
uygundur zira bu tür çalışmada arkın oksit temizleme özeliği iyidir ve nüfuziyeti az,
geniş kaynak dikişleri elde edilir. Elektrodun aşırı ısınması ve erimeye meyletmesi
nedeni ile doğru akım elektrod pozitif uygulamaları sadece ince parçaların kaynağı ile
sınırlıdır. Doğru akım elektrod negatif uygulamalarında arkın oksit temizleme özeliği
yoktur, derin nüfuziyetli kaynak dikişleri elde edilir ve tür uygulama
alüminyum ve mağnezyum dışında tüm metal ve alaşımları için uygundur.
Alüminyum ve mağnezyumun kaynağında yüksek frekans akımı ile takviyeli
alternatif akım en yaygın uygulama alanına sahiptir, zira bu durumda hem oksit
temizleme özeliği hem yeterli nüfuziyet bir arada elde edilebilmektedir.
2.17.4.
Koruyucu gazın türü
Koruyucu gazın türü kaynak dikişinin nüfuziyetini, ısı girdisini ve kaynak işleminin
maliyetini etkileyen bir faktördür. TIG kaynak yönteminde en fazla kullanılan koruyucu
gaz argondur, helyuma nazaran daha az nüfuziyet ve daha düşük ısı girdisi
sağlamasına karşın daha aynı kaynak işlemi için az miktarda gaz ile yeterli koruma
36
sağlamaz ve fiyatı ucuzdur; bu nedenlerden ötürü helyum daha ziyade ısı iletkenliği
yüksek kalın parçaların kaynağında tercih edilir. Hem maliyeti azaltmak ve hem de iki
gazın üstün özelliklerinden faydalanabilmek amacı ile helyum-argon karışımları da
koruyucu gaz olarak yaygın bir uygulama alanına sahiptir.
Elektrod uç açısı, sadece toryum alaşımlı tungsten elektrodlara uygulanan bir
işlemdir; erimeyen elektrodun ucunun konik biçimde taşlanması sonucu ortaya çıkan
koninin tepe açısıdır. Bu taşlama sonucu arkın tutuşmasını sağlayan yüksek frekans
akımı, arkı daha kolay oluşturmakta ve daha stabil bir ark ile çalışma olanağı elde
edilmektedir. Elektrod uç açısının daralması sonucu kaynak dikişinin genişliği
daralmakta, buna karşın nüfuziyeti artmaktadır. Bu açının çok daralması elektrod
ucunun aşınmasını arttırmaktadır, uygulamada yaklaşık 22°'lik bir açı tercih edilir bu
da yaklaşık olarak yüksekliği çapının 2,5 katı olan bir koniye karşı gelir.
Şekil 2.8. Kaynak sırasında akım türü ve şiddetine göre elektrod uç biçiminin görünüşü
TIG kaynak yönteminde kullanılan erimeyen elektrodların uç biçimlerinin oluşan
kaynak arkının yoğunluğuna ve dolayısı ile de ısı girdisine etkileri oldukça
şiddetlidir. Pinch-Effect diye tanımlanan arkı büzmeye çalışan etki, akım
yoğunluğunun karesi ile doğru orantılıdır; elektrod ucu konik olduğu zaman, uçta akım
37
yoğunluğu yükseldiğinden Pinch-Effect'in etkisi şiddetlenir ark daha büzülerek ark
sütunun merkezinin yoğunluğu artar ve bu olay da kaynak dikişinin nüfuziyetini
etkiler; aynı akım şiddetinde konik uçlu elektrod ile yapılan kaynak dikişi, düz
silindirik elektrod ile yapılan kaynak dikişinden daha derin bir nüfuziyete sahip olur.
Şekil 2.9. Aynı akım şiddeti uygulanarak yapılan TIG kaynağında, tungsten elektrod uç
biçiminin dikişin nüfuziyetine etkisi
Ucu sivriltilmiş elektrod kullanma halinde elektrodun kalan kısmının kalın çaplı olması
kaynak dikişinin biçimi üzerine hissedilir bir etkisi olmadığından, torcun izin verdiği
kalınlıkta bir elektrod kullanarak, elektrod gövdesinde akım yoğunluğu azaltılarak
elektrod ısınması önlenebilmektedir.
Toryum oksit ve zirkonyum oksit ile alaşımlandırılmış elektrodlar oldukça geniş bir
çalışma aralığında uç biçimlerini korurlar, buna karşın saf tungsten elektrodların uç
kısmında daha önceden de bahsedilmiş olduğu gibi yarı küresel bir erimiş tungsten
damlacığı oluşur, bu bakımdan saf tungsten elektrod halinde uç biçimini belirli bir iş için
belirlemekte uygulamada çok sık başvurulan bir yöntem şudur: elektrod ucu çapın 3
ila 5 katı bir boyda taşlanarak konikleştirilir, ve bu elektrod ile öngörülen koşullarda,
bir deney parçası üzerinde kaynağa başlanır elektrodun uç kısmı eriyerek
damlamaya başlar, elektrodun uçunda stabil, yarımküre biçiminde erimiş tungsten
damlacığı oluştuğunda işleme son verilir ve elektrod ucunda o koşullar için ideal
biçim elde edilmiştir.
Otomatik TIG kaynağı uygulamalarında elektrod uçlarının taşlanarak konikleştirilmesi
makina ile yapılmalı ve bu şekilde sürekli hep aynı uç formu elde edilerek kaynak
dikişinin üniformluğu sağlanmalıdır.
38
2.18. Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler
2.18.1.
Kaynak akım şiddeti
Önceden ayarlanan parametrelerden sonra kaynak dikişinin biçimine en önemli etkiyi
kaynak akım şiddeti yapar. Kaynak akım şiddeti makine üzerinde bulunan bir düğme
yardımı ile kolaylıkla ayarlanabilir; bazı tür otomatik makinelerde bu ayar kaynak
programı tarafından yapılır. Erimeyen elektrodun türü, çapı, akımın türü, kaynak
pozisyonu, ağız biçimi, parçanın kalınlığı ve kaynak akım üretecinin gücü akım şiddeti
seçimini sınırlayan faktörlerdir. Kaynak akım şiddeti kaynak dikişinin nüfuziyetini ve
erime miktarını etkileyen en etkin faktördür.
Tablo 2.6. Tungsten elektrod uç biçimleri ve uygulama yerleri (DVSMerkblattO911,teil 1)
Simge
A
Uç Biçimi
Tungsten
Elektrod
DİN 32558
Kaynak
Yöntemi
Akım
Türü
T1G ve Plazma
Kaynağı
Max20A
DAE.N
W WT10...WT
40 WZ4.«WZ8
WL
Uç hazırlama
uygulanmadan
TIG ve Plazma
Kaynağı
Max20A
DAE.N
W WT10...WT
40 WZ 4... WZ 8
WL
Düşük akım
şiddeti ile
uygulamalarda
Açıklama
B
TIG
D-AEN:
WT 1O...WT 40
Normal akım
şiddeti ile
uygulamalarda,
elektrod ucu
yuvarlatılmış
C
Plazma 20
A.'den yüksek
akım
şiddetinde
DALN.
WT20
WL10
Elektrod ucu
kesik koni
biçiminde
D
TIG
AA
W
WT10
Özelikle Al ve
alaşımları için
DAE.P.
Tüm türler ve
özellikle WT
10J/VT 40
Yalnız doğru
akım ve elektrod
pozitif kutupta
haü için
E
TIG
39
Diğer faktörler sabit kalmak koşulu ile kaynak akım şiddetinin artması kaynak dikişinin
nüfuziyetinin ve boyutlarının artmasına neden olur; aşırı yükselmesi halinde
nüfuziyet aşırı derinleşir, yanma olukları artar ve kaynak dikişi düzgünlüğünü
kaybeder. Diğer ayarlar değiştirilmemek koşulu ile akım şiddetinin azaltılması dişin
nüfuziyetinin ve boyutlarının azalmasına neden olur. Aşırı derecede düşük akım ile
çalışmada kaynak dikişinde çok zayıf bir nüfuziyet, erime azlığı ve kaynak metali
yığılması görülür.
2.18.2.
Ark gerilimi (ark boyu)
Ark gerilimi kullanılan koruyucu gazın türü ile ark boyuna bağlı olarak değişir. El ile
yapılan kaynakta ark boyu kaynakçı tarafından ayarlanır; otomatik kaynak halinde ise
elektrod ucu ile iş parçası arasındaki mesafe değiştirilerek ark gerilimi ayarlanır.
Koruyucu gazın ark gerilimi üzerine etkisi vardır aynı ark boyunda helyum gazı
kullanılması halinde daha yüksek ark gerilimi elde edilir. Bununla beraber ark
gerilimine en büyük etki ark boyu tarafından yapılmaktadır uzun ark yani yüksek ark
gerilimi ile çalışma halinde nüfuziyet azalır, koruyucu gaz kaynak banyosunu
gerektiği gibi koruyamaz, kaynak dikişi gözenekli olur ve renklenme gösterir. Ark
boyunun kısalması halinde nüfuziyet ve elektrodun kaynak banyosundan kirlenme riski
artar; ayrıca aşırı ısınmadan ötürü torcun gaz lülesi ile elektrodun servis ömrü kısalır.
2.18.3.
Kaynak hızı
Burada kaynak hızından kastedilen kaynak arkının iş parçası üzerindeki hızıdır. Aynı
akım şiddeti ve ark gerilimi halinde hızın azalması parçaya olan ısı girdisini arttırır.
Hızın artması nüfuziyetin eriyen kaynak metalinin birim kaynak boyunda azalmasına
neden olur. El ile yapılan kaynakta kaynak hızı kaynakçı tarafından işin gereğine göre
ayarlanır, otomatik makine ile yapılan işlerde hızın ayarlanması önemli bir konudur.
Aşırı hız, kaynak dikişinin nüfuzîyetinin ve boyutlarının azalmasına şeklinin
bozulmasına, çok yavaş hız da kaynak dişinin ebatlarının aşırı artmasına ve dikiş üzerine
kaynak metali taşmasına neden olur.
2.19. İkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler
2.19.1.
Elektrod açıları
Elektrodun iş parçası ile yaptığı açı da kaynak dikişinin biçimini etkileyen
40
faktörlerdendir. Otomatik TIG kaynağında çalışma açısı 0° olarak belirlenir. El ile
yapılan kaynakta bu açı 20° civarındadır. Hareket açısı el kaynağında normal
koşullarda 20° ila 30° civarındadır. Bu açı 0° 'ye doğru yaklaştıkça nüfuziyet azalır
ve doldurma kaynağında tercih edilir açının artması ise kaynak dikişinin yüksekliğinin
artmasına neden olur. Hareket açısının negatif olması halinde kaynak dikişinin
nüfuziyeti azalır ve genişliği artar, hareket açısı yalnız otomatik kaynak yönteminde
negatif olarak seçilebilir. El ile yapılan TIG kaynağı uygulamalarında elektrod açısı
kaynakçıdan kaynakçıya bir miktar farklılık gösterir.
2.19.2.
Elektrod serbest uç uzunluğu
Elektrod serbest uç uzunluğu erimeyen elektrodun torç gaz lülesi dışında kalan
kısmının uzunluğudur ve genelde bu elektrod çapının 1 veya 2 katı olarak seçilir.
Elektrodun ucunun uzunluğunun büyümesi elektrodun kaynak banyosu ilave kaynak
metali tarafından kirlenme riskini ve kaynak banyosunun koruyucu gaz tarafından
yeterince korunmama tehlikesini arttırır. Elektrod serbest ucunun kısa tutulması
halinde ise torcun gaz lülesinden yansıyan ışınlar elektrodun aşırı ısınmasına neden
olur. Uzun serbest uç daha ziyade iç köşe dikişleri. V ağzı açılmış kalın parçaların
kök pasolarında gaz lülesi parçaya değmeden kaynak edebilmek ve çok kısa boylu
ark ile çalışmada kaynakçının banyoyu görerek kontrol edebilmesi amacı ile tercih
edilir. Uzun serbest elektrod ucu ile çalışma elektrodun kirlenme riski yanısıra gaz
sarfiyatını da arttırdığından gerekmeyen hallerde kullanılmaması önemle önerilen bir
konudur.
2.20. Yarı Otomatik TIG Kaynağı
Yarı otomatik TIG kaynak yönteminde, aynen MIG-MAG kaynak yönteminde olduğu
gibi, kaynak dolgu metalini kaynak bölgesine ileten ve ek kaynak metali miktarını
kontrol altında tutan bir tertibat vardır. Ufak bir elektrik motoru ile tahrik edilen bu
tertibat, tel halindeki kaynak metalini kangalından sağarak, ayarlanmış bir hız ile
esnek bir kılavuz içinde torcun uç kısmına dıştan takılmış bulunan bir meme ile ark
bölgesine sevk eder ve tel orada eriyip esas metal ile de karışarak kaynak metalini
oluşturur. Torç üzerine yerleştirilmiş bir buton veya tetik yardımı ile telin ilerlemesi
durdurulup yeniden başlatılabilir.
TIG kaynak yönteminde tel besleme tertibatları soğuk tel besleme ve sıcak tel besleme
41
olmak üzere iki türdür. Sıcak tel besleme tertibatında tel kaynak akım üretecinden
veya ayrı bir AA üretecinden alınan akım yardımı ile kaynak banyosu içine daldırılmış
olan kaynak teli ısıtılır ve bu şekilde yöntemin erime gücü arttırılarak MIG-MAG
kaynak yöntemi seviyesine yaklaştırılmış olur. Sıcak tel yöntemi genellikle az alaşımlı
çelikler, paslanmaz çelikler, nikel alaşımları ve bakırın mekanize kaynağında önemli
bir uygulama alanına sahiptir.
2.21. TIG Nokta Kaynağı
TIG nokta kaynağı genel olarak bir tabanca biçimli, su soğutmalı ve gaz nozulunun
dudakları tırtıklı bir torç yardımı ile manuel olarak uygulanır. Bazı özel
uygulamalarda robot tarafından kumanda edilenleri de vardır. Burada nozul nokta
kaynağının çevresine uygun bir biçimde boyutlandırılmıştır; torç birbiri üstüne
bindirme olarak yerleştirilmiş iki saç levha üzerine kuvvetle bastırılır, üst parçaya temas
eden nozul bu şekilde iki parça arasındaki aralığın ortadan kalmasını sağladığı gibi,
iş parçası ile tungsten elektrod arasındaki mesafeyi de tayin eder. Bu yöntemde
D.A.E.N (Doğru Akım Elektrod Negatif) ve AA (Alternatif Akım) kullanılabilir. Torcun
tetiği çekildiğinde gaz akımı başlar hemen akabinde ark tutuşur üst parçada erime
başlar, kaynak banyosu kafi derecede derinleşip alt parçada da erime başlayınca akım
kesilir, katılaşma sona erinceye ve parça önceden belirlenmiş bir sıcaklığa kadar
soğuncaya kadar torcun konumu korunur ve gaz akımı devam eder. Parçanın
malzemesi ve kalınlığına bağlı olarak eldeki datalardan yararlanarak akım şiddeti, ark
süresi ve tutma süresi belirlenir ve tüm bunlar makine üzerinde programlanır ve tüm
saykıl otomatik olarak makinenin kumandası altındadır. Otomatik zaman kumandası
olmayan makineler ile bu kaynak uygulandığında başarı şansı sınırlıdır.
Şekil 2.10. TIG Nokta kaynağının prensip şeması
42
43
3. BÖLÜM
ERİYEN ELEKTROD İLE (MIG/MAG) KAYNAĞI
İlk defa ABD'de alüminyum ve alaşımlarının sonra da sırası ile yüksek alaşımlı
çeliklerin, bakır ve alaşımlarının, karbonlu çeliklerin kaynağında kullanılmış olan MSG
(Metal İnert Gas) kaynak yönteminde ark helyum veya argon gibi asal bir gaz
atmosferi altında yanar. Bu yönteminin TIG yönteminden farkı arkın iş parçası ve
kaynak metali ikmalini sağlayan eriyen bir elektrot arasında oluşturulmasıdır.
Bir MIG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur:
•
Bir kaynak tabancası.
•
Tel şeklindeki elektrot ve muhafazasını kaynak kablosunun, soğutma suyu
giriş ve çıkış elemanlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli hortum.
•
Tel şeklindeki elektrodun hareketini sağlayan tertibat.
•
Kaynak akımının geçişini, soğutma suyunun devreye girişini, koruyucu gazın
akışını ve telin hareketini sağlayan kumanda dolabı.
•
Kaynak akım üreteci.
•
Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu
gaz tüpü.
Şekil 3.1. MIG kaynak donanımı blok şeması
44
Şekil 3.2. Çeşitli tip MIG kaynak donanımları
MIG kaynak yönteminde doğru akım kullanılır ve elektrodun kolaylıkla eriyebilmesi ve
prodüktivitenin arttırılması açısından ötürü, örtülü elektrotla yapılan elektrik ark
kaynağına nazaran daha yüksek bir akım yoğunluğu ile çalışılır. Ark boyunun sabit
45
kalması için sürekli olarak; eriyen kaynak metali miktarına göre elektrot telinin
kaynak donanımı tarafından otomatik olarak ilerletilmesi, bu yöntemde kaynakçının
çalışma şartlarını kolaylaştırır, örtülü elektrotla, yapılan ark kaynağının aksine bu
yöntemde kaynakçının yetiştirilmesi bir sorun yaratmaz. Yalnız bu yöntemde akım
yoğunluğunun yüksekliği dolayısı ile kuvvetli bir ışınım oluştuğunda gözlerin ve
cildin korunması için gereken önlemler alınmalıdır.
3.1.
Koruyucu Gazlar
Bütün koruyucu gaz kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MIG yönteminde de koruyucu
gazın ark bölgesini tamamen örtmesi ve atmosferin olumsuz etkilerinden koruması
gerekir.
Ark atmosferinin karakteri, kullanılan çeşitli gaz ve gaz karışımlarına bağlı olarak
değişir. Argon, helyum gibi asal gazların meydana getirdikleri ark atmosferinin nötr
bir karakter göstermesine karşın, argon gazına oksijen veya karbondioksit gibi aktif
gazların karıştırılmasıyla ark atmosferine oksitleyici bir karakter kazandırabilir.
Hidrojen gazının karıştırılması halinde ise redükleyici bir gaz atmosferi oluşur. Argon
gazına oksijen veya karbondioksit gazlarını karıştırılması ile oluşan exzoterm bir
reaksiyon neticesinde kaynak banyosunun sıcaklığı yükselir ve yüzey gerilimi zayıflar.
Böylece kaynak banyosunun akıcılığı yükseltilmiş ve gazı giderilmiş olur. Ayrıca,
koruyucu gazın oksijen içermesi düşük akım yoğunluklarında da ince taneli ve kısa
devresiz damla geçişinin (Spray ark) oluşmasına yardımcı olur.
Çeliğin MIG kaynağında argon gazına oksijen ve karbondioksit karıştırılmaktadır.
Böylece oksijen kolay eriyen oksitlerin oluşumunu hızlandırarak, eriyen elektrot
telinden düşen damlaların yüzey gerilimini zayıflatmakta ve ince taneli bir metal
geçişi sağlamaktadır.
Oksijenin, oksitleyici etkisi oksijene karşı büyük bir afinitesi olan mangan, silisyum,
alüminyum, titanyum, zirkonyum gibi alaşım elementlerinin kaynak telindeki
miktarının arttırılması ile dengelenir. Koruyucu gazların farklı kimyasal ve fiziksel
özelliklerinden dolayı, düzgün ve sakin yanışlı bir ark ile kaynak yapabilmek için, her
bir gaza belirli bir ark gerilimi ve akım şiddeti uygulamak gerekmektedir. Örneğin;
karbondioksit molekülünün ayrışması için yüksek akım yoğunluğuna gerek vardır.
Bunun neticesi olarak iri taneli, sıçramalı bir damla geçişi meydana gelir ve derin
46
nüfuziyetli kaynak dikişleri elde edilir. Bununla beraber bazı metal ve alaşımların
kaynağında argon gazında çok düşük derecede bir safiyetsizlik bulunması, kaynak
dikişinde oksit, nitrür ve gözenek oluşmasına sebep olmaktadır.
Asal gazlar, kabuklarındaki bütün yerlerin elektronla dolu olması, diğer bir deyimle
dış kabuğun kapalı olması dolayısı ile diğer elementlerin atomları ile elektron
alışverişinde bulunmazlar; yani kimyasal bir reaksiyon meydana getiremezler.
Koruyucu gaz kaynağı yöntemlerinde, asal gaz olarak helyum ve argon kullanılır.
Argon gazı içinde oluşan arkın gerilim düşümü diğer koruyucu gazlara nazaran daha
azdır. Ayrıca argonun ısı iletme kabiliyetinin de zayıf olması dolayısı ile ark sütunu
daha geniş ve sıcaklığı bilhassa dış kısımlarda düşüktür. Sütunun merkezinde gerek
metal buharları ve gerekse damla geçişi dolayısı ile sıcaklık daha yüksektir. Bu
bakımdan argonu koruyucu gaz olarak kullanarak yapılmış kaynak dikişlerinde
nüfuziyet dikişin merkezinde derin, kenarlarda azdır. Al ve Cu gibi metallerin kaynağı
için uygun olan argon, çelikler halinde ancak başka gazlarla karıştırılarak
kullanıldığında iyi neticeler vermektedir. Helyum'un havadan çok hafif olması gaz
sarfiyatını çok arttırmaktadır. Örneğin; yatay pozisyonda aynı şartlarda argonun
yaptığı korumayı sağlamak için 3 misli helyuma ihtiyaç vardır. Helyum atmosferi, ısıyı
iyi ilettiğinden, bu gazın koruyucu gaz olarak kullanılması halinde nüfuziyeti iyi
kaynak dikişleri elde edilir. Ark geriliminin düşümü de argona nazaran yüksek
olduğundan, helyum atmosferinde oluşan kaynak arkı daha yüksek enerjilidir. Bu bakımdan
ısıyı iyi ileten metallerin kalın kesitlerinin kaynağında ekseriya ön ısıtma gerektirmez.
He ve Ar karışımı koruyucu gaz olarak yukarıda belirtilmiş olan özelliklerini karışım
oranına göre gösterirler. Argon gazına az miktarda Oksijen, çeşitli oranlarda CO2
ilave ederek karışım gazlar elde edilir. Oksitleyici karakterdeki bu gazlar sadece
çeşitli çeliklerin kaynağında kullanılır.
Karbondioksit atmosferi altında yapılan, diğer bir deyimle karbondioksiti koruyucu gaz
olarak kullanılan kaynak yöntemine Metal Activ Gas kelimelerinin baş harflerinden
faydalanılarak MAG adı verilmiştir.
Alüminyum, magnezyum ve alaşımları gibi kolaylıkla oksitlenen malzemelerin
kaynağında CO2, gibi aktif bir gazın kullanılmamasına rağmen, bu gaz çeliklerin
kaynağında yeni imkanların ortaya çıkmasına sebep olmuştur.
47
Karbondioksit, argon gibi monoatomik elementer bir gaz olmadığından, arkın yüksek
sıcaklığında karbonmonoksit ve oksijene ayrışır. Serbest kalan oksijen kaynak
banyosundaki elementlerle birleşir; ark sütünü içinde iyonize olan gaz kaynak
banyosuna doğru gelir ve bir miktarı tekrar karbondioksit haline geçer ve dolayısı ile
ayrışma esnasında almış olduğu ısıyı tekrar verir. Bu da dikişin nüfuziyetinin
artmasına yol açar. Banyo içinde ayrıca serbest oksijenin oluşturduğu demir-oksit
mangan, silisyum ve karbon tarafından redüklenir. Mangan ve silisyum kaybı kaynak
telinin bileşimi tarafından karşılanır. Bu bakımdan çeliklerin kaynağında MIG kaynak
telleri, MAG yönteminde kullanılamaz.
MAG kaynağında, kaynak işlemi esnasında bir miktar alaşım elementi oksidasyonla
kaybolduğundan, dikişin üzerinde çok ince bir cüruf tabakası oluşur ve bu da çok
kolay bir şekilde kalkar. Günümüz endüstrisinde MAG kaynak yönteminde kullanılan
kaynak telleri şu şekilde gruplanabilir.
•
Alaşımsız teller; bunlarda sadece mangan ve silisyum miktarı normal çeliklere
nazaran biraz daha fazladır.
Şekil 3.3. Koruyucu gaz cinsine bağlı olarak çeşitli metallerde nüfuziyetin değişim
•
Alaşımlı teller; bunlar özel bileşimde olup özel işler için geliştirilmişlerdir, ayrıca
zirkonyum ve titanyum gibi dezoksidasyon maddeleri içerirler.
•
Kenetli teller; bunlar ince bantların bir dekapanla birlikte sarılması ile elde
edilmişlerdir. Alaşımlama dekapan tarafından sağlanır.
48
Günümüzde MIG kaynak akım üreteçleri 600 Amper 'e kadar çeşitli güçlerde imal
edilmektedirler.
Sabit gerilimli diye isimlendirilen bu kaynak akım üreteçlerinde, gerilimin tamamen
sabit tutulması mümkün değildir. Her 100 A için azami 7 V kadar ark gerilimi
düşümüne müsaade edilir; Kaliteli üreteçlerde bu değer 2 ilâ 5 V arasındadır.
Tablo 3.1. MIG Kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar
Kaynak
usulü
Gazın
Karakteri
Çelik haricinde bütün
Asal
1.2
He °/o 100
metal ve alaşımları
Cu ve Al alaşımları
Asal
1.3
He °/o 25-75
Ar kalanı
Cu ve Al alaşımları
O2 % 1... 3
Paslanmaz Çelikler
M. 1.1
Oksitleyici
M. 1.2
M. 1.3
Karışım Gazlar
Kullanma Yeri
Ar % 100
Hafif
Oksitleyici
M. 2.1
M. 2.2
M. 2.3 .
Kuvvetli
Oksitleyici
M.3.1
M. 3.2
M.3.3
MAG
Gazın
Bileşimi
1.1
Asal
MIG
Gazın
İşareti
DİN 32526
C
Ar kalanı
CO2 % 2... 5
Ar kalanı
CO2 % 6... 14
Ar kalanı
CO2 % 15... 25
Ar kalanı
CO2 % 5... 15
O2 % 1... 3
Ar kalanı
O2 % 4... 8
Ar kalanı
CO2 % 26... 40
Ar kalanı
CO2 °/o 5... 20
0, % 4... 6
Ar kalan.
O2 % 9... 12
Ar kalanı
CO2 °/o 100
Paslanmaz Çelikler
Alâşımsız ve az alaşımlı
çelikler
Alaşımsız ve az alaşımlı
çelikler (özlü elektrod ile)
Alaşımlı ve az alaşımlı
çelikler
Alaşımsız ve az alaşımlı
çelikler, paslanmaz
çelikler
Alaşımsız ve az alaşımlı
çelikler
Alaşımsız ve az alaşımlı
çelikler
Alaşımsız çelikler
Alaşımsız ve az alaşımlı
çelikler
49
Şekil 3.4. Koruyucu gaz cinsinin ark ve kaynak dikişine etkisi
C
Si
Mn
P
≤
S
≤
Cu
≤
Ni
≤
≤
0,35
0,7
Cr O.15
V 0,05
Zr-Ti 0,02
Mo 0,15
SGRl
0,05 . -0,12
0,2 ...0,6
0,1... 1,4
0,03
0,03
SGBI
0,05.. .0,12
0,15 ...0,45
0,4... 1,6
0,03
0,03
0,35
0,7
Al 0,02
Mo
0,15
Şekil 3.5. MAG kaynağında kullanılan kenetli tel elektrodlar
50
Tablo 3.2. Yumuşak çeliklerin kaynağında kullanılan MAG kaynak telleri
Tablo 3.3. Alüminyum ve alaşımlarının MIG Kaynağında kullanılan elektrodlar.
Esas Malzeme
Al 99,8
Al 99,5
AlMn
AlMgMn
Kaynak Teli
S-AI 99,5
AIMg3
AIMg5
AIMgSi
AIZnMg
S-AIMg5
Al 99,5
AIMgSi
AIZnMg
S-AISi5
AIMgMn
AIMg3
Almg5
AIZnMg
S-AIMg4,5Mn
Bu tip kaynak akım üreteçlerinde iç ayar diye isimlendirilen ∆l ark boyu ayar skalası
vardır. Bu tip üreteçlerde ark gerilimi ve tel ilerleme hızı ve buna bağlı olarak da akım
şiddeti ayarlanır. Bu tür makinalarda tel ilerletme motoru, seçilmiş sabit bir devirle
döner, yani diğer bir deyimle tel hızı sabittir.
Kaynak esnasında herhangi bir nedenle ark boyu uzadığı zaman Şekil 3.7'de
görüldüğü gibi akım şiddeti büyük miktarda azalır. Buna bağlı olarak eriyen tel miktarı
51
azaldığından ark normal boyuna döner; aksi halde, yani ark boyunun kısalması
halinde ise akım şiddeti süratle artar; eriyen tel miktarı da buna bağlı olarak
artacağından neticede de ark boyu normale döner (Şekil 3.7).
Bu kaynak yönteminde görüldüğü gibi ark boyunun ayarlanması yarı otomatik kaynak
halinde dahi, kaynakçının melikesine veya dikkatine bırakılmamıştır. Ark boyu kaynak
akım üretecinin yatay karakteristiği sayesinde kendinden ayarlanmaktadır.
Şekil 3.6. MIG - MAG Akım üreteci ve ayarlar
52
Şekil 3.7. ∆t ayarı ile ark boyunun kaynak süresince sabit kalması.
3.2.
Çalışma Tekniği
Prensip olarak bilinen kaynak bağlantı (dikiş) şekilleri MIG yöntemi ile de kaynak
edilebilir. Yatay pozisyondaki dikişler hem el hem de otomatik olarak kaynak
edilebilir. Buna karşın zor pozisyonlarda yalnız el kaynağı kullanılır. Genel anlamda
MIG yönteminde uygulanacak kaynak tekniği, kaynaklanan malzemenin cinsine, ısıl
iletkenliğine, ağız şekline ve kaynak pozisyonuna bağlıdır.
Kaynak dikişinin yüksekliği, genişliği ve nüfuziyeti aynı hamlaç tutuluşunda kaynak
gerilimini, kaynak akım şiddetini ve kaynak hızını değiştirerek ayarlanabilir. Akım
şiddeti yükseldikçe nüfuziyet artar, buna karşın dikiş genişliği yüksekliği azalır.
Kaynak geriliminin ve hızının yükselmesi de, dikişin genişliğine ters yönde etkir.
Kaynak hamlacı, kaynak yönüne ters doğrultuda en fazla 30° lik bir eğimle tutularak
kaynak yapılıyorsa kaynakçı, kaynak banyosuna ve elektrodun erime işlemine kolayca
bakabilir. Eğer bu meyil fazlalaşırsa nüfuziyet azalır ve dikiş de incelir. Bu durumda,
53
kaynak hızının arttırılması gerekir, aksi halde kaynak banyosunun önünde bir yığılma
meydana gelir ve aynı zamanda da dikişte kalıntı ve gözenekler olur. Hamlaç
eğiminin artması diğer yönden koruyucu gaz akımının şeklini de etkilediğinden,
koruyucu gazın koruma etkinliği azalır.
Derin bir nüfuziyetin gerekli olduğu kalın kaynak dikişleri hamlaca kaynak yönünde
en fazla gene 30°'lik bir meyil vererek elde edilir. Bu durum bilhassa tam otomatik
MIG-MAG kaynak yönteminde uygulanır.
Yüksek akım şiddeti ile yapılan kaynak işlemlerinde ark üflemesi zaman zaman ciddi
bir mahzur oluşturur. Bu olaya mani olmak için parçanın kutuplanmasında gereken
itina gösterilmelidir.
Şekil 3.8. Hamlacın meyline göre dikiş formunun değişimi.
MIG kaynak yönteminde güvenilir kaynak bağlantısı elde edebilmek için ayarlanması
gereken kaynak parametrelerinin başında akım şiddeti ve gerilimi gelir. Sabit gerilimli
veya diğer bir deyimle yatay karakteristikli kaynak akım üreteçlerinde bu iki
parametre birbirlerinden bağımsız olarak ayarlanabilir.
Kaynak gerilimi, akım üretecinin ince ve kaba ayar düğmelerinden kademeli olarak
veya bazı özel tiplerde ise potansiyometre ile kademesiz olarak ayarlanabilir.
Kaynak akım şiddeti ise MIG kaynak akım üreteçlerinde tel ilerletme düğmesinden
ayarlanır. Seçilmiş olan gerilim ve akım şiddetinin dikiş formu ve ark şekli üzerine
etkileri Şekil 3.10'da gösterilmiştir. Uygun seçilmiş bir çalışma noktası arkın sakin ve
kararlı bir şekilde yanışı ile kendini belli eder. Bir MIG kaynak akım üretecinde sabit
gerilim karakteristik ayar imkanı ne kadar fazla olursa optimal çalışma noktasının
54
saptanması da o derece kolay olur. Genel olarak standart akım üreteçlerinde 3 kaba
ayar ve 5 adet de ince ayar vardır bu da toplam 15 kademede gerilim ayar olanağı
sağlar.
Kaynak işlemi esnasında metal damlacıklarının geçiş özelliğine göre çalışma
karakteristiği seçimi ile 14 ila 24 V arasında kısa ark, 23 ila 34 V arasında ise uzun ve
sprey ark (duş şeklinde damla geçişi) elde edilir. 18 ila 28 V arasında ise uzun ve
kısa ark arası bir damla geçişi karşılanır. Damla geçişine bağlı olarak akım yoğunluğu
kısa ark halinde 125 A/mm2 den küçük, uzun ve sprey ark haline ise bu değerden
büyük olmalıdır.
Kaynak
teli çapı
Normal MAG - Kaynağı
(mm)
Akım
Şiddeti
(Amper)
0,6
0,8
1,0
1,2
140-130
180-240
220-300
Ark gerilimi Erime gücü
(Volt)
i kg; saat)
22-25
24-26
25-29
2.0-2.8
2.4-3.3
2.3-4.5
Kısa ark boyu ile yapılan kaynak
Akım
şiddeti
(Amper)
A/k
gerilimi
(Volt)
Erime gücü
(kg/saat)
40-80
70-120
90-130
120-150
13-16
14-19
17-20
18-23
0.5-0.9
0.3-1.6
1,2-1.9
1.5-2.2
Şekil 3.9. Kısa Ark ve Uzun Ark ile yapılan MAG kaynağında arkın davranışı.
55
Şekil 3.10. MAG kaynağında kaynak parametreleri ile dikiş formunun değişimi
Arkın şekli sadece gerilim ve akım şiddetinin yukarıda verilmiş olan salt değerlerine
bağlı değildir, elektrod malzemesi, serbest tel mesafesi ve koruyucu gazın cinsi gibi
faktörlere de bağlıdır.
56
Eriyen elektrod ile koruyucu gaz kaynağında gerek kaynak parametrelerinin hatalı
seçilmesi ve gerekse de uygulama esnasındaki hatalı davranışlardan ötürü ortaya
çıkan birtakım kaynak hataları ile karşılaşılır. Bu hataların oluşum nedenleri ve
giderilme çareleri Şekil 3.18, Şekil 3.19 ve Şekil 3.20'de gösterilmiştir.
Bütün eritme kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MIG ve MAG kaynak yönteminde de
parçaların kaynaktan evvel hazırlanmaları gereklidir; bu yöntem için önerilen kaynak
ağız formları Şekil 3.22 ve Şekil 3.23‘de verilmiştir.
Alüminyum, bakır ve alaşımları ile paslanmaz çeliklerin kaynağında MIG, az alaşımlı
çeliklerin kaynağında da MAG yöntemi ekonomik ve teknolojik kolaylıklar
sağladığından günümüzde büyük çapta uygulama alanı bulmaktadır.
Şekil 3.11. MIG - MAG kaynağında gaz sarfiyatı tel çapı, lüle çapı ve akım şiddeti
arasındaki bağıntı.
57
yükselir
artar
artar
az
artar
Akım şiddeti
Ark gerilimi
Nüfuziyet
sıçrama
kontak borusu
ısınması
Azalır
Yükselir
Azalır
Fazla
Azalır
Şekil 3.12. Serbest tel uzunluğunun dikiş formuna etkisi (şematik)
Şekil 3.13. Serbest tel uzunluğunun uygun değerleri
58
Şekil 3.14. Kaynak pozisyonuna göre dikiş formunun değişimi
Şekil 3.15. Yukarıdan aşağıya dik kaynak halinde, nüfuziyetin kaynak hızı ile değişimi
59
Şekil 3.16. Kaynak pozisyonuna göre kaynak parametrelerinin seçimi
azalır
artar
alçalır
azalır
oluşur
Erime gücü
nüfuziyet
Dikişli tırtılı
Sıçrama
Alüminyum
kaynağında oksit
temizleme
büyür
azalır
yükselir
fazlalaşır
oluşmaz
Şekil 3.17. Kutuplamanın dikiş formuna etkisi
60
Yanma olukları
Ark fazla uzun
Kaynak hızı çok yüksek
Hamlaç salınım yapmamış
Hamlaç dik tutulmamış
Hamlaç yana eğik tutulmuş
Kuvvetli oksitleyici bir koruyucu gaz kullanılmış
Ark gücü çok fazla
Ark fazla uzun
Tel ilerleme hızı kafi değil
Kaynak hızı çok az
Dikiş fazla kalın
Uygun olmayan kaynak pozisyonu
Ark gücü çok fazla
Ark gerilimi çok büyük
Salınım hareketi az
Dikiş kenarında durma az
Hamlaç hareketi yanlış
Kaynak hızı fazla
Şekil 3.18. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep
olduğu kaynak hataları
61
Yanlış hazırlanmış
kaynak ağzı
Hatalı bindirme
Kaynak gerilimi az
Akım şiddeti düşük
Kaynak hızı çok
yüksek
Ark boyu fazla uzun
Şekil 3.19. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin
sebep olduğu kaynak hataları
62
Erime gücü yüksek
Kaynak hızı çok yavaş
Hamlaç eğimi çok fazla
Parça fazla kalın
Kaynak ağzı fazla geniş
Hamlaç gereksiz yere
yana eğilmiş
Kaynak telinin uç kısmı
eğilmiş
Kaynatılan
parçanın
konstrüksiyonunun
sebep olduğu hata
Şekil 3.20. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep
olduğu kaynak hataları
63
Kaynak pasosunun hatalı çekilmesi
Hamlacın fazla eğik tutulmasının
neden olduğu gözenekler
Hava
akımının
olduğu gözenekler
neden
Uzun serbest el boyunun
neden olduğu gözenekler
Parça yüzeyindeki kir ve yağın
neden olduğu gözenekler
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep
olduğu gözenekler ve nedenleri
64
Ark
üflemesinin
neden
olduğu gözenekler
İç kısımda hapsolmuş gazın
neden olduğu gözenekler
Hatalı paso şeklinin neden
olduğu gözenekler
Kaynak
banyosunda
Koruyucu gaz debisi fazla
gözenek oluşumu
Koruyucu debisi az
Serbest tel uzunluğu fazla
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin
sebep olduğu gözenekler ve nedenleri
65
Gaz lülesi ufak
Kontak memesi eğrilmiş
Gaz lülesi tıkanmış
Soğutma suyu koruyucu
gaza karışıyor
Lüle, kısmen tıkanmış veya
izolasyon ringi hatalı monte
edilmiş
Segregasyon
bölgelerinin
neden olduğu gözenekler
Şekil 3.21. Yanlış kaynak parametrelerinin seçilmesi veya hatalı hamlaç hareketinin sebep
olduğu gözenekler ve nedenleri
66
S
mm
b
mm
c
mm
a
1…4
0…0,25 s
-
-
5…10
<1,0
-
-
5…12
<1,0
2,5
90o
5…20
<1,0
2,5
60o
>10
<1,0
2,5
90o
>10
<1,0
3
60o
>6
5…10
2
40o
>18
5…7
5
70o
>30
-
-
90o
Şekil 3.22. MIG kaynağında kullanılan kaynak ağız şekilleri (Alüminyum için).
67
S
mm
b
mm
c
mm
a
<2
-
-
-
<2
-
-
-
<2
2,5 s
-
-
<1,5
-
-
-
<4
0,5 s…1 s
-
-
<10
0…0,5 s
-
-
>4
2,5…4
1
<50o
>8
-
2…4
<50o
>5
>6
-
<50o
>10
0…4
2…4
<50o
>10
-
-
<50o
Şekil 3.23. MAG kaynağında kullanılan ağız şekilleri.
68
-
-
-
3…4
2
40o
0…4
0…3
40o
Şekil 3.23. MAG kaynağında kullanılan ağız şekilleri.
69
Şekil 3.24. MAG kaynağı için tavsiye edilen altlıklar
3.3.
MIG-MAG Kaynak Yönteminin Üstünlükleri
Bir yarı otomatik kaynak yöntemi olan MIG-MAG, kaynağın bir üretim yöntemi olarak
kullanılması halinde, örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kaynağına nazaran çok
büyük üstünlükler göstermektedir. Günümüz endüstrisinde en fazla kullanılan bu iki
yöntemi çeşitli bakımlardan karşılaştırdığımızda şu hususlar belirgin bir şekilde
ortaya çıkmaktadır:
70
3.3.1. Kaynak dikişinin ağırlığı:
Bütün eritme kaynağı yöntemlerinde, kaynak dikişinin ağırlığı, eriyen metal miktarının
dolayısı ile enerji sarfiyatının bir göstergesidir. Kaynak dikişi kaynak metali ve esas
metalin kesiti boyunca değişen oranlarda bir karışımdır, elektrod miktarı ise kaynak
maliyetini etkileyen en önemli faktördür.
MAG kaynağında kullanılan kaynak telinin örtülü elektrod ile karıştırıldığında oldukça
ince olması, daha dar bir kaynak ağzı içinde çalışabilme olanağını sağlamaktadır
Elektrik ark kaynağında 60° olan kaynak ağız açısı ve takriben elektrod çekirdek teli
çapına eşit alınan kök aralığı, MAG kaynağı halinde küçülmektedir. MAG kaynağında
ağız açısı azami 50° olarak alınmakta ve bazı hallerde bu değer 30°’ye kadar
düşürülmekte ve ayrıca kök aralığı da 1 mm. civarında alınabilmektedir; bu şekilde
eriyen bölge ufalmakta ve dolayısı ile de ilave metalden çok büyük bir tasarruf
yapılabilmektedir.
Elektrik ark kaynağında, kaynak ağız açısının 60°'den daha küçük alınması, dikişin
kök kısmında cüruf olmasına karşın, MAG yönteminde konstrüksiyonun elverdiği
hallerde ağız açısının 30°'ye kadar düşürülmesi halinde dahi hatasız kaynak dikişi
elde edilebilmektedir.
3.3.2. Elektrik enerjisi tüketimi:
MIG-MAG yönteminde, kaynak dikiş hacminin elektrik ark kaynağına göre daha
küçük olması, elektrik enerjisinin tüketiminin azalmasına neden olmaktadır, zira
eriyen metal miktarı birim dikiş boyunda daha az olmaktadır. Ayrıca aynı akım
şiddetinde, bir saat zarfında eriyen elektrod miktarı MAG yönteminde daha fazladır,
zira burada örtülü elektrod halinde, örtüyü oluşturan elementlerin reaksiyona girmesi
için harcanan enerji ve elektriğin ark bölgesine elektrod boyunca iletilmesi dolayısı ile
ortaya çıkan direnç kaybı ortadan kalkmaktadır.
MIG-MAG yönteminde, kaynak esnasında elektrod değiştirme ve cüruf temizleme gibi
zaman kaybettirici unsurların olmayışı nedeni ile kaynak sürekli olarak yapılabilmekte
ve dolayısı ile de makinanın boşta çalışmasından kaynaklanan elektrik enerjisi
kayıpları ortadan kalkmaktadır.
71
3.3.3. Elektrod kaybı:
Örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kaynağında elektrodun uç kısmının (koçanının)
kullanılmadan atılması ve sıçrama kayıpları dolayısı ile % 20'ye erişen bir kayıp ile
karşılaşılır. MAG veya MIG yönteminde koçan kaybı yoktur, burada sadece
sıçramalardan ortaya çıkan % 3-5 civarında bir kayıp vardır; bu da olaya büyük bir
ekonomiklik kazandırmaktadır.
3.3.4. Cüruf temizleme:
MIG-MAG yönteminde, kaynak banyosu, havanın olumsuz etkilerinden koruyucu gaz
tarafından korunmaktadır ve dikiş üzerinde temizlemeyi gerektiren bir cüruf oluşmaz.
MAG yöntemi uygulamalarında dezoksidasyon ve oksidasyon sonucu dikiş üzerinde
ince bir tabaka halinde SiO2, MnO, FeO, CuO gibi oksitlerden oluşan bir cüruf ile
karşılaşılırsa da, bu cüruf bir temizleme işlemi gerektirmez ve üzerine yeniden
kaynak yapılabilir; buna karşın örtülü elektrod halinde dikiş üzerinde oluşan cürufun
muhakkak temizlenmesi gereklidir. Bu büyük bir zaman kaybına neden olduğu gibi,
işçilik olarak da çok külfetlidir ve dikkat gerektirir. Bilhassa kök pasolar ve yanma
oluklarında katılaşan cürufun temizlenmesi çok zordur.
Dikiş içinde kalmış cüruf, kaynak dikişinin mukavemetini şiddetli bir şekilde
zayıflattığından, cüruf kalıntısı gibi bir kaynak hatasının MAG kaynak yönteminde
görülmemesi, bu yöntemin en önemli üstünlüklerinden bir tanesidir.
3.3.5. Uygulama kolaylığı:
Elektrik ark kaynağında, ark boyunun kontrolü tamamen kaynakçı tarafından kontrol
altında tutulmaktadır, ayrıca kaynak banyosunun üzeri cüruf ile örtülürken, kaynakçı
dikiş üzerinde cürufun kapanışını sürekli izlemektedir; cürufun kaynak yapılan yönde
ileriye geçmesi, kaynak işlemini güçleştirdiği gibi, çeşitli kaynak hatalarına neden
olmaktadır. Bütün bunlar ancak yetişmiş kaynakçılar gerektirmekte ve bu da oldukça
pahalıya mal olmaktadır.
MIG-MAG yönteminde, ark boyu makina tarafından sabit tutulmakta ve cüruf da
bulunmadığından,
kaynakçıların
yetiştirilmesi
çok
daha
kısa
zamanda
gerçekleşmekte ve ucuza mal olmaktadır.
Elektrik ark kaynağında kaynak banyosu kullanılan elektrodun türüne bağlı olarak
72
kısmen veya tamamen cüruf ile örtülüdür ve dolayısı ile kaynak esnasında kaynakçı,
işlem esnasında yaptığı hatayı hemen görüp ortadan kaldırılması için çalışmada
bulunamaz;
buna
karşın
MIG-MAG
yönteminde
kaynak
banyosu
kolayca
izlenebildiğinden hata yapma olasılığı azalmaktadır.
MIG-MAG kaynağında 40-200 A. akım üreteçleri kullanarak örtülü elektrod ile
kaynatılamayacak kadar ince (0.6-1 mm) saclar da kolaylıkla kaynatabilmekte; ayrıca
arkın tutuşturulması örtülü elektroda nazaran çok daha kolay olduğundan, puntalama
işlemleri çok kolay ve sıhhatli bir şekilde yapılabilmektedir.
Elektrik ark kaynağında her pozisyonda kaynak yapma olanağı her tür elektrod ile
mümkün değildir; buna karşın, MAG yöntemi her pozisyonda kaynak yapma olanağı
sağlamaktadır.
MIG-MAG yönteminde kalın parçalar daha az sayıda paso ile kaynatılabildiklerinden
parçalarda ortaya çıkan distorsiyonlar azalmakta ve dolayısı ile de doğrultma
işlemleri için sarf edilen zaman ve işçilik azalmaktadır.
MIG-MAG kaynağının en tartışılmaz üstünlüklerinden bir tanesi mekanizasyon ve
otomasyona olan yatkınlığıdır; günümüzde bilhassa robotlar yardımı ile bu yöntem
montaj hatlarında büyük bir üstünlük sağladığı gibi birçok sahada da tozaltı kaynak
yönteminin yerini almaktadır.
Örtülü elektrodlarda, örtüdeki elementlerin ark sıcaklığında kimyasal reaksiyona
girerek oluşturdukları gaz ve dumanların çoğuna gazaltı kaynak yöntemlerinde
rastlanılmaz ve dolayısı ile bir konuda özel koruyucu tedbirlere başvurulmaya gerek
kalmamaktadır.
MIG-MAG yönteminin en önemli dezavantajı, kaynak makinalarının ilk yatırım
maliyetlerinin, elektrik ark kaynak makinalarına nazaran oldukça daha yüksek
olmasıdır; ilk bakışta bu makinalar biraz karışık bir görünüşte olmalarına rağmen
kullanılmaları büyük bir zorluk göstermez. Kaynağa başlamadan evvel örtülü elektrod
halinde seçilmiş bulunan elektrod çapına ve türüne göre makina kutup durumu ve
kaynak akım şiddeti ayarlanırken, gazaltı makinalarında tel elektrod ilerleme hızı, gaz
debisi, kaynak gerilimi ayarlanır ve tel ilerletme düzeni,, torçtaki gaz lülesi ve diğer
mekanik kısımlar bakım ve kontrolden geçirilir ve bu da büyük bir tekniği bilgi ve
73
maharet gerektirmez.
Son yıllarda ülkemizde de bilhassa yumuşak çeliklerin kaynağında, geniş çapta
uygulama alanı bulan eriyen elektrod ile gazaltı kaynak yöntemi ekonomik teknolojik
ve iş güvenliği açısından bilinen diğer yöntemlere nazaran önemli üstünlükler
göstermektedir.
74
KAYNAKÇA
1. ANIK, S., “Kaynak Teknolojisi El kitabı”, Ergür Matbaası, İstanbul 1983.
2. TÜLBENTÇİ, K., “Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynak Yöntemleri”, Gedik
Holding yayını, İstanbul 1987.
3. TÜLBENTÇİ, K., “Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynağında (MIG/MAG)
Parametrelerinin Seçimi”, Gedik Holding Kaynak Dünyası, 1982 İstanbul
Haziran 1988.
4. TÜLBENTÇİ, K., “MIG/MAG Gazaltı Kaynak Yöntemleri”, Arctech A.Ş.
Yayını, İstanbul 1998.
5. ANIK, S., VURAL, M., “Gazaltı Ark Kaynağı (TIG-MIG-MAG)”, Gedik Eğitim
Vakfı Yayını, Yayın No: 3, İstanbul 1998.
6. TÜLBENTÇİ, K., “MIG/MAG Eriyen Elektrod ile Gazaltı Kaynağı”, Gedik
Holding yayını, İstanbul 1990.
7. ERTÜRK, İ., “MIG/MAG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerinin
Sıçrama Kayıplarına Etkilerinin İncelenmesi”, Doktora Tezi, Gazi
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara 1994.
8. ERTÜRK, İ., “Gazaltı Kaynak Teknikleri”, Küçük Sanayi İşletmelerinde
Danışmanlık Hizmetleri Projesi, Türkiye Halk Bankası A.Ş. Yayını, Ankara
1987.
9. ERTÜRK, İ., “Gazaltı Kaynak Teknikleri”, Ankara Sanayi Odası Dergisi,
Sayı 77-79, Ankara 1986.
10. AICHELE, G., “111 Arbeitsregeln für das Schultzgassch-weissen”,
Deutsche Verband für Schweisstechnik, Band 14, Germany 1988.
11. N. N., “Schutzgas Handbuch”, Messer Griesheim Gmbti, Deutsche.
12. AICHELE, G., “116 Arbeitsregeln für das Schutzgasschweissen”, DVSVerlag, Die Schweisstecnische Praxis Band 14, 1993, Dusseldorf,
Deutsche.
75
13. ERTÜRK, İ., TÜLBENTCİ, K., “MAG Kaynak Yönteminde Kaynak Akım ve
Ark
Geriliminin
Sıçrama
Kayıplarına Etkisi”,
Uluslararası Kaynak
Teknolojisi Sempozyumu, Gedik Eğitim Vakfı, 1996 Bildiri Kitabı, S.71-84.
14. ERYÜREK, B., “Gazaltı MIG/MAG Kaynağı”, Kaynak Tekniği Sanayi ve
Ticaret A.Ş. yayını, İstanbul 1998.
15. GÜLENC, B., TÜLBENTCİ, K., “Düşük Karbonlu ve Az Alaşımlı Çeliklerin
MIG/MAG Kaynağında Koruyucu Gaz Seçimi”, Uluslararası Kaynak
Teknolojisi Sempozyumu, Gedik Eğitim Vakfı, 1996 Bildiri kitabı, S.15-17.
16. Baum LM., Fichter V. “Der Schutzgas Schweisser”, 1-11 DVS 1982,
Deutsche.
76