Kaynak Yöntemleri - Yıldız Kaynak Makinaları

Kaynak Yöntemlerinin İki Temel
Kategorisi
KAYNAK YÖNTEMLERİ
•
•
•
•
•
•
•
•
Ark Kaynağı
Direnç Kaynağı
Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı
Diğer Eritme Kaynak Yöntemleri
Katı Hal Kaynağı
Kaynak Kalitesi
Kaynak Kabiliyeti
Kaynaklı İmalatta Tasarım
• Eritme kaynağı – birleştirme, birleştirilecek iki
parçanın, bazen bağlantıya ilave metal ekleyerek
eritilmesiyle gerçekleştirilir
− Örnekler: ark kaynağı, direnç nokta kaynağı, oksiyanıcı gaz kaynağı
• Katı hal kaynağı – birleştirmeyi oluşturmak için ısı
ve/veya basınç kullanılır; ancak esas metallerde
erime olmaz ve ilave metal kullanılmaz
− Örnekler: dövme (demirci) kaynağı, difüzyon
kaynağı, sürtünme kaynağı
1
2
Elektrik Arkı Nedir?
Ark Kaynağı (Arc Welding=AW)
Elektrik arkı = bir devredeki aralıktan geçen
elektrik akım deşarjı
• Akımın aktığı bir iyonize gaz demeti
(plazma) tarafından sürdürülür
Metallerin birleştirilmesinin, bir elektrod ile parça
arasındaki elektrik arkının ısısı ile oluşturulduğu bir
eritme kaynak yöntemi
• Arkın ürettiği elektrik enerjisi, herhangi bir metali
eritmeye yeterli sıcaklıklar oluşturur ~ 5500 °C
• Çoğu ark kaynak yöntemlerinde kaynaklı bağlantının
hacmini ve dayanımını arttırmak için dolgu (ilave)
metal eklenir
• Bazı temel yöntemler, arkla kesmede de
kullanılmaktadır
• Ark kaynağında arkı başlatmak için,
elektrod parça ile temas haline getirilir ve
hemen ayrılarak kısa bir mesafede tutulur
3
4
Ark Kaynağı
• Elektrod ucunun yakınında bir erimiş metal banyosu
oluşturulur
• Elektrod bağlantı boyunca ilerlerken, erimiş metal kendi
kanalında katılaşır
Elle Ark Kaynağı ve Ark Süresi
• Elle kaynakta problemler:
− Kaynak bağlantı kalitesi
− Üretkenlik
Elektrod pensi
Elektrod
Elektrod kablosu
İLERLEME YÖNÜ
İlave metal
(bazen)
Katılaşmış
kaynak
banyosu
Ark
Parça
Erimiş kaynak
banyosu
Parça kıskacı
• Ark Süresi = (Ark süresi)’nin (çalışma saati)’ne oranı
− Diğer adı “ark-on time”
− Tipik değerler:
ƒ Elle kaynak ark süresi = % 20
Kaynak
makinası
AC veya DC
akım üreteci
ƒ Makinayla kaynakta arttırılmış ark süresi ~ % 50
Parça kablosu
Şekil 31.1 - Bir ark kaynak yönteminin temel konfigürasyonu
ve elektrik devresi
5
6
Eriyen Elektrodlar
Ark Kaynak Elektrodlarının İki Temel Türü
• Eriyen elektrodların biçimi
− (Örtülü elektrod olarak da bilinen)
Kaynak çubukları, 22,5 mm’den
45 mm’ye kadar uzunlukta ve 9,5
mm veya daha küçük çaplıdır ve
periyodik olarak değiştirilmeleri
gerekir
− Kaynak telleri, sık sık
kesintilerden kaçınmak üzere,
uzun tel boylarına sahip
makaralardan sürekli olarak
beslenebilir
• Hem tel hem de çubuk formundaki
elektrod, ark içinde tüketilir ve ilave
metal olarak kaynağa eklenir
• Eriyen – kaynak sırasında tüketilen
− Ark kaynağında ilave metalin menbaı
• Erimeyen – kaynak işlemi sırasında tüketilmeyen
− Herhangi bir ilave metalin ayrıca eklenmesi gerekir
7
8
Erimeyen Elektrodlar
Arkın Korunması
• Erimeye dirençli Tungsten’den yapılır
• Kaynak sırasında yavaş yavaş tükenir (buharlaşma
temel mekanizmadır)
• Ayrıca tel şeklindeki bir ilave metalin, kaynak
banyosuna sürekli olarak beslenmesi gerekir
• Ark kaynağındaki yüksek sıcaklıklarda, metaller
havadaki oksijen, azot ve hidrojene karşı kimyasal
olarak reaktifdir
− Bağlantının mekanik özellikleri, bu tür reaksiyonlar
sonucu ciddi şekilde bozulabilir
− İşlemi korumak için, tüm ark kaynak yöntemlerinde
arkın çevresindeki havadan korunması gerekir
− Argon, Helyum ve CO2 gibi koruyucu gazlar
− Dekapan
9
Dekapan
10
Değişik Dekapan Uygulama Yöntemleri
Kaynak sırasında oksitlerin ve diğer kirliliklerin oluşumunu
engelleyen veya bunları çözerek uzaklaştıran bir madde
• Kaynak için koruyucu atmosfer oluşturur
• Arkı kararlı hale getirir
• Sıçramayı azaltır
• Toz halindeki dekapanın kaynak işlemine beslenmesi
• Kaynak sırasında işlem bölgesini örtmek üzere eriyen
dekapan maddesiyle kaplanmış çubuk elektrodlar
(örtülü çubuk elektrodlar)
• Dekapanın öz halinde içine doldurulduğu ve elektrod
erirken açığa çıkan tüp şeklindeki elektrodlar (özlü
elektrodlar)
11
12
Eriyen Elektrodları Kullanan
Ark Kaynak Yöntemleri
Ark Kaynağındaki Akım Üreteçleri
• Doğru akım (DC) veya Alternatif akım (AC)
− AC makinaları satın alma ve işletme bakımından
daha ucuzdur ancak genellikle demir esaslı
metallerle sınırlıdır
− DC ekipman tüm metallerde kullanılabilir ve genel
olarak ark kontrolü için daha avantajlıdır
Transformatör (AC)
Redresör (DC)
Jeneratör (DC)
•
•
•
•
•
Elektrik ark kaynağı (SMAW)
Gazaltı ark kaynağı (GMAW-GTAW)
Özlü telle ark kaynağı (FCAW)
Elektrogaz kaynağı (EGW)
Tozaltı ark kaynağı (SAW)
13
14
Elektrik Ark Kaynağı
(Shielded Metal Arc Welding = SMAW)
Dekapan ve koruma sağlayan kimyasallarla kaplı bir
ilave metal çubuktan oluşan bir eriyen elektrod
kullanır
• Bazen “Örtülü elektrod kaynağı” olarak da adlandırılır
• Güç üreteci, bağlantı kabloları ve elektrod pensi
birkaç bin YTL’ye elde edilebilir
Şekil 31.2 Bir (insan) kaynakçı
tarafından uygulanan
örtülü çubuk
elektrodla elektrik ark
kaynağı
15
16
Elektrik Ark Kaynağında Çubuk Elektrod
• İlave metalin bileşimi genellikle esas metale yakındır
• Örtü, bir silikat bağlayıcıyla bir arada tutulan, oksit,
karbonat ve diğer katkılarla karıştırılmış toz halindeki
selülozdan oluşur.
• Kaynak çubuğu, akım üretecine bağlı elektrod pensi
tarafından sıkıştırılır
• Örtülü çubuk elektrodla kaynağın zayıflıkları:
− Çubukların periyodik olarak değiştirilmesi gerekir
− Yüksek akım seviyeleri, örtünün erken erimesine
neden olabilir
Eriyen elektrod
İLERLEME YÖNÜ
Elektrod örtüsü
Curuf
Elektrod
örtüsünden
koruyucu gaz
Katılaşmış
kaynak metali
Esas metal
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.3 - Elektrik ark kaynağı
(Shielded Metal Arc Welding=SMAW)
17
TS 563- EN 499’a göre Örtülü Elektrodlar
18
Örtülü Çubuk
Elektrod Seçimi
19
20
Kaynak
Parametrelerinin
Etkileri
Elektrik Ark Kaynağının Uygulamaları
• Çelikler, paslanmaz çelikler, dökme demirler ve bazı
belirli demirdışı alaşımlarda kullanılır
• Alüminyum ve alaşımlarında, bakır alaşımlarında ve
titanyumda hiç veya nadiren kullanılır.
21
Eriyen Elektrodla Gazaltı Ark Kaynağı
(MIG/MAG Kaynağı)
(Gas Metal Arc Welding = GMAW)
22
MIG/MAG Kaynak Donanımı
Elektrod olarak çıplak bir eriyen metal tel kullanır ve
ark, dış bir koruyucu gazla korunur
• Tel, bir makaradan kaynak tabancasına (torch)
sürekli ve otomatik olarak beslenir
• Koruyucu gazlar, alüminyum için Argon ve Helyum
gibi soy gazlardan (MIG), çelik kaynağı için CO2 gibi
aktif gazlardan (MAG) oluşur
• Koruyucu gaz ve çıplak tel elektrod, kaynak banyosu
üzerindeki curuf örtüsünün oluşmamasını sağlar –
curufun elle taşlanmasına veya temizlenmesine
ihtiyaç duyulmaz
Tel makarası
(Çelik tellerin dışı bakır kaplıdır)
Tel besleme motoru
Hortum paketi
Torç
Tel
Elektrod
Ark
Koruyucu gaz
23
Akım üreteci
Şasi kablosu
Parça
24
MIG/MAG Kaynağının Elektrik Ark
Kaynağına Göre Üstünlükleri
Makaradan besleme
Koruyucu gaz
Tel elektrod
• Sürekli tel elektrod sayesinde daha iyi ark süresi
− Elektrik ark kaynağında (EAK) çubukların
periyodik olarak değiştirilmesi gerekir
• EAK’na göre ilave tel elektrodun daha iyi kullanımı
− EAK’nda çubuk elektrodun koçan kısmı
kullanılamaz
• Yüksek yığma hızları
• Curuf uzaklaştırma problemi ortadan kalkar
• Kolayca otomatikleştirilebilir
İLERLEME YÖNÜ
Nozul
Koruyucu gaz
Katılaşmış kaynak metali
Esas metal
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.4 - Eriyen elektrodla gazaltı ark kaynağı (MIG/MAG
kaynağı) (Gas Metal Arc Welding = GMAW))
25
26
Özlü Telle Ark Kaynağı
(Flux-Cored Arc Welding = FCAW)
Çubuk elektrodun sınırlamalarının üstesinden gelmek
için örtülü çubuk elektrodla ark kaynağının
geliştirilmiş hali
• Elektrod, özünde dekapan ve diğer katkı maddeleri
(örn. Deoksidanlar ve alaşım elementleri) içeren
sürekli bir eriyen tüptür
• İki türü:
− Kendinden gaz korumalı FCAW – Öz, koruyucu
gaz içeren bileşenleri de barındırır
− İlave gaz korumalı FCAW – Dış bir koruyucu gaz
uygulanır
Şekil 31.5 – MIG/MAG kaynağı için kaynak torcu
27
28
Elektrogaz Kaynağı
(Electrogas Welding = EGW)
Makaradan besleme
Özlü tel elektrod
Koruyucu gaz
Dekapan öz
Ya özlü tel elektrod ya da ilave koruyucu gazlı çıplak tel
olabilen bir sürekli eriyen elektrod ve erimiş metali
tutan kalıplama pabuçlarını kullanır
• Özlü tel elektrod kullanıldığı zaman ve dışarıdan gaz
beslenmediği zaman, özlü tel elektrodla ark
kaynağının özel bir türü haline gelir
• Dış bir menbadan koruyucu gazlı çıplak tel elektrod
kullanıldığında ise, MIG/MAG kaynağının özel bir türü
haline gelir.
Nozul (opsiyonel)
İLERLEME YÖNÜ
Kılavuz boru (kontak boru
Koruyucu gaz (opsiyonel)
Curuf
Ark
Katılaşmış kaynak metali
Esas metal
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.6 - Özlü telle ark kaynağı. Dışarıdan sağlanan koruyucu
gazın varlığı veya yokluğu, iki tür oluşturur: (1) koruyucu gaz
bileşenleri sağladığı kendinden gaz korumalı, ve (2) dış
koruyucu gazların kullanıldığı ilave gaz korumalı
29
Tozaltı Ark Kaynağı
(Submerged Arc Welding = SAW)
Özlü tel elektrod
besleme
Hareketli kaynak
kafası (yukarı)
Esas
parça
30
Arkı koruyan toz haldeki bir dekapan ile sürekli, eriyen
çıplak tel elektrod kullanır
• Tel elektrod bir makaradan otomatik olarak beslenir
• Bir huniden yerçekimi etkisiyle arkın önüne yavaşça
beslenen toz dekapan, sıçramaları, kıvılcımları ve
radyasyonu önleyecek şekilde arkı tamamen örter
Hareketli pabuç
(her iki tarafta)
Soğutucu su
girişi
Erimiş curuf
Erimiş kaynak metali
Katılaşmış kaynak metali
Su çıkışı
Şekil 31.7 - Özlü tel elektrod kullanan elektrogaz kaynağı:
(a) görünüşü basitleştirmek için kalıplama pabucu çizilmemiş
önden görünüş, ve (b) Her iki tarafta kalıplama pabuçları
gösterilen yan görünüş
31
32
Tozaltı Ark Kaynağı Uygulamaları
Huniden toz
dekapan
İLERLEME YÖNÜ
Eriyen
elektrod
Toz dekapanı geri kazanmak
için vakum sistemi
• Yapısal çelik profillerin imalatı (Örn. I-profiller)
• Büyük çaplı boruların, depolama tanklarının ve
basınçlı kapların dikişleri
• Ağır makine imalatı için kaynaklı parçalar
• Çoğu çelikler (Yüksek C-çelikleri hariç)
• Demirdışı metallere uygun değildir
Toz dekapan
örtüsü
Curuf (katılaşmış toz)
Katılaşmış kaynak
metali
Esas metal
Erimiş toz dekapan
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.8 - Tozaltı ark kaynağı (Submerged Arc Welding SAW)
33
Erimeyen Elektrod Kullanılan
Ark Kaynak Yöntemleri
34
TIG Kaynağı
(Gas Tungsten Arc Welding = GTAW)
Erimeyen bir Tungsten elektrod ve arkın korunması için
bir soy (inert) gaz kullanır
• Tungsten’in erime sıcaklığı = 3410°C
− Avrupa’da, "WIG kaynağı" olarak da adlandırılır
• Bir ilave metal de kullanılabilir
− Kullanıldığında, ilave metal çubuk veya tel halinde
kaynak banyosuna ayrıca beslenir
• Uygulamaları: alüminyum ve paslanmaz çelik en
yaygınıdır
• Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı (Gas Tungsten
Arc Welding = GTAW)
• Plazma Ark Kaynağı (Plasma Arc Welding = PAW)
• Karbon Ark Kaynağı (Carbon Arc Welding = CAW)
• Saplama Kaynağı (Stud Welding = SW)
35
36
TIG Kaynağının Uygulanması
Koruyucu gaz
Tungsten elektrod
(erimeyen)
İLERLEME YÖNÜ
Gaz nozulu
Elektrodun ucu
Koruyucu gaz
Katılaşmış kaynak metali
Esas metal
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.9 - TIG kaynağı
37
TIG Kaynağının Uygulamasına Örnek
Elektrodun tutuluşunun önden ve
yandan görünüşü
Kaynağın yapılışı sırasında torcun
38
tutuluşu
TIG Kaynağının Üstünlükleri ve
Eksiklikleri
• Üstünlükleri:
− Uygun uygulamalar için yüksek kaliteli kaynaklar
− İlave metal ark’ı oluşturmadığından sıçrama
oluşmaz
− Curuf olmadığından kaynaktan sonra temizleme
gerekmez veya çok az gerekir
• Eksiklikleri:
− Eriyen elektrod kullanan ark kaynaklarına göre
genellikle daha yavaş ve daha pahalıdır
Uzay mekiğinin kaynakla imal edilen dış yakıt tankları. 2219 alüminyum
alaşımından oluşturulan bu tankların imalinde hem TIG hem de plazma
ark kaynağı kullanılmaktadır.
39
40
Plazma Ark Kaynağı
(Plasma Arc Welding = PAW)
Tungsten elektrod
Plazma gazı
Koruyucu gaz
Sınırlanmış bir plazma arkının kaynak bölgesine
yönlendirildiği, TIG kaynağının özel bir şekli
• Tungsten elektrod, yüksek hızlı bir inert gaz (Argon)
demetinin, yoğun sıcak bir ark demeti oluşturmak
üzere ark bölgesine odaklandığı bir nozul içinde
kullanılır
• PAW içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji
yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu
sınırlanmış ark sayesinde 28,000°C’ye ulaşır
İLERLEME YÖNÜ
Koruyucu gaz
Plazma demeti
Esas metal
Katılaşmış kaynak metali
Erimiş kaynak metali
Şekil 31.10 - Plazma ark kaynağı
42
41
PAW Üstünlükleri ve Eksiklikleri
Diğer Ark Kaynak ve İlgili Yöntemler
• Üstünlükleri:
− İyi ark kararlılığı
− Ark kaynağına göre daha iyi nüfuziyet kontrolu
− Yüksek ilerleme (kaynak) hızları
− Mükemmel dikiş kalitesi
− Hemen tüm metallerin kaynağında kullanılabilir
• Eksiklikleri:
− Yüksek ekipman maliyeti
− Diğer ark kaynak yöntemlerine göre daha büyük
torç boyutu – bazı bağlantı konfigürasyonlarına
ulaşmayı zorlaştırma eğilimi taşır
• Karbon ark kaynağı – erimeyen bir karbon (grafit)
elektrodun kullanıldığı yöntem
• Saplama kaynağı – saplama veya benzer çubukların
esas metale birleştirildiği yöntem
43
44
Saplama Ark Kaynağı
(Stud Welding = SW)
Direnç Kaynağı
(Resistance Welding = RW)
Birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve basıncı birlikte
kullanan bir eritme kaynak yöntem grubu
• Isı, kaynak yapılacak bağlantıda elektrik akımının
geçişine gösterilen dirençle üretilir
• Temel RW yöntemi = direnç nokta kaynağı (RSW)
Saplama
Seramik halka
Erimiş kaynak metali
Katılaşmış kaynak metali
Şekil 31.11 – Saplama ark kaynağı (SW): (a) saplama yerleştirilir; (b)
akım tabancadan akar ve saplama, ark ve erimiş banyo
oluşturmak üzere çekilir; (c) saplama erimiş banyo içine daldırılır,
ve (d) katılaşma tamamlandıktan sonra seramik halka uzaklaştırılır
45
Direnç Nokta Kaynağındaki Bileşenler
Kuvvet
Akım
46
Elektrod
• Kaynak yapılacak parçalar (genellikle saç metal)
• Karşılıklı iki elektrod
• Parçaları elektrodlar arasında sıkıştırmak için basınç
uygulama aparatları
• Belirli bir süre için kontrollü bir akım uygulayabilen
güç üreteci
Kaynak çekirdeği
Saç metal parçalar
Elektrod
Kuvvet
Şekil 31.12 - Direnç kaynağı grubunun en yaygın uygulaması olan
nokta kaynağındaki bileşenleri gösteren direnç kaynağı
47
48
Direnç Kaynağının Üstünlükleri ve
Eksiklikleri
Direnç Nokta Kaynağı
(Resistance Spot Welding = RSW)
• Üstünlükleri:
− İlave metal gerekmez
− Yüksek üretim hızlarına erişilebilir
− Mekanizasyonu ve otomasyonu kolaydır
− Operatör beceri seviyesi, ark kaynağına oranla
daha düşüktür
− İyi tekrarlanabilirlik ve güvenilirlik
• Eksiklikleri:
− Yüksek ilk ekipman maliyeti
− Çoğu direnç kaynağı için bindirme bağlantılarla
sınırlı
Bir bindirme bağlantıda temas eden yüzeylerin eritildiği
direnç kaynak yöntemi, karşılıklı elektrodların
yerleştirilmesiyle sağlanır
• Bir seri nokta kaynağı kullanarak saç metallerin
birleştirilmesinde kullanılır
• Saç metalden imal edilen otomobil, ev aletleri ve diğer
ürünlerin seri imalatında yaygın şekilde kullanılır
• Tipik bir araç gövdesinde ~ 5,000 nokta kaynağı vardır
− Tüm dünyada yıllık otomobil üretiminde on
milyonlarca nokta kaynağı yapılmaktadır
49
50
Elektrod
Akım
Erimiş
metal
Üst kol
Kaynak
çekirdeği
Elektrodlar
Mafsal kolunu
harekete geçirmek
için pnömatik silindir
Kuvvet, Akım
Kuvvet
Alt kol
Akım
Operatör
ayak pedalı
Atölyeden sağlanan
basınçlı hava
Nokta kaynak çevrimi
Şekil 31.13 - (a) Nokta kaynak çevrimi, (b) Sıkıştırma kuvveti ve çevrimdeki
akımın grafiği (1) elektrodlar arasına yerleştirilen parçalar, (2)
elektrodların kapatılması, kuvvetin uygulanması, (3) akımın akışı, (4)
akımın durdurulması, (5) elektrodların açılması, kaynaklı parçanın
51
çıkarılması
Şekil 31.14 -Mafsal kollu nokta kaynak makinası
52
Direnç Kaynağında Kaynak Hataları
Direnç Dikiş Kaynağı
(Resistance Seam Welding = RSEW)
Bir bindirme bağlantı boyunca bir seri üstüste binmiş
nokta kaynakları üretmek üzere dönen disk
elektrodlar kullanır
• RSEW sızdırmaz bağlantılar üretebilir
• Uygulamaları:
− Yakıt depoları
− Egzoz susturucuları
− Diğer değişik saç metal kaplar
a) Şönt (kaçak) akım; b) Saç kalınlığının değişmesi; c) Saçların aralık
kalması; d) Elektrodların aşınması; e) Saç kenarında kaynak
53
54
Disk elektrod
Disk elektrod
Üstüste
binmiş kaynak
çekirdekleri
Saç metal parçalar
Disklerin
arasından
geçen parçalar
Saç metal
parçalar
Disk elektrod
Şekil 31.15 - Direnç dikiş kaynağı (RSEW)
Şekil 31.16 - Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri: (a)
üstüste binmiş noktalardan oluşan, geleneksel direnç dikiş
kaynağı
55
56
Sürekli kaynak
dikişi
Tek tek kaynak
çekirdekleri
Şekil 31.16 - Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri:
(b) disk elektrodla nokta kaynağı
Şekil 31.16 - Disk elektrod tarafından üretilen farklı dikiş türleri:
(c) sürekli direnç dikişi
57
Direnç Kabartı (Projeksiyon) Kaynağı
(Resistance Projection Welding = RPW)
58
Kuvvet
Elektrod
Birleşmenin, parçalar üzerindeki bir veya birkaç küçük
temas noktasında oluştuğu bir direnç kaynak yöntemi
• Birleştirilecek parçaların tasarımıyla belirlenen temas
noktaları, kabartılardan, çıkıntılardan veya parçaların
yerel arakesitlerinden oluşabilir
Saç-metal
parçalar
Kabartı (Projeksiyon)
Kaynak çekirdeği
Şekil 31.17 - Direnç kabartı kaynağı (RPW): (1) işlemin
başlangıcında, parçalar arasındaki temas kabartılardadır; ve
(2) akım uygulandığında, kabartılarda, nokta kaynağındakine
benzer kaynak çekirdekleri oluşur
59
60
Çapraz-tel Kaynağı
Yakma Alın Kaynağı (Flash Welding)
Üstten görünüş
Teller
Normal olarak alın bağlantılar için kullanılan bir yöntem.
Birleştirilecek iki yüzey, temas veya yakın hale getirilir ve
yüzeyleri erime sıcaklığına çıkaracak ısıyı üretmek için
elektrik akımı uygulanır; daha sonra kaynağı oluşturmak
üzere yüzeyler birbirine bastırılır.
Kaynak
çekirdeği
Ark
A-A Kesiti
Şekil 31.18 - (b) çapraz-tel kaynağı
61
Yüksek Frekans Direnç Kaynağı
(High Frequency Resistance Welding)
Oksijenle karıştırılmış değişik yanıcı gazları yakan
eritme kaynak yöntemleri
• OFW, bu grubun üyeleri arasında temel farkı
oluşturan değişik gaz türlerini kullanır
• Oksi-yanıcı gaz, ayrıca metal levhaları ve diğer
parçaları kesmek ve ayırmak için alevle kesme
işleminde de kullanılır
• En önemli OFW yöntemi oksi-asetilen kaynağıdır
Yüksek frekans
sargıları
Akım
Sıkıştırma ruloları
62
Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı
(Oxy-Fuel Gas Welding = OFW)
Yüksek frekanslı bir alternatif akımın, ısıtma için kullanıldığı
ve hemen ardından birleştirmeyi sağlamak için bir yığma
kuvvetinin uygulandığı bir direnç kaynak yöntemi
Kontaklar
Şekil 31.19 – Yakma alın kaynağı: (a) elektrik direnciyle ısıtma; ve
(b) yığma – parçaların birbirine bastırılması.
Akım
Sıkıştırma
ruloları
Borunun ilerleyişi
Şekil 31.20 – Dikişli boruların kaynağı (a) yüksek frekans direnç
kaynağı; ve (b) yüksek frekans indüksiyon kaynağı
63
64
Oksi-asetilen Kaynağı
(Oxy-Acetylene Welding - OAW)
Oksi-Asetilen Kaynak Üfleci
Asetilen ve oksijenin yanmasıyla elde edilen yüksek
sıcaklıkta bir alevle yapılan eritme kaynağı
• Alev bir üfleç ile yönlendirilir
• Bazen ilave metal kullanılır
− Bileşimi esas metale benzemelidir
− İlave çubuk, yüzeyleri temizlemek ve oksitlenmeyi
önlemek için çoğunlukla dekapanla kaplıdır
65
66
Asetilen (C2H2)
C2H2+O2 karışımı
İLERLEME YÖNÜ
İlave çubuk
Esas metal
• OFW grubu içinde, diğerlerine oranla en yüksek
sıcaklıkları oluşturma kapasitesi nedeniyle en yaygın
yanıcı gaz - 3480°C’ye kadar
• Asetilen ve oksijenin iki kademeli kimyasal
reaksiyonu:
− Birinci kademe reaksiyonu (iç alev konisi):
C2H2 + O2 --> 2CO + H2 + Isı
Kaynak üflecinin ucu (bek)
Alev
Katılaşmış kaynak
metali
Erimiş kaynak metali
− İkinci kademe reaksiyonu (dış zarf):
2CO + H2 + 1.5O2 --> 2CO2 + H2O + Isı
Şekil 31.21 - Tipik bir oksi-asetilen kaynak işlemi (OAW)
67
68
• Maksimum sıcaklığa, iç koninin ucunda ulaşılır
• Dış zarf parça yüzeyine yayılır ve kaynak bölgesini,
çevreleyen atmosferden korumak üzere örter
Alevin Kimyasal Karakteri
• Oksi-asetilen alevinde karışım oranlarını değiştirerek üç
tür kimyasal karakter elde edilebilir
− Oksitleyici (oksijeni fazla) alev
Dış zarf, 1260°C
Asetilen tüyü, 2090°C
− Nötr (normal) alev
İç koni, 3480°C
Şekil 31.22 - Ulaşılan sıcaklıkları gösteren, bir oksi-asetilen
üflecinden nötr alev
− Redükleyici (asetileni fazla) alev
69
Oksi-Asetilen Kaynağında Kaynak Tekniği
70
OAW’de Güvenlik Konuları
• Karışım halindeyken asetilen ve oksijen yüksek
derecede yanıcıdır
• C2H2 renksiz ve kokusuzdur
− Bu nedenle karakteristik bir sarımsak kokusu
katılır
Sola kaynak tekniği
Sağa kaynak tekniği
İnce saçların kaynağı
Kalın saçların kaynağı
71
72
OAW’de Güvenlik Konuları - devam
Oksi-Yanıcı Gaz Kaynağı için
Alternatif Gazlar
• C2H2,1 atm’nin üzerindeki basınçlarda
fiziksel olarak kararsızdır
− Depolama tüpleri, aseton
(CH3COCH3) emdirilmiş (asbest gibi)
gözenekli maddeyle doludur
− Aseton, asetilenin kendi hacminin 25
katını çözer
• C2H2 ve O2 tüpleri ve hortumları
üzerinde, hatalı gaz bağlantılarından
kaçınmak için farklı yönlerde kapanan
dişler bulunur
•
•
•
•
•
Metilasetilen-Propadien (MAPP)
Hidrojen
Propilen
Propan
Doğal Gaz
73
Gaz Basınç Kaynağı
Diğer Eritme Kaynak Yöntemleri
Gaz türüne göre uygulama şekliyle ayrılan bir OFW yöntemi
Karışımı
Üfleç geri çekilir
Yüzeylerin alevle
ısıtılması
Üfleç
Çene
Yığma
kuvveti
(a)
74
Yığma
kuvveti
(b)
Şekil 31.23 – Gaz basınç kaynağının bir uygulaması: (a) iki parçanın
ısıtılması; ve (b) kaynağı oluşturmak üzere basıncın uygulanması
75
Ark, direnç veya oksi-yanıcı gaz kaynağı olarak
sınıflandırılamayan eritme kaynak yöntemleri
• Eritme için ısıyı üretecek farklı teknolojiler kullanır
• Uygulamaları da tipik olarak farklıdır
• Yöntemler arasında:
− Elektron ışın kaynağı
− Lazer ışın kaynağı
− Elektrocuruf kaynağı
− Termit kaynağı
76
Elektron Işın Kaynağı (EBW)
Elektron Işın Kaynak Donanımı
Kaynak için gerekli ısının, parça yüzeyine yüksek
hassasiyette odaklanmış ve yönlenmiş yüksek
yoğunlukta elektron demeti ile sağlandığı eritme
kaynak yöntemi
• Elektron ışın tabancalarının işletimi:
− Elektronları ivmelendirmek için yüksek gerilim
(örn., tipik olarak 10 ila 150 kV tipik)
− Işın akımları düşüktür (miliamper olarak ölçülür)
• EBW’de güç değil güç yoğunluğu fazladır
Elektron ışını
Kontrol
ünitesi
Gözlem
penceresi
Yüksek
gerilim
ünitesi
Vakum kamarası
Parça
Vakum
pompası
78
77
EBW Vakum Kamarası
EBW’de Üç Vakum Seviyesi
• Yüksek-vakum kaynağı (EBW-HV) – kaynak, ışının
üretildiği aynı vakum kamarasında yapılır
− En yüksek kalitede kaynak, en yüksek
derinlik/genişlik oranı
• Orta-vakum kaynağı (EBW-MV) – kaynak, kısmi
vakumlu ayrı bir kamarada yapılır
− Vakum işlem süresi kısaltılmıştır
• Vakumsuz kaynak (EBW-NV) – Parça elektron ışın
jeneratörüne yakın konumlandırılarak, kaynak işlemi
atmosferik basınçta veya yakın değerde yapılır
− Parçayı ışın jeneratöründen ayırmak için Vakum
Bölücüsü gerekir
İlk geliştirildiğinde, EBW elektron ışınının hava
moleküllerince saptırılmasını en aza indirmek için
vakum ortamında oluşturulması gerekmekteydi
• Üretimde ciddi uygunsuzluklar
• Vakum işlemi 1 saat’e kadar sürebilir
79
80
EBW Üstünlükleri ve Eksiklikleri
Lazer Işın Kaynağı (LBW)
• Üstünlükleri:
− Yüksek kalitede dikişler, derin ve/veya dar profiller
− Sınırlı ITAB, düşük ısıl distorsiyon
− Yüksek kaynak hızları
− Dekapan veya koruyucu gaz gerekmez
• Eksiklikleri:
− Yüksek ekipman maliyeti
− Hassas ağız hazırlığı ve hizalama gerekir
− Vakum kamarası gerekir
− Güvenlik konusu: EBW x-ışınları üretir
Birleştirmenin, bağlantı üzerine odaklanmış, yüksak
yoğunlukta ve koheran ışık ışını ile sağlandığı eritme
kaynak yöntemi
• Laser = "light amplification by stimulated emission of
radiation"
• LBW normal olarak, oksitlenmeyi önlemek için
koruyucu gaz altında yapılır
• Genellikle ilave metal kullanılmaz
• Küçük alanda yüksek güç yoğunluğu sayesinde LBW
genellikle küçük parçalara uygulanır
81
Lazer Işını Kaynak Donanımı
Rezonatör
Koruyucu
gaz tüpü
Lazer
ışını
82
Karşılaştırma: LBW ile EBW
Yansıtıcı ayna
Odak
layıcı
mercek
Parça
83
• LBW için vakum kamarası gerekmez
• LBW’de x-ışınları yayınmaz
• Lazer ışınları, optik mercek ve aynalarla odaklanabilir
ve yönlendirilebilir
• LBW, EBW’nin derin kaynaklarını ve yüksek
derinlik/genişlik oranlarını oluşturamaz
− Maksimum LBW derinliği = ~ 19 mm,
oysa EBW derinliği = 50 mm
84
Elektrocuruf Kaynağı
Termit Kaynağı (TW)
Tel elektrod
besleme
Hareketli kaynak
kafası (yukarı)
Birleşme için gerekli ısının, termit’in kimyasal
reaksiyonundan sağlanan aşırı ısımış erimiş metalle
üretildiği eritme kaynak yöntemi
• Termit = Tutuşturulduğunda egzotermik bir reaksiyon
oluşturan, Al ve ince Fe3O4 tozlarının karışımı
• Yangın bombalarında da kullanılmaktadır
• İlave metal, sıvı metalden elde edilir
• Yöntem birleştirme için kullanılır; ancak kaynağa göre
döküm işleminde daha yaygındır
Hareketli pabuç
(her iki tarafta)
Soğutucu su
girişi
Esas
parça
Erimiş curuf
Erimiş kaynak metali
Katılaşmış kaynak metali
Su çıkışı
Şekil 31.24 – Elektrocuruf kaynağı: (a) görünüşü basitleştirmek için
kalıplama pabucu çizilmemiş önden görünüş, ve (b) Her iki tarafta
kalıplama pabuçları gösterilen yan görünüş
85
Termit
reaksiyonundan
aşırı sıcak
çelik
86
Termit Kaynağı’nın (TW) Uygulamaları
Curuf
Pota
Tapa aparatı
Kalıp
Curuf
• Demiryolu raylarının birleştirilmesi
• Büyük çelik döküm ve dövme parçalardaki çatlakların
tamiri
• Dikiş yüzeyi, sonradan işlemeyi gerektirmeyecek
derecede pürüzsüzdür
Kaynak
Şekil 31.25 - Termit kaynağı: (1) Termit’in tutuşturulması;
(2) potanın dökülmesi, aşırı ısınmış metal kalıba akar;
(3) metal, kaynaklı bağlantıyı oluşturmak üzere katılaşır
87
88
Katı Hal Kaynak Yöntemlerinde
Başarı Faktörleri
Katı Hal Kaynağı (Solid State Welding)
• Parça yüzeylerinin birleştirilmesi için:
− Sadece basınç, veya
− Isı ve basınç
− Eğer hem ısı hem de basınç kullanılıyorsa, tek
başına ısı parça yüzeylerini eritmeye yeterli
değildir
− Bazı SSW yöntemleri için, zaman da bir faktördür
• İlave metal kullanılmaz
• Her bir SSW yöntemi, temas yüzeylerinde bağ
oluşturmak için kendi özgün yöntemine sahiptir
• Başarılı bir katı hal kaynağı için temel faktörler, iki
yüzeyin
− Çok temiz
− Atomsal bağa izin verecek derecede çok yakın
fiziksel temas halinde
olması gerekir
89
90
Katı Hal Kaynak Yöntemlerinin Eritme
Kaynak Yöntemlerine göre Üstünlükleri
Katı Hal Kaynak Yöntemleri
• Eğer erime olmazsa, ITAB da oluşmaz; böylece
bağlantı çevresindeki metal başlangıçtaki özelliklerini
sürdürür
• Çoğu katı hal kaynak yöntemi, ayrı noktalar veya
dikişler şeklinde değil, temas eden arayüzeyin
tamamını birleştiren kaynaklı bağlantılar oluşturur
• Bazıları, izafi erime sıcaklıklarını ve eritme
kaynağında ortaya çıkan diğer problemleri göz önüne
almadan farklı metalleri birleştirmek için kullanılır
•
•
•
•
•
•
•
•
91
Dövme kaynağı
Soğuk kaynak
Haddeleme kaynağı
Sıcak basınç kaynağı
Difüzyon kaynağı
Patlamalı kaynak
Sürtünme kaynağı
Ultrasonik kaynak
92
Dövme Kaynağı
(Forge Welding = FW)
Soğuk Kaynak
(Cold Welding = CW)
Birleştirilecek kısımlarının sıcak dövme işlem
sıcaklığına kadar ısıtıldığı ve daha sonra çekiç veya
benzer aletlerle birbirine dövüldüğü kaynak yöntemi
• İmalat teknolojisinin gelişiminde tarihsel öneme sahip
− İşlemin geçmişi, demircilerin iki metal parçayı
kaynak yapmayı öğrendiği M.Ö. 1000’e kadar
dayanır
• Günümüzde bazı türleri hariç ticari önemi yoktur
Temiz temas yüzeyleri arasına oda sıcaklığında yüksek
basınç uygulayarak yapılan katı hal kaynak yöntemi
• Temizleme, birleştirmeden hemen önce genellikle
yağ giderme veya fırçalama ile yapılır
• Isı uygulanmaz; ancak deformasyon, parça
sıcaklığını yükseltir
• Metallerin en azından biri, tercihan da ikisi birden çok
sünek olmalıdır
− Yumuşak alüminyum ve bakır, soğuk kaynağa
uygundur
• Uygulamalar: elektriksel bağlantıların yapımı
93
94
Haddeleme Kaynağı
(Roll Welding = ROW)
Haddeleme Kaynağı
Birleşmeye yeterli basıncın, dış ısı ile veya olmadan,
merdaneler aracılığıyla uygulandığı katı hal kaynak
yöntemi
• Parçaların işlemden önce ısıtılıp ısıtılmadığına bağlı
olarak, dövme veya soğuk kaynağın özel bir hali
− Eğer dış ısı yoksa, soğuk haddeleme kaynağı
− Eğer ısı uygulanıyorsa, sıcak haddeleme kaynağı
Merdane
Dikiş
Kaynak yapılacak
parçalar
Kaynaklı
parçalar
Şekil 31.26 - Haddeleme Kaynağı (ROW)
95
96
Difüzyon Kaynağı
(Diffusion Welding = DFW)
Haddeleme Kaynağının Uygulamaları
• Korozyon direnci için paslanmaz çeliğin alaşımsız
veya düşük alaşımlı çelik üzerine giydirilmesi
• Sıcaklık ölçümü için Bimetallic şeritler
• U.S. Darphanesi için"Sandviç" metal paralar
Genellikle kontrollü bir atmosferde, difüzyon ve
birleşimin oluşmasına yeterli süre ısı ve basınç
kullanan katı hal kaynak yöntemi
• Sıcaklıklar ≤ 0.5 Tm
• Yüzeylerdeki plastik deformasyon minimumdur
• Birincil birleşme mekanizması katı hal difüzyonudur
• Sınırlamalar: difüzyon için gereken süre, birkaç
saniyeden birkaç saate kadar uzayabilir
97
98
Patlamalı Kaynak
(Explosive Welding = EXW)
Difüzyon Kaynağının Uygulamaları
• Uzay ve nükleer endüstrilerde yüksek dayanımlı ve
refrakter metallerin birleştirilmesi
• Benzer ve farklı metallerin birleştirilmesinde
kullanılabilir
• Farklı metallerin birleştirilmesi için, esas metallere
difüzyonu arttırmak için, aralarına farklı bir metalden
dolgu tabakası yerleştirilebilir
Yüksek hızlı patlamanın iki metal yüzeyi hızla
birleştirilmesini sağladığı katı hal kaynak yöntemi
• İlave metal kullanılmaz
• Dış ısı uygulanmaz
• Difüzyon oluşmaz – zaman çok kısadır
• Metaller arasındaki bağ, dalgalı bir arayüzeyle
sonuçlanan mekanik kilitlenmeyle beraber
metalurjiktir
99
100
Sürtünme Kaynağı
(Friction Welding = FRW)
Patlamalı Kaynak
Çoğu kez iki farklı metalin birleştirilmesinde, özellikle de
büyük yüzeyler halinde bir metalin diğerinin üzerine
kaplanmasında kullanılır
Patlama
Patlayıcı
Tampon
Kaplanan tabaka
Ateşleyici
Aralık
Altlık
Örs
Dikiş
Kaplanan
tabaka
Alt
tabaka
Yüzey filmlerinin
fışkırması
Şekil 31.27 - Patlamalı kaynak (EXW): (1) paralel konfigürasyon
halinde yerleştirme, ve (2) patlayıcının patlaması sırasındaki
durum
Birleşmenin, basınçla birlikte sürtünme ısısıyla
oluşturulduğu katı hal kaynak yöntemi
• Uygun yapıldığında, temas yüzeylerinde erime
oluşmaz
• Normal olarak ilave metal, dekapan veya koruyucu
gaz kullanılmaz
• İşlem dar bir ITAB oluşturur
• Farklı metallerin birleştirilmesinde kullanılabilir
• Ticari işlemlerde geniş çapta kullanılır; otomasyona
ve seri üretime uygundur
101
Dönen
kavrama
102
Dönmeyen
kavrama
Eksenel
hareket
edebilir
Kuvvet
uygulanırken
dönme
durdurulur
Sürtünme Kaynağının İki Türü
Sürtünme
oluşturmak
üzere parçalar
temas ettirilir
1. Sürekli tahrikli sürtünme kaynağı
− Parçalardan biri, sabit parçaya doğru, ara
yüzeyde sürtünme ısısı oluşturmak üzere sabit
dev/dak’da döndürülür
− Uygun ısıl işlem sıcaklığında dönme durdurulur
ve parçalar birbirine bastırılır
2. Atalet sürtünme kaynağı
− Dönen parça, önceden saptanmış bir hızda
dönen bir volana bağlıdır
− Volan tahrik sisteminden ayrılır ve parçalar
birbirine bastırılır
Eksenel
kuvvet
uygulanır
Oluşan dikiş
Şekil 31.28 - Sürtünme kaynağı (FRW): (1) dönen parça, temas yok;
(2) sürtünme ısısı üretmek üzere parçalar temas haline getirilir; (3)
dönme durdurulur ve eksenel basınç uygulanır; ve (4) kaynak
oluşturulur
103
104
Sürtünme Kaynağının Uygulamaları ve
Sınırları
Ultrasonik Kaynak
(Ultrasonic Welding = USW)
• Uygulamaları:
− Şaft ve borusal parçalar
− Endüstriler: otomotiv, uçak, ziraat makinaları,
petrol ve doğal gaz
• Sınırları:
− Parçalardan en az biri dönel olmalıdır
− Yığma çapağı genellikle uzaklaştırılır
− Yığma, parça boylarını kısaltır (tasarım
aşamasında dikkate alınması gerekir)
İki parçanın birarada tutulduğu ve birleştirmek üzere
arayüzeye ultrasonik frekansta titreşimsel kayma
gerilmeleri uygulandığı katı hal kaynak yöntemi
• Titreşim hareketi, teması sağlamak üzere yüzeylerde
mevcut tabakaları kırar ve metalurjik bağ oluşturur
• Yüzeyler ısınmasına rağmen sıcaklıklar Tm’nin çok
altındadır
• İlave metal, dekapan veya koruyucu gaz kullanılmaz
• Genellikle alüminyum ve bakır gibi yumuşak
metallerin bindirme tipi bağlantısıyla sınırlıdır
105
Ultrasonik Kaynağın Uygulamaları
Aşağıya doğru
kuvvet
Kütle
Ultrasonik
transdüser
Sonotrod ucu
Titreşim
hareketi
• Elektrik ve elektronik endüstrisi için tel terminalleri ve
bağlantıları (lehimlemeye ihtiyacı ortadan kaldırır)
• Alüminyum saç metal panellerin birleştirilmesi
• Güneş panellerinde boruların saçlara kaynağı
• Otomotiv endüstrisinde küçük parçaların
birleştirilmesi
Sonotrod ucu
Kaynak yapılacak
parçalar
Örs
106
Örs
Şekil 31.29 - Ultrasonik kaynak (USW):
(a) Bir bindirme bağlantı için genel ekipman; ve (b) kaynak
bölgesinin yakından görünüşü
107
108
Kaynak Kalitesi
Artık Gerilmeler ve Distorsiyon
Yeterli dayanımda ve hata içermeyen, kabul edilebilir bir
kaynaklı bağlantı elde edilmesiyle ve bağlantının
kalitesini ispat etmesi için kullanılan muayene ve test
yöntemleriyle ilgilidir
• Konu başlıkları:
− Artık gerilmeler ve distorsiyon
− Kaynak hataları
− Muayene ve test yöntemleri
• Eritme kaynağı sırasında yerel bölgelerde hızlı ısıtma
ve soğuma, kaynaklı parçada artık gerilmelere neden
olan ısıl genleşme ve büzülmelere yol açar
• Bu gerilmeler sırasıyla distorsiyon ve çarpılmalara
neden olur
• Kaynak sırasındaki durum karmaşıktır zira:
− Isıtma çok yereldir
− Bu bölgelerde esas metallerde erime olur
− Isıtma ve erimenin konumu hareket halindedir (en
azından ark kaynağında)
109
Kaynak çubuğu
110
Kaynak dikişi
Kaynaktan sonra
Kaynaktan önce
(a)
(b)
Boylamasına
gerilme dağılımı
Enine gerilme dağılımı
(c)
(d)
Şekil 31.30 – (a) Alın kaynaklı iki levha; (b) kaynaklı parçada enine büzülme;
(c) enine ve boyuna gerilme dağılımı; (d) kaynaklı parçadaki muhtemel
çarpılma
111
Distorsiyonu En Aza İndirme Teknikleri
• Parçaları kaynak sırasında fiziksel olarak sınırlayan
Kaynak Fikstürleri
• Distorsiyonu azaltmak üzere ısıyı hızlı uzaklaştıran
Isı Emiciler
• Sürekli dikiş kaynağından önce rijit bir yapı
oluşturmak üzere bağlantı boyunca pek çok noktadan
puntalama
• Kaynak koşullarının, ondülasyonu azaltacak şekilde
seçilmesi (hız, kullanılan ilave metal, vs.)
• Isıl gerilmeleri azaltmak için esas metallerin Ön
Tavlanması
• Kaynaklı parçanın Uygun Tasarımı
112
Kaynak Hataları
Kaynak Çatlakları
•
•
•
•
Çatlaklar
Boşluklar
Katı kalıntılar
Düzgün olmayan şekil veya kabul edilemez dış
görünüş
• Yetersiz erime
• Diğer hatalar
Kaynak dikişinde veya kaynağa bitişik esas metalde,
ayrılma türü süreksizlikler
• Metalde dayanımı önemli oranda düşüren bir
süreksizlik olduğundan, ciddi hata
• Büzülme sırasında yüksek sınırlama ile birleşik,
kaynağın gevrekliği veya düşük sünekliği nedeniyle
oluşur
• Genel olarak bu hatanın tamir edilmesi gerekir
113
114
Boşluklar
Dökümdeki hatalara benzer iki hata türü:
1. Gözenek – kaynak metalinin katılaşması
sırasında sıkışan gazların oluşturduğu küçük
boşluklar
• Atmosferik gazlar, kaynak metalindeki kükürt
veya yüzey kirlilikleri neden olur
Enine çatlak
Dikişaltı çatlağı
Boyuna çatlak
Esas metal çatlağı
2. Büzülme boşlukları – katılaşma sırasındaki
büzülmenin oluşturduğu boşluklar
Şekil 31.31 - Kaynak çatlaklarının değişik şekilleri
115
116
Yetersiz Erime
• Erime azlığı olarak da bilinen, erimenin bağlantının
tüm kesitinde oluşmadığı bir kaynak dikişidir
Katı Kalıntılar
• Katı kalıntılar – kaynak metalinde sıkışmış metal dışı
malzemeler
• En yaygın türü, dekapan kullanılan ark kaynak
yöntemlerinde oluşan curuf kalıntılarıdır
− Katılaşma sırasında, kaynak metalinin yüzeyinde
yüzmek yerine dikişin içinde sıkışırlar
• Kalıntıların diğer şekli, normal halde Al2O3 yüzey
kaplamasına sahip alüminyum gibi belirli metallerin
kaynağında oluşan metal oksitlerdir
Yetersiz erime
Şekil 31.32 - Yetersiz erimenin değişik şekilleri
117
Ark Kaynağında Kaynak Profili
118
Ark Kaynağındaki Kaynak Hataları
Kaynaklı bağlantı, dayanımı en yüksek değere çıkarmak
ve yetersiz erime veya nüfuziyet azlığından kaçınmak
için istenen belirli bir profile sahip olmalıdır
Yanma oluğu
Eksik dolgu
Soğuk yapışma
Düzgün profil
Şekil 31.33 - Farklı kaynak hataları içeren aynı bağlantı: (b) esas
metalin bir kısmının eriyerek uzaklaştığı yanma oluğu; (c)
dikişin seviyesinin, bitişiğindeki esas metal yüzeyinin altında
olduğu eksik dolgu; and (d) kaynak metalinin bağlantıdan
esas metal yüzeyine aktığı ancak erimenin oluşmadığı soğuk
yapışma (taşma)
Şekil 31.33 - (a) Tek V-ağızlı kaynak bağlantısı için istenen dikiş
profili
119
120
Gözle Muayene
Muayene ve Test Yöntemleri
En yaygın kullanılan kaynak muayene yöntemi
• İnsan denetçi, kaynaklı bağlantıyı aşağıdakiler
açısından gözle muayene eder
• Boyutsal özelliklere uygunluk
− Ondülasyon
− Çatlaklar, boşluklar, yetersiz erime ve diğer yüzey
hataları
• Sınırlamalar:
− Sadece yüzey hataları tespit edilebilir
− İç hatalar tespit edilemez
− Kaynak denetçisi, ilave testlere gerek olup
olmadığını saptamalıdır
• Gözle Muayene
• Tahribatsız Değerlendirme (Nondestructive Evaluation)
• Tahribatlı Test
121
122
Gözle Muayenede Tespitler
İçköşe kaynağı
• Dikiş boyut hataları
• Dış görünüş hataları
• Kırma testi ile dikiş kesitindeki hatalar
Sıyırma kuvveti
Orijinal durum
Kırma
testi
Nokta kaynağı
Nokta kaynak
çekirdeği
Boyut kontrolu
Sıkıştırma
kuvveti
Başlangıç
yeri
Yanma
oluğu
Aşırı kök
sarkıklığı
Curuf
kalıntısı
123
Şekil 31.34 – Kaynakta kullanılan mekanik testler: (a) ark kaynaklı
parçanın çekme testi; içköşe kırma testi; (c) nokta kaynaklı
parçanın çekme-makaslama testi; (d) nokta kaynağı için sıyırma
(tear-down) testi
124
Tahribatsız Deneyler
(Non-Destructive Testing = NDT)
Tahribatsız Değerlendirme Testleri
(Non-Destructive Evaluation = NDE)
Sıvı
penetran
testi
• Ultrasonik test – yüksek frekanslı ses dalgaları
numuneye yönlendirilir, böylece süreksizlikler
(çatlaklar, kalıntılar), ses iletimindeki kayıplarla tespit
edilir
• Radyografik test – muhtemel iç hataların fotografik
filmini elde etmek için x-ışınları veya gama
radyasyonu
• Sıvı penetran ve fluoresan penetran testleri – yüzeye
açılan çatlak veya boşluk gibi küçük hataların tespit
yöntemleri
• Manyetik parçacık testi – (ferromanyetik malzemeler)
parçadaki manyetik alanın bozulması sayesinde,
yüzey altı hataları ortaya çıkaracak şekilde demir
tozunun kümelenmesi
Ultrasonik test
Radyografik test
Manyetik
parçacık
testi
125
Tahribatlı Deneyler
Tahribatlı Deneyler - Örnekler
Kaynağın, ya deney sırasında ya da deney numunesi
hazırlarken tahrip edildiği deneyler
• Mekanik deneyler – amaç, çekme deneyi, kesme
deneyi vs. gibi geleneksel deneylerle aynıdır
− Fark, deney numunesinin kaynaklı bağlantı
içermesidir
− Metalurjik deneyler, metalik yapının, hataların,
ITAB’ın genişliğinin ve özelliklerinin ve benzer
noktaların incelenmesi için kaynağın metalurjik
numunelerinin (örn. fotomikrografi) hazırlanmasını
içerir
Çekme deney
127
Eğme deneyi
Çentik vurma deneyi
128
Kaynak Kabiliyeti Faktörleri – Kaynak
Yöntemi
Kaynak Kabiliyeti
Bir metal veya metaller kombinasyonunun, uygun
şekilde tasarlanmış bir yapı haline kaynak edilmesi
ve sonuçta oluşturulan kaynaklı bağlantı(lar)ın,
planlanan serviste tatminkar şekilde hizmet etmesi
için gerekli metalurjik özelliklere sahip olma
kapasitesi
• İyi kaynak kabiliyeti aşağıdaki noktalarla karakterize
edilir:
− Kaynak yönteminin uygulanma kolaylığı
− Kaynak hatalarının olmaması
− Kaynaklı bağlantıda kabul edilebilir dayanım,
süneklik ve tokluk
• Bazı metaller veya metal kombinasyonları, bir
yöntemle kolayca kaynak edilebilirken diğerleriyle
zor kaynak yapılır
− Örnek: paslanmaz çelik, çoğu ark ve direnç
kaynak yöntemleriyle kolayca kaynak edilebilir
ancak oksi-asetilen kaynak yöntemiyle kaynağı
zordur
129
Kaynak Kabiliyetini Etkileyen Faktörler –
Esas Metalin Özellikleri
130
Kaynak Kabiliyetini Etkileyen Diğer
Faktörler
• Erime sıcaklığı, ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme
katsayısı
− Bazı metaller kolayca erir; örn., alüminyum
− Yüksek ısıl iletkenliğe sahip metaller, ısıyı kaynak
dikişinden uzağa hızla ileterek problem oluşturur
örn. bakır
− Metaldeki yüksek genleşme ve büzülmeler,
kaynaklı yapıda distorsiyon problemlerine neden
olur
− Farklı metaller, eğer fiziksel ve mekanik özellikleri
çok farklıysa problem çıkarırlar
• İlave metal
− Esas metal(ler)le uyumlu olmalıdır
− Genel olarak, sıvı halde bir katı çözelti oluşturan
elementler, katılaşma sonrasında bir problem
oluşturmazlar
• Yüzey koşulları
− Nem, erime bölgesinde gözeneğe yol açar
− Metal yüzeyindeki oksitler ve diğer katı filmler,
yeterli teması ve erimeyi engelleyebilir
131
132
Kaynakta Tasarım Koşulları
Ark Kaynağı Tasarım Kılavuzları
• Kaynağa uygun tasarım - ürün, başlangıcından
itibaren, bir kaynaklı yapı olarak tasarlanmalı ve
döküm, dövme veya diğer şekillendirilmiş form olarak
düşünülmemelidir
• Minimum parça sayısı - kaynaklı yapılar, mümkün
olan en az sayıda parçadan oluşturulmalıdır
− Örnek: bir yapıyı basit eğme işlemleriyle
oluşturmak, düz levha ve saçlardan kaynakla
oluşturmaya göre daha pahalıya malolur
• Parçaların birbirine iyi uyumu – boyutsal kontrolu
sağlamak ve distorsiyonu en aza indirmek için
− Bazen tatminkar uyumu sağlamak için talaşlı
işleme gerekebilir
• Yapı, kaynak tabancasının kaynak yapılacak bölgeye
ulaşabileceği şekilde tasarlanmış olmalıdır
• Yapının tasarımı, en hızlı ve enuygun kaynak
pozisyonu olduğundan, mümkün olduğu kadar yatay
kaynak yapılacak şekilde tasarlanmalıdır
133
134
Direnç Nokta Kaynağı
Tasarım Kılavuzları
Ark Kaynak Pozisyonları
• Yatay kaynak en iyi pozisyondur
• Tavan kaynağı en zor olandır
• 3,2 mm kalınlığa kadar düşük karbonlu saç, direnç
nokta kaynağına uygundur
• Büyük düz saç metallerde ilave dayanım ve rijitlik
elde etmek için :
− Üzerine takviye parçaları eklemek, veya
− Üzerinde flanş ve çıkıntılar oluşturmak gerekir
• Nokta kaynaklı yapılar, elektrodun kaynak bölgesine
ulaşmasını sağlamalıdır
• Direnç nokta kaynağında elektrod ucunun uygun
teması için saç metallerde yeterli bindirme boyu
oluşturulması gerekir.
Şekil 31.35 - Kaynak pozisyonları (burada alın kaynağı için
tanımlanmışlardır): (a) yatay (PA), (b) korniş (ufki) (PC), (c)
dikey (PF ve PG), ve (d) tavan (PE)
135
136