Magnezyum Alaşımlarının TIG Kaynak Özellikleri

T.C.
MARMARA ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
MAGNEZYUM ALAġIMLARININ
TIG KAYNAK ÖZELLĠKLERĠ
Erhan ERATICI
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
METAL EĞĠTĠMĠ ANA BĠLĠM DALI
METAL EĞĠTĠMĠ PROGRAMI
DANIġMAN
Yrd. Doç. Dr. Memduh KURTULMUġ
ĠSTANBUL 2011
T.C.
MARMARA ÜNĠVERSĠTESĠ
FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
MAGNEZYUM ALAġIMLARININ
TIG KAYNAK ÖZELLĠKLERĠ
Erhan ERATICI
(522608010)
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
METAL EĞĠTĠMĠ ANA BĠLĠM DALI
METAL EĞĠTĠMĠ PROGRAMI
DANIġMAN
Yrd. Doç. Dr. Memduh KURTULMUġ
ĠSTANBUL 2011
TEġEKKÜR
Tez konumun seçiminde ve araştırmalarım süresince; hiçbir fedakârlıktan
kaçınmayarak, yakın ilgi, teşvik ve yardımlarını her zaman yanımda hissettiğim,
yapıcı tenkitleri ile çalışmalarımı yönlendiren tez danışman hocam Yrd. Doç Dr.
Memduh Kurtulmuş‟ a en içten minnet ve şükranlarımı sunarım
Deneysel çalışmalarda katkı sağlayan, bilgi ve tecrübelerini paylaşmaktan
çekinmeyen değerli bölüm başkanımız Sayın Prof. Dr. A. İrfan YÜKLER‟ e
teşekkürü bir borç bilirim.
Ayrıca bugüne kadar maddi ve manevi olarak desteklerini benden esirgemeyen
aileme sonsuz sevgi ve şükranlarımı sunarım.
Temmuz 2011
Erhan ERATICI
i
ĠÇĠNDEKĠLER
SAYFA
ÖNSÖZ………………………………………………………………. i
ĠÇĠNDEKĠLER………………………………………………………ii
ÖZET………………………………………………………………… v
ABSTRACT…………………………………………………………. vi
KISALTMALAR……………………………………………………. viii
ġEKĠLLLER………………………………..……………………….. ix
TABLOLAR………………………………………………...………. xii
BÖLÜM I. GĠRĠġ VE AMAÇ……………………………………… 1
I.1 GĠRĠġ…………………………………………………………………….. 1
BÖLÜM II. GENEL BĠLGĠLER………………………………………… 3
II.1 TIG KAYNAĞI……..………...……………………………..……......... 3
II.1.1 TIG Kaynağı Genel Özellikler……………………………………. 3
II.1.2 TIG Kaynağında Kullanılan Ekipmanlar……………....…….…… 5
II.1.2.1 TIG Torcu…………...……………..………………………. 5
II.1.2.2 Gaz Nozul……………………………………..…………… 7
II.1.2.3 Gaz Lens……….……………….………………………….. 8
II.1.2.4 Kaynak Elektrodları……………….….…………………..... 8
II.1.2.5 Elektrod Bileme Açısı………………...…...……..………....10
II.1.2.6 Tungsten Elektrodun Bilenmesi………….….....…….…..... 12
II.1.3 TIG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar…………….……... 13
II.1.3.1 Argon Gazının Avantaj ve Dezavantajları……………..…... 15
II.1.3.2 Helyum Gazının Avantaj ve Dezavantajları………...……... 16
ii
II.1.3.3 TIG Kaynağında Kökün Korunması İçin Gazlar…..…..…... 16
II.1.4 TIG Kaynağında Kullanılan Kaynak Makinaları………….……....17
II.1.4.1 Jeneratör ve Alternatör Tipi Kaynak Makinaları…..…….... 17
II.1.4.2 Transformatör-Redresör Tipi Kaynak Makinaları………..... 18
II.1.4.3 Fazlı Redresör Tipi Kaynak Makinaları……….…...…….... 18
II.1.4.4 Transformatör Tipi Kaynak Makinaları…………..…….......19
II.1.4.5 Kontrol Üniteleri………..………………………………...... 19
II.1.5 TIG Kaynağında Elektrodun Tutuşturulması…………..……….... 20
II.1.5.1 Elektrodun Parçaya Teması ile Tutuşturma………………... 20
II.1.5.2 Yüksek Frekans Girişimi ile Tutuşturma…..…..…………... 21
II.1.5.3 Yüksek Gerilim İmpulslarıyla Tutuşturma……………….... 21
II.1.5.4 Doğru Akımla Tutuşturma Alternatif Akımla Kaynak…...... 22
II.1.5.5 Alternatif Akımla Arkın Tutuşturulması…………………... 22
II.1.6 Krater Doldurma Tertibatı………………………………………... 23
II.1.7 Akım Türü ve Kutuplama Şekli………..……………………..…... 24
II.1.8 TIG Kaynağında Kaynak Ağzı Şekilleri ve Kaynak Ağzı
Hazırlığı………………………………………………………….. 27
II.1.9 TIG Kaynak Yönteminin Uygulama Alanları……..……………... 29
II.1.10 TIG Kaynak Yönteminin Avantaj ve Dezavantajları………........ 30
II.1.11 TIG Kaynağındaki Hatalar…………..…………………...……... 31
II.1.11.1 Tungsten Kalıntılarının Nedenleri……………....………... 33
II.1.11.2 Oksit Kalıntılarının Nedenleri……………………..……... 34
II.1.11.3 Gözenek Oluşumunun Nedenleri………….……………... 35
II.1.11.4 Krater Çatlaklarının Nedenleri…………………..…...…... 36
II.1.11.5 Birleşme Hatalarının Nedenleri………….……………..… 37
II.2 MAGNEZYUM ……………………….….……………………..……... 38
II.2.1 Magnezyum Metalinin Genel özellikleri………………………..... 38
II.2.2 Magnezyum Alaşımları ve Standartları………………...……….... 40
II.2.3 Magnezyum Alaşımlarının Kullanım Alanları ……………....…... 42
II.2.4 Alaşım Elementlerinin Magnezyum Alaşımlarına Etkisi….……... 46
II.2.4.1 Aluminyum………..……………………………...………... 47
II.2.4.2 Çinko……….……………………………..……...………... 48
II.2.4.3 Mangan……………….……………………………..……... 48
II.2.4.4 Kalay……………………………………………………...... 49
iii
II.2.4.5 Kurşun……………………...…………………………….... 50
II.2.4.6 Silisyum………………………………………………..…... 50
II.2.4.7 Titanyum………………………………………………….... 51
II.2.4.8 Zirkonyum…………………………...………………...…... 51
II.2.4.9 Kalsiyum………………………………………………….... 52
II.2.4.10 Demir……………………………………………………... 53
II.2.4.11 Bakır…………………………...……………………..…... 53
II.2.4.12 Yitriyum………………………………………………...... 54
II.2.4.13 Gümüş…………………………………………………...... 54
II.2.4.14 Stronsiyum………………………………………………... 55
II.2.4.15 Toryum……………………………...………………..…... 55
II.2.4.16 Toprak Alkali Elementler………...…………..…………... 57
II.2.5 Magnezyum Alaşımlarının Üretimi………………………..……... 56
II.2.6 Magnezyum Alaşımlarının Mekanik Özellikleri……………..…... 59
II.2.7 Magnezyum Alaşımlarının Korozyon Özellikleri………………... 63
II.2.7.1 Korozyon Davranışı………………………………………... 65
II.2.8 Magnezyum Alaşımlarının Kaynak Özellikleri…………….…….. 68
II.2.9 Magnezyum Alaşımlarında A-TIG Kaynak Uygulaması………… 74
KAYNAKLAR………………………………………………………. 76
EKLER………………………………………………………………. 79
ÖZGEÇMĠġ…………………………………………………………. 82
iv
ÖZET
MAGNEZYUM ALAġIMLARININ TIG KAYNAK
ÖZELLĠKLERĠ
Magnezyum en düşük özgül ağırlığa sahip metal olduğu için magnezyum
alaşımları mükemmel özgül dayanıma sahiptir.
Bu alaşımların dökümü, talaş
kaldırılması, sıcak şekillendirilmesi, titreşim söndürme kabiliyeti ve geri kazanım
özellikleri çok iyidir. Bu metalin maliyeti yüksek, oda sıcaklığı sünekliği, korozyon
direnci ve aşınma direnci çok düşüktür. Bu ve sürünme direnci handikaplarından
dolayı tüketimi ve üretimi çok azdır.
Magnezyum alaşımlarının son yıllardaki
ekonomik krizler ve ticaretin globalleşmesi otomotiv sektöründe magnezyumun
kullanımını arttırmıştır. Bu artışın önümüzdeki yıllarda da artarak devam etmesi
beklenmektedir.
Magnezyum
alaşımlarına
halen
bakım
onarım
kaynak
uygulamaları
yapılmaktadır. Bu alaşımların tüketiminin gelişmesi için ucuz ve kaliteli seri üretim
kaynak yöntemlerine ihtiyaç vardır. Halen magnezyum alaşımlarına TIG ve lazer
kaynağı yaygın olarak uygulanmaktadır. Yeni kaynak yöntemleri uygulamaları için
çalışmalar yapılmaktadır.
Magnezyum alaşımlarının TIG kaynağında porozite ve sıcak çatlak en çok
karşılaşılan kaynak hatalarıdır. Ayrıca magnezyum alaşımlarının TIG kaynağında
sınırlı nüfuziyet derinliği önemli bir handikap oluşturmaktadır.
TIG kaynak
yönteminde kaynak parametrelerini uygun seçmek suretiyle kaynak hataları
önlenebilmektedir.
Kaynak nüfuziyetini arttırmak için flaks kullanımı büyük
kazançlar elde etmeye yaramıştır.
Magnezyum alaşımlarının TIG kaynağı sırasında kaynak parametrelerinin (akım
şiddeti, kaynak ilerleme hızı, gerilim ve polarite) dikiş boyutu ve kaynak hata
oluşumu üzerindeki etkileri incelenmiştir. TIG kaynağı sırasında kullanılan flaksın
kimyasal bileşimi, konsantrasyonu ve tane boyutunun dikiş nüfuziyet üzerindeki
etkileri deneysel olarak incelenmiştir.
Temmuz 2011
Erhan ERATICI
v
ABSTRACT
PROPERTIES OF MAGNESIUM ALLOYS TIG WELDING
Magnesium is the lightest of all the engineering materials, having a density of
1.74 g/cm3. It is lighter than aluminium and over four times lighter than iron. This
low density makes magnesium and its alloys attractive for the industry. This low
density causes excellent static specific strength and very good specific stiffness. The
high specific strength of magnesium alloys is a safety advantage against steels and
other light weight materials. The specific stiffness of the magnesium alloys is a little
bit less than steel but higher than light weight materials. Commercial die cast
magnesium alloys have better damping properties than steels and aluminium alloys.
Coupled with low weight and inertia, this reduces vibration and resonance in moving
components. Most magnesium alloys have very good castability and uniformity of
properties in various section thicknesses and can be cast by all current casting
processes. Most of the common magnesium alloy components are produced by high
pressure die casting processes. Magnesium alloys can be machined faster than any
other engineering metal. Magnesium components and scraps can be recycled to the
same high purity and quality standards as primary alloys. Magnesium alloys are
easily rolled, extruded or forged at elevated temperatures.
Several drawbacks have limited the growth of magnesium usage in the industry.
The key factor that inhibits the massive use of magnesium is its relatively high price.
Magnesium has a hexagonal closed packed (HCP) lattice, therefore pure magnesium
and its cast alloys have limited ductility at the room temperature. Magnesium and its
alloys are extremely susceptible to galvanic corrosion, which can cause severe pitting
in the metal resulting in decreased mechanical stability and an unattractive
appearance. Magnesium alloys have insufficient creep resistance for many desirable
applications. The hardness of magnesium alloys are very low therefore adhesion and
abrasive wear reactions easily happen in these alloy components.
Today TIG is the main welding process for magnesium alloys, especially for the
removal and repair of casting defects. TIG has some handicaps. Porosity and hot
cracks are the most important weld defects. Weld speed is very low in TIG welding.
vi
The welds have small weld penetration. Using activating fluxes in TIG welding
increased the weld penetration depth. The disadvantages of conventional TIG process
have caused attention to be drawn toward Nd: YAG laser welding and laser-TIG
hybrid welding processes.
July 2011
Erhan ERATICI
vii
KISALTMALAR
TIG
: Tungsten Inert Gas
DAEN
: Doğru Akım Elektrod Negatif
DAEP
: Doğru Akım Elektrod Pozitif
AWS
: American Welding Society
DIN
: Deutsches Institut für Normun
DC
: Direct Current
AC
: Alternative Current
D
: Elektrod capı
ASTM
: American Society for Testing and Materials
MIG
: Metal Inert Gas
AA
: Alternatif Akım
ITAB
: Isının Tesiri Altındaki Bölge
TS
: Türk Standartları
EN
: European Norm
viii
ġEKĠLLER
SAYFA NO
ġekil II.1 TIG Kaynağı………………………………...……….………………… 3
ġekil II.2 TIG Kaynak Yönteminin Şematik Gösterimi…………………….…… 4
ġekil II.3 Su Soğutmalı Bir TIG Kaynak Ekipmanının Temel Elemanları....…… 5
ġekil II.4 Bir TIG Kaynak Torcunun Parçaları…………………...……………… 6
ġekil II.5 Normal Gaz Nozul ve Gaz Lensli Gaz Nozul……………….………… 7
ġekil II.6 Koruma Gazı Akışı………………………………………….………… 8
ġekil II.7 DC Kaynak İçin Bilenen Tungsten Elektrod Örneği….……….……… 11
ġekil II.8 Noktalı Açı ve Kaynak Havuzu Arasındaki Bağıntı……….…..……… 11
ġekil II.9 Yatay Elektrod Ucu…………….……………………………………… 11
ġekil II.10 AC Kaynak İçin Tungsten Elektrod…………………….….……….... 12
ġekil II.11 Tungsten Elektrodun Bilenmesi…………………....………...………. 12
ġekil II.12 Elektrodun Parçaya Teması İle Tutuşturma……………..………...…. 20
ġekil II.13 Yüksek Gerilim İmpulslarıyla Tutuşturma……………...……...……. 22
ġekil II.14 Alternatif Akımda Yüksek Gerilim İmpulslarıyla Tutuşturma………. 22
ġekil II.15 Krater Doldurma Tertibatının Şeması……………….…….…...….…. 23
ġekil II.16 Akım Türü, Kutup Türü Ve Elektrod Formuna Bağlı Olarak
Nüfuziyet Formları………….……...…………………………...…… 24
ġekil II.17 Alternatif Akımla TIG Kaynağında Doğrultma Etkisi……...……....... 26
ġekil II.18 TIG Kaynağında Meydana Gelen Hatalar……………….………….... 32
ġekil II.19 1991-2007 Yılları Arasında Avrupa ve ABD Otomobillerinde
Magnezyum Kullanımı….………………………...…………………. 39
ġekil II.20 2001 Yılında Avrupa‟da Magnezyumun Kullanım Alanları...……..... 40
ġekil II.21 AZ91D Magnezyum Alaşımı, %10 Karbon Fiber İçeren Polikarbonat
Plastik Kompozitin, Al 6061-T4 Alaşımının ve Qste550tm İnce
Taneli Çeliğin Özgül Dayanımlarının Mukayesesi..……………….....42
ix
ġekil II.22 Otomobil Üretiminde Mg Alaşımından Dökülmüş Parçalar..……….. 43
ġekil II.23 AZ91 Alaşımı Döküm Parçaları..………………...…….....………….. 44
ġekil II.24 AM Alaşımı Döküm Parçaları……………….……...…….…………. 45
ġekil II.25 WE43 Alaşımından Dökülmüş Helikopter Vites Kutusu......……....... 45
ġekil II.26 Li Katkılı Mg Alaşımı Döküm Parçaları.....................……..…...……. 46
ġekil II.27 Mg-Al Denge Diyagramı..…….…………………...……………..….. 47
ġekil II.28 Mg-Zn Denge Diyagramı..…….………...…………………......…….. 48
ġekil II.29 Mg-Mn Denge Diyagramı..…….………………...…………..……..... 49
ġekil II.30 Mg-Sn Denge Diyagramı..…….………………………...……......….. 49
ġekil II.31 Mg-Pb Denge Diyagramı..…….………………...………...……...….. 50
ġekil II.32 Mg-Si Denge Diyagramı……………...………...……………………. 51
ġekil II.33 Mg-Ti Denge Diyagramı.………………...……...………………...…. 51
ġekil II.34 Mg-Zr Denge Diyagramı.…………..……...……………...………….. 52
ġekil II.35 Mg-Ca Denge Diyagramı………………………………..………...…. 52
ġekil II.36 Mg-Fe Denge Diyagramı.………….....…………...…………………. 53
ġekil II.37 Mg-Cu Denge Diyagramı.………..………………..…………………. 53
ġekil II.38 Mg-Y Denge Diyagramı.………………..…………...………………. 54
ġekil II.39 Mg-Ag Denge Diyagramı.………..………..………………...………. 54
ġekil II.40 Mg-Sr Denge Diyagramı.…………...……...………………...………. 55
ġekil II.41 Mg-Th Denge Diyagramı.……………..……...………………...……. 56
ġekil II.42 Mg Döküm Parçalarda Parça Ağırlığının ve Parça Üretim Sayısının
Üretim Maliyetine Etkisi…………...……...………..……………….. 58
ġekil II.43 AZ91B Döküm Alaşımı ve AZ31B Ekstrüzyon Alaşımının
Maliyetlerinde Üretim Metodunun Etkisi…..…….………………….. 59
ġekil II.44 QE22A-T6 Kum Döküm Alaşımında Sıcaklığın Çekme Deney
Sonuçlarına Etkisi…………...…….....…………………………….... 60
ġekil II.45 Çentiksz QH21A-T6 Kum Döküm Alaşım Parçasında Sıcaklığın
Yorulma Özelliklerine Tesiri…………..………..….………………... 61
ġekil II.46 Magnezyum Alaşımları İçin S-N Eğrisi…………….…………..……. 61
ġekil II.47 QE22A-T6 Kum Döküm Alaşımı Sürünme Özelliklerinin Sıcaklıkla
Değişmesi……………..…………………...………….………....…... 63
ġekil II.48 Alaşım Elementlerinin Korozyon Oranına Etkileri…………….......… 64
ġekil II.49 %3 Nacl Çözeltisindeki Mg-6A1-0.2Mn Alaşımınını Korozyon
Oranına Demir Ve Çinkonun Etkisi…………………..……….....….. 64
x
ġekil II.50 M1A, AZ61A, AZ92A ve A10 Magnezyum Alaşımlarında Sıcaklığın
Korozyon Üzerindeki Etkileri………………...……..…………..….... 66
ġekil II.51 Magnezyumun Korozyonunda Elektrokimyasal Reaksiyonlar…......... 67
ġekil II.52 A-TIG Kaynak Uygulaması…………………………………….......... 74
ġekil II.53 Kullanılan Tozun Cinsine Bağlı Olarak Kaynaklarda Nüfuziyet
Değişimi…………………………………………………………….... 75
xi
TABLOLAR
SAYFA NO
Tablo II.1 Tungsten Elektrodların Kimyasal Bileşimleri ve Renk Kodları…….... 9
Tablo II.2 Çeşitli Metallerin TIG Kaynağı İçin Önerilen Koruyucu Gazlar ve
Elektrodlar………………………….……………………..…….…… 15
Tablo II.3 TIG Kaynak Yönteminde Akım Türünün Kaynak Özelliklerine
Etkisi………………………………………………………………….. 25
Tablo II.4 TIG Kaynağı İçin Uygun Kaynak Ağzı Detayları……………………. 29
Tablo II.5 TIG Kaynağında Meydana Gelen Tungsten Kalıntılarının Nedenleri... 33
Tablo II.6 TIG Kaynağında Meydana Gelen Oksit Kalıntılarının Nedenleri…..... 34
Tablo II.7 TIG Kaynağında Meydana Gelen Gözenek Oluşumunun Nedenleri.... 35
Tablo II.8 TIG Kaynağında Meydana Gelen Krater Çatlaklarının Nedenleri…… 37
Tablo II.9 TIG Kaynağında Meydana Gelen Birleşme Hatalarının Nedenleri…... 37
Tablo II.10 Alaşım Elementleri ve Kısaltmaları……………………………..….. 40
Tablo II.11 Mg Alaşımlarının Standartları ve Bileşimleri………..……….......… 41
Tablo II.12 Magnezyum Alaşımları İçin Kullanılan Temper İşaretleri ve
Anlamları………………………………………………………...…. 41
Tablo II.13 Mg Alaşımlarında Oluşan İntermetalik Fazlar ve Çözünebilirlikleri.. 47
Tablo II.14 Bazı Magnezyum Alaşımlarının Ortalama Kimyasal Bileşimleri ve
Tipik Oda Sıcaklığı Mekanik Özellikleri………...………………… 57
Tablo II.15 Mg Alaşımlarının Sürünme Mukavemetlerinin Sıcaklıkla
Değişmesi…………………………………………………………... 62
Tablo II.16 %3-6 Nacl İçeren Çözeltide Magnezyumun Pratik Olarak Ölçülen
Korozyon Potansiyeli……………...…………………….……...….. 67
Tablo II.17 Magnezyum Alaşımlarının Kaynak Kabiliyet Özellikleri………..…. 69
Tablo II.18 Mg Alaşımlarının TIG ve MIG Kaynaklarında Kullanılan Tellerin
Kimyasal Bileşimleri…………………………….……………....…. 70
xii
Tablo II.19 Magnezyum Alaşımlarının Gaz Korumalı Ark Kaynağında
Uygulanabilir Malzeme Kalınlık Aralıkları………..…………......… 71
Tablo II.20 Mg Alaşımları İçin Tavsiye Edilen Maksimum Öntavlama
Sıcaklıkları………………………………………………………….. 72
Tablo II.21 Magnezyum Alaşımlarının Manuel TIG Kaynakları İçin Tavsiye
Edilen Kaynak Şartları……………..……………………...………... 73
xiii
BÖLÜM I
I.1 GĠRĠġ
Günümüzde enerji kaynaklarının ve ekolojik dengenin korunması otomotiv
sektörünü yakıt tüketiminde zorunlu kısıtlamalara götürmektedir. Bu amaçla araç
lastiklerinde sürtünmenin azaltılması, ağırlıkta azalma, motor ve transmisyon
verimliliğinin artırılması, araç ön alanının küçültülmesi ve aerodinamik tasarım gibi
yaklaşımlar üzerine çalışılmaktadır. Örneğin araç ağırlığında yaklaşık 100 kg‟ lık bir
azalma ile 100 km‟ de 0.5 litre bir yakıt tasarrufu sağlanmaktadır. Ağırlıktan 40 kg‟
lık azalma, atmosfere verilen eksoz gazlarında da azalma sağlamaktadır. Yakıt
tüketimini azaltmak için, otomotiv endüstrisinin mutlaka hafif, aynı zamanda da
güvenilir malzeme kullanması zorunludur. Bu kapsamda özellikle otomobil
üretiminde ağırlıktan azalma üretici firmaların en önemli hedefi haline gelmiştir.
Otomotiv endüstrisinin Magnezyum (Mg) kullanımındaki artış geçen 10 yıl
içerisinde her yıl %15 olarak gerçekleşmiştir. Bu artışın önümüzdeki 10 yıl içerisinde
%12‟lik oranla artmaya devam edeceği beklenmektedir.
Malzeme seçiminde düşük ağırlık kadar önemli olan geri dönüşebilirlik dünya
hammadde ve enerji kaynaklarının korunması için etken bir faktör haline gelmiştir.
Mg günümüzde konstrüksiyon malzemesi olarak kullanılan metalik malzemeler
içinde en hafif olanıdır. Ağırlık olarak Mg, Alüminyum (Al)‟dan %36, Demir (Fe) ve
çelikten %78 daha hafiftir. Avrupa Birliği‟nin hedefi otomobillerinde kullanılacak
malzemelerin, 2015 yılına kadar %95 geri dönüşebilir malzemelerden üretimidir.
Japonya‟ da ise yeni otomobillerde 2015 yılına kadar %95 geri dönüşebilir malzeme
kullanımı zorunlu hale getirilmiştir. Japon taşıtlarında bugün Mg çok hızlı bir şekilde
yerini almaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri‟nde de otomobil üretiminde Mg
kullanımı artarak gelişmektedir. Bu konudaki gelişmeler Alman otomobilleri için de
geçerlidir.
1
Mg, yoğunluğu ve buharlaşma özellikleri bakımından plastiklere benzetilirken,
bu malzeme bir metalin mekanik özelliklerine sahiptir. Ayrıca Mg, mühendislik
plastiklerine göre çok daha rijit ve çok daha fazla geri dönüşümü mümkün bir
malzemedir.
Mg‟ un önemli alaşım grupları Mg-Al, Mg-Zn ve Mg-toprak alkali metalleri
olarak gruplandırılır. Ama en geniş spektrum Al ve Zn grubudur. Mg alaşımlarının
mekanik ve döküm özelliklerini geliştirmek amacıyla çok az miktarda Ca, Sr, Ba
veya Sb, Sn, Pb ve Bi katılarak mikro alaşımlandırma yapılmaktadır. Yüksek sıcaklık
uygulamaları için geliştirilen yeni Mg alaşımlarında nadir olarak toprak metalleri
kullanılmaktadır. Yüksek mukavemet/ağırlık oranı gibi iyi mekanik özelliklerine
rağmen, elektrokimyasal olarak oldukça aktif bir metal olmasından kaynaklanan kötü
korozyon özellikleri, Mg ve alaşımlarının herhangi bir koruma uygulanmadan
kullanılmalarını sınırlandırmaktadır. Mg bu sektördeki gelişimi, malzemenin
birleştirme ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Birleştirme yönteminin gelişimi malzeme
türünün kullanım alanlarını da geliştirmektedir. Mg alaşımlarının kaynağında birçok
kaynak yöntemi kullanılmakta olup bunlardan en yaygın olarak kullanılanları Lazer
ve TIG kaynak yöntemleridir. Bu çalışmada ise Mg alaşımlarının TIG kaynak
yöntemiyle kaynaklı birleştirmeleri üzerinde çalışılma yapılması planlanmıştır. [10]
TIG kaynağı; kaynak için gerekli ısı enerjisi bir tungsten elektrod ve iş parçası
arasında oluşturulan ark tarafından sağlanan ve kaynak bölgesi de elektrodu
çevreleyen bir nozuldan gönderilen asal gaz tarafından korunan kaynak yöntemidir.
Bu kaynak yönteminde yüksek kalitede düzgün yüzeyli ve kusursuz kaynak dikişleri
elde edilebilir. Magnezyum alaşımlarının TIG kaynak işlemlerinde genellikle
koruyucu gaz olarak argon, helyum ya da bunların karışımları kullanılır [4].
Magnezyum alaşımlarına halen bakım onarım kaynak uygulamaları yapılmaktadır.
Bu alaşımların tüketiminin gelişmesi için ucuz ve kaliteli seri üretim kaynak
yöntemlerine ihtiyaç vardır. .
Magnezyum alaşımlarının TIG kaynağında porozite ve sıcak çatlak en çok
karşılaşılan kaynak hatalarıdır. Ayrıca magnezyum alaşımlarının TIG kaynağında
sınırlı nüfuziyet derinliği önemli bir handikap oluşturmaktadır.
TIG kaynak
yönteminde kaynak parametrelerini uygun seçmek suretiyle kaynak hataları
önlenebilmektedir.
Kaynak nüfuziyetini arttırmak için flaks kullanımı büyük
kazançlar elde etmeye yaramıştır.
2
BÖLÜM II
GENEL BĠLGĠLER
II.1 TIG KAYNAĞI
II.1.1. TIG Kaynağı Genel Özellikler
TIG kaynağı, esas olarak bir ark kaynağı şeklidir. Özellikle alüminyum,
magnezyum, titanyum gibi hafif metallerin kaynağına uygundur.
1940 – 1960
döneminde geliştirilen bu yöntem, günümüzde önemli bir kaynak yöntemi olarak
geçerli hale gelmiştir [1]. Şekil II.1‟ de esas metal ile tungsten elektrod arasında
oluşturulan TIG kaynak arkı gösterilmektedir.
ġekil II.1 TIG Kaynağı [3]
3
TIG kaynak yöntemi için elektrik akımı, su ve gaz'ın her an sağlanması ve
kontrol edilmesi gerektiğinden bu yöntemde kullanılan donanım, ark kaynağında
kullanılanlara göre daha karmaşık ve pahalıdır.
Yöntem yaygın olarak TIG adıyla anılır. TIG kaynağı, elektrik ark kaynak
yönteminin daha ileri bir aşamasıdır. Bu prosesin tam adında Tungsten kelimesi,
arka elektrik akımını iletmeyi sağlayan erimeyen elektrodu, Inert kelimesi, diğer
elementlerle kimyasal olarak birleşmeyen bir gazı ve Gaz kelimesi de, erimiş banyo
ve arkı örten, kaynak bölgesini çevreleyen havayı uzak tutan malzemeyi simgeler.
Bu kaynak yöntemi, Heliarc veya Argonarc olarak da anılmaktadır. TIG yöntemiyle,
genellikle diğer kaynak yöntemleriyle oluşturulan kaynaklara göre daha üstün
özellikte dikişler elde edilir.
TIG kaynağında ark, tungsten elektrod ile parça
arasında serbestçe yanar. Koruyucu gaz, argon, helyum veya bunların karışımından
oluşur [8]. Şekil II.2‟ de TIG kaynağının prensip şemasını gösterilmektedir. Enerji
üretecinin bir kutbu tungsten elektroda diğeri parçaya bağlıdır. Ark, sadece bir
elektrik iletkeni ye ark taşıyıcısı olan tungsten elektrod (sürekli elektrod) ile parça
arasında yanar. İlave malzeme, kural olarak akım yüklenmemiştir; kaynak bölgesine
yandan veya önden, ya elle sevk edilen çubuk veya ayrı bir sevk aparatından sevk
edilen tel formundadır. Tungsten elektrod ile erimiş banyo ve ilave metalin erimiş
haldeki ucu, atmosferden, elektrodun bulunduğu bir koruyucu gaz memesinden
elektrodla eşeksenli olarak beslenen bir inert koruyucu gaz ile korunur [1].
ġekil II.2 TIG kaynak yönteminin şematik gösterimi [4]
4
TIG kaynağında en yaygın koruyucu gaz olarak Argon kullanılır. Elektrodun
tatminkâr şekilde korunabilmesi için koruyucu gazın saflık derecesi en az % 99,95
olmalıdır. Kural olarak 200 bar basınç altındaki 10 Nm3 'lük çelik tüplerde satılır.
Hafif metallerde geniş ve derin nüfuziyet nedeniyle son yıllarda Argon/Helyum
karışımlarının kullanılmasına doğru bir eğilim mevcuttur [4].
Şekil II.3'de TIG
kaynak ekipmanın temel elemanları gösterilmektedir.
ġekil II.3 Su soğutmalı bir TIG kaynak ekipmanının temel elemanları [3]
II.1.2 TIG Kaynağında Kullanılan Ekipmanlar
TIG kaynağı için gerekli donanım ve malzeme, içinden gaz geçen ve koruyucu
gazı ark çevresine yönlendiren bir meme ile erimeyen bir tungsten elektrod içeren bir
elektrod tutucusu veya torç; bir koruyucu gaz tüpü, bir basınç düşürme manometresi
(basınç regülâtörü) ve akış ölçer (debimetre); bir elektrik akımı üreteci ve bazı
makinelerde bir soğutma suyu devresinden oluşur [1]
II.1.2.1 TIG Torcu
Bir TIG torcu, özel olarak tasarlanmış bir elektrod tutucusudur. Torç, çeşitli
boyutlarda tungsten elektrodları kolaylıkla kullanabilecek tarzda imal edilmiş olup
koruyucu gazın akışını yönlendirecek, değiştirilebilen bir gaz memesi ile
donatılmıştır. Torçların bazıları hava soğutmalıdır ancak su soğutmalı torçlar daha
yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Şekil II.4‟ de bir TIG kaynak torcunun temel
elemanları gösterilmektedir [3].
5
ġekil II.4 Bir TIG kaynak torcunun parçaları [3]
 Hava Soğutmalı TIG Kaynak Torcu
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 [1].
 Su Soğutmalı TIG Kaynak Torcu
Su soğutmalı TIG kaynak torcu, bir tutamak, bir elektrod tutucusu, koruyucu
gazı ark'a ileten bir ortam, elektrik akımını ark' a ileten bir iletken ve soğutma
suyunu torç kafasına ileten bir hortumdan oluşur.
Su soğutmalı torçta su, torç
kafasını, kontak borusunu ve elektrodu soğutur. Ayrıca diğer yöntemlere göre daha
hafif olan kaynak akım kablosunu da soğutur. Eğer kaynak akım kablosu, sürekli bir
soğutma suyu akışı ile soğutulmazsa, akım taşıyorken ısınır ve hatta yanabilir.
Koruyucu gaz tüpünün çıkışına takılı olan basınç regülatöründen geçen koruyucu
gazın bir hortumdan sonra torç kafasına ve kontak borusuna gelene kadar izlediği
yolu göstermektedir. Gaz daha sonra, kendisini tungsten elektrodun çevresinden
seramik memeye ve oradan da çalışma bölgesine ileten kontak borusu tutucusu
çevresindeki bir seri delikten akar. Bu memenin çapı ve boyu, kullanılan elektrodun
boyutlarına, akım tipine, kaynak edilen malzemeye ve kullanılan koruyucu gaz
türüne bağlı olarak değişir [1].
6
Elektrik akımı, su soğutmalı kaynak kablosu içinden torç kafasına, kontak
borusu tutucusuna, kontak borusuna ve nihayet tungsten elektroda ulaşır. Elektrod
ucunda ark oluşturulur, parçaya geçer ve parça üzerindeki kutuplama aparatı
üzerinden kaynak makinesine döner [1].
Elektriğin torçtan parçaya akışı şeklindeki tanımlama, elektrodun negatif veya
doğru kutuplanması halinde (Doğru Akım Elektrod Negatif = DAEN) geçerlidir.
Eğer ters kutuplama kullanılırsa (Doğru Akım Elektrod Pozitif = DAEP) elektrod
bunun tersi yönde akar [1].
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 türde olabileceği gibi değişik malzemelerden de üretilmiş
olabilir. Endüstride kullanılan gaz nozullarını, malzemeleri açısından dört gruba
ayırabiliriz: seramik gaz nozulları, metal gaz nozulları, saydam gaz nozulları, çift gaz
akışlı gaz nozulları [7].
II.1.2.2 Gaz Nozul
Gaz nozulun görevi koruma gazını kaynak alanına iletip atmosferik havanın
kaybolmasını sağlamaktır.
Gaz nozul TIG torcuna vidalanmıştır böylece
gerektiğinde değiştirilmesi mümkündür.
Genelde seramik bir malzemeden
yapılmıştır ve ısıya da dayanıklıdır. Gaz nozulun ebatı genelde orifisin iç çapı ile
belirtilir 1/16” [7].
Şekil II.5‟ te TIG kaynağında kullanılan nozullar
gösterilmektedir.
ġekil II.5 Normal gaz nozul ve gaz lensli gaz nozul [7]
7
II.1.2.3 Gaz Lens
Bir diğer gaz nozul cinsi de gaz lensidir ve koruma gazının tel olukları içinden
geçip gaz akışının daha uzun mesafede daha sabit ve düzgün olmasını sağlayan bir
sisteme sahiptir. Uzun gaz akışının avantajı elektrotun daha uzun çıkıntıya sahip
olması ve böylece kaynakçının daha güzel bir görüntü sağlayabilmesidir.
Gaz
dağıtıcı ile koruma gazı sarfiyatı da azaltılabilir [7]. Şekil II.6‟ da TIG kaynağında
gaz lenslerinin kullanımıyla koruyucu gaz akışının değişimi gösterilmektedir.
ġekil II.6 Koruma gazı akışı [7]
II.1.2.4 Kaynak Elektrotları
TIG kaynak yöntemi ile diğer elektrik ark kaynağı yöntemleri arasındaki en
önemli fark, ek kaynak metalinin elektrot tarafından sağlanmaması ve elektrotun
sadece ark oluşturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bakımdan burada, erime
sıcaklığı 3500°C civarında olan tungsten, elektrot 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 [6].
Günümüz endüstrisinde ticari saflıktaki tungsten (% 99.5 W) ile toryum,
zirkonyum ve lantanyum ile alaşımlandırılmış elektrotlar kullanılmaktadır.
Uygulamada karşılaşılan TIG kaynak elektrotlarını, saf tungsten elektrotlar, alaşımlı
elektrotlar ve çizgili elektrotlar olmak üzere üç grup altında toplamak mümkündür.
TIG kaynak elektrotları, AWS A5.12 ile DIN 32528 de bileşimlerine göre
sınıflandırılmış ve bunları birbirlerinden kolaylıkla ayırt edebilmek için de renk
kodları kullanılmıştır. Tablo II.1‟ de tungsten elektrodların kimyasal bileşimleri ve
renk kodları gösterilmektedir.
8
Tablo II.1 Tungsten elektrodların kimyasal bileşimleri ve renk kodları [2]
DIN 32528 de TIG kaynak elektrotlarının 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 elektrotların çapları (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. Yedi inçten daha uzun olanlar sadece mekanize ve otomatik
kaynak yöntemlerinde kullanılırlar. Uygulamada elektrot çapı, elektrotun 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 kaynak dikişi elde edilebilmektedir [2].
II.1.2.4.1 Saf Tungsten Elektrotlar
Saf tungsten elektrotlar alternatif akımda alüminyumun kaynağında tercih
edilirler. Bu elektrotlar iyi bir elektron emisyon özeliğine sahip olmalarına karşın,
toryum alaşımlılara nazaran daha düşük akımda yüklenme kapasitesine sahiptirler,
kirlenmeye ve oksitlenmeye daha yatkındırlar. Tungsten elektrot gerektiğinden daha
düşük bir akım şiddeti ile yüklendiğinde, ark elektrotun uç kısmında gezinmeye
başlar. Gerektiğinden daha yüksek bir akım şiddeti ile çalışıldığında elektrotun uç
kısmı erime başlar ve bir sıvı tungsten damlacığı oluşur ve de kaynak sırasında bu
damlacık oldukça yüksek bir frekans ile titremeye başlar. Bu esnada da tungsten
zerrecikleri arkı izleyerek veya buhar halinde kaynak metaline geçer.
Akım
şiddetinin çok yükselmesi arkın stabilizesinin bozulmasına neden olur ve bu
durumda tungsten kaynak metaline zerrecikler veya buhar halinde değil oldukça iri
9
damlalar halinde geçmeye başlar. İdeal akım şiddetinde elektrotun uç kısmında
erimiş tungsten bir yarım küre şeklinde görülür [2].
II.1.2.4.2 Alaşımlı Tungsten Elektrotlar
Bileşiminde % 1 – 2 toryum oksit (ThO2) içeren tungsten elektrotlar saf tungsten
elektrotlara göre daha yüksek bir akım yüklenme kapasitesine, iyi bir elektron
yayınımına, daha uzun bir kullanma ömrüne, kirlenmeye oksitlenmeye karşı daha
büyük bir dirence, daha kolay bir tutuşmaya ve daha kararlı bir ark oluşturma
özeliğine sahiptirler. Toryum - Oksit miktarının % 4‟e kadar yükselmesi ile ark
karakteristikleri daha da iyi bir duruma getirilebilir. Toryum - Oksit ile alaşımlanmış
tungsten elektrotlar da, saf tungsten elektrotlar gibi sinterleme ile üretilir. Tungsten
tozları ve toryum oksit tozları belirli bir oranda karıştırıldıktan sonra preslenerek
şekil verilir ve sinterlenerek elektrot elde edilir. Toryum - Oksit alaşımlı tungsten
elektrotlar, normal akım yüklenme kapasitelerinde erime göstermezler, aşırı bir akım
ile yüklendiklerinde, saf tungsten elektrot halinde olduğu gibi erimiş tungsten damla
halinde kaynak banyosuna geçmez, burada sadece elektrotta hızlı bir boy kısalması
görülür. Bu olay alaşımlı elektrot halinde aynı elektron emisyonu yoğunluğunda
sıcaklığın saf tungsten elektrottan daha düşük olmasından kaynaklanmaktadır.
Toryum - Oksit elektrotlardan daha iyi özelliklere sahip olan, seryum oksit (CeO2)
içeren elektrotlar çizgili tungsten elektrotlar diye bilinirler.
Gövdeleri saf
tungstenden yapılmış ve gövde üzerinde bulunan çizgi şeklindeki kanalcıkları ise
toryum oksit ile doldurulmuştur. Saf tungsten elektrotun alternatif akım ile kullanma
halindeki ark stabilizesi ile toryum oksit alaşımlı elektrotların akım yüklenme
kapasitesini ve arkın kolay tutuşma özeliğini bir arada sağlamaktadırlar. Seryum
elektrotun tüm kesitinde üniform olarak dağılmamış, elektrot üzerinde çizgi gibi
görünen açılmış kanalcıklar içine doldurulmuştur [2].
II.1.2.5 Elektrod Bileme Açısı
TIG kaynakta iyi sonuç alınmasının başka bir şartı da tungsten elektrotun doğru
bir şekilde bilenmiş olmasıdır. DC ve negatif polariteyle kaynak yaparken elektrot
noktası daha dar ve daha derin nüfuziyet profili sağlanması için daha konsantre bir
arka sahip olunabilmesi açısından konik olmalıdır. Şekil II.7‟ de DC akım ile kaynak
için bilenen tungsten elektrod gösterilmektedir.
Aşağıdaki başparmak kuralı
tungsten elektrot çapı ve onun bilenmiş nokta uzunluğu arasındaki ilişkiyi gösterir.
10
Küçük noktalı açı dar kaynak havuzu ve daha büyük noktalı açı daha geniş kaynak
havuzu sağlar [7].
ġekil II.7 DC kaynak için bilenen tungsten elektrod örneği [7]
Noktalı açının aynı zamanda kaynak derinliğinin nüfuziyeti üzerinde de etkisi
vardır [7]. Şekil II.8‟ de noktalı açı ve kaynak havuzu arasındaki bağıntı
gösterilmektedir.
ġekil II.8 Noktalı açı ve kaynak havuzu arasındaki bağıntı [7]
0.5 mm çaplı yatay bir alan elde etmek için elektrotun ucunu köreltmek tungsten
elektrotun ömrünü uzatır. Şekil II.9‟ da tungsten elektrodun ucunun en uygun nasıl
köreltileceği gösterilmektedir [7].
ġekil II.9 Yatay elektrod ucu [7]
11
AC TIG kaynağı için tungsten elektrot kaynak sırasında yuvarlanır çünkü
kaynak sırasında oldukça fazla yüklenir ve daha yarım globular bir forma sahip olur
[7]. Şekil II.10‟ da AC kaynak için uygun tungsten elektrod örneği gösterilmektedir.
ġekil II.10 AC kaynak için tungsten elektrod [7]
II.1.2.6 Tungsten Elektrodun Bilenmesi
Elektrodu bilerken ucu bileme diskinin yönünde olmalıdır.
Böylece bileme
izleri elektrotun uzunluk yolunda bulunacaktır. Elektrotların ekstra iyi bilenmesini
sağlamak için elektrotların bilenmesi için elektrot bileme makinasına sahip olmak
gerekir. Böyle makinalar çok iyi bileme izleri oluşmasını sağlayan yönlendirici
elmas örtülü diske sahiptir. Genelde bu makinalar elektrotlar için ayarlanabilen
bileme açısı ve böylece düzgün bileme sağlayan bir gerece sahiptir. Bu makinalar
ayrıca, sağlık için çok zararlı olan tungsten tozunu filtre ederler [7]. Şekil II.11‟ de
TIG kaynağında tungsten elektrodun uygun şekilde bilenmesi gösterilmektedir.
ġekil II.11 Tungsten elektrodun bilenmesi [7]
12
II.1.3 TIG Kaynağında Kullanılan 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 mono atomik gazlardır. Bunlar kimyasal olarak nötr bir karakter
taşır ve diğer elemanlarla birleşmez, her ikisi de renksiz ve kokusuz birer gaz olup,
yanmazlar. Hafif metal ve alaşımlarının kaynağında bulunan argonun çok saf olması
istenir[9]. Mesela, 99.99 gibi içerisinde bulunan az miktardaki su buharı, oksijen ve
azot kaynağının kalitesine tesir eder. Oksijen ve azotu az olan argon temiz ve parlak
bir kaynak dikiş yüzeyi verir. Eğer azot ve oksijen miktarı sınır üzerinde bulunursa,
yapılan kaynakta dikişin yüzeyi ve geçiş bölgeleri gri kahverengi veya mat bir durum
alır. Argon gazı 150-180 atmosfer basınç altında tüplere doldurularak nakledilir.
Tüpün muhtevası, tüpün büyüklüğüne göre 6-9 m3 'dür. Argon, oksijen gibi kaynak
basıncına özel basınç düşürme manometreleriyle düşürülür. Argon miktarı, yine tüp
üzerinde bulunan ve basınç düşürme manometresiyle birlikte takılan özel aletlerle
ölçülür. Bu da ayrıca otomatik kumanda cihazına bağlıdır [10].
Argon gazının iyonizasyon enerjisi 15,78 eV‟ tur,
helyum gazının ise
24,58eV‟tur. Yani helyum gazı ile oluşan ark daha yüksek enerjiye sahip bir ısı
kaynağı olmaktadır. Hızlı kaynaklarda veya kalın parçalarda, derin nüfuziyet için
helyum gazı tercih edilir. Argonda ısıyı kontrol altına almak daha kolaydır. Elle
yapılan TIG kaynaklarında argon gazı tercih edilmelidir. Otomatik tezgâhlarda elde
edilebilen hızlı kaynaklarda helyum kullanılabilir. Ostenitik krom-nikel, paslanmaz
çelik, bakır ve nikel alaşımları ile titanyum ve alaşımları normalde argonla
kaynaklanır, yüksek nüfuziyet isteyen uygulamalarda helyum tercih edilebilir.
Alüminyum ve alaşımları, magnezyum ve alaşımları ile karbon çeliklerinin TIG
kaynağında çok özel uygulamaların dışında argon daha iyi netice verir. Argonun
helyuma göre bir üstünlüğü de arkın daha kolay başlamasıdır [3].
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
13
kalitesine
olumsuz
bir
etkide
bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli
etkide bulunurlar [4].
Ostenitik krom-nikelli paslanmaz çeliklerin TIG kaynağında Ar çok tercih edilir.
Ar‟ a hidrojen eklenmesi ile kaynak hızı ve nüfuziyet artar, bunun yanı sıra daha
temiz ve kaliteli dikişler elde edilmiş olur. Mekanize kaynak işlemlerinde, özellikle
yüksek kaynak hızları istendiği durumlarda He, He+Ar veya Ar+H2 karışım gazları
önerilir.
Örneğin; sürekli boru kaynaklarında da He+Ar veya Ar+H2 koruyucu
gazları saf Ar'a tercih edilir, zira yüksek kaynak hızlarında üstün özeliklere sahip
kaynak dikişlerinde yanma oluğu tehlikesi azalır. Hatta incelemeler sonucu, He‟ ca
zengin gazlar, örneğin % 80 He+% 20 Ar veya % 5H2 eklenen Ar+He karışımları (%
70He+%25Ar+%5H2 ) kullanılması halinde çeliğin üretiminden gelen bileşim
değişimlerinden kaynaklanan nüfuziyet farklılıkların da giderildiği saptanmıştır [4].
Koruyucu gaz tüketimi ve dolayısıyla ayarlanması gereken gaz debisi;
1- Malzemenin kalınlığından,
2- Esas metalden,
3- Elektrot çapından,
4- İlave tel çapından etkilenir.
Ayrıca bu değerlerden, kaynak banyosunun büyüklüğü, ısının tesiri altındaki
bölge, kaynak hızı, torcun hareketleri ve kaynak ağzının şekli ve çevredeki hava
hareketleri (rüzgâr vs.) nedeniyle sapmalar ortaya çıkabilir. Koruyucu gaz tüketimi,
akış miktarının bağlı olduğu gaz memesinin çapı tarafından belirlenir. Tablo II.2‟ de
çeşitli metallerin TIG kaynağı için önerilen koruyucu gazlar ve elektrodlar
gösterilmektedir [8].
14
Tablo II.2 Çeşitli metallerin TIG kaynağı için önerilen koruyucu gazlar ve
elektrodlar [4].
Metalin Türü
Kalınlığı
Tüm Kalınlıklar
Alüminyum
Kalın Parçalar
İnce Parçalar
Akım Türü
AA DAEN
DAEP
Elektrod Türü
Koruyucu Gaz
W veya WT
Ar veya Ar-He
WT
Ar veya Ar-He
WT veya WZ
Ar
WT
Ar veya Ar-He
W veya WZ
Ar
W veya WZ
Ar
WZ veya WT
Ar
Bakır ve Bakır
Tüm Kalınlıklar
Alaşımları
İnce Parçalar
Magnezyum
Tüm Kalınlıklar
Alaşımları
İnce Parçalar
Nikel Alaşımları
Tüm Kalınlıklar
DAEN
WT
Ar
Tüm Kalınlıklar
DAEN
WT
Ar veya Ar-He
İnce Parçalar
AA
W veya WZ
Ar
Tüm Kalınlıklar
DAEN
WT
Ar veya Ar-He
İnce Parçalar
AA
W veya WZ
Ar
Tüm Kalınlıklar
DAEN
WT
Ar
Yalın Karbonlu
ve Az Alaşımlı
Çelik
Paslanmaz Çelik
Titanyum
AA DAEN
AA DAEP
II.1.3.1 Argon Gazının Avantaj ve Dezavantajları
 Düşük ark gerilimi sonrası ısı girdisinin azalması, 1.5 mm den ince parçaların
elle kaynağında büyük avantaj sağlar.
 Alüminyum ve alaşımları gibi yüzeyi refrakter bir oksit tabakası ile kaplı
malzemelerin kaynağında temizleme etkisi daha şiddetlidir.
 Arkın tutuşması daha kolaydır. Ark daha sakin ve daha atabil yanar.
 Havadan ağır olması nedeniyle daha az koruyucu gaz ile daha etkin bir
koruma sağlar.
 Dik ve tavan kaynaklarında gaz sarfiyatının fazla olmasına karşın ısı
girdisinin azlığı sonucu oluşan daha ufak kaynak banyosuna kaynakçının
kolaylıkla hâkim olabilmesine olanak sağlar.
 Otomatik kaynak işlerinde hızın yükselmesi, gözenek oluşumuna neden olur.
 Farklı metallerin kaynağında daha iyi sonuçlar alınır.
15
II.1.3.2 Helyum Gazının Avantaj ve Dezavantajları
 Yüksek ark gerilim sonucu oluşan daha sıcak ark, ısı iletkenliği yüksek
malzemeler ile kalın parçaların kaynağında daha iyi sonuçlar verir.
 Yüksek ısı girdisi ve yüksek kaynak hızı, daha dar bir ITAB oluşturur ve
bunun sonucu olarak kaynaklı bağlantının mekanik özellikleri iyileşir.
Böylece çarpılma ve kendini çekmeler azalır.
 Havadan çok daha hafif olması sonucu koruyucu gaz sarfiyatı yüksektir ve
torcun memesinden çıkan gaz akımı hava hareketlerine hassastır
 Otomatik kaynak işlemlerinde yüksek kaynak hızlarında karşılaşılan gözenek
ve yanma çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir.
 Otomatik kaynak işlemlerinde yüksek kaynak hızlarında karşılaşılan gözenek
ve yanma çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir.
 Havadan daha hafif olması sonucu tavan kaynaklarında daha iyi koruma
sağlar ve bu yüzden altlık olarak kullanımı uygundur.
Günümüzde TIG kaynak yöntemleri diğer kaynak yöntemlerine göre birçok
avantaj sağladığından daha çok tercih edilmektedir. TIG kaynak yönteminin en
önemli üstünlüğü olan ısı girdisinin ve ergiyen ilave kaynak metali miktarının
birbirinden bağımsız olması bu yöntemin çok ince parçalara uygulanabilmesini
sağlamakta, kök pasoların çekilmesinde ve tamir işlerinde kaynakçıya büyük
kolaylıklar getirmektedir [8].
II.1.3.3 TIG Kaynağında Kökün Korunması İçin Gazlar
İç köşe dikişlerinde ve alın dikişlerinin dolgu (ara) ve kapak pasolarında TIG
kaynak torcunun sağladığı koruyucu gaz akışı, oksidasyondan korumada yeterli bir
atmosfer oluşturur. Ancak örneğin boru hatlarının ve basınçlı kapların kaynağı gibi
uygulamalarda, paslanmaz çeliklerde, kökün korozyon dayanımının sağlanması
gereken durumlarda, kökün bir banyo emniyeti olmadan (altlıksız) kaynağı halinde
bu koruma yeterli gelmez. Bu gibi durumlarda kaynak ağzının kök tarafından da bir
gaz koruması gerekir. Genellikle ara ve kapak pasolarının çekilmesi sırasında, kök
paso yüksek sıcaklığa çıktığından ve oksitlendiğinden, alt yüzeyden korumanın
sürdürülmesi gerekir. Kök tarafından koruma, ya gaz korumasıyla (argon, N2
16
veya bu iki gazın H2 ile karışımı) veya her iki taraftan iki torç ile aynı anda kaynak
yaparak sağlanır. En çok kullanılan kök koruma gazı, TS EN 439'a göre F2 grubunu
oluşturan ve şekillendirici gaz olarak adlandırılan N2-H2 karışımıdır (% 90-92 N2,
kalanı H2) [1].
II.1.4 TIG Kaynağında Kullanılan Kaynak Makinalar
TIG kaynağında düşey statik karakteristikli kaynak makinaları (akım üreteçleri)
kullanılır.
Bu nedenle prensip bakımından, elektrik ark kaynağında kullanılan
makinalar TIG kaynağında da kullanılabilir. TIG kaynağında, elektrik ark kaynağına
kıyasla devrede kalma süresindeki kesiklikler çok daha az sayıda olduğundan, uygun
kuvvette akım üreteçlerinin seçimi çok önemlidir. TIG kaynağı hem alternatif hem
de doğru akımla yapılabildiğinden, ya kaynak transformatörleri ya da redresörleri
kullanılır. Hem doğru hem de alternatif akım veren bileşik makineler da mevcuttur.
Günümüzde TIG kaynağında, çok düşük akımlarla çalışılabildiğinden, akım
üreteçlerinin hassas şekilde ayarlanabilmesi (ince ayar) gerekir.
Düşey
karakteristikli kaynak makinelerinde akım şiddeti, makina üzerinde başka bir
karakteristik eğrisi seçilerek ayarlanır. Bu şekilde aynı ark boyunda ark gerilimi de
bir miktar yükselmiş olur; ancak kaynakçı bunu, elektrod ile parça arasındaki
mesafeyi değiştirerek daha iyi etkileyebilir.
Çalışma noktası, ayarlanan makina
karakteristik eğrisi ile arkın karakteristik eğrisinin kesişme noktasıdır. Bir kaynak
makinanın ayar bölgesi makinanın ayarlanabilen en düşük ve en yüksek ayar
eğrileriyle arkın karakteristik eğrisinin kesişim noktasında elde edilir.
Modern
transistorlu kaynak makinalarında her bir uygulama için kademesiz ayarlama ve
kaynak datalarının ön programlanması da mümkündür. Ayrıca akım impulslu olarak
da ayarlanabilmektedir [11].
II.1.4.1 Jeneratör ve Alternatör Tipi Kaynak Makinaları
Jeneratör tipi kaynak makinaları, ya bir elektrik motoru ile (fabrika veya
atölyede kullanmak için) veya bir içten yanmalı (gazyağı, benzin veya mazotlu) bir
motorla (arazi de kullanmak için) tahrik edilirler. Jeneratör tipi kaynak makinaları
genellikle elektrik ark kaynağı için kullanılır. Ancak koruyucu gaz veya yüksek
frekans aygıtları adapte edilerek TIG kaynağında da kullanılabilir. Jeneratör tipi
kaynak makinalarından çoğunlukla doğru akım elde edilir. Ancak bu makinalardan,
yapılacak bazı dizayn değişiklikleriyle hem alternatif hem de doğru akım elde
17
edilmesi mümkündür. Alternatör tipi kaynak makinaları da yine TIG kaynağına
adapte edilebilirler. Bu makinalardan da genelde alternatif akım elde edilir [11].
II.1.4.2 Transformatör-Redresör Tipi Kaynak Makinaları
TIG kayağı metodunda transformatör-redresör tipi kaynak makinaları motorjeneratör tipi kaynak makinalarına nazaran çok daha fazla ve yaygın olarak
kullanılan makinalardır.
Bu makinelerden hem alternatif hem de doğru akım
alınabilir. Alternatif akımı üreten tek fazlı transformatör, alternatif akımı doğru
akıma çeviren bir redresörle bağlantılıdır. Dolayısıyla TIG kaynağında bu tip kaynak
makinalarıyla değişik cins metallerin kaynağı mümkün olmaktadır.
makinelerin
programlanabilir
tipleri
çok
daha
fazla
ve
Ayrıca bu
yaygın
olarak
kullanılmaktadır. Makina üzerindeki bir kol ile veya düğme ile ya redresör devreye
sokularak doğru akım alınır ya da transformatör devreye sokularak alternatif akım
alınır.
Bu seçimi kaynakçının kendisi, yapılacak kaynağın cinsine göre yapar.
Bunları statik tip (döner parçaları olmadığından) kaynak makinaları diye de
isimlendirebiliriz [11].
Transformatör-redresör tipi kaynak makinalarının çeşitli büyüklükte tipleri
vardır.
Bu makinaların motor-jeneratör tipi kaynak makinalarına göre bazı
üstünlükleri vardır.
Bunlar;
1. Sessiz çalışır.
2. Boşta çalışma sarfiyatı düşüktür.
3. İşlem (kaynak işlemi) maliyeti düşüktür.
4. Bakım masrafları azdır.
5. Döner parçaları yoktur.
II.1.4.3 Üç Fazlı Redresör Tipi Kaynak Makinaları
Bu tür kaynak makinelerinde tek fazlı transformatör redresör tipi kaynak
makinalarının devrelerinde az da olsa görülen dengesizlikler üç fazlı girişten dolayı
giderilmiştir.
Ancak bu kaynak makinalarından genellikle doğru akım elde
edilmektedir ve bir anahtar yardımıyla da hem ters kutuplama (elektrod pozitif) hem
de doğru kutuplama (elektrod negatif) yapılabilmektedir.
Üç fazlı redresör tipi
kaynak makinalarının programlanabilir tipleri de mevcuttur. En kararlı ve en düzgün
ark bu makinalarla elde edilmektedir [11].
18
II.1.4.4 Transformatör Tipi Kaynak Makinaları
Bu tip kaynak makineleri TIG kaynağının çok az kullanıldığı bazı küçük veya
orta büyüklükteki işyerlerinde genellikle ark kaynağı için kullanılır ancak
gerektiğinde gaz sistemi ve mümkün olursa yüksek frekans cihazı da adapte edilerek
TIG kaynağında da kullanılabilir. Ancak bu makinalardan sadece alternatif akım
alınabildiğinden genellikle alüminyum ile magnezyum TIG kaynağı için uygun
olabilir [11].
II.1.4.5 Kontrol Üniteleri
Çoğu durumda kaynak akımının çalışılan noktada veya kaynak yaparken
değiştirilmesi gerekmektedir. Bu gibi durumlarda gerek elle gerekse ayakla çalışan
uzaktan kumandalı cihazlar avantaj sağlamaktadır.
Kaynak sırasında her bir
fonksiyonun değiştirilebilmesini mümkün kılan kontrol cihazları mevcuttur.
Bu
cihazlar ya makineden ayrı veya makinenin içinde entegre bir ünite şeklindedir [1].
Basit bir cihazın aşağıdaki fonksiyonları yerine getirmesi gerekir:
a. Akım rölesini çalıştırmalıdır.
b. Elektrod tutuşturucuyu çalıştırmalıdır.
c. Koruyucu gaz ventilini açıp kapatabilmelidir.
d. Krater doldurma tertibatını çalıştırmalıdır.
Bu fonksiyonlar, ya iki (iki zamanlı) ya da dört kademede (dört zamanlı) görev
yapacak formdadır.
Kaynak makinası, toplam kaynak işlemi süresince açık
kaldığından, elektrod, bir koruyucunun devreye sokulmasıyla ve çıkarılmasıyla akım
yüklenir ya da yüklenmez. Tutuşturma için gereken yüksek frekanslı gerilim veya
yüksek gerilim impulsları da kaynak akımıyla birlikte devreye sokulur. Kayıplardan
kaçınmak için koruyucu gaz da sadece esas kaynak işlemi sırasında akmalıdır. Diğer
taraftan tutuşturma sırasında da tungsten elektrodun tatminkâr şekilde korunması
gerekir. Bu durum, kaynağın başlangıcından kısa bir süre önce, koruyucu gaz akışını
kontrol eden magnet ventilin gaz akışını serbest bırakması ile sağlanır.
Diğer
taraftan, katılaşmakta olan metal banyosu ve henüz tavlı haldeki elektrod ucu da
arkın sönmesinden sonra kısa bir süre daha korunmak zorundadır. Bu işlem ise,
arkın sönmesinden sonra koruyucu gazın birkaç saniye daha akması ile sağlanır.
Eski cihazlarda bu işlem bir endüktans bobini ve art akış kabı ile sağlanmaktaydı [1].
Modern TIG kaynak makinelerinde magnet ventili bir zaman rölesiyle
donatılmıştır. İstenen art akış süresi bu sayede ayarlanabilmektedir. İki zamanlı
19
kontrol sisteminde esas fonksiyonlar olan koruyucu gazın açılıp kapatılması
komutları ve akımın açılıp kapatılma komutlarının her ikisi birlikte kumanda edilir.
Yani akım başladığı anda gaz akışı başlar ve akım kesildiğinde gaz akışı da durur.
Modern cihazlar ise çoğunlukla dört zamanlıdır [1].
1. Zaman:
Tetiğe basılır ve basılı tutulur, önce koruyucu gaz akmaya başlar (ön
akış süresi ayarlanabilir), yardımcı tutuşturma başlar, ark düşük akım şiddetiyle
tutuşur (ayarlanabilir) - ark tutuşmadığında, koruyucu gaz ve yardımcı tutuşturma
tekrar kapanır (tasarruflu kumanda).
2. Zaman:
3. Zaman:
Tetik bırakılır, ayarlanan kaynak akımı sürer,
Tetiğe tekrar basılır ve basılı tutulur, akım ayarlanabilen bir zaman
içinde sürekli olarak azalır
4. Zaman:
Tetik bırakılır, akım kesilir, koruyucu gaz, ayarlanabilen bir süre daha
akar.
II.1.5 TIG Kaynağında Elektrodun Tutuşturulması
Tungsten elektrod ile parça arasında bir arkın oluşturulması gerektiğinde, bu
aralığın elektriksel bakımdan iletken hale getirilmesi gerekir. Arkın tutuşturulması
sırasında oluşan yüksek sıcaklık sayesinde, koruyucu gaz elektriksel bakımdan
iletken hale gelir [1].
II.1.5.1 Elektrodun Parçaya Temasıyla Tutuşturma
Şekil II.12 TIG kaynağında ark oluşturma yöntemlerinden, elektrodun parçaya
temas ettirilmesiyle tutuşturulmasını gösterilmektedir.
ġekil II.12 Elektrodun parçaya teması ile tutuşturma [7]
20
Bu şekilde tutuşturmada kaynak metalinde tungsten kalıntıları oluşabilir.
Elektrod alaşımlanır ve dolayısıyla ark kararsızlaşır. Bakırdan bir yardımcı levha
üzerinde tutuşturmayla tungsten kalıntılarından kaçınılabilir.
Bu yöntem sadece
doğru akımda mümkündür. Yeni bir tutuşturma tekniği de "kaldırılan ark ile (liftarc) tutuşturma" dır.
Bu yöntemde çok düşük akım şiddeti yüklenen tungsten
elektrod parça ile temas etmektedir. Dolayısıyla tutuşturma noktasında tungsten
kalıntısı olmamaktadır. İlk önce elektrodun biraz yukarıya kaldırılmasıyla zayıf bir
ark yakılmakta, daha sonra da kumanda tertibatındaki özel bir anahtar yardımıyla
akım şiddeti tam gücüne ayarlanmaktadır [1].
II.1.5.2 Yüksek Frekans Girişimi ile Tutuşturma
Temassız
tutuşturma,
elektrodun
parçaya
temasıyla
tutuşturmanın
dezavantajlarından kaçınmayı mümkün kılar. Bu yöntem, hem doğru ve hem de
alternatif akımla kaynakta mümkündür.
Ancak alternatif akımda kaynakta bu
tutuşturmanın, akımın yarı dalgası arasındaki her sıfırdan geçişte etki etmesi gerekir.
Yüksek frekans girişimi ile tutuşturmada, tungsten elektrod ile parça arasında, gaz
akışını önceden iyonize eden ve bu şekilde arkın temassız bir şekilde
tutuşturulmasını sağlayan bir yüksek frekans üretecinin oluşturduğu birkaç MHz'lik
frekanstaki ve yeterli yükseklikteki bir gerilim oluşmalıdır.
Yüksek frekanslı
tutuşturmanın kullanımı halinde, akım devresine bir yüksek frekans empedansı dahil
edilmeli ve bu sırada yüksek frekansın sadece elektrod ile parça arasında akması ve
kaynak makinesine yüksek frekanslı bir akım sıçramasından kaçınılması gerekir. Bu
olduğu takdirde, tek tek sargılar arasındaki gerilim sıçraması yoluyla tahrip olabilir.
Tutuşturucu devredeyken yüksek frekans nedeniyle yakında bulunan radyo ve
televizyon alıcılarının bozulması da mümkündür.
Bu tip arızaların tamiri çok
masraflıdır [1].
II.1.5.3 Yüksek Gerilim İmpulslarıyla Tutuşturma
Yukarıda söz edilen dezavantaj, yüksek gerilim impulslu makinalarda yoktur. Bu
tip makineler 50 Hz veya daha düşük frekanslı ve birkaç bin voltluk bir gerilimli
impulslar üretir [1]. Şekil II.13‟ de TIG kaynağında yüksek gerilim impulslarıyla
tutuşturma gösterilmektedir.
21
ġekil II.13 Yüksek gerilim impulslarıyla tutuşturma [7]
II.1.5.4 Doğru Akımla Tutuşturma-Alternatif Akımla Kaynak
Son yıllarda alternatif akımla kaynakta, önce doğru akımla tutuşturma
yapılmakta ve tutuşturmadan hemen sonra otomatik olarak alternatif akıma
geçilmektedir [1].
II.1.5.5 Alternatif Akımda Arkın Tutuşturulması
Alternatif akımda ark, her sıfır geçişinde söner. Bu nedenle tıpkı başlangıçtaki
yüksek gerilim impulslarıyla temassız tutuşturmada olduğu gibi, her yarı dalgada
yeniden tutuşturulması gerekir. Alüminyum sadece alternatif akımla kaynak yapılır.
Elektrodun pozitif kutuplandığı sırada alüminyumun yüksek sıcaklıkta eriyen oksit
tabakası parçalanır. Bu süre kısa olduğundan tungsten elektrod aşırı yüklenmez [1].
Şekil II.14‟ de alternatif akım ile kaynak ta yüksek gerilim impulslarıyla tutuşturma
gösterilmektedir.
ġekil II.14 Alternatif Akımda Yüksek Gerilim İmpulslarıyla Tutuşturma [1]
22
II.1.6 Krater Doldurma Tertibatı
Ark altında en son katılaşan sıvı haldeki banyo, dikişin diğer kısımları gibi
tatminkâr bir şekilde ilave malzeme ile doldurulamayabilir. Dikiş ucunda arkın
banyo üzerine etkiyen statik basıncıdan dolayı bir derinleşme meydana gelir.
Dolayısıyla sıvı malzeme kenarlardan çekilir. Ayrıca sıvı metalin soğuması sırasında
hacminin küçülmesi nedeniyle uç kraterde büzülme sonucu bir lunker oluşur. Ayrıca
bir uç krater lunkerinde çoğu kez karşılaşılan katılaşma çatlaklarına da dikkat
edilmelidir. [1]. Uç kraterindeki hata bölgeleri, eritilerek giderilemeyecek derecede
derinse, kaynağa tekrar başlamadan önce taşlanması gerekir. Bu durumda modern
TIG kaynak makinelerinde, kaynağın sonunda, istenen bir krater şekli sağlanmak için
krater doldurma tertibatı devreye girerek, TIG kaynağı için tipik bir durum olan,
akımın kademesiz şekilde yavaş yavaş azalması sağlanır. Bu tür bir akım azalması
için basit bir prensip şeması Şekil II.15' te gösterilmiştir.
ġekil II.15 Krater Doldurma Tertibatının Şeması [1]
Kaynak işleminin sonunda torçtaki düğmeye basılmasıyla ilk önce kaynak akım
devresindeki bir direnç devreye kademeye girerek kaynak akımını düşürür. Belirli
bir süre sonra bir zaman rölesi kaynak akımını keser. Bu kesilme iki veya daha fazla
kademede de gerçekleşebilir ancak modern makinelerde kademesizdir.
Kaynak
işleminin sonunda akımın kesilmesi, banyonun derinliğinin azalmasına yol açar, yani
önden arkaya doğru kademeli bir katılaşma başlar. Aynı anda ark basıncı da, banyo
üzerine biraz daha ilave metal ulaşmasını sağlayacak şekilde devam eder. Bu şekilde
pasonun ucu (krater) dolar ve yüzeyde daha sonradan bir taşlama veya tekrar
eritmeyi gerektiren muhtemel hata bölgeleri oluşmamış olur [1].
23
II.1.7 Akım Türü ve Kutuplama Şekli
Akım türü ve kutuplarına, her şeyden önce nüfuziyet formunu etkiler [5]. Şekil
II.16‟ da bu durumu şematik olarak gösterilmektedir.
a- Doğru akım (negatif kutup)
b- Doğru akım (pozitif kutup)
c- Alternatif akım
d- Sivri uçlu elektrod
e- Küt uçlu elektrod
ġekil II.16 Akım Türü, Kutup Türü ve Elektrod Formuna Bağlı Olarak Nüfuziyet
Formları [5]
Kural olarak TIG kaynağında doğru akımla kaynak yapılır. Bunun bir istisnası,
alüminyum, magnezyum ve bunların alaşımları gibi hafif metaller ve ayrıca pirinç ve
berilyum bakırı gibi bakır alaşımları alternatif akımla kaynak yapılır. Negatif kutup
soğuk kutuptur;
bu nedenle
kaynak sırasında tungsten elektrodun akım
yüklenebilirliği ve dayanıklılığı pozitif kutuplanmasına göre negatif kutuplanması
halinde çok daha yüksektir. Alternatif akımda kullanım halinde tungsten elektrodun
akım yüklenebilirliği, doğru akımda negatif kutuplanmadaki değerine erişemez ancak
pozitif kutuplanmaya göre birkaç kat daha yüksektir [5]. Alternatif akımla kaynakta
elektrodun yüklenebilirliği, filtre kondansatörün kullanılıp kullanılmadığından da
etkilenir. Akım devresindeki filtre kondansatörün görevi, daha sonra açıklanacaktır.
Aşağıdaki
ipuçlarımda
farklı
yüklenebilirliği verilmiştir.
kutup
türlerinde
tungsten
elektrodun
akım
Yüksek sıcaklıkta eriyen oksit tabakası içeren
malzemelerde katı oksit tabakası, kaynak banyosunun akmasını ve damlaların
üzerine düştüğü paso ile birleşmesini engeller.
Yaklaşık 2050 °C' lik erime
sıcaklığıyla alüminyum oksit, eritme kaynağında çok zor parçalanan bu oksitlerden
biridir. Gaz eritme kaynağında veya lehimlemede kullanılan dekapanlarla bu oksit
24
tabakası uzaklaştırabilmektedir ancak ilave bir masraf yapılmasını gerektirir. TIG
kaynağında bu tabakanın uzaklaştırılması, arktaki yük taşıyıcılarla sağlanır. Yük
taşıyıcılar, elektronlardan ve elektronların ayrılmasıyla oluşan pozitif yüklü gaz
iyonlarından oluşur.
Elektronlar büyük hızlarda hareket eder ancak kütlelerinin
küçüklüğü nedeniyle kinetik enerjileri azdır. Bu nedenle sadece iyonlar, esas
malzeme yüzeyine çarptıklarında yüzeydeki oksit tabakasını parçalamak için yeterli
enerjiye sahiptir. Tablo II.3‟ te arktaki yük taşıyıcıların hareketleri şematik olarak
gösterilmektedir. Elektronlar katottan anoda doğru yer değiştirir ve burada çarpma
sonucu ısı üretir. İyonlar ise ters yönde hareket eder.
Ancak iyonların kinetik
enerjisi, sadece elektrod anod ve parça da katod olduğunda kaynak banyosunun
yüzeyi üzerine uygulanabilir. Fakat bu şekilde temizleme etkisi önemli oranda düşük
olur çünkü pozitif kutuplanmış elektrodun kuvvetli şekilde ısınması, akım şiddetini
zayıflatır [1].
Tablo II.3 TIG Kaynak Yönteminde Akım Türünün Kaynak Özelliklerine Etkisi [2]
Alternatif akımın kullanılması ile bu durumun iyi bir ortalaması elde edilir.
Kutbun değişmesi, sırasıyla, elektrod pozitif kutup olduğunda oksit tabakasının
parçalanmasına (katodik temizleme) ve elektrod negatif kutup olduğunda da tekrar
soğumasına imkân sağlar. Bu nedenle iki yarı dalga, temizleme yarı dalgası ve
soğutma yarı dalgası olarak adlandırılır. Bu bağlamda banyo yüzeyinin oksitten
yeterli sekide temizlemesi ve elektrodun dayanma süresinde önemli bir artış sağlanır.
25
Başka bir teori, temizleme etkisini şöyle açıklamaktadır: elektrod pozitif kutup
olduğunda erimiş banyodan çıkan elektronlar, oksit tabakasını parçalar. Ancak bu
teoriye karşı, elektronların çıkış enerjisinin düşüklüğü nedeniyle, bunların alttaki
metalden değil mevcut oksit tabakasından çıktığı söylenmektedir [2]. Alüminyumun
kaynağında alternatif akımın kullanımı, başka bir problem daha çıkarır.
Alüminyumun (erime sıcaklığı 658°C, buharlaşma sıcaklığı 2270°C) tungsten
(erime sıcaklığı 3350°C, buharlaşma sıcaklığı 4800°C) ile ark içinde birleşik olarak
iletim oluşturması, bir doğrultma etkisi doğurur. Daha önce de açıklandığı gibi
elektronlar ya termik emisyon veya alan emisyonu yoluyla yayının izafi olarak düşük
akım şiddeti ve gerilimde yapılan TIG kaynağında alan emisyonu nispeten zayıftır ve
termik emisyon daha güçlü olup metallerde artan sıcaklıkla yükselir ve 3500 °C 'nin
üzerinde sıçrama gösterir.
Bu sıcaklıklara sadece tungsten elektrod halinde
ulaşılabilir; ancak buharlaşma sıcaklığı 3500 °C' nin altında olan alüminyum halinde
ulaşılamaz.
Dolayısıyla parçanın negatif kutuplanması sırasında soğuk erimiş
banyoya oranla elektrod negatif kutuplandığında sıcak elektrod da önemli oranda
elektron çıkışı meydana gelir. Bu nedenle pozitif yarı dalganın küçülmesi durumu
veya başka bir ifadeyle Şekil II.17' de gösterildiği gibi negatif bir doğru akım
bileşeni oluşur. Bu doğrultma etkisi, TIG kaynağında sadece alüminyumda değil
daha küçük kütleli olmak üzere çeliklerin kaynağında da meydana gelir. Burada da
daha yüksek sıcaklığa ulaşan elektrod, daha fazla elektron yayar [1]
ġekil II.17 Alternatif Akımla TIG Kaynağında Doğrultma Etkisi [1]
26
Doğru akım bileşeni, çoğu kez zararlı yönde etkir. Temizleme etkisi zayıflar
ancak aynı zamanda ark daha keskin ve kararsız yanar; bu nedenle koruyucu gaz
debisinin arttırılması gerekir. Doğru akım kısmı, bir ön manyetikleşmeye yol açarak
kaynak makinesinin ısınmasına neden olduğundan trafo sarımlarına da zarar verir.
Doğrultma etkisinin olumsuzluğu akım devresinin uygun bir yerinde, doğru akım
bileşenini filtreleyen bir kondansatörün (filtre kondansatör) kullanılmasıyla
engellenebilir. Özellikle alüminyum malzeme halinde, elektrod çap seçiminde daima
ayarlanan kaynak akımını göz önünde bulundurulması gerekir.
Bu özellikle
alternatif akımda önemlidir. Doğru akımla kaynakla (elektrod negatif kutupta) bazen
daha kalın elektrodlar da kullanılabilir, bu durumda her şeyden önce tekrar tutuşma
emniyeti kötüleşebilir [1].
II.1.8 TIG Kaynağında Kaynak Ağız Şekilleri ve Ağız Hazırlığı
TIG kaynağında kullanılan kaynak ağız şekilleri standartlaştırılmıştır. Bu
bölümde DIN 8551 Kısım 1 ve DIN 8552 Kısım 1' deki ağızlar gösterilmiştir. Ancak
şurası belirtilmelidir ki, TIG kaynak yöntemi, ilave metalin kullanılmaması gereken
ve parça kenarlarının arkla eritilerek birleştirileceği kaynak dikişleri için özellikle
uygundur. Bu uygulama türleri, standart ağız formlarından kıvrık alın kaynağı ve
kıvrık bindirme alın kaynağı ' nı oluşturmaktadır. Bunun dışında köşe birleştirmedeki
ve üç sacın birleştirilmesindeki içköşe dikişleri ve hafifçe çöküklüğün zararsız
olduğu özel durumlar ve de l-dikişleri de bu kapsama girmektedir. l-birleştirmeler, 3
veya 4 mm' ye kadar ön alın mesafesinin hiç veya çok az olduğu çeliklerde tek
taraftan kaynak edilir. Alüminyum malzemelerde kalınlık 5 mm' ye kadar çıkabilir.
Daha kalın saçlar ( yaklaşık 8 mm' ye kadar) çift taraftan kaynak edilmelidir. Bu
durumda saçlar arasında kalınlığın yarısı kadar bir aralık bırakılmalıdır. Spozisyonunda (aşağıdan yukarıya) çift taraftan kaynak işleminde, yoğunlaşan ısı
girdisi nedeniyle özellikle alüminyum ve bakırda mutlaka bir aralık bırakılmalıdır.8
veya bazen 10 mm' nin üzerindeki parça kalınlıkları durumunda esas olarak ağızlara
eğiklik verilmesi ve Y- veya çift Y-şeklinde hazırlanması gerekir [1]. Ağız açısı
çeliklerde 60°, alüminyumda 70° olmalıdır. Kök alın yüksekliği çeliklerde 2 ila 4
mm ve bazen 6 mm' ye kadar, alüminyumda ise 2-3 bazen 4 olmalıdır. Ancak V-ve
çift V-dikişlerinde ağız kenarlarının uçları düz kırılabilir, bu nedenle kök alın
yüksekliği pratikte O' dan başlar. Daha kalın parçalarda bu dikiş formları ve U ve
27
çift-U dikişleri TIG kaynağıyla nadiren tam olarak doldurulabilir. Bu nedenle çoğu
durumda kalın saçların kaynağında TIG kaynağı sadece kökün kaynağında
kullanılır [5].
Alüminyumun tek taraftan kaynağında, kök tarafının yüzeyinde sık sık hafif ve
çizgi şeklinde bir içeri çöküklük görülür. Bundan kaçınmak için kök alnının dış
kenarlarına pah verilmelidir. Bir I-dikişinin alın kenarındaki oksit tabakasına, ark
tarafından ulaşılamaz ve özellikle dikişin alt kısmında bu tabaka dağıtılamaz. Bu
nedenle bu tabaka, oksitin erime sıcaklığı esas metalinkinden çok daha yüksek
olduğundan, kaynak metalinde ayrı bir tabaka olarak kalır. Alt kenarda pah kırılması
halinde, kaynak banyosu oksit tabakasını içine emer ve dikiş alt kenarında dağıtır.
Hatayı gidermek için oksit çentiğinden dolayı kaynak dikişi zorlamalara
dayanamadığında kaynak dikişi sökülmeli ve yeniden kaynak yapılmalıdır [5].
Tablo II.4‟ de çelik, alüminyum ve magnezyum gibi malzemelerin TIG
kaynağında en önemli ağız şekillerini gösterilmektedir. Ağızların açılması, alaşımsız
ve düşük alaşımlı çeliklerde alevle kesme yöntemiyle, paslanmaz çelik ve demirdışı
metaller gibi özel malzemelerde ise plazmayla kesme yöntemiyle yapılır.
İnce
malzemeler makasla da kesilebilir. U veya çift U-ağız hazırlanacak kalın saçlarda ise
çoğunlukla talaşlı imalat yöntemleriyle ağız hazırlanır [5].
28
Tablo II.4 TIG kaynağı için uygun kaynak ağzı detayları [5]
29
II.1.9 TIG Kaynak Yönteminin Uygulama Alanları
Bu yöntem genellikle hafif metallerin birleştirilmesinde kullanılır.
Çeşitli
büyüklükteki torçlarla 15 mm ye kadar kalınlıktaki parçaları kaynatmak mümkündür.
Bu yöntemde yukarıdan aşağıya doğru dikey ve tavan kaynaklarının da uygulanması
mümkündür.
Yüksek miktarda çinko ihtiva eden bronzlar, titanyum alaşımları,
zirkonyum, uranyum gibi kaynak kabiliyetleri zayıf metaller de bu yöntemle
gözeneksiz olarak kaynatılabilir [4]. TIG kaynak yönteminin kullanıldığı önemli
alanlar şunlardır:
1- Her çeşit alüminyum konstrüksiyonlar; mutfak takımları, boru tesisatları,
tanklar, taşıt imalatı, teleferik kabinleri, gemi inşaatı v.s.
2- Paslanmaz çelikler; kimya ve gıda sanayinde kullanılan cihazlar, buzdolabı,
boru tesisatı, tıbbi aletler, ısı eşanjörleri, tanklar, gaz ve buhar türbinleri,
meme donanımları, uçak motorları, kaynatma kazanları, çamaşır makineleri
v.s.
3- Dezokside edilmiş bakır ve alaşımları;
kimya endüstrisinde ve elektro-
teknikte kullanılan bakır donanımlar v.s.
4- Sert tabaka dolgu kaynağı; subapların oturma yüzeyleri, aşınan parçaların
doldurulması v.s.
5- DKP çelik saclar; karoseri işleri, çok ince saclarla yapılan konstrüksiyonlar,
uçak inşaatı v.s.
6- Özel işler; transformatör sacları, çinko kaplı saclar, atom reaktörlerini
inşasında kullanılan çeşitli parçaların imalatı v.s.
II.1.10 TIG Kaynak Yönteminin Avantaj ve Dezavantajları
TIG kaynak yönteminin avantajları şunlardır;
1- Bütün metal ve alaşımları kaynatılabilir. Paslanmaz çelikler, ısıya mukavim
çelikler dökme demir ve çelik, alüminyum, magnezyum, bakır ve alaşımları,
titanyum, nikel, molibden, niyobyum, tungsten gibi.
2- Bu yöntemle yapılan kaynaklarda mukavemet ve kalite bakımından
mükemmel dikişler elde edilir.
3- Dekapana ihtiyaç yoktur.
4- Kaynak dikişleri genellikle kaynaktan sonra olduğu gibi kullanılır.
5- Çok küçük alanın ısıtılması ve ısının sürekli transferi dolayısıyla diğer
yöntemlere göre çarpılmalar daha azdır.
30
6- Tungsten elektrodla dikişte çok az bir karbür ayrışması meydana gelir.
7- Her çeşit birleştirme şekli uygulanabilir; yatay, dik ve tavan pozisyonlarında
kaynak yapılabilir.
8- Kaynak torcu hafiftir ve dolayısıyla rahat bir çalışma olanağı sağlar.
9- Bu yöntem sayesinde ayrı cins metalleri ve alaşımları birbirleriyle kaynatmak
mümkündür.
10- TIG kaynak yönteminde genellikle koruyucu gaz olarak Argon kullanılır.
11- Kaynak dikişi üzerinde cüruf yoktur [4].
TIG kaynak yönteminin dezavantajları ise şunlardır:
1- TIG kaynağının metal yığma hızı diğer ark kaynak yöntemlerine göre
düşüktür.
2- Kalın kesitli malzemelerin kaynağında ekonomik bir yöntem değildir.
3- Koruyucu gaz gerekir.
4- Kirliliğe hassastır bu yüzden yüzey temizliği gerektirir.
5- Açık havada zor kullanılır.
6- Kimyasal yapı düzeltilemez [6].
II.1.11 TIG Kaynağındaki Hatalar
TIG kaynağında, diğer kaynak yöntemlerinde rastlanan, sertleşme çatlakları,
dikiş altı çatlakları vs. gibi malzemeye bağlı hatalar değil, yöntemin uygulanması
sırasında kaynakçının etkileyebildiği hatalar görülür. Şekil II.18‟ de TIG kaynağında
meydana gelebilecek muhtemel hatalar ve nedenleri verilmiştir [1].
Kaynak dikişlerindeki hataların oluşumunu etkileyen faktörler;
DikiĢ hazırlığı: Ağız formu, Ağız ölçüleri, Kaynak bölgesinin temizliği
Cihaz ayarları: Gerilim / akım şiddeti, Cihazın karakteristiği, Koruyucu gaz miktarı
Kaynak torcunun sevk ve idaresi: Kaynak hızı, Pasoların birbirine binme mesafesi
ve zigzag hareketleri, kaynak torcunun ayarları (torç eğimi),Elektrod ile parça
arasındaki mesafe (torç mesafesi).
31
ġekil II.18 TIG kaynağında meydana gelen hatalar [1]
Şekilde de görüldüğü gibi kaynak öncesinde ve kaynak sırasında gerekli
önlemlerin alınmamasıyla birçok kaynak hatası meydana gelmektedir. Meydana
gelen bu hatalar kaynak yüzeyinde yada kaynak içerinde meydana gelebilir. Eğere
alınan tüm önlemlere karşı herhangi bir sebepten dolayı yineden kaynakta hata
meydana geliyorsa uygun bir yöntemle bu hatalar kaynak bölgesinden temizlenir.
32
II.1.11.1 Tungsten Kalıntılarının Nedenleri
TIG kaynağında en çok karşılaşılan hatalardan biri de tungsten kalıntılarıdır. Bu
hata genellikle elektrodun kaynak banyosuna teması ile meydana gelmektedir. Tablo
II.5‟ de TIG kaynağında meydana gelen tungsten kalıntılarının nedenleri
gösterilmektedir [1].
Tablo II.5 TIG kaynağında meydana gelen tungsten kalıntılarının nedenleri [1]
Tungsten kalıntıları kaynak dikiş bölgesinde
çentik olarak etki eder. Yüzey bölgesinde ise
korozyona neden olur.
Sıcak tungsten elektrodun kaynak banyosuna
değmesi.
Sıcak tungsten elektrodun kaynak teline
Değmesi.
Alternatif akımda tungsten elektrodun aşırı
yüklenmesi.
Tungsten elektrodun doğru akımda aşırı
yüklenmesi (Elektrod negatif kutupta).
33
II.1.11.2 Oksit Kalıntılarının Nedenleri
TIG kaynağında oksit kalıntıları genellikle kulanılan ilave telden yada malzeme
yüzeyinde
bulunan
kir,
pas
vb.
maddelerden
dolayı
kaynak
bölgesinde
bulunmaktadır. Kaynak öncesi gerekli önlemlerin alınmasıyla bu hataların oluşması
ortadan kaldırılır. Tablo II.6‟ da TIG kaynağında meydana gelen oksit kalıntılarının
nedenleri gösterilmektedir [1].
Tablo II.6 TIG kaynağında meydana gelen oksit kalıntılarının nedenleri [1]
Kaynaktan önce oksitlerin fırça ya da
taşlama ile uzaklaştırılmaları gerekir.
Ağız metalsel saflıkta değil.
Oksit taşıyan kaynak teli.
Her pasodan sonra yetersiz fırçalama.
Sıcak kaynak telinin hareketleri sırasında
koruyucu gaz akış bölgesinin dışına
çıkartılması.
Kök alnı çok yüksek olan yetersiz veya
uygun olmayan kaynak ağzı.
Kök bölgesinde oksidasyon.
Özellikle düşük ve yüksek alaşımlı
çeliklerde kök koruyucu gazla koruma.
34
II.1.11.3 Gözenek Oluşumunun Nedenleri
TIG kaynağında gözenek en çok karşılaşılan hatalardan biridir.
Bu hatalar
genellikle kullanılan gazlardan yada dış atmosferin etkisiyle meydana gelmektedir.
Gaz korumasının yetersiz olması yada açık ortamda kaynak yapılması gözenek
oluşumunun başlıca sebepleridir. Tablo II.7‟ de TIG kaynağında meydana gelen
gözeneklerin nedenleri gösterilmektedir [1].
Tablo III.7 TIG kaynağında meydana gelen gözenek olumunun nedenleri [1]
Yetersiz miktarda koruyucu gaz
Aşırı miktarda koruyucu gaz nedeniyle
koruyucu gaz örtüsünün girdaplı olması
Koruyucu gaz örtüsünün 1 m/s‟ nin
üzerinde rüzgâr hızı nedeniyle bozulması
Çok küçük gaz memesi
Gaz memesi çapı = Kaynak banyosunun
genişliğinin 1.5 katı
Çok büyük torç mesafesi
35
Torcun çok düşük tutulması nedeniyle
havanın emilmesi
Su ile soğutulan torçlarda
sızdırmazlıkların kötü olması sonucu
koruyucu gaz içine su girmesi
Kaynak dikişi bölgesinde toz, kir, yağ,
koruyucu tabaka veya boya tabakası
olması
Koruyucu gaz akışının girdaplı olması
ve bozulmuş gaz memesi nedeniyle
havanın emilmesi
36
II.1.11.4 Krater Çatlaklarının Nedenleri
Tablo II.8‟ de TIG kaynağında meydana gelen krater çatlaklarının nedenleri
gösterilmektedir [1].
Tablo II.8 TIG kaynağında meydana gelen krater çatlaklarının nedenleri [1]
Kaynak akım şiddetinin çok yüksek
olması
Kaynak hızının çok düşük olması
Kaynak bölgesinin ilave metalle yeteri
oranda beslenememesi
II.1.11.5 Birleşme Hatalarının Nedenleri
Tablo II.9‟ da TIG kaynağında meydana gelen birleşme hatalarının nedenleri
gösterilmektedir [1].
Tablo II.9 TIG kaynağında meydana gelen birleşme hatalarının nedenleri [1]
Yanlış ağız hazırlığı
Çok küçük ağız açısı
Kök alın yüksekliğinin fazla olması
Kök aralığının kök yüksekliğine oranı
çok küçük
Kaynak hızının yüksek olması ve torcun
merkezden kaçık tutulması nedeniyle
meydana gelen yetersiz ergimeler
Uygun olmayan kaynak paso düzeni
37
II.2 MAGNEZYUM
II.2.1 Magnezyum Metalinin Genel Özellikleri
Mg, yapısal uygulamalarda kullanılabilecek en hafif metaldir.
Element ilk
olarak Sir Humphrey Davey tarafından 1808 yılında keşfedilmiştir. Yer kabuğunun
%2.7‟ sinde ve okyanusların %0.13‟ ünde bulunması sebebiyle Mg, yer kabuğunda
yaygın olarak bulunan ve Periyodik Tabloda IIA grubunda yer alan toprak alkali
elementtir. Saf Mg‟ un mekanik ve fiziksel özellikleri aşağıda verilmiştir [12].
Simgesi
: Mg
Atom numarası
: 12
Atom ağırlığı
: 24,312 g/mol
Ġyon değerliği
: +2
Kaynama noktası
: 1090 °C
Ergime noktası
: 650 °C
Yoğunluğu
: l,74 g/cm3
Elektron düzeni
: 3s2
Kristal yapısı
: Hekzagonal sıkı paket
Çekme Dayanımı
: 80-180 Mpa
Young Modülü
: 45 GPa
Çekme (katı-sıvı)
: 4,2 %
Atom hacmi
: 14,0 (atom ağırlığı/yoğunluk)
Özgül ısısı
: 0,25 cal/g °C
Isı iletkenliği
: 156 W/m°K, s.cm.°C (oda sıcaklığında)
Elektrik iletkenliği : 22,4 m/(_ mm2)(oda sıcaklığında)
Kaynama ısısı
: 32,517 kal/atomgram
Mg metali magnezit (MgCO3), karnolit (K2MgCl4.6H2O), veya dolomit MgCa
(CO3)2 cevherlerinden, tuz depozitlerinden, doğal yeraltı ve yapay tuzlu sulardan ya
da deniz suyundan üretilir. Mg üretimi iki şekilde yapılır.
Birincisi ergimiş
magnezyum klorürün(MgCl2) indirgenme prensibine göre; elektrolizi, dolomitten
38
kimyasal yollarla çökeltme ve arıtma yöntemleridir. İkincisi doğrudan tuzlu sulardan
elde dilen magnezyum oksidin (MgO) termal redüksiyonu ile üretimidir.
Mg
alaşımlarında tane inceltici etkisi ile ilgili 1938 yılındaki önemli buluşlar ve
Manganezin (Mn) Mg-Al-Zn alaşımlarının korozyona karsı direncini artırabilecek
etkilerinin 1925 yılında keşfedilmesi, Mg‟ un yapısal uygulamalarda kullanılmasını
teşvik etmiştir.
Şekil II.19‟ da 1991-2007 yılları arasında Avrupa ve ABD
otomobillerinde Mg kullanımı gösterilmiştir [12].
ġekil II.19 1991-2007 Yılları Arasında Avrupa ve ABD Otomobillerinde
Magnezyum Kullanımı [12]
II. Dünya Savası sırasında Mg‟ a olan talep yükselmiştir. Yalnızca A.B.D.‟de
üretim 1943 yılında, 1938 yılındaki üretim rakamının 8 katından biraz yüksek olan
184 000 ton‟ a ulaşmıştır.
Yapısal uygulamalar savaş esnasında askeri amaçlı
kullanımlarla, hava taşıtları öncelikli olmak üzere sınırlıydı.
Bunun tipik
uygulamaları motor parçaları, uçak iskeletleri ve iniş takımlarıdır. Sekil III.1‟ de
görüldüğü gibi son 16 yılda Avrupa ve A.B.D‟ de Mg kullanımı oldukça artmıştır.
1991 yılında Avrupa‟da yaklaşık 20 bin ton, A.B.D.‟de 30 bin ton olan Mg kullanımı
2007 yılına gelindiğinde Avrupa‟da 200 bin ton A.B.D.‟de ise 100 bin ton
seviyelerine yükselmiştir. Sekil II.20‟ de ise 2001 yılında Avrupa‟ da Mg metalinin
kullanım alanlarını göstermektedir [12].
39
ġekil II.20 2001 yılında Avrupa‟da Mg‟ un kullanım alanları (330 000 ton) [12]
2001 yılında en büyük kullanım alanı 143 190 ton/yıl ile Al-alaşımlandırma, 112
200 ton/yıl ile basınçlı döküm, 42 900 ton/yıl ile kükürt giderme işlemi, 33 000
ton/yıl ile de küresel dökme demir ve dövme ürünleri yapımıdır [12].
II.2.2 Magnezyum Alaşımları ve Standartları
Mg alaşımları ASTM (A275) standart sistemi tarafından belirlenmiştir. Yöntem
iki harfle birlikte iki rakamı kapsamaktadır. İki harf; iki en büyük elemanına verilmiş
olan harf kısaltması, rakamlar ise bu alaşımların en yakın tam sayıya yuvarlanmış
yüzdelik dilimleridir. Tablo II.10‟ da yaygın bir şekilde kullanılan alaşım elementleri
tek harfle listelenmiş şekilde verilmiştir [17,18].
Tablo II.10 Alaşım elementleri ve kısaltmaları [17,18]
Harf
A
B
Element Al Bi
C
D
E
H
J
K
L
Cu Cd RE Tr Sr Zr Li
M
Q
S
Mn Ag Si
W
Z
Yi Ca Zn
Örnek AZ91 alaşımının açıklaması aşağıda verilmektedir.
A - Al‟ yi yani Mg‟ den sonra alaşımdaki en fazla elementi ifade eder.
Z - Zn‟ yi yani 2.olarak en fazla kullanılan elementi ifade eder.
9 - Alaşımdaki Al oranının yaklaşık 8,6-9,4 arasında olacağını ifade eder.
1- Alaşımdaki Zn oranının yaklaşık 0,6-1,2 arasında olacağını ifade eder.
40
X
Magnezyum alaşımları ASTM B 93/B 93M ve ASTM B94 de göre standartları Tablo
II.11‟ de gösterilmiştir [28].
.
Tablo II.11 Mg alaşımlarının standartları ve bileşimleri [23]
Magnezyum alaşımlarına uygulanan plastik şekillendirmeler ve ısıl işlemler
temper işaretleri ile gösterilir. Kullanılan temper işaretleri ve anlamları Tablo II.12‟
de gösterilmiştir. Bu temper işaretleri Amerikan normunda Alüminyum alaşımları
için kullanılan işaretlerin aynısıdır. Örneğin AZ91-T6 alaşımında T6 terimi parçayı
çözeltiye alma ısıl işlemi ve suni yaşlandırma ısıl işlemi uygulandığını gösterir [15]
Tablo II.12 Magnezyum alaşımları için kullanılan temper işaretleri ve anlamları [15]
Temper ĠĢareti
ĠĢaretlerin Anlamları
F
Üretildiği halde
O
Tavlanmış
H10, H11
Düşük oranda deformasyon sertleşmesi yapılmış
H23, H24,H26
Pekleşme yapılmış ve kısmen tavlanmış
T4
Çözeltiye alma ısıl işlemi yapılmış
T5
Suni olarak yaşlandırılmış
T6
Çözeltiye alma ısıl işlemi yapılmış ve suni olarak yaşlandırılmış
T8
Çözeltiye alma ısıl işlemi yapılmış ve soğuk şekillendirme
yapıldıktan sonra suni olarak yaşlandırılmış
41
Magnezyum alaşımlarında bazen iki harf ve iki rakamdan sonra bir harf daha
olabilir. Bu üçüncü harf o bileşimde kaçıncı alaşımın oluşturulduğunu gösterir.
Örneğin AZ91C alaşımında bulunan C harfi %9Al, %1Zn içeren üçüncü alaşımı
ifade eder. AZ81A‟ daki sondaki A harfi belirtilen bileşimdeki ilk alaşımı tanımlar.
II.2.3. Magnezyum Alaşımlarının Kullanım Alanları
Magnezyum metalinin saf halde kullanılması çoğu diğer metallerde olduğu gibi
dayanımının düşük olmasından dolayı mümkün değildir.
alaşımların üretilmesini gerektirmiştir.
Bu durum, değişik
Mg alaşımlarının da en önemli özelliği
hafifliktir. Bu açıdan bazı Mg alaşımlarının özgül çekme dayanımı, Al ve çeliğin
özgül çekme dayanımından daha büyüktür. Şekil II.21‟ de Mg‟ nin bu üstün özelliği
görülmektedir.
Magnezyum düşük yoğunluğundan dolayı çelik, Alüminyum ve
Plastik kompozit malzemeden daha yüksek özgül mukavemete sahip olduğu
görülmektedir. Bundan dolayı bugün elektronik, savunma, havacılık ve uzay
sanayinde
yaygın
olarak
Mg
alaşımları
kullanılmaktadır
[12].
ġekil II.21 AZ91D Magnezyum alaşımı, %10 karbon fiber içeren polikarbonat
plastik kompozitin, Al 6061-T4 alaşımının ve QStE550TM ince taneli
çeliğin özgül dayanımlarının mukayesesi [25,26]
42
Otomotiv ve uzay-uçak sanayilerindeki ağırlık tasarrufuna yönelik arayışlarda
Mg metali düşük yoğunluğu ile mühendislik uygulamaları açısından en hafif yapısal
metal olarak ön plana çıkar. Günümüzde de Mg alaşımlarına olan en büyük ilgi
otomotiv sektöründen gelmektedir. Bunun başlıca nedeni, hafif Mg alaşımlarının
kullanımı ile araç ağırlığında yapılan azalmanın yakıt ekonomisi sağlaması ve bunun
sonucu olarak gaz emisyonlarının da azaltılabilecek olmasıdır. Özellikle otomotivde
hafif metalik malzemelere yöneliş sadece günümüzün otomobilleri ile ilgili değildir.
Güneş enerjisi, elektrik veya hidrojen gibi alternatif enerji kaynakları ile çalışacağı
öngörülen geleceğin otomobillerinde hafiflik bugünküne kıyasla çok daha önemli bir
gereksinimdir. Önümüzdeki yıllarda binek otomobillerde ulaşılması planlanan yakıt
tüketimi 3 litre/100 km gibi zorlu bir hedeftir ve bunun için otomobil ağırlığında
yaklaşık %30‟luk bir azalma gerekmektedir [12].
Mg‟ un Al ve çelikle karşılaştırıldığında yüksek fiyatlı olmasına rağmen, net
şekle yakın döküm parçalar üretildiğinden otomobillerde kullanımı giderek
artmaktadır. 2011 yılına kadar Mg alaşımlarının otomotiv ve elektronik endüstrisinde
kullanımı %350 artması beklenmektedir [24].
Mg-Al-Zn (AZ91) alaşımları,
çoğunlukla otomobil parçalarının dökümü için kullanılır. Diğer Mg alaşımlarıyla
karşılaştırıldığında; AZ91 Mg alaşımı daha iyi döküm, daha iyi akma dayanımı
özellikleri göstermektedir.
Şekil II.22‟ de otomobil parçalarında Mg alaşımının
kullanımı gösterilmiştir. Bu şekilden de görüldüğü üzere Mg alaşımları otomobillerin
hemen her kısmında kullanılmaktadır.
ġekil II.22 Otomobil üretiminde Mg alaşımından dökülmüş parçalar [25]
43
Mg döküm alaşımlarının gelecekte daha geniş kapsamlı kullanılabileceğine dair
en iyi örneklerden biri de BMW firmasının yeni ürettiği Mg-Al kompozit motor
bloğudur.
Bu, Mg alaşımlarının yüksek sıcaklık motor uygulamasındaki ilk
kullanımıdır [24]. Mg-Al-Mn esaslı alaşımlar (AM20, AM50, AM60) iyi uzama ve
darbe dayanımlarına sahiptirler. Toprak elementleri içeren AS41, AS21 (Mg-Al-SiMn) ve AE42 (Mg-Al-Re) alaşımları artan sıklıkla, Mg-Al-Mn ve Mg-Al-Zn-Mn
alaşımlarından daha yüksek sürünme dayanımıyla karakterize edilen aktarma
parçaları imali için kullanılır. AZ serisi alaşımlar otomobil, havacılık, bilgisayar,
kamera ve mobil telefonlarda kullanılır. Şekil II.23‟ te AZ91 alaşımından üretilmiş
döküm parçalar görülmektedir.
ġekil II.23 AZ91 alaşımı döküm parçaları [29]
Mg alaşımlarında AM serisi alaşımlar yüksek toklukları ve enerji absorblama
özellikleri bakımından özellikle direksiyon, tekerlek, otomobil koltuk iskeleti
yapımında kullanılır.
Şekil II.24‟de AM alaşımından dökülmüş parçalar
görülmektedir [30,31,32].
44
ġekil II.24 AM alaşımı döküm parçaları [31,32,33]
AE42 alaşımları 200 ºC‟ nin üzerindeki servis koşullarında, transmisyon elemanı
ve motorlarda kullanılır [30]. Şekil II.25‟ te WE43 alaşımından dökülmüş helikopter
vites kutusu görülmektedir.
ġekil II.25 WE43 alaşımından dökülmüş helikopter vites kutusu [22]
Süper hafif Mg-Li esaslı alaşımlar bilgisayar elemanı olarak plastik ve diğer
benzer malzemelerin yerine kullanılabilmektedir.
Şekil II.26‟ da Li esaslı Mg
alaşımından dökülmüş kamera ve cep telefon kutusu görülmektedir [28].
45
ġekil II.26 Li katkılı Mg alaşımı döküm parçaları [28]
II.2.4 Alaşım Elementlerinin Magnezyum Alaşımlarına Etkisi
Magnezyum da diğer metaller gibi nadiren saf halde kullanılır. Malzemenin
dayanım özelliklerinde belirli gelişmeler sağlamak için Mg‟ a alaşım elementleri
katılarak döküm veya dövme ürünler elde edilmektedir.
Bazı Magnezyum
alaşımlarının ortalama kimyasal bileşimleri ve tipik oda sıcaklığı mekanik özellikleri
Tablo III.4‟ de görülmektedir [15]. Mg HSP yapıya sahiptir ve sahip olduğu tane
çapı da çok fazla sayıda elementle katı çözünebilirliğe müsaade eder. Mg yapısal bir
malzeme olarak kullanıldığında Al, Be, Ca, Cu, Fe, Mn, Ni, Si, Ag, Sn, Zn ve Zr gibi
ana elementler ile Na, K, Li alkali ve Ce, Ln, Y, Nd gibi toprak elementleri (RE)
katılarak alaşımlandırılır. Bu elementlerin biri veya birkaçı ile alaşımlandırıldığı
zaman alaşımlar genellikle yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip olur.
Mg
alaşımları için katı eriyik sertleşmesi ve çökelti sertleşmesi iki önemli sertleştirme
mekanizmalarıdır. Hume-Ruthery kuralına göre; eğer çözünen ve çözen atomların
atomik çapları arasındaki fark %14-15‟i aşarsa, katı çözelti oluşmayabilir. Ayrıca,
katı çözelti oluşturabilmek için iki elementinde aynı kristal yapıya sahip olması
gerekir. Tablo II.13‟ te ikili Mg alaşımlarında oluşan katı intermetalik fazlar ve
çözünebilirlik verileri verilmiştir [12].
46
Tablo II.13 Mg alaşımlarında oluşan intermetalik fazlar ve çözünebilirlikleri [22]
II.2.4.1 Aluminyum
Mg esaslı alaşımlarda Al, en fazla kullanılan alaşım elementidir. Al katkısı
alaşımın çekme dayanımını, sertliğini ve katılaşma zamanını artırmakta, fakat
sünekliğini ve darbe dayanımını azaltmaktadır.
Ergiyiğin dökülebilirliğini
geliştirmesinin yanı sıra Mg‟ un katı çökelti dayanımını ve döküm alaşımlarının
mikro gözeneklerini azaltır. Alaşıma eklenen Al miktarı %6‟yı aştığında, alaşımın
ısıl işlem kabiliyeti artar. Katı eriyik sertleşmesi ve çökelti sertleşmesi ile oluşan Mg
17 Al 12 intermetaliği düşük sıcaklıklarda (≤ 120 ºC) oluşarak alaşımın dayanımını
geliştirir [17,32]. Şekil II.27‟ de Mg-Al denge diyagramı görülmektedir.
ġekil II.27 Mg-Al denge diyagramı [19]
47
II.2.4.2 Çinko
Zn, tane sınırlardaki ötektik miktarını artırarak, alaşımın katılaşma sıcaklığını
düşürmektedir. Korozyon özelliklerinde Cu‟ ın kötü etkisini yok etmek için Zn ilave
edilmektedir.
Zn, çökelti sertleşmesi sayesinde ortam sıcaklıklarında sertliği,
dayanımı ve aynı zamanda ergiyiğin akıcılığını artırmakla birlikte, tane sınırlarına
çökelmesi ile sıcak yırtılma oluşturduğu için %2 ile sınırlıdır. Ayrıca Zn alaşımın
çekme mukavemetini artırır [17,27].
Şekil II.28‟ de Mg-Zn denge diyagramı
görülmektedir.
ġekil II.28 Mg-Zn denge diyagramı [19]
II.2.4.3 Mangan
Alaşıma ilave edilen Mn daha çok korozyon direncini artırmak için %0.1-0.5
arasında kullanılır. Mn‟ ın Mg alaşımlarında, korozyon direncine etkisi fazladır. FeMn çökeltilerinde, Fe‟ in kontrolü için Mn kullanılır. Mn, Mg alaşımlarının sürünme
direncini geliştirir ve Fe‟ in etkisini azalttığı için, korozyonu engeller. Fakat Mg
alaşımlarının dayanımında Mn‟ ın etkisi azdır [32]. Şekil II.29‟ da Mg-Mn denge
diyagramına göre Mn, Mg içersinde %3.4‟ e kadar sıcaklığa bağlı olarak katı eriyik
oluşturabilmektedir.
48
ġekil II.29 Mg-Mn denge diyagramı [19]
II.2.4.4 Kalay
Sn, Mg‟ dan daha düşük ergime sıcaklığına sahip ve Mg‟ dan daha az akıcılığı
olan bir elementtir. Mg‟ a ilave edilen Sn, alaşımın sünekliliğini artırır, sıcak işlem
sırasında da alaşımın çatlama eğilimini azalttığı için aynı zamanda alaşımın
işlenebilirliğini de artırmaktadır.
Sn içeren alaşımda Mg2Sn intermetalik faz
oluşumu soğuma hızına bağlıdır.
Yüksek soğuma hızlarında çubuk tipi Mg2Sn
partiküllerin gözlenmesi Mg matrisi ile birlikte olur [12]. Şekil II.30‟ da Mg-Sn
denge diyagramı görülmektedir.
ġekil II.30 Mg-Sn denge diyagramı [19]
49
II.2.4.5 Kurşun
Alaşıma ilave edilen Pb iyi bir çözünürlüğe sahip olduğundan, yüksek
sıcaklıklarda (yaklaşık 460 ºC) %45‟ e kadar Pb çözünmekte ve ayrı faz olarak
ortaya çıkmamasının yanı sıra Mg17Al12 intemetalik fazını da inceltmektedir [12].
Şekil II.31‟ de verilen Mg-Pb denge diyagramı incelendiğinde alaşım sıcaklığı
azaldıkça α+Mg 2 Pb fazının oluştuğu gözlenmektedir.
ġekil II.31 Mg-Pb denge diyagramı [19]
II.2.4.6 Silisyum
Mg alaşımlarına eklenen Si, alaşımın yüksek sıcaklıklarda dayanımını
artırmaktadır. Eğer alaşımda Fe de varsa Si, Mg alaşımlarının korozyona karşı
direncini azaltır. Si atomları Mg matrisi içerisinde, oda sıcaklığında katı halde Mg2Si
intermetalik fazını oluşturur.
Kuma dökümlerde oluşan Mg2Si fazı basınçlı
dökümlerde oluşana göre yavaş soğumadan dolayı kabadır ve bu da alaşımı kırılgan
yapmaktadır [12]. Şekil II.32‟ de Mg-Si denge diyagramı verilmiştir.
50
ġekil II.32 Mg-Si denge diyagramı [19]
II.2.4.7 Titanyum
Alaşıma ilave edilen Ti, az da olsa tane inceltici görevi yapar ve Mg içinde çok
az çözünürlüğe sahiptir.
Hızlı katılaşma ile Mg alaşımları üretilirse Ti‟ un
çözünürlük miktarı artırılabilir [12].
Şekil II.33‟de Mg-Ti denge diyagramı
verilmiştir.
ġekil II.33 Mg-Ti denge diyagramı [19]
II.2.4.8 Zirkonyum
Alaşıma ilave edilen Zr, Mg alaşımlarında tane inceltici olarak kullanılır. Zr,
oda sıcaklığında mekanik özellikleri geliştirir.
Zn, RE ve Th içeren Mg
alaşımlarında Zr tane inceltici olarak kullanılmaktadır. Zr, toprak elementleriyle
birlikte kullanıldığında dökülebilirliği geliştirir [17,27]. Şekil II.34‟ de verilen Mg-
51
Zr denge diyagramından da görüldüğü üzere Zr‟ un katı eriyik oluşturma oranı %1.2
civarındadır.
ġekil II.34 Mg-Zr denge diyagramı [19]
II.2.4.9 Kalsiyum
Ca‟ un, Mg içerisinde maksimum çözünebilirliği 565 ºC‟ de %1.34, 200 ºC‟ de
ise yaklaşık %0‟ dır. İntermetalik bileşim olan Mg2Ca‟ un ergime noktası 715 ºC‟
ye ulaşır. Mg‟ da Ca sınırlı çözünebilirliği ile katı eriyik sertleşmesine etkisi
sınırlıdır.
Mg alaşımlarına %1 oranında katılan Ca alaşımın sürünme direncini
geliştirmesinin yanı sıra sıcak yırtılmalara karşı olan eğilimi artırır. Ayrıca, az da
olsa ergiyik metalin oksidasyonunu azaltmaktadır [12].
Şekil II.35‟ de Mg-Ca
denge diyagramı görülmektedir.
ġekil II.35 Mg-Ca denge diyagramı [19]
52
II.2.4.10 Demir
Mg‟ un çelik kalıplarla kuvvetli reaksiyona girmesini artırır.
Korozyon
özelliklerini büyük oranda azaltır. Mg alaşımlarında Fe içeriği %0.01-0.03 aralığını
geçmemelidir [12]. Şekil II.36‟ da Mg-Fe denge diyagramı verilmiştir.
ġekil II.36 Mg-Fe denge diyagramı [19]
II.2.4.11 Bakır
Cu, dökülebilirliği iyileştirir. Mg alaşımlarında Cu miktarı %0.05‟i aştığında
korozyon özelliklerine zararlı olmaktadır.
sıcaklıklara dayanımını artırır [12].
Bununla birlikte Cu alaşımın yüksek
Şekil II.37‟ de Mg-Cu denge diyagramı
verilmiştir.
ġekil II.37 Mg-Cu denge diyagramı [19]
53
II.2.4.12 Yitriyum
Y, Mg alaşımlarının dayanımını artırır. Diğer toprak elementleriyle birlikte
kullanıldığında 300 ºC sıcaklıklara kadar gerilme ve sürünme özelliklerini geliştirir.
Ayrıca Y, Mg‟ da yüksek çözünürlüğe sahiptir (%12.5) ve azalan sıcaklıkla birlikte
çözünürlük de azalmakta ve çökelti sertleşmesi oluşmasına sebep olmaktadır [27].
Şekil II.38‟ de Mg-Y denge diyagramı verilmiştir.
ġekil II.38 Mg-Y denge diyagramı [19]
II.2.4.13 Gümüş
Ag elementi katkısı Mg alaşımlarının sertliğini geliştirir, ancak Ag‟ nin pahalı
oluşundan dolayı kullanımı sınırlıdır [12]. Şekil II.39‟ da Mg-Ag denge diyagramı
verilmiştir.
ġekil II.39 Mg-Ag denge diyagramı [19]
54
II.2.4.14 Stronsiyum
Sr‟ un mikro gözeneklerin dağılmasında etkisi vardır ve Mg alaşımlarının
porozite eğilimini azaltır.
Mg alaşımına %2 Sr ilavesi ile alaşımın mekanik
özellikleri ve korozyona direnci artmaktadır [12].
Şekil II.40‟ da Mg-Sr denge
diyagramı verilmiştir.
ġekil II.2.40 Mg-Sr denge diyagramı [19]
II.2.4.15 Toryum
Alaşıma ilave edilen Th, Y‟ da olduğu gibi, 300 ºC sıcaklıklara kadar gerilme ve
sürünme özelliklerini geliştirir. Dökülebilirliği iyileştirir, mikroporozite eğilimini
azaltır ve Zn ile birlikte kullanıldığında kaynak edilebilme kabiliyetini geliştirir [12].
Şekil II.41‟ de Mg-Th denge diyagramından Th yaklaşık %0.49 oranında katı eriyik
yaparken, %7.05 değerinde ötektik oluşturduğu görülmektedir.
55
ġekil II.41 Mg-Th denge diyagramı [19]
II.2.4.16 Toprak Alkali Elementler (RE)
RE elementleri yüksek ısı dayanımını ve sürünme direncinin artırdığını ve
döküm porozitesini azalttığı araştırmalar sonucunda bilinmektedir [17].
RE
elementleri dökülebilirliği iyileştirir ve Mg alaşımlarında mikroporoziteyi azaltır.
Oda sıcaklıklarında ve yüksek sıcaklıklarda alaşımda katı eriyik ve çökelme
sertleşmesi yaparlar. Bu elementler, dayanım özelliklerini iyileştirir ve yükselen
sıcaklıklarda alaşımların iyi sürünme dirençleri sayesinde kararlı çökeltileri matriste
ve tane sınırlarında dağılır.
II.2.5 Magnezyum Alaşımlarının Üretimi
Endüstriyel olarak hem döğme hem de döküm Mg alaşımları üretilmektedir.
Endüstri için önemli olan alaşımlar ve bunların oda sıcaklığı özellikleri Tablo II.14‟
de görülmektedir.
Döğme alaşımları sıcak haddeleme, ekstrüzyon ve dövme
yöntemiyle üretilmektedir [15].
Döğme alaşımlarının oda sıcaklık süneklikleri (%
uzama değeri) ve sertlikleri çok düşük olduğu Tablo II.14‟ de görülmektedir.
56
Tablo II.14 Bazı Magnezyum alaşımlarının ortalama kimyasal bileşimleri ve tipik
oda sıcaklığı mekanik özellikleri [15]
Kimyasal BileĢim
AlaĢım
Al
Mn
Th
Zn
Zr
Diğer
Çekme
Akma
Uzama
Sertlik
MPa
MPa
%
HRB
Kum ve Sürekli Döküm
AM100A-T61
10
0.1
-
-
-
-
275
150
1
69
AM63A-T6
6
0.15
-
3
-
-
275
130
5
73
AZ81A-T4
7.6
0.13
-
0.7
-
-
275
83
15
55
AZ91C-T6
8.7
0.13
-
0.7
-
-
275
195
6
66
AZ92A-T6
9
0.10
-
2
-
-
275
150
3
84
EZ33A-T5
-
-
-
2.7
0.6
3.3RE
160
110
2
50
HK31A-T6
-
-
3.3
-
0.7
-
220
105
8
55
HZ32A-T5
-
-
3.3
2.1
0.7
-
185
90
4
57
K1A-F
-
-
-
-
0.7
-
180
55
1
-
QE22A-T6
-
-
-
-
0.7
260
195
3
80
QH21A-T6
-
-
60
-
0.7
275
205
4
-
ZE41A-T5
-
-
-
4.2
0.7
1.2RE
205
140
3.5
62
ZE63A-T6
-
-
-
5.8
0.7
2.6RE
300
190
10
60-85
ZH62A-T5
-
-
1.8
5.7
0.7
-
240
170
4
70
ZK51A-T5
-
-
-
4.6
0.7
-
205
165
3.5
65
ZK61A-T5
-
-
-
6
0.7
-
310
185
-
68
ZK61A-T6
-
-
-
6
0.7
-
310
195
10
70
AM60A-F
6
0.13
-
-
-
-
205
115
6
-
AS41A-F
4.3
0.35
-
-
-
1.0Si
220
150
-
-
9
0.13
-
0.7
-
-
230
150
3
63
2.5Ag
2.1Di
2.5Ag
2.1Di
Kokil Döküm
AZ91A B-F
Ekstrüze Çubuk
AZ10A-F
1.2
0.2
-
0.4
-
-
240
145
10
-
AZ21X1-F
1.8
0.02
-
1.2
-
-
-
-
-
-
AZ31B C-F
3
-
-
1
-
-
260
200
15
49
AZ61A-F
6.5
-
-
1
-
-
310
230
16
60
AZ80A-T5
8.5
-
-
0.5
-
-
380
275
7
82
HM31A-F
-
1.2
3
-
-
-
290
230
10
-
57
M1A-F
-
1.2
-
-
-
-
255
180
12
44
ZK21A-F
-
-
-
2.3
0.45
-
260
195
4
-
ZK40A-T5
-
-
-
4
0.45
-
276
255
4
-
ZK60A-T5
-
-
-
5.5
0.45
-
365
305
11
88
HaddelenmiĢ Levha
AZ31B-H24
3
-
-
1
-
-
290
220
15
73
HK31A-H24
-
-
3
-
0,6
-
255
200
9
68
HM21A-T8
-
0.6
2
-
-
-
235
170
11
-
3.3
-
-
0.7
-
-
-
-
-
-
çok
sayıda
PE
Döküm
alaşımlarının
üretiminde
döküm
yönteminden
faydalanılmaktadır. Bu alaşımların da sünekliği ve sertliklerinin düşük olduğu Tablo
II.14‟ de görülmektedir. Halen dünya da üretilen Mg parçalarının çoğu döküm
yöntemiyle üretilmektedir.
Parçanın ağırlığı ve üretim sayısı üretim maliyetini
etkilemekte olduğu Şekil II.42‟ de görülmektedir. Üretim yapılan döküm yönteminin
de maliyet üzerinde etkili olduğu Şekil II.42‟ de görülmektedir. Üretilen parça
sayısının artmasıyla birlikte parça başına düşen maliyet azaltmaktadır. Şekil II.43‟
de ise ekstrüzyon ve döküm üretim yöntemlerinin üretim maliyet karşılaştırması
yapılmıştır. Şekil de A harfi ile ifade edilen parçada talaş kaldırma işlemi de üretim
maliyetine ilave edilerek maliyet analizi yapılmıştır [15].
ġekil II.42 Mg döküm parçalarda parça ağırlığının ve parça üretim sayısının
üretim maliyetine etkisi [15]
58
ġekil II.43 AZ91B döküm alaşımı ve AZ31B ekstrüzyon alaşımının maliyetlerinde
üretim metodunun etkisi [15]
II.2.6 Magnezyum Alaşımlarını Mekanik Özellikleri
Magnezyum alaşımlarının mekanik özellikleri alaşımdaki elementlerin cinsine,
elementlerin oranına, uygulanan ısıl işleme ve çalışma sıcaklığına bağlı olarak
değişiklik gösterir. QE22A-T6 kum döküm alaşımında parça sıcaklığının çekme
deney sonuçları üzerinde etkisi Şekil II.44‟ de görülmektedir. Parçanın sıcaklığı
arttıkça akma mukavemeti, çekme mukavemeti ve elastisite modülü azalmaktadır.
Bu arada süneklik artış göstermektedir.
Mg alaşımların da sıcaklık ile çekme
mukavemeti düştüğünden parçanın yorulma mukavemetinde de düşme olduğu Şekil
II.44‟ de görülmektedir. Çeliklerde 500 °C üzerine çıkınca yorulma mukavemetinde
belirgin düşme görülmektedir. Ama Şekil II.45‟ de 250 °C sıcaklıkta malzeme
yorulma mukavemetinin yarıya indiği görülmektedir.
Mg parçalarının üretim
yöntemi de yorulma dayanımı üzerinde etkili olduğu Şekil II.46‟ da görülmektedir.
Genel olarak döğme alaşımlarının yorulma dayanımı döküm alaşımlarından daha
yüksek olmaktadır [21].
59
(a)
(b)
(c)
ġekil II.44 QE22A-T6 kum döküm alaşımında sıcaklığın çekme deney
sonuçlarına etkisi (a) Mukavemet üzerindeki etkiler (b) Elastisite
modülü üzerindeki etkiler ve (c) Süneklik üzerindeki etkiler [14]
60
ġekil II.45 Çentiksiz QH21A-T6 kum döküm alaşım parçasında sıcaklığın yorulma
özelliklerine tesiri [14]
ġekil II.46 Magnezyum alaşımları için S-N eğrisi [21]
61
Mg alaşımlarının yetersiz kaldığı bir özellik de sürünme özelliğidir. Sıcaklık
arttıkça bu alaşımlarını sürünme özelliklerinde hızlı bir düşüş gözlenmektedir. Tablo
II.15‟ de magnezyum alaşımlarının sürünme mukavemetlerinin sıcaklıkla nasıl
değişiklik gösterdiği gösterilmektedir [15]. Şekil II.47‟ de QE22A-T6 kum döküm
alaşımında sürünme özelliklerinin sıcaklıkla nasıl değiştiği gösterilmektedir.
Tablo II.15 Mg alaşımlarının sürünme mukavemetlerinin sıcaklıkla değişmesi [15]
Sürünme Mukavemeti, MPa
AlaĢım
205 C
315
AZ92A-T6
3.4
-
EZ33A-T5
38
6.9
HK31A-T6
64
14
HZ32A-T5
52
22
ZH52A-T5
17
-
ZK60A-T5
7
-
HM31A-F
83
41
AZ31B-H24
7
-
HK31A-T6
69
17
HM21A-T8
76
34
Döküm AlaĢımları
Döğme AlaĢımları
62
ġekil II.47 QE22A-T6 kum döküm alaşımı sürünme özelliklerinin sıcaklıkla
değişmesi [14]
Tablo II.14„ de görüldüğü gibi Mg alaşımlarının sertlikleri çok düşüktür. Bu
nedenle bu malzemelerin aşınma özellikleri abrasif aşınma başta olmak üzere çok
düşüktür.
Yaşlanma sertleştirilmesi yapılan malzemelerde bile sertliğin çok az
artması önemli bir handikap teşkil etmektedir [14].
II.2.7 Magnezyum Alaşımlarının Korozyon Özellikleri
1.8 gr/cm³
yoğunluğu ile magnezyum alaşımları en hafif konstrüksiyon
malzemesidir. Otomobil üretiminde, portatif aletlerde, bilgisayarlarda, uçak ve diğer
hafif makine üretiminde önemli avantajlara sahiptir.
magnezyum
alaşımlarının
korozyon
özelliklerinin
malzemelerin korozyon davranışları dikkate alınır.
Malzeme seçiminde,
belirlenmesi
için
farklı
Şekil II.48‟ de %3 NaCl
çözeltisindeki magnezyum alaşımında bulunan alaşım elementlerinin korozyon
oranlarına etkileri görülmektedir. Şekil II.49‟ da ise %3 NaCl çözeltisindeki Mg63
6A1-0.2Mn
alaşımının
korozyon
oranına
demir
ve
çinkonun
etkileri
gösterilmektedir. Demir, nikel ve bakır gibi ağır metallerin magnezyumun korozyon
hızı üzerindeki negatif etkisi çok uzun zamandır bilinmektedir. Ancak bunun pratik
uygulaması daha yeni olmakla birlikte, 1980‟ li yıllarda alaşımların korozyon
dayanımı konusunda önemli gelişmeler olmuştur.
Son yıllarda yeni, korozyon
dayanımı yüksek ve aynı zamanda deformasyon kabiliyeti olan alaşımlar geliştirilmiş
ve otomobillerde kullanılmaya başlanmıştır [12].
ġekil II.48 Alaşım elementlerinin korozyon oranına etkileri [13]
ġekil II.49 %3 NaCl çözeltisindeki Mg-6A1-0.2Mn alaşımının korozyon oranına
demir ve çinkonun etkisi [13]
64
II.2.7.1. Korozyon Davranışı
Diğer metalik malzemelerde olduğu gibi magnezyum alaşımlarının korozyon
davranışında rol oynayan birçok faktör vardır [12]. Bu faktörler;
 Ortamın korozif etkisi,
 Alaşım kalitesi,
 Döküm pratiği,
 Konstrüktif özellikler,
 Yüzey işlemleridir.
 Ortam
Atmosferik koşullarda magnezyumunun üzerinde magnezyum-karbonat ve sülfat
gibi başka bir takım bileşiklerden oluşan bir koruyucu tabaka oluşur. Bu tabakaların
oluşumu atmosferik koşullara bağlıdır.
Bu tabaka normal atmosferik koşullarda
korozif etkilere karşı oldukça iyi bir koruma sağlar.
Rutubetli, tuz içeren
atmosferlerde ve korozif endüstriyel ortamlarda oluşan gri ve poröz oksit filmi çok
düşük koruyucu etkiye sahiptir.
Saf su ve slikat, florür, fosfat ve bikromat
çözeltilerinde korozyon önemli bir etkiye sahip değildir. Cl¯, Br¯, NO 3 ¯ ve SO 4 ¯²
iyonlarının bulunduğu çözeltiler magnezyum için çok kuvvetli korozif ortamlardır.
Kromik asit ve florik asit gibi mineral asitler magnezyum için çok tehlikelidir.
Alkaliler genellikle magnezyum ve magnezyum alaşımlarına etki etmezler. Ayrıca
sıcaklıkta korozyon üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Sıcaklığın artmasıyla
korozyon miktarında da artış meydana gelmektedir. Şekil II.50‟ de M1A, AZ61A,
AZ92A ve A10 magnezyum alaşımlarında sıcaklığın artmasıyla korozyon
oranlarındaki artış gösterilmektedir [12].
65
ġekil II.50 M1A, AZ61A, AZ92A ve A10 magnezyum alaşımlarında sıcaklığın
korozyon üzerindeki etkileri [13]
 Alaşım Kalitesi
Magnezyum korozyonuna neden olan teknik anlamdaki en önemli sebepler,
metallerin elektrokimyasal özelliklerinden ortaya çıkarılır.
Magnezyum diğer
konstrüksiyon metallerine göre daha soy metal değildir. Magnezyum ve magnezyum
alaşımlarının pratik korozyon potansiyeli Tablo II.16‟ da gösterilmektedir. Çinko ve
alüminyuma göre belirgin olarak negatiftir ve bu nedenle magnezyumun korozyon
eğilimi çok fazladır. Bu nedenlerle magnezyum nötr veya alkali ortamlarda Mg
hidroksit pasif filmi oluşturur. Bu pasif tabaka stabil değildir ve tabakada çatlaklar
oluşur, böylece aktifleşen metal yüzeyinde korozyon hızlanarak devam eder. Klor
içeren korozif ortamların türü ve miktarına bağlı olarak metal yapısı içinde bulunan
safsızlıklar korozyon olayının devamında farklı roller oynar.
Şekil II.51‟ de
magnezyumun korozyonunda rol oynayan elektrokimyasal reaksiyonlar şematik
gösterilmiştir [12].
66
Tablo II.16 %3-6 NaCl içeren çözeltide magnezyumun pratik olarak ölçülen
korozyon potansiyeli [12]
METAL
Vkor.(O.IN.KE)
- 1.63
- 1.67
- 1.14
- 1.05
- 0.86
- 0.85
- 0.83
- 0.78
- 0.78
- 0.55
- 0.50
- 0.43
- 0.33
- 0.22
- 0.14
- 0.13
- 0.05
+ 0.18
Mg
Mg alaşımları
Çinkosuz çelik
Zn
Kadmiyumlu çelik
Al (%99.99)
Al (%12Si)
Çelik
Dökme demir
Pb
Sn
Krom çeliği, aktif
Pirinç (60/40)
Cu
Ni
Krom çeliği, pasif
Ag
Au
ġekil II.51 Magnezyumun korozyonunda elektrokimyasal reaksiyonlar [12]
Demir, nikel ve bakır gibi safsızlıklar katodik bileşikler olarak katılaşır ve
korozyon hızının yükselmesine neden olurlar. Bugün magnezyum döküm alaşımları
çok düşük miktarda bakır ve nikel içerirler. Demir içeriği sıvı metalin mangan
klorürle redüklenmesiyle, çok küçük miktarda zararlı maddeler oluşturmasına neden
olur.
67
 Konstrüksiyon Faktörü
Magnezyum diğer bütün konstrüktif malzemelere göre daha soy değildir.
Galvanik korozyonu oluşturan sebepler şunlardır:
 İki metal arasında elektrik iletimi
 Temas noktalarında elektrolit birikimi
Korozyon oluşumunun derecesi kontak şekline ve elektrolite bağlı olarak
değişir.
Kontak korozyonunda en etkin korozif bölgeler, örneğin otomobillerin
atmosferle temasta olan dış yüzeyleridir. Bu tip bir korozyonu engellemek için şu
noktalara dikkat edilmelidir:
 Bakır, nikel, demir ve paslanmaz çeliklerle doğrudan temas engellenmelidir.
 Al-Mg alaşımları (Al-Mg2.5, AlMg4.5Mn veya AlMgSi1)
çinko ve
kadmiyum gibi elementler magnezyumum üzerinde düşük galvanik etkiye
sahiptirler.
 Mümkünse izolasyonla metalik kontağın engellenmesi gereklidir. Kontak
bölgelerinde elektrolit toplanmasının engellenmesi gereklidir.
 Vida başı gibi yüzeylerin mümkün olduğunca plastiklerle kaplanması veya
kısa tutulması gereklidir [12].
II.2.8 Magnezyum Alaşımlarının Kaynak Özellikleri
Mg alaşımlarına TIG, MIG, lazer, elektrik direnç ve sürtünme karıştırma kaynak
yöntemleri uygulanmaktadır.
Optimum kaynak şartlarında kaynak birleştirmesi
yapıldığında birleştirmenin mukavemeti ana metal mukavemetinin %60-%100
arasında değişir.
Bu kaynak yöntemlerinden en fazla TIG ve lazer kaynağı
uygulanmaktadır. Tablo II.17‟ de bazı Mg alaşımlarının kaynak kabiliyet özellikleri
görülmektedir.
Mg aşımlarının kaynağı birçok bakımdan Al kaynağına
benzemektedir. Bu benzerlikler şunlardır:
1) Yüzeyde Magnezyum oksit teşekkülü
2) Yüksek ısı iletimi
3) Yüksek ısı genleşme katsayısı
4) Düşük ergime sıcaklığı
5) Katı malzeme ergime sıcaklığına yaklaşırken renk değiştirmesi
Mg oksit teşekkülü ve yüksek termal genleşme katsayısı kaynak sırasında büyük
zorluklar çıkarmaktadır [16].
68
Tablo II.17 Magnezyum alaşımlarının kaynak kabiliyet özellikleri [16]
AlaĢım
Değerlendirme
Döküm AlaĢımları
AM100A
B+
AZ63A
C
AZ81A
B+
AZ91C
B+
AZ92A
B
EK30A
B
EK41A
B
EZ33A
A
HK31A
B+
HZ32A
B
K1A
A
QE22A
B
ZE41A
B-
QH21A
B
ZH62A
C-
ZK51A
D
ZK61A
D
Döğme AlaĢımları
AZCOML
A
AZ10A
A
AZ31B,C
A
AZ61A
B
AZ80A
B
HK31A
A
HM21A
A
HM31A
A
ZE10A
A
ZK21A
B
ZK60A
D
A:Mükemmel
B:İyi
C:Kötü
D:Limitli Kaynaklanabilirlik
EK II Tablo 1‟ de magnezyum alaşımlarında tel seçiminin kriterleri
görülmektedir. Magnezyum alaşımlarının TIG ve MIG kaynaklarında kullanılan
ilave metal seçimleri görülmektedir [20]. Bu tablo kullanılarak, kaynatılacak olan
69
magnezyum alaşımlarının kimyasal kompozisyonuna uygun en iyi birleşimi
sağlayacak ilave metal seçimi yapılır.
Tablo II.18‟ de magnezyum alaşımlarının gazaltı ark kaynak yöntemlerinde
kullanılan ilave metallerin kimyasal bileşimleri gösterilmektedir [16].
Tablo II.18 Mg alaşımlarının TIG ve MIG kaynaklarında kullanılan tellerin
kimyasal bileşimleri [16]
Element
Alüminyum
ER AZ61A
ER AZ101A
ER AZ92A
ER EZ33A
5.8-7.2
9.5-10.5
8.3-9.7
-
Berilyum
0.0002-0.0008
Mangan
0.15 min.
0.13 min.
0.15 min.
-
Çinko
0.40-1.5
0.75-1.25
1.7-2.3
2.0-3.1
-
-
-
0.45-1.0
-
-
-
2.5-4
Bakır
0.05 mak.
0.005 mak.
0.05 mak.
-
Demir
0.005 mak.
0.005 mak.
0.005 mak.
-
Nikel
0.005 mak.
0.005 mak.
0.005 mak.
-
Silikon
0.05 mak.
0.05 mak.
0.05 mak.
-
Diğer
0.30 mak.
0.30 mak.
0.30 mak.
0.30 mak.
rem
rem
rem
rem
Zirkonyum
Toprak Alkali
Elementler
Magnezyum
0.0002-0.0008 0.0002-0.0008
-
Mg alaşımlarının elektrik ark kaynaklarında koruma gazı olarak argon kullanılır.
Ayrıca argon ve helyum karışımları da kullanılmaktadır.
Tablo II.19‟ da farklı
kalınlıklardaki magnezyum alaşımlarına TIG ve MIG kaynak yöntemleriyle
yapılabilen uygulamalar gösterilmektedir [16]. Tabloda da görüldüğü gibi hangi
kaynak yönteminin hangi kaynak pozisyonunda ve hangi kaynak parametreleriyle
daha iyi sonuç vereceği belirtilmiştir. Kaynakta kullanılacak malzeme kalınlığına
göre uygun kaynak yöntemi ve uygyn kaynak parametrelerinin seçimi yapılabilir.
70
Tablo II.19 Magnezyum alaşımlarının gaz korumalı ark kaynağında uygulanabilir
malzeme kalınlık aralıkları [16]
Uygulanabilir malzeme kalınlık aralığı (a)
GTAW (b)
GMAW (c)
Darbeli
ark, mm
AC, mm
DCEN, mm
DCEP, mm
Kısa
devre
ark, mm
A(d)
0.6-6.4
0.6-12.8
0.6-9.6
0.6-4.8
2.3-6.4
4.8-9.6
B(e)
6.4-9.6
6.4-9.6
4.8-9.6
(f)
4.8-6.4
6.4-12.7
C(g)
9.6(h)
9.6(h)
9.6(h)
(f)
(f)
12.7(h)
D(j)
1.0-6.4
1.0-6.4
1.0-6.4
1.6-4.8
1.6-6.4
4.8-12.7
E(k)
4.8(h)
4.8(h)
4.8(h)
(f)
3.2-6.4
6.4(h)
F(m)
0.6-6.4
0.6-12.7
0.6-4.0(h)
1.6-4.0
2.3-4.8
4.0-9.6
G(n)
1.6-4.8
1.6-9.6
1.6-9.6
1.6-4.0
2.3-6.4
4.0-19
H(p)
4.8(h)
9.6(h)
3.2(h)
(f)
6.4-9.6
9.6(h)
J(q)
1.0(h)
1.0(h)
0.6(h)
0.6-4.0
2.3-6.4
4.0(h)
Sprey ark
mm
(a)Tavsiye edilen minimum ve maksimum kalınlık aralığı (b)300A AC yada DCEN
ve 125A DCEP kullanılır. (c)400A DCEP kullanılır. (d)Tek paso tam nufuziyetli
kaynak. İnce malzemeler için uygun. (e)Tam nüfuziyetli kaynak. Kalın malzemeler
için uygun. (f)Tavsiye edilmez çünkü sprey ark kaynağı daha pratik ve daha
ekonomiktir. (g)Tam nüfuziyetli kaynak. Kalın malzemelerde kullanılır. Kaynağın
her iki tarafından sabitleme yapılarak gerilmeler minimize edilir. (h)Maksimum
değil. En kalın malzemelerde bile bu birleştirme yöntemi kullanılabilir. (j)Eğer köşe
kaynağı gerekliyse tek paso tam nüfuziyetli kaynak (k)Tek paso yada çok pasolu tam
nüfuziyetli kaynak. Kaynağı azaltmak için kalın malzemelerde kullanılır. Köşe
71
kaynaklarında uygulanır. (m) Tek taraflı köşe kaynağı. Kalınlık aralıkları nüfuziyet
derinliğinin %40‟ ına bağlıdır. (n)Çift taraflı T birleştirme. Tavsiye edilen kalınlık
aralıkları %100 nüfuziyete göredir. (p)Çift taraflı T birleştirme. %100 nüfuziyet
gereken kalın malzemelerin kaynağında kullanılır. (q)Tek yada çift taraflı kaynak.
Gerilme dolgu boyutuna bağlı olarak değişir.
Kalın kesitli parçalarda büzülme gerilmelerini azaltmak için ön tavlama yapılır.
Bazı alaşımlar için tavsiye edilen maksimum ön tavlama sıcaklıkları Tablo II.20‟ de
görülmektedir [16].
Tablo II.20 Mg alaşımları için tavsiye edilen maksimum öntavlama sıcaklıkları [16]
AlaĢımın Tavlanması
Kaynaktan
Isıl ĠĢlemden
Önce
Sonra
T4
T4
382
0.5 saat 388 ºC
T4 yada T6
T6
382
0.5 saat 388 C+ 5 saat 218 ºC
T5
T5
260(d)
5 saat 218 ºC
T4
T4
399
0.5 saat 416 ºC
T4
T4
399
0.5 saat 416 ºC
T4 yada T6
T6
399
0.5 saat 416 ºC+4 saat 216 ºC
T4
T4
399
0.5 saat 410 ºC
T4 yada T6
T6
399
0.5 saat 410 ºC+4 saat 260 ºC
AM100A
T6
T6
399
0.5 saat 416 ºC+5 saat 218 ºC
EK30A
T6
T6
260(d)
16 saat 205 ºC
T4 yada T6
T6
260(d)
16 saat 205 ºC
T5
T5
260(d)
16 saat 205 ºC
EZ33A
F yada T5
T5
260(d)
2 saat 343 ºC+5 saat 216 ºC
HK31A
T4 yada T6
T6
260
1 saat 316 ºC+16 saat 205 ºC
HZ32A
F yada T5
T5
260
16 saat 316 ºC
K1A
F
F
Hiçbiri
Hiçbiri
QE22A
T4 yada T6
T6
260
8 saat 530 ºC+8 saat 205 ºC
ZE41A
F yada T5
T5
316
2 saat 330 ºC+16 saat 177 ºC(f)
ZH62A
F yada T5
T5
316
2 saat 330 ºC+16 saat 177 ºC
ZK51A
F yada T5
T5
316
2 saat 330 ºC+16 saat 177 ºC(f)
F yada T5
T5
316
48 saat 150 ºC
T4 yada T6
T6
316
2-5 saat 500 ºC+48 saat 130 ºC
AlaĢım
AZ63A
AZ81A
AZ91C
AZ92A
EK41A
ZK61A
Maksimum
Öntavlama
Sıcaklığı ºC
72
Kaynak Sonrası Isıl ĠĢlem
(a) T4,çözeltiye alma ısıl işlemi; T5,suni yaşlandırma; T6:çözeltiye alma ısıl işlemi
ve suni yaşlandırma; F, döküm gibi. (b) hafif ve serbest parçalar genellikle ön ısıtma
gerektirmez; ince ve serbest parçalar için ön ısıtma gerekiyorsa, maksimum sıcaklığa
çıkıldığına kaynak çatlaklarına dikkat edilmelidir. Sıcaklık 370 ºC‟ yi aştığında
sülfürdioksit ve karbondioksit ortamı tavsiye edilir. (c) İzin verilebilir maksimum
sıcaklıklar görülmektedir. Fırın sıcaklığı maksimum sıcaklığı aşmayacak şekilde
ayarlanmalıdır. Sıcaklık 370 ºC‟ yi aştığında sülfür dioksit ve karbondioksit ortamı
tavsiye edilir. (d) Maksimum 1.5 saat; (e) 4 saat 216 ºC yerine 16 saat 168 ºC(f) Bu
ısıl işle fazı artan gerilmeleri azaltmak için isteğe bağlı olarak yapılır. (g) 2. Isıl
işlemden önce 60 ºC ile 105 ºC arasında su verme işlemi
Mg alaşımlarının manuel TIG kaynakları için tavsiye edilen kaynak şartları Tablo
II.21‟ de gösterilmektedir [16].
Tablo II.21 Magnezyum alaşımlarının manuel TIG kaynakları için tavsiye edilen
kaynak şartları [16].
Ana metal
kalınlığı, mm
1.0
BirleĢtirme
dizaynı (a)
A
Elektrod çapı
mm
2.4
AC akım (b)
A
35
Gaz akıĢ hızı
lt/saat
340
1.6
A
2.4
50
340
2.0
A
2.4
75
340
2.5
A
2.4
100
340
3.2
A
3.2
125
340
5
A
3.2
160
425
6.4
B
3.2
175
566
9.6
B
4
175
566
9.6
C
2.4
200
566
12.7
C
2.4
250
566
A:Kaynak ağızsız alın birleştirme, kök açıklığı yok B:60º tek taraflı V alın
birleştirme, 1.6 mm kök yüksekliği, kök açıklığı yok; C: 60º çift taraflı V alın
birleştirme, 2.4 mm kök yüksekliği, kök açıklığı yok. Toryum içeren alaşımlar için
akım yaklaşık %20 daha yüksek olmalı. Helyum gazı kullanıldığında, gerekli kaynak
akımı yaklaşık 20 – 30 A azaltılmalı.
73
II.2.9 Magnezyum Alaşımlarında A-TIG Kaynak Uygulaması
Klasik TIG kaynaklarında elde edilen dikiş nüfuziyet derinliği düşük
olduğundan bu nüfuziyeti arttırmak için A-TIG uygulaması yapılmaktadır.
kaynağı yapılmadan önce belirli tozlar aseton içerisinde karıştırılır.
TIG
Elde edilen
macun kaynak bölgesi üzerine fırça ile sürülür. 5-10 dakika beklenir [33]. Bu arada
aseton buharlaşır ve kaynak bölgesinin üzeri kaynak tozu ile kaplanmış olur. Şekil
II.52‟ de A-TIG kaynak uygulaması görülmektedir.
ġekil II.52 A-TIG kaynak uygulaması [34]
Şekil II.53‟ de ise elde edilen kaynaklarda tozun cinsine bağlı olarak nüfuziyet
derinliğinde artış elde edildiği görülmektedir. Bu uygulamalarda toz olarak CdCl2,
AlF3 ve TiO2 kullanılmış ve çeşitli kaynak akımlarında kaynaklar çekilmiştir.
Görüldüğü gibi toz kullanımıyla nüfuziyet derinliğinde artış meydana gelmektedir.
Fluks kullanılmadan yapılan kaynaklar ile toz kullanılarak yapılan kaynaklarda
nüfuziyet derinlik arasındaki farklar belirgin bir şekilde görülmektedir. Yapılan
uygulamalarda en derin nüfuziyet CdCl2 fluks kullanımıyla elde edilmiştir [34].
74
ġekil II.53 Kullanılan tozun cinsine bağlı olarak kaynaklarda nüfuziyet değişimi [35]
75
KAYNAKLAR
[1]
Gedik Eğitim Vakfı,: “IIW Kaynak Mühendisliği Eğitim Notları”,
İSTANBUL, (2009).
[2]
Ertürk, İ.; “Gazaltı Kaynak Yöntemleri” , İSTANBUL, (2004).
[3]
Elektrikçi, O.: “TIG Kaynağı ile Birleştirilmiş Demir Esaslı T/M
Malzemelerin Kaynak Bölgesinin Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi”,
Yüksek Lisans Tezi, Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
MANİSA, (2007), 50-56
[4]
Gözütok, E.: “Paslanmaz Çeliklerin TIG Kaynağında Argon-Hidrojen
Gaz Karışımının Birleştirmelerin Mekanik ve Mikroyapı Özelliklerine
Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, Karabük Üniveristesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, KARABÜK, (2007).
[5]
Serdaroğlu, F., “TIG Kaynak Yöntemiyle Boru-Flanş Kaynağında Açısal
Distorsiyona Kaynak Akımı Etkisinin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi,
Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya, (2010).
[6]
Grant, K. H.: “Gas-Tungsten Arc Welding”, ASM Handbook, Welding,
Brazing, and Soldering, London, (1998), 590-602
[7]
www.migatronic.com, “TIG Kaynağı”
[8]
Kurt, H. İ.: “TIG Kaynak Yöntemiyle Birleştirilen Östenitik Paslanmaz
Çeliklerin Mikroyapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi”, Yüksek
Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İSTANBUL,
(2006), 143-147
[9]
Yılmaz, R.; Barlas, Z.: “Paslanmaz Çeliklerin Gazaltı Kaynak
Yöntemi
ile Birleştirilmesinde Koruyucu Gaz Kompozisyonunun
Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisi”, Pamukkale Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi, Mühendislik Bilimleri Dergisi, 11, 2005,
391-400.
76
[10]
Anık, S.; Tülbentçi, K.: “Gazaltı Kaynak Tekniği, Kaynak Teknolojisi
III”, Gedik Kaynak San. Tic. A.Ş, İstanbul, 49, 1982.
[11]
Bulut, E. B.: “Bakır(Cu) ve Çelik (St-37) Plakalarının TIG (Tungsten
Inert Gas) Kaynağı Yöntemiyle Kaynaklanabilirliği”, Yüksek Lisans Tezi,
Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İZMİR, 2008.
[12]
Kuşdemir, H.: AZ91 Magnezyum alaşımının korozyon davranışları
üzerine ilave alaşım elemntlerinin etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Karabük
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, KARABÜK, 2008.
[13]
ASM Metals Handbook Ninth Edition Volume 2, Properties and
Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, “Corrosion Resistance of
Magnesium and Magnesium Alloys”, (1979), 596-609.
[14]
ASM Metals Handbook Ninth Edition Volume 2, “Properties of
Magnesium Alloys”, Properties and Selection: Nonferrous Alloys and
Pure Metals, (1979), 553-594.
[15]
ASM Metals Handbook Ninth Edition Volume 2: “Selection and
Application of Magnesium and Magnesium Alloys”, Properties and
Selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals, (1979), 525-552.
[16]
ASM Handbook Volume 6, Welding, Brazing and Soldering Nineth
Edition, “Arc Welding of Magnesium Alloys”, (1989), 428-435.
[17]
Barber, L.P.: “Characterization of the Solidification Behavior and
Resultant Microstructures of Magnesium-Aluminum Alloys”, A Thesis of
Master, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, (2004), 10-46
[18]
Gaines, L.; Cuenca, R.; Stodolsky, F.; Wu, S.: “Potential Automotive
Uses of Wrought Magnesium Alloys”, Automotive Technology
Development, Detroit, Michigan, (1996), 1-7
[19]
Baker, H.: “, Alloy Phase Diagrams, Volume 3”, ASM HANDBOOK,
(1998), 280-285.
[20]
Carry, H. B.: “Magnesium Base Alloys”, Modern Welding Technology,
Regents / Sprentice Hall London, (1989), 525-527
[21]
Juvinal, R. C.; Marshek, K. M.: “Fatigue”, Fundementals of Machine
Component Design, John Willey and Sons, New York, (1991), 264
[22]
Mordike, B. L.; Kainer, K. U.: “Magnesium Alloys And Their
Applications”, Werkstoff-Informationsgeselllschaft, Frankfurt, (1998),
34-47, 125-132, 289-294, 477-482.
77
[23]
Plano,
“Nanomag”,
Sustainable
Production:
The
Role
of
Nanotechnologies, Copenhagen, (2002).
[24]
Watarai, H.: “Trend of Research and Development for Magnesium
Alloys”, Science and Technology Trends, (2006), 84-97.
[25]
Blawert, C.; Hort, N.; Kainer, K. U.: “Automotive Applications of
Magnesium and Its Alloys”, Trans. Indian Inst. Met. Vol. 57: (2004),
397-408
[26]
King, C. F.: “Magnesium: Commodity or Exotic?”, Material Science and
Technolgy, 23, (2007), 1-14
[27]
Zhang, Z.: “Development of Magnesium-Based Alloys for Elevated
Temperature Applications”, Doctor of These, Faculte Des Sciences Et De
Genie Universite, Quebec-Canada, (2000), 2-75
[28]
Dobrzanski, L. A.; Tanski, T.; Cizek, L.; Brytan, Z.: “Structure And
Properties Of Magnesium Cast Alloys”, Journal of Materials Processing
Technology, (2007), 192-193: 567-574.
[29]
Mordike, B. L.; Ebert, T.: “Magnesium Properties-ApplicationsPotential”, Materials Science&Engineering A, 302: (2001), 37-45.
[30]
Beffort, O.; Hausmann, C.: „„Das Leichtmetal Magnesium und Seine
Egierungen‟‟, EMPA Mg seminar, Thun, (1999), 15-22.
[31]
Li, N.: “Automotive Magnesium Applications and Life Cycle
Environmental Assesment”, 3.rd International Conference on SF 6 and
the Environment, Scottsdale, Arizona, (2004), 1-26.
[32]
Schwam, D.; Wallace, J. F.; Zhu, Y.; Viswanathan, S.; Iskander, S.:
“Enhancements in Magnesium Die Casting Impact Properties”, Final
Report, Case Western Reserve University, Ohio, (2000), 5-22.
[33]
Zhang, Z. D.; Liu, L. M.; Shen, Y.; Wang, L.: “Welding of Magnesium
Alloys with Activating Flux”, Science and Technology of Welding and
Joining, VOL 10, (2005), 737-743.
[34]
Liu, L. M.; Shen, Y.; Zhang, Z. D.: “ Effect of Cadmium Chloride Flux
in GTA Welding of Magnesium Alloys”, Science and Technology of
Welding and Joining, VOL 11, (2006), 398-402.
78
EKLER
EK II Tablo I Magnezyum alaşımlarının TIG ve MIG kaynaklarında kullanılan ilave
metaller [20]
Ana
Metal
AM100A
AZ10A
AZ31B&C
AZ61A AZ63A AZ80A AZ81A
Dolgu Metali
AM100A
AZ92A
AZ101
AZ10A
AZ92A
AZ31B&C
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ63A
AZ61A
AZ32A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
X
X
X
AZ92A
AZ30A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
AZ92A
AZ101
AZ81A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
AZ101
AZ91C
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
EK41A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
HK31A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
HM21A
AZ92A
HM31A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
HZ32A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
AZ92A
AZ92A
K1A
AZ92A
LA141A
0
0
E233A
X
X
X
X
M1A
MG1
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
AZ61A
AZ92A
AZ92A
QE22A
0
0
0
0
X
0
0
ZE10A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
AZ61A
AZ92A
AZ92A
ZE41A
0
0
0
0
X
0
0
ZX21A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
AZ61A
AZ92A
AZ92A
ZH62A
X
X
X
X
X
X
X
79
AZ91C AZ92A EK41A EZ33A HK31A HM21A HM31A HZ32A
K1A
AZ92A
AZ101
AZ92A
AZ92A
AZ101
AZ92A
AZ92A
AZ101
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
X
X
0
0
0
EZ33A
0
0
0
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
0
0
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
0
0
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
EZ33A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
AZ92A
X
X
X
X
X
X
X
X
X
80
LA41A
M1A
MG1
QE22A
ZE10A
ZE41A
ZX21A
ZH62A – ZK51A
ZK60A – ZK61A
LA141A
EZ33A
0
AZ61A
AZ92A
EZ33A
0
EZ33A
EZ33A
AZ61A
AZ92A
EZ33A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
0
0
EZ33A
0
EZ33A
0
AZ61A
AZ92A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
AZ92A
AZ61A
AZ92A
X
X
X
X
X
X
81
EZ33A
ÖZGEÇMĠġ
1986 yılında Manisa doğdum. İlköğretim eğitimimi Manisa Kamil Semizler
İlköğretim Okulunda tamamladım. Lise öğrenimini Manisa Endüstri Meslek Lisesi
Metal İşleri Bölümünde tamamladıktan sonra Marmara üniversitesi Teknik Eğitim
Fakültesi Metal Öğretmenliği Bölümünü kazandım. 2008 yılında Lisans eğitimimi
tamamladıktan sonra 2009 yılında Maramara Üniveristesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Metal Eğitimi Ana Bilim Dalında yüksek lisans eğitimine başladım. Halen Marmara
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metal Eğitimi Ana Bilim Dalında yüksek lisans
eğitimime devam etmekteyim.
Erhan ERATICI
82