İmal Kaynak birleştirme yöntemleri 1 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi MAK 351 İMAL USULLER İ Bölüm 18 B İRLE ŞT İRME YÖNTEMLER İ Doç.Dr.Murat Vural İTÜ Makine Fakültesi 2 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Bölüm18- B İRLE ŞT İRME YÖNTEMLER İ 18-1. Sınıflandırma 18-2. Mekanik Birle ştirme 18-3. Katı Hal Kayna ğı 18-4. Eritme Kayna ğı 18-5. Direnç Kayna ğı 18-6. Ark Kayna ğı 18-7. Di ğer Kaynak Yöntemleri ve Kesme 18-8. Sıvı-Katı Hal Birle ştirme 18-9. Yapı ştırma 18-10. Plastiklerin ve Seramiklerin Birle ştirilmesi 18-11. Yöntem Kapasiteleri ve Tasarım Kriterleri 3 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Birle ştirme Yöntemleri •B i r l e ştirme, di ğer yöntemlerle imal edilen parçaları alıp birle ştirmesi bakımından bu yöntemlerden tamamen farklıdır ve bu nedenle bir montaj yöntemi olarak kabul edilmelidir. • Mamul, di ğer tekniklerle imal edilen bir parçayla yer de ği ştirebilir (örn. Dökme bir tezgah gövdesi, kaynaklı bir çerçeve ile de ği ştirilebilir) veya mamul sadece kaynakla da üretilebilir (örn. Bir otomobil gövdesi, bir otomobil radyatörü veya bisiklet çerçevesi). •Ç o ğu birle ştirme yöntemleri metallerle ilgiliyken, plastik ve seramikler de benzer tekniklerle birle ştirilebilir. 4 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sınıflandırma • Bu bölümde, geçici birle ştirme yöntemlerinden çok kalıcı yöntemler ele alınacaktır. • Mekanik birle ştirme yöntemleri, metal i şleme yöntemlerinden türetilmi şken, katı hal teknikleri, yapı ştırma ve deformasyondan, eritme kayna ğı dökümden ve sıvı/katı yöntemleri katıla ştırma, yapı ştırma ve polimer tekniklerinden elde edilmi ştir. • Ancak tüm bunlar arasında temel farklılıklar da mevcuttur. •B i r l e ştirme yöntemleri son derece emek-yo ğun tekniklerdir. Bu nedenle mekanizasyon ve otomasyon çabaları çok yo ğundur.5 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-1. Birle ştirme yöntemlerinin sınıflandırılması 6 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Mekanik Birle ştirme •Y a r ı-kalıcı vidalı birle ştirmeye ek olarak çok sayıda mekanik birle ştirme yöntemi mevcuttur. Şekil 18-2. Kalıcı mekanik birle ştirmeler: (a) Perçin; (b) borusal perçin; (c) Kör perçin; (d) Zımba; (e) Kenet 7 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Mekanik Birle ştirme (devam) Şekil 18-3. Kalıcı mekanik birle ştirmeler: (a) Kıvrık delik; (b) Ezilmi ş halka; (c) Tırnaklı birle şim Clinching i şlemi (P ŞV ile birle ştirme) Üst saç Alt saç Üst takım Alt takım 8 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Örnek 18-2 Alüminyum yiyecek kaplarının kapaklarında yırtılan kısmının birle ştirilmesinde, clinching ile ilgili bir yöntem kullanılmaktadır ( Şekil Örn. 18-2). İlk olarak (a) bir kubbe gerilir; (b) daha derin ve daha küçük çaplı bir kubbe haline getirilir; yırtılan kapak, bunun üzerine yerle ştirilir ve (c) kubbe, entegre, sızdırmaz perçinli bir birle şim olu şturmak üzere düzle ştirilir. Şekil- Örnek 18-2.9 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Katı Hal Kayna ğı • Atomlar arası ba ğlar, iki yüzeyin atomlarını birbirine yakla ştırarak olu şturulabilir (Bkz. Bölüm 4-9-2). Bunun için yüzeylerin temiz olması esastır ve bazı önlemlerin alınması gerekir: - 1. Yüzeyler arasında izafi hareket - 2. Temas eden yüzeylerin plastik deformasyonu - 3. Belirli bir normal basıncın uygulanması - 4. Isı uygulanması • Genellikle di ğer yöntemlerin yetersiz kalması durumunda katı hal kayna ğı tercih edilir. Yine de, en iyi ba ğlar, atomsal uyum (iki bile şenin atomlarının benzer yerle şime ve aynı kafes yapısına sahip olması) durumunda elde edilir. 10 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi So ğuk Kaynak – Bindirme Kayna ğı So ğuk kaynak terimi, i şlemin oda sıcaklı ğında yapıldı ğı anlamında kullanılmaktadır. 1. Bindirme kayna ğı, dalıcı uçlar birle ştirilen saçlara nüfuz ederken, yüzeylerin % 50-90 genle şmesine dayanır. Şekil 18-4-a. So ğuk bindirme kayna ğı 11 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Alın Kayna ğı 2. Tellerin Alın kayna ğı, tel uçlarının yüzey genle şmesi olu şacak şekilde üst üste bindirilerek ezilmesi ile gerçekle ştirilir. Kaynak, uçların kıvrılması ile daha da kuvvetlendirilebilir. Şekil 18-4-b. Alın kayna ğı 12 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Haddeleme Kayna ğı 3. Haddeleme birle ştirmesi veya haddeleme kayna ğı, büyük redüksiyonların büyük genle şmelere neden olması (tek pasoda % 50-80) ve yüzey filmlerini parçalaması sayesinde yüksek verimlili ğe sahiptir. Şekil 18-4-c. Haddeleme kayna ğı13 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Haddeleme Kayna ğına Örnek Birle şim, buzdolabı evaporatör plakalarında oldu ğu gibi grafit veya seramik gibi ayırıcı maddeler kullanılarak yerel olarak önlenebilir; basınçlı hava veya sıvı ile şi şirme, parçaların birle şmeyen kısımlarını ayırır. Şekil 18-4-d. Haddelenerek birle ştirilmi ş parçaların şi şirilmesiyle, kanallar olu şturulabilir. Grafit veya seramik toz ile birle şmesi önlenmi ş bölgeler 14 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Patlamalı Kaynak 4. Patlamalı kaynak i şleminde birle şim, arayüzeyin büyük oranda deformasyonu ile sa ğlanır. Bir patlayıcı tabakası, kaplanacak esas metalin yüzeyinden belirli bir uzaklıkta yerle ştirilmi ş bir kaplama plakası veya sacının (uçan plaka) üzerine yerle ştirilir. •P a t l a y ıcı bir uçtan ate şlendi ğinde olu şan basınç, uçan plakalı belirli bir açıda yüzeye hızlandırır. Yo ğun basınç altında, yüzey kirliliklerini içeren bir sıvı jeti olu şur. 15 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-5-a ve b. Patlamalı kaynakla katı hal birle şimi Patlamalı Kaynak •Ç o ğu durumda erime olu şmaz; ancak adhezyon ve mekanik kilitlenmenin bile şimi, güçlü bir ba ğ olu şturur • Bu teknik, büyük plakaların elde edilmesinde kullanılır 16 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Patlamalı Kaynak17 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Ultrasonik Kaynak 5. Ultrasonik kaynak i şleminde, te ğetsel sürtünme ile arayüzeyin izafi hareketi olu şturulur. Büyük bir deformasyon yoktur ve proses, folyoların ve elektronik bile şenlerin bindirme kayna ğına uygundur Şekil 18-5-c. Arayüzeyde sürtünme hareketi ile ultrasonik kaynak 18 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Difüzyon Kayna ğı • Genel olarak, sıcaklı ğın difüzyona yeterli yükseklikte olması halinde (tipik olarak 0.5 T m ’nin üzerinde) daha iyi ba ğ elde edilir. • Difüzyon kayna ğı yeni de ğildir. Demirciler, yüzyıllardır altın ve bakırı bu yöntemle birle ştirmektedir ( Şekil 18- 6-a) • Gerekli basınç bir pres ile sa ğlanabilir veya parçaları dü şük genle şme katsayılı bir malzemeden (genellikle molibden) yapılan bir fikstür içinde tutarak da olu şturulabilir. Sıcak basınç kayna ğı terimi de kullanılmaktadır. • Difüzyon kayna ğı süperplastik şekil verme ile birle şik halde de uygulanmaktadır ( Şekil 18-6-b). 19 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-6. Yüksek sıcaklıklarda birle ştirme, önemli oranda plastik şekil de ği şimi olmaksızın, (a) sadece difüzyon kayna ğı ile veya (b) daha karma şık parçaların eldesi için süperplastik şekil verme ile birle şik difüzyon kayna ğı ile yapılabilir. Difüzyon Kayna ğı (devam) 20 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sıcak Kaynak – Dövme Kayna ğı Genel olarak sıcak kaynak terimi, sıcak i şleme bölgesindeki deformasyonla yapılan kayna ğı tanımlamakta kullanılır. 1. Dövme Kayna ğı, en eski endüstriyel kaynak i şlemidir. Sıcak, ön şekil verilmi ş parçalar, genellikle demir ve çelik, yüzey kirliliklerinin uzakla ştırılması için ve atomlar arası ba ğ olu şturmak için birbiri üzerinde dövülür ( Şekil 18-7-a). • Teknik, birle ştirme için (örn. Zincir baklaları), boruların kayna ğı için veya tabaka olu şturmak için kullanılır. •P a r ç a l a r ın uçları birbirine bastırılarak da birle ştirilebilir (alın kayna ğı) ancak birle şim zayıf olur.21 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-7-a. Yüksek sıcaklıklarda katı hal birle ştirme i şlemi. (a) Dövme kayna ğı Dövme Kayna ğı (devam) 22 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi İndüksiyon Kayna ğı 2. Yöntemin daha yeni versiyonlarında, oksitlenmeyi en aza indirmek için indüksiyonla ısıtma kullanılmaktadır ( Şekil 18-7-b). Bu durumda daha az deformasyon gerekir; bu nedenle parçaların alın kayna ğı yapılabilir. Şekil 18-7-b. Yüksek sıcaklıklarda katı hal birle ştirme i şlemi. (a) İndüksiyon kayna ğı 23 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Elektrik Alın Kayna ğı 3. Isı, birbirine bastırılan parça yüzeylerinden bir akım geçirilerek de üretilebilir ( Şekil 18-7-c). Elektrik alın kayna ğı, bugün büyük oranda Yakma Alın Kayna ğı ile yer de ği ştirmi ştir. Şekil 18-7-c. Yüksek sıcaklıklarda katı hal birle ştirme i şlemi. (c) Elektrik alın kayna ğı 24 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sıcak Haddeleme Kaynağı 4. Sıcak haddeleme birle şimi (haddeleme kayna ğının yüksek sıcaklıkta yapılan türü), dü şük maliyetli ve yüksek performanslı kompozitlerin üretiminde yaygın şekilde kullanılmaktadır. • Böylece korozyon dayanımı yüksek saf alüminyumla kaplı yüksek dayanımlı, çökelme sertle şmeli bir alüminyum çekirdekli Alclad malzemeler elde edilmektedir. Paslanmaz çelikler de yumu şak çelik üzerine kaplanmaktadır. •F a r k l ıı sıl genle şme de ğerlerine sahip metaller birle ştirilerek, termostatlarda kullanılan bimetalik şeritler elde edilmektedir.25 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-4-c. Sıcak haddeleme kayna ğı Örn. Yumu şak çelik Örn. Paslanmaz çelik Sıcak Haddeleme Kaynağı (devam) 26 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sürtünme Kayna ğı • İki cismin birbiri üzerinde kayarken olu şan sürtünme i şi, ısıya dönü şür; kayma hızı yüksekse ve ısı dar bir bölgede toplanmı şsa kaynak olu şur. • Sürekli tahrikli sürtünme kayna ğında, bir parça sıkıca tespit edilmi şken di ğeri (genellikle dönel simetriye sahip olanı) di ğerine bastırılır. Sıcaklık yükselir; kısmen olu şan kaynak noktaları kesilir; yüzey filmleri parçalanır; dönme aniden durdurulur ve ilave bir yı ğma kuvveti uygulanarak tüm yüzey kaynak yapılır. •Y u m u şayan metalin bir kısmı dı şarıya yayılarak çapak olu şturur. Isınan bölge çok küçüktür; bu nedenle farklı metaller kolayca kaynak yapılabilir 27 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sürtünme Kayna ğı (devam) • Atalet sürtünme kayna ğında ise dönme hareketi,hareketi durana kadar verece ği enerjinin kayna ğa yeterli olaca ğı bir volan tarafından gerçekle ştirilir. • Sürtünme karı ştırma kayna ğı, levha ve saçların birle ştirilmesinde kullanılır. Dönel bir takım, birle şim bölgesine girerek diki ş boyunca hareket eder. Şekil 18-8. (a) Isı parçaların birbirine kar şı döndürülmesiyle üretilir ve yı ğma i şlemiyle ba ğ olu şturulur; (b) dönel bir takım sürtünme karı ştırma kayna ğında ısı üretir. 28 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eritme Kayna ğı • Uygulamaların büyük kısmında, atomlar arası ba ğ eritmeyle olu şturulur. • Parça malzemeleri (esas metal) ve ilave metal (kullanılırsa), benzer bile şime ve erime sıcaklı ğına sahiptir. Yöntem, eritme kayna ğı veya kısaca kaynak olarak adlandırılır. • Kaynak, döküm i şlemine benzer. Esas ve ilave metali eritmek için ısı kullanılır. Erime, fiziksel olarak kendisini çevreleyen yüksek ısıl iletkenli ğe sahip esas metalle temas halinde oldu ğu ve bu nedenle çok hızlı (saniyenin onda veya yüzde birkaçında) so ğudu ğu bölgesinde olu şur. Böylece so ğuma hızları, metal kalıba dökümdekine benzer29 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eritme Birle şimi • Bir eritme birle şimi, homojenlikten çok uzaktır. Homojensizlik derecesi ve karma şıklı ğı, saf metalden çok fazlı ala şımlara do ğru artar ve birim uzunluk boyunca ısı girdisinin bir fonksiyonudur. • Daha büyük ısı yo ğunlukları, - daha derin nüfuziyete (penetrasyon), - daha yo ğun ısı bölgesine, - metalurjik yapıda daha az de ği şiklik ve - kaynak diki şinde daha dü şük gerilmelere • yol açar. 30 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tek Fazlı Malzemeler (devam) • Benzer bile şime sahip bir çubukla kaynak yapılan alüminyum veya bakır gibi bir saf metalin kesiti, uygulanan ısının sadece kaynak çubu ğunun de ğil, kaynak banyosu (veya kısaca kaynak) olu şturmak üzere, aynı zamanda esas metalin bir kısmının da eridi ğini gösterir. •E r i m e s ınırına biti şik esas metal, yüksek sıcaklıklara maruz kalır ve, yapı ve özellikleri Isının Tesiri Altındaki Bölge’de (ITAB) de ği şir. ( Şekil 18-9) 31 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-9. So ğuk haddelenmi ş bir saf metalin veya katı çözelti ala şımının eritilmesi, ITAB’da dayanımın dü şmesine neden olur. Tek Fazlı Malzemeler (devam) 32 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tek Fazlı Malzemeler (devam) •E ğer parça malzemesi ba şlangıçta so ğuk haddelenmiş ise ve bu nedenle uzamı ş tanelere sahipse, ITAB’da yeniden kristalle şme olu şur. • Belirli bir so ğuk haddeleme için, tane boyutu, artan sıcaklıkla daha uzun olur; bu nedenle erime sınırındaki çok iri taneler, ITAB sınırında, sadece kısmi yeniden kristalle şmenin olu ştu ğu ince tanelere do ğru dönü şür. •E ğer parça tavlanmı ş malzemeden yapılmı şsa, kaynak sırasındaki ilave ısı girdisi, taneleri daha da irile ştirir. 33 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tek Fazlı Malzemeler (devam) • Her iki durumda da, erime sınırında dü şük dayanıma sahip iri taneli bölge olu şur. •K a t ıla şma, bu bölgede epitaksiyel büyüme (kristal büyürken, aynı kristal do ğrultusunda atomların birikmesi) şeklinde ba şlar. Bu durum, kaynak metalinde iri, kolonsal tanelerin olu şmasına yol açar. 34 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tek Fazlı Malzemeler (devam) • Üstten bakıldı ğında, maksimum ısı girdisinin oldu ğu yerde bir kaynak banyosu bulunur. Kaynak çizgisel yapıldı ğında, ısı girdisi, ilerleme hızında hareket eder. • Saf bir metalde veya çözelti ala şımında, dü şük hızlarda, katıla şan taneler ısı menbaına do ğru döner ve banyonun merkezinde, ba ğımsız çekirdekleşmi ş taneler bulunur ( Şekil 18-10-a) • Daha büyük ilerleme hızlarında, kaynak banyosu uzamaya ba şlar ve katıla şma, erime sınırından merkeze do ğru dikey olarak ilerler. 35 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tek Fazlı Malzemeler (devam) •E ğer dü şük erime sıcaklı ğına sahip katı şkılar varsa, tane sınırında segregasyona u ğrarlar ve sıcak çatlamaya neden olabilirler. ( Şekil 18-10-b) Şekil 18-10. Çizgisel kaynaklarda, birim uzunluk ba şına ısı girdisi, kaynak banyosunun şeklini ve katıla şan kaynak metalinin yapısını belirler: (a) dü şük hızlarda taneler e ğrisel olurken (b) yüksek hızlarda e ğer dü şük sıcaklıkta eriyen katı şkılar varsa, zayıf bir merkez düzlemi olu şur. 36 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sıcak Çatlak olu şumu •S ıcak çatlak ifadesi, çatla ğın kaynak metalinde meydana geldi ğini gösterir. Sıcak çatlak olu şumu Bir kö şe kayna ğında sıcak çatlak37 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi İki Fazlı Malzemeler • Teknik açıdan önemli ço ğu malzeme, iki veya çok fazlıdır ve bunların kayna ğa uygunlukları, sıvı ve katı hallerde meydana gelen olaylara ba ğlıdır. •1 . Ötektik bile şime sahip malzemeler, uygun katıla şma modu sayesinde, çok az problem çıkarır. •2 . Çökelme sertle şmeli ala şımlar, tavlanmı ş halde problemsiz kaynak yapılır. E ğer katıla şma süresi kısa ise, kayna ğın etkisi, sonraki çözme tavı ve tüm kaynaklı parçanın tekrar ya şlandırılması ile giderilebilir. E ğer kaynaklı parça bu i şlemin uygulanamayaca ğı kadar büyükse, eritme kayna ğında ITAB’da dayanım dü şü şleri meydana gelebilir. ( Şekil 18-11). 38 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi İki Fazlı Malzemeler Şekil 18-11. Çökelme sertle şmeli bir malzemenin kayna ğında, kaynak bölgesi daha zayıf ve daha az sünektir. 39 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi İki Fazlı Malzemeler •K a t ı hal faz dönü şümleri, karma şık yapılara yol açar. Örneğin tavlanmı ş haldeki orta karbonlu bir çeli ğin kayna ğında ( Şekil 18-12), esas metal perlitik-ferritik yapıdadır. Kaynak metali ise döküm yapısındadır. •K a y n a ğa biti şik malzeme, ostenitik sıcaklık bölgesine ısıtılmı ştır ve yüksek sıcaklıklar nedeniyle iri taneli yapı olu şur. Dü şen sıcaklıkla ostenit taneleri ince tanelere dönü şür. •I T A B s ınırında sıcaklık, ötektoid sıcaklı ğının biraz üzerindedir. Hızlı so ğuma nedeniyle bu bölgede martenzitik dönü şüm meydana gelebilir ve süneklik dü şer. Yüksek karbon içeriklerinde tıpkı ala şımlı çeliklerdeki gibi martenzit kaçınılmaz olarak olu şur. 40 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi İki Fazlı Malzemeler Şekil 18-12. Ostenitik sıcaklık bölgesine ısıtma, karbon çeliklerinde martenzit olu şumuna ve süneklik dü şümüne neden olabilir.41 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi • Esas metal veya ilave metal olarak iki farklı malzeme kullanıldı ğında, durum daha da karma şıkla şır. Bu durum genellikle çatlaksız kaynaklar vermek üzere farklı ilave metal seçilmesiyle çözülür. •I s ıtma ve so ğuma sırasındaki olaylar, iki metalin faz diyagramları yardımıyla anla şılabilir. Dengesiz katıla şma, olayı daha da karma şık hale getirir. •Ç o ğu durumda, erime sıcaklıkları arasındaki büyük fark nedeniyle, esas metalin erimedi ği sert ve yumu şak lehimleme yöntemleri kullanılır. Farklı Malzemeler 42 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Kabiliyeti ve Kaynak Kalitesi Buraya kadar anlatılanlardan, kaynak kabiliyeti teriminin, teknolojik özelliklerin son derece karma şık bir bile şimi oldu ğu ve aynı zamanda yöntemin de bir fonksiyonu olduğu anla şılabilir. Kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler 43 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Hataları •S a ğlam bir birle şim olu şturmak için gerekenlerden herhangi birinin kar şılanamaması, kaynak hatasına neden olur. Hatalar, kaynakta herhangi bir geometride ve yerde olabilir ancak ilave metalle yapılan eritme kayna ğında gösterilebilirler Şekil 18-13. İlave metalle yapılan eritme kaynağındaki tipik kaynak hataları 44 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Hataları (devam) •I s ı girdisinin kontrol edilmemesi, iç ve dı ş hatalara neden olabilir • Yüzey kirlilikleri birle şme hatalarına ve gaz gözeneklerine neden olabilir • Yüzey kirliliklerinin kaynak bölgesini çevreleyen atmosferle etkile şimi, vakum, koruyucu bir atmosfer veya bir curuf ile önlenebilir. Dökümde oldu ğu gibi, bir dekapanda oksitlerin çözünmesiyle curuf olu şur. • Kaynak sırasında olu şan gazlar (örn. CO), kayna ğı zayıflatan ve gerilme yükseltici olarak etkiyen gözene ğe neden olabilir. Hidrojen özellikle önemlidir.45 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Hataları (devam) • Katıla şma çatlakları, dendritik katıla şma sırasında bir dü şük sıcaklık sıvısı çözünmedi ğinde, kaynak bölgesindeki gerilmelerin etkisi altında görülür. Katıla şma çatlaklarının olu şumu ( şematik) 46 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Distorsiyon ve Artık Gerilmeler •K a t ı haldeki büzülmeyle birle şen katıla şma büzülmesi, yapıda iç gerilmelere yol açar ve distorsiyon’a ve büyük çatlaklara neden olabilir. • Bu problem, özellikle yapı büzülmeye uygun de ğilse, yani yapı mekanik olarak sınırlanmı şsa büyür. Burada esas ve ilave metalin özellikleri çok önemlidir. Şekil 18-14. Kaynak sırasındaki genle şme ve so ğuma sırasındaki büzülme, distorsiyon ve artık gerilmelere neden olur. 47 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Distorsiyon Türleri Sık rastlanan distorsiyon türleri 48 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Hataların Nedenleri •Y ü k s e k ısıl genle şmeler, daha büyük distorsiyon ve artık gerilmelere neden olur. Daha dü şük ala şımlı (katıla şma aralı ğı daha dar) ve daha sünek ilave metallerin (elektrot, kaynak teli vs.) kullanımıyla problem çözülebilir. • Çatlama tehlikesi, sistemdeki maksimum katıla şma aralı ğına izin veren bile şimdeki ala şımlarda daha büyüktür. Bu durumda tasarımda genellikle kırılma mekani ği yakla şımı kullanılır. • Metalurjik dönü şümler, özellikle martenzit gibi gevrek fazlara neden olabilir. Ön tavlama ve çok pasolu kaynakla bu sorunlar çözülebilir. •P a r ç a n ın kalınlı ğı ve birle şim tasarımı, ısınma ve so ğuma şartlarına ve dolayısıyla kaynak kabiliyetine büyük etki yapar.49 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Hataların Çözüm Yolları Yukarıda sayılan zorlukların giderilmesi için de ği şik önlemler mevcuttur. • Ön tavlama •Ç e k i ç l e m e • PWHT (Post Weld Heat Treatment) – Kaynaktan sonraki ısıl i şlem • Gerilme giderme tavı • Normalizasyon tavı • Tam tavlama (çeli ğin su verilmesi ve temperlenmesi, çökelme sertle şmeli ala şımların çözelti tavı ve ya şlandırılması) tüm yapıya çok yüksek özellikler kazandırır ancak distorsiyona yol açabilir. 50 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Hataların Çözüm Yolları • Kalite kontrolu, tüm kaynak i şlemlerinin ya şamsal bir parçasıdır. Tahribatlı teknikler, i şlem parametrelerinin tespitinde faydalıdır ancak mamul kalitesi ancak tahribatsız deneylerle anlaşılabilir. • Gözle muayene genellikle zorunludur ve NDT tekniklerinin tümünün öncüsüdür. • Daha kritik kaynaklara % 100 radyografik muayene uygulanır. 51 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yöntem Faktörleri • Eritme için gerekli ısı, de ği şik ısı menbalarından sa ğlanabilir. Kaynak bölgesinin şekli ve ITAB’ın geni şli ği, bu ısı menbaınınyo ğunlu ğuna ba ğlıdır. De ği şik kaynak yöntemlerinde izafi güç yo ğunluklarının kar şıla ştırılması; Elektron ve lazer ı şın kaynaklarındaki yüksek güç yo ğunlu ğu, yüksek kaynak hızlarında, dar ITAB’a sahip derin ve dar kaynak diki şleri olu şturabilir 52 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yöntem Faktörleri •Ç o ğu yöntemde ısı, elektrik enerjisinden üretilir. Bu yöntemlerde ba şarı: - Gerilim - Akım - Kutuplama, ve - Bunların zamanla de ği şimi • faktörlerine ba ğlıdır. • En uygun kaynak akım üretecinin seçimi, ba şarının ön ko şuludur. Bu akım üreteci, basit bir transformatör olabilece ği gibi, – genelikle katı hal elektroni ğine dayalı – çok geli şmi ş bir akım üreteci de olabilir. • Bu sayede, parametrelerin kapalı devre kontrolü sa ğlanabilir.53 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kayna ğa Uygun Malzemeler • Kaynak için genellemeler, di ğer yöntemlerden daha tehlikelidir ancak bazı kılavuzlar formüle edilebilir. • Gerçek imalatta, özel referans kitaplarına, bilgisayar veri tabanlarına ve endüstriyel standartlara ba şvurulmalıdır. 54 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Demir Esaslı Malzemeler • Ferritik çelikler: Bunlar sorunsuz kaynak yapılabilir; ancak martenzit olu şumu, perlitik çeliklerde bir tehlikedir. • Genelde artan sertli ğin anlamı, martenzitin daha dü şük kritik so ğuma hızlarında olu ştu ğudur; böylece bu durum, artan martenzit olu şumunun ve dü şen kaynak kabiliyetinin de göstergesi olur. Martenzit sadece sert, gevrek olmayıp, aynı zamanda kayna ğın dayanımını da dü şürür. • Mümkünse ön tavlama ve son tavlama uygulanarak martenzit veya beynit olu şumundan kaçınılabilir. 55 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Demir Esaslı Malzemeler • Kaplı çelikler: Kaplı çeliklerin (özellikle galvanizli) geni ş kullanımı, yeni imkanlar sunmaktadır. • Direnç kayna ğında çinkonun buharla şması, bir plazma olu şturarak sıçrama ve gözene ğe neden olur; bakır elektrotların ömrünü kısaltır. Kaplama kalınlı ğı çok olmamalı ve ısı girdisi ayarlanmalıdır. • Paslanmaz çelikler: Bu çeliklerde yo ğun Cr 2 O 3 filmi olu şturan yüksek Cr bulunur. Kaynak ko şulları, bu oksitin olu şmasını önleyecek şekilde seçilmelidir. Ayrıca Cr ve Ni içeren ostenitik türlerde, krom karbür olu şumundan kaçınılmalıdır. Bundan kaçınmak için stabilize türler seçilebilir. 56 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Demir Esaslı Malzemeler • Dökme demir: Dökme demirlerin kaynak kabiliyeti birbirinden çok farklıdır ancak ço ğu dökme demir, ark kayna ğıyla birle ştirilebilir. • Grafit olu şumunu stabilize etmek için yüksek nikel içerikli elektrotlar kullanılır. • Ön ve son tavlama faydalıdır. • Kır dökme demirinin kayna ğında, küresel grafit olu şumunu destekleyen Silisyum içerikli çubuklar kullanılır.57 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Demir Dı şı Malzemeler • Dü şük sıcaklıkta eriyen malzemeler: Kalay ve kur şun sorunsuz kaynak yapılabilir; ancak a şırı ısınma önlenmelidir. • Çinko, kayna ğı çok zor bir malzemedir çünkü kolayca oksitlenir ve ayrıca dü şük sıcaklıkta buharla şır (906°C). Direnç kayna ğı veya saplama kayna ğı yapılabilir. Yumu şak lehimleme daha yaygındır. • Alüminyum ve magnezyum: Bu malzemelerin özellikleri birbirine yakındır ve ço ğu türü, özellikle soy gaz atmosferinde sorunsuz kaynak yapılabilir. Aksi halde oksit filmi olu şur. Nem de kaynak bölgesinden uzak tutulmalıdır. 58 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Demir Dı şı Malzemeler • Bakır esaslı ala şımlar: Deokside bakır, özellikle ilave metal fosfor içerirse kolay kaynak yapılır. Tok bakır O 2 içeri ği nedeniyle kolay kaynak yapılamaz; çünkü oksijen H 2 ve CO ile reaksiyona girerek H 2 O ve CO 2 olu şturur. • Nikel: Bu metal ve katı çözelti ala şımları kolayca kaynak yapılabilir. Çökelme sertle şmeli süperala şımlar, Cr, Al ve Ti içerir ve oksitlerinin dekapanla giderilmesi gerekir. • Titanyum ve Zirkonyum: Ala şımları, soy gaz atmosferinde kaynak yapılabilir. 59 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Kayna ğı • Elektrik direnç kayna ğı, bir bakıma, katı hal kayna ğından eritme kayna ğına bir geçi şi simgeler. • İki parça, basınç altında birarada tutulur ve temas bölgesinden bir alternatif akım geçirilir. •E ğer do ğru basınç uygulanırsa, bu bölge elektrik devresindeki en yüksek direnci gösterir ve burada güç kayıpları yı ğılır. Enerji ısıya dönü şür. •A k ım, iki parça arasındaki arayüzeyde erime olu şana kadar tutulur ve kaynak katıla şana kadar basınç uygulanır. • Joule kanununa göre ısı: J = I 2 Rt (18-1) • Burada I: Akım (A); R: Direnç ( ?) ve t: Akımın geçi ş süresi (s)’dir. 60 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Kayna ğı - devam Şekil 18-15. (a) Direnç nokta kayna ğında, (b) Kabartı kayna ğında, (c) Diki ş kayna ğında ve (d) ezme diki ş kayna ğında sadece kısmi bir erime amaçlanır. ( Şematik görünü şlerde de ğerler, 1 mm kalınlı ğında dü şük karbonlu çelik saç için verilmi ştir.)61 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Kayna ğı - devam • Özellikle akımın, elektrotlar üzerinden parçaya uygulandı ğı kaynak bölgesinde ısının yo ğunla ştırılması gerekti ğinden, bu bölge dı şındaki direncin dü şük olması gerekir. •Y ü k s e k ısıl iletkenli ğe sahip malzemeler ve yüksek özgül ısıya sahip (Al ve Cu gibi) malzemeler, ısının da ğılmasını önlemek için yüksek akım gerektirir. • Yüzey temizli ği önemlidir ancak bir kısmı eriyikten dı şarı atılır. Ancak yine de, curuf, ya ğ ve boyaların önceden uzakla ştırılması gerekir. • Kalite kontrol önemlidir. Kaynaklara tahribatlı test uygulanır 62 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Nokta Kayna ğı • Saç metallerin yaygın kullanımı, direnç nokta kayna ğına özel önem sa ğlamı ştır. • Genellikle suyla so ğutulan iki elektrot, saçları bir arada tutar. Elektrotlar, yüksek iletkenlikli ve sıcak dayanımı yüksek bakır gibi malzemelerden yapılmalıdır. Cd, Cr ve Be ile ala şımlama yapılabilir. •A k ım, önceden tespit edilen bir süre (periyot) uygulanır. Bu de ğer, otomotiv saçları için 50 Hz’de 10-30 periyot arasındadır. Bu sürenin bir kısmında kaynak çekirde ği olu şur. Saç yüzeyinde bir tav rengi olu şur. 63 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi 64 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi65 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Nokta Kayna ğının Olu şumu Direnç nokta kayna ğında kaynak çevrimi (Groover’dan) 66 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Nokta Kayna ğı (devam) • Elektrotlar sabit bir makinaya veya ta şınabilir bir kaynak tabancasına dahil olabilir. • Çoklu elektrotlar (bazen yüzlercesi) büyük bir kaynak makinasında kaynak için kullanılabilir. • Kaynak robotları ile bir seri kaynak hızlı ve do ğru şekilde yapılabilir. • Kaynak kalitesi, proses içi ölçümlerle sa ğlanır; örne ğin çekirdek olu şurken direnç de ği şimlerinde veya metal sıçraması sırasında akustik emisyonda. 67 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Nokta Kaynak Kabiliyeti Elektrot ömrünü etkileyen faktörler Nokta Kayna ğına Uygunluk 68 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Nokta Kaynak Hataları a) Şönt (kaçak) akım; b) Saç kalınlı ğının de ği şmesi; c) Saçların aralık kalması; d) Elektrodlarına şınması; e) Saç kenarında kaynak 69 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Arayüzeyde fı şkırma Kenara kaynak Yetersiz nokta çapı So ğuk yapı şma (erimeme) Gözenek 70 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Örnek 18-6 0.5 mm kalınlı ğında iki dü şük karbonlu çelik saç nokta kayna ğı ile birle ştirilmektedir. 5 mm yüzey çaplı elektrotlar, 2 kN’luk bir kuvvet uygulamaktadır. Kaynak, 60 Hz’lik bir güç transformatöründen 7 periyot için 8500 A çekmektedir. Birle şim direnci 100 µ ?’dur. Üretilen ısıyı hesaplayınız? • (18-1) denkleminden: • Isı = (8500 2 ).(0.0001).(7/60) = 843 J. 71 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Kabartı Kayna ğı • Kabartı kayna ğında saçlardan birine kabartı olu şturulur ve aynı anda birden fazla noktada kaynak yapılabilir. •A k ım uygulandı ğında kabartı yumu şar ve elektrot basıncıyla di ğer saca gömülerek düzle şir. •T a l a şlı i şlenerek veya dövülerek olu şturulabilen kabartılar, ince saçlarda veya dolu metallerde kayna ğı mümkün kılar. • Çapraz tellerin kayna ğında da kabartı kayna ğı uygulanır. 72 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Çapraz Tel Kabartı Kayna ğı (devam) Bir kabartı kayna ğı uygulaması olarak çapraz tel kayna ğı (Groover’dan)73 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Diki ş Kaynağı • Elektrotlar disk şeklindeyse, bir çizgi boyunca bir seri nokta kayna ğı çok daha hızlı yapılabilir. •A k ım, nokta kaynakları arasında üniform aralık olu şturacak şekilde, planlanmı ş bir halde verilip kesilir. • Alternatif akım “on” konumunda bırakıldı ğında, nokta kayna ğı, akımın tepe de ğerinde olu şur ve kaynaklar, bir gaz veya sıvı için sızdırmazlı ğın sa ğlanaca ğı şekilde yapılabilir. • Böyle direnç diki ş kayna ğı, kutu ve kapların imalatında kullanılabilir. 74 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Direnç Diki ş Kaynağı (devam) Direnç diki ş kayna ğının uygulamaları Akımın sürekli verilmesi halinde sızdırmaz diki ş Akımın aralıklı verilmesi halinde nokta kayna ğı 75 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yüksek Frekans Direnç Kayna ğı Direnç kayna ğının boru imalatındaki uygulaması • Borulardaki boyuna diki şlerin yüksek frekans direnç kayna ğı ile yapılması uygulamasıdır. Şekil 18-16-a. Yüksek frekans direnç (boylamasına alın diki ş) kayna ğı 76 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yakma Alın Kayna ğı •Y a k m a a l ın kayna ğı, genel anlamda, iki parçanın yeterli deformasyona ula şacak şekilde birbirlerine bastırılarak birle ştirilmesidir. • Dar anlamda ise, nokta kayna ğında oldu ğu gibi, akım geçmeden önce basınç uygulanmasıdır. • İlk olarak yüzeydeki pürüzlerden geçen akım, yanma reaksiyonu olu şturur. Yüzeyin ısınmasıyla direnç artar; parçalara son basıncın uygulanmasıyla birle şme tamamlanır.77 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yakma Alın Kayna ğı (devam) Şekil 18-16-b. Yakma alın kayna ğında temel i şlem parametreleri Kaynaktan önce Kaynaktan sonra 78 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Ark Kayna ğı - Genel •A r k k a y n a ğı, parçanın (ve kullanılıyorsa ilave metalin) eritilmesi için bir ark’ın kullanımı nedeniyle direnç kayna ğından farklıdır. Bu yöntemdeki olaylar, en iyi TIG (Tungsten Inert Gaz) kaynağında izlenir. • Tungsten elektrot akım üretecinin negatif kutbuna (do ğru akımda elektrot negatif = DAEN), parça ise pozitif kutbuna ba ğlanır (parça katod haline gelir) ( Şekil 18-17a). • Bir inert (soy) gaz, her iki kutbu korur. • Katod, tungsten elektrottan elektron emisyonu sa ğlanana kadar akım tarafından ısıtılır. Isıl olarak indüklenen emisyon (termoiyonik), elektronların parçaya (anoda) do ğru aktı ğı bir elektrik şarjı (elektron bulutu) olu şturur. Elektrik arkı 79 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Ark’ın Olu şumu • Elektron akı şı, ısı transferinin % 85’ini olu şturur. Elektrot ucu ile parça arasındaki bo şlukta, yüksek sıcaklık, gazın bir kısmını iyonize eder. Elektronlar bir plazma olu şturur. •E l e k t r o n l a r ın çarpma enerjisi, parçayıı sıtır. Kaynak bölgesi genellikle dar ve derindir ( Şekil 18-17b). Şekil 18-17. (a) TIG kayna ğı; kaynak banyosunun (b) DAEN için şekli; (c) DAEP için şekli; (d) AA için şekli 80 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Ark Enerjisi • Nominal ısı girdisi H, gücün hıza bölünmesiyle hesaplanır; bir elektrik arkı için - Güç = E x I - Burada: E : Gerilim (V) ve I : Akım (A)’dır. • Böylece - E . I J - H = v mm •o l u r . •I s ının tamamı parçaya ula şmaz (ark verimlili ği 1’den küçüktür) ve ısının büyük kısmı kayna ğa biti şik metale do ğru kaybolur. 81 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Erimeyen Elektrotla Kaynak – TIG Kayna ğı • Bu yöntemlerde elektrot erimez ve kaynak metali, sadece esas metalin akmasıyla olu şur (otojen kaynak) veya kalın (>3 mm) saçlarda ayrı bir dolgu metalinden sa ğlanır. • Tungsten Inert Gaz (TIG) Kayna ğı: Ark, parça ile, bir inert (soy) gaz tarafından korunan bir tungsten elektrot arasında olu şur. • Koruyucu gaz genellikle Argon’dur. Al ve Mg hariç di ğer metallerde DAEN kullanılır. Al ve Mg’de ise yüzeydeki oksit tabakasının parçalanması için DAEP veya AA kullanılır. 82 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi TIG Kayna ğı •A r k ı tutu şturmak için genellikle yüksek frekanslı akım kullanılır. • Hem elle hem de otomatik i şletim mümkündür. Elle kaynak, büyük el becerisi gerektirir. Proses, genelikle 6 mm’den ince parçalarda kullanılır. Şekil 18-18-a. TIG kayna ğı 83 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Plazma Kayna ğı • Ark ve içindeki plazma, bir nozul tarafından sınırlanmı şsa, ısı yo ğunlu ğu artar. • Ark ilk olarak, bir yüksek frekans gerilimi uygulayarak, elektrot ve nozul arasında yakılır (pilot ark). Daha sonra parçaya yakla ştırılır; kaynak akımı uygulanır ve ark parçaya transfer olur (direkt plazma ark yöntemi). •D ü şük akım yo ğunluklarında, kaynak bölgesi ark kayna ğındaki şekle benzer; yüksek akım yo ğunluklarında ise, anahtar deli ği modu geçerlidir. • İndirekt ark yönteminde ise, daraltılmı ş nozul, pozitif terminale ba ğlanır; ark elektrot ve nozul arasında yanar ve ark parçayı radyasyonla ısıtır. Bu teknik, plazma püskürtme i şleminde de kullanılır. Pilot ark’ın yanı şı Pilot ark’ın parçaya transferi 84 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Plazma Kayna ğı • Plazma ark kayna ğı, özellikle ince saçların kayna ğında kullanılır. Küçük nokta boyutu, dikkatli kontrol gerektirir. Şekil 18-18-b. Plazma ark kayna ğı Plazma arkı TIG arkı85 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eriyen Elektrotla Kaynak Bu yöntem grubunda, eriyen elektrot, kaynak diki şinin bir parçası haline gelmek üzere eriyen bir metaldir. Bile şimi, genellikle esas metalden farklıdır. • Kaynak bölgesi bir koruyucu gaz veya dekapan ile korunur. 86 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Metal Inert Gaz / Metal Aktif Gaz (MIG/MAG) Kayna ğı • Kaynak torcu (tabancası) içinden sürekli olarak beslenen eriyen metal elektrot, bir inert (soy) gaz ile korunur. Ço ğu metale uygundur. TIG kayna ğında oldu ğu gibi, curuf olu şmaz ve çok pasolu kaynaklarda pasolar arasında temizlik pek gerekmez. • Argon, hemen tüm metallere uygun koruyucu gazdır. •% 2 - 3 0 C O 2 içeren Argon veya saf CO 2 , genellikle karbon çelikleri için kullanılır. • Elektrot genellikle pozitif terminale ba ğlanır (DAEP veya ters kutuplama). 87 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi MIG/MAG Kayna ğı (devam) •A k ım yo ğunlu ğu metal transfer şeklini belirler. Elektrot parçaya dokunur; akım yükselir; telin ucu erir ve bir damla esas metalin yüzeyine transfer olur. • Koruyucu gaz, sıçramaları en aza indirmek için seçilir. Şekil 18-18-c. MIG/MAG kayna ğı 88 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi MIG/MAG Kayna ğında Ark Türleri •Y ü k s e k a k ım yo ğunluklarında küresel ark geçi şi meydana gelir. • Kritik akım yo ğunlu ğunun üzeride sprey ark geçi şi olu şur. Bu ark, tüm kaynak pozisyonlarında kullanılabilir. Daha hassas kaynaklar, darbeli kaynak akımı ile elde edilebilir. MIG/MAG kayna ğında ark türleri ve metal transferi89 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Örnek 18-7 2 mm kalınlı ğında iki paslanmaz çelik saç arasında kısa devreli DCEP MIG kayna ğı ile alın kaynakları yapılmaktadır. Elektrot tel çapı 1.1 mm’dir ve 4.4 m/dak hızla beslenmektedir. Akım 140 A, ark gerilimi 21 V’tur. Ark verimlili ğini 0,85 kabul ederek, e ğer kaynak bölgesinin ortalama geni şli ği 2.4 mm ve bunun yarısı esas metalden geliyorsa; •( a ) G ü c ü ( k W ) •( b ) y ı ğma hızını (mm 3 /s ve • (c) ilerleme hızını hesaplayınız? • (a) Güç = E x I x ? = (21) (140) (0.85) = 2.5 kW. •( b ) Y ı ğma hızı = (1.1 2 ?/4)4400/60 = 70 mm 3 /s. •( c ) İlerleme hızı = 70/((2x2.4)/2) = 29 mm/s 90 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eriyen Elektrotla Kaynak – Elektrik Ark Kayna ğı • Bu yöntemde de ark, bir dolgu teli veya çubu ğu ile birle ştirilecek parça arasında yanar; ancak koruma, burada, dolgu telinin dı şında bulunan bir kaplama tarafından sa ğlanır (örtülü elektrot). • Kaplama de ği şik fonksiyonları yerine getirir: - Ark ısısı altında yanma ve çözülme, koruyucu bir atmosfer olu şturur - Örtünün erimesi, kayna ğı kaplayan bir curuf tabakası olu şturur - Örtüdeki Na ve K içeri ği arkı stabilize etmek üzere kolayca iyonize olur. - Örtüden ala şım elementleri kaynak diki şine geçebilir 91 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Elektrik Ark Kayna ğı (devam) • Elektrot seçimi (kutuplamayı da belirler), ba şarılı kaynak için kritik öneme sahiptir. • Kaynak sırasında elektrot, yakla şık 250 mm/dak hızla erir. • Kaynak a ğzının tek pasoda doldurulamadı ğı durumda, üst üste uygulanan her bir pasodan önce curufun temizlenmesi gerekir. • Örtü gevrek oldu ğundan, elle kayna ğı mümkün kılmak için, elektrotlar genellikle 450 mm uzunlu ğunda üretilir. • Yöntem kolay ve her türlü birle ştirmeye uygundur. Çok pasolu kaynak 92 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Elektrik Ark Kayna ğı (devam) Şekil 18-19-a. Örtülü Elektrotla Ark Kayna ğı93 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Özlü Telle Ark Kayna ğı • Temel olarak elektrik ark kayna ğıyla aynı sonuçları verir; ancak, tüp şeklindeki elektrot ile daha derin nüfuziyet elde edilir. Kaynak teli, bobin haline getirilebilir ve otomatik, sürekli kaynak mümkün olur. •B a z ı türlerinde ilave koruyucu gaz gerekir. 94 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tozaltı Ark Kayna ğı • Tozaltı ark kayna ğı esas olarak otomatik bir kaynak yöntemidir. • Eriyen elektrot, çıplak tel halindedir ve kaynak bölgesini kaplayan taneli, eriyebilen bir toz dekapanın içine girerek parça ile ark olu şturur. • Toz, karı korur; yüksek akımları ta şıyarak derin nüfuziyet sa ğlar. Verimlilik yüksektir. • Tandem elektrotlar kullanılarak daha yüksek yı ğma hızlarına ula şılabilir. • Kaynak pozisyonu yatay olmalıdır; böylece e ğer parça döndürülebilirse, borular, silindirik depolama tankları, vs. kaynak yapılabilir. 95 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tozaltı Ark Kayna ğı (devam) Şekil 18-19-b. Tozaltı ark kayna ğı 96 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Elektrocuruf Kayna ğı • Bu yöntem esas olarak 25 mm’den daha kalın parçaların dikey birle şimleri için kullanılır. Tel elektrot, erimi ş bir curuf banyosuna beslenir; ba şlangıçta yanan ark, sonradan curuf banyosunun içinde söner ve tel, dirençle erimeye devam eder. •S u y l a s o ğutulan bakır pabuçlar, eriyen metalin ve curufun dı şarı akmasını engeller ve kaynak diki şinin katıla şmasına yardım eder. Şekil 18-19-c. Elektrocuruf kayna ğı97 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Yöntemlerinin Otomasyonu •G e l i şmeler iki yönde devam etmektedir: • Birincisi, yöntemin kendisi artan şekilde otomatik olarak kontrol edilmektedir. Akım darbeleri, elektronik cihazlarla kontrol edilir. Optimum akım, kaynak hızı, elektrot besleme hızı vs. kontrol edilir ve CNC veya adaptif kontrol gibi teknikler kullanılmaktadır. • İkincisi, parçanın ve kaynak torcunun birbirine göre hareketi artan şekilde otomatikle ştirilmektedir. Amaç, daha basit, daha kolay, daha düz bir hat şeklinde kayna ğın yapılmasıdır. Bu amaçla kaynak robotları da gittikçe artan oranda kullanılmaktadır. 98 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eriyen Parça ile Kaynak • Otojen kayna ğın bazı türlerinde, parçanın kendisi elektrot haline gelmektedir. • Saplama kayna ğı: Ark, bir saplama (ço ğunlukla di ş açılmı ş veya düz bir çubuk) ucundaki bir kabartı ile parçanın yüzeyi (genellikle bir plaka arasında yanar. •A r k ın çevresinde bir seramik halka olabilir veya koruyucu gaz da kullanılabilir. • Kapasitör De şarjlı Saplama Kayna ğı: Bir kondenserde depolanan enerji, küçük saplamaların kayna ğı için kullanılmaktadır. • Perküsyon Kayna ğı terimi, Kapasitör de şarjlı saplama kayna ğı için kullanılmaktadır. 99 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Saplama ve Perküsyon Kaynakları Şekil 18-20. (a) Saplama ve (b) Perküsyon kaynak yöntemleri Kötü kaynak İyi kaynak Yetersiz akım A şırı akım Saplama kayna ğında kaynak hataları 100 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Di ğer Kaynak ve Kesme Yöntemleri Önceki sınıflandırmalara girmeyen çok sayıda kaynak yöntemi mevcuttur: Kimyasal Isı Menbaları:Eritme için gerekli ısı, kimyasal bir ısı menbaından sa ğlanır. Gaz Kayna ğı: Oksi-asetilen kayna ğı, en yaygın gaz kaynak yöntemidir. •I s ı, asetilen (C 2 H 2 ) ile oksijen’in yanmasıyla üretilir. Her iki gaz da yüksek basınçlı tüplerde depolanır ve bir üfleçte birbirine karı ştırılır. Oksi-asetilen kaynak donanımı101 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Oksi-Asetilen Kayna ğı •T u t u şturduktan sonra sıcaklı ğı yakla şık 3200°C olan bir alev elde edilir. Alevde üç bölge olu şur. Primer yanma, iç konide olu şur ve ısının 2/3’ünü veren reaksiyon: - 2C 2 H 2 + 2O 2 4CO + 2H 2 ‘dir. • Sekonder yanma, dı ş zarfta meydana gelir ve primer yanmadaki yanma ürünleri havanın oksijeni ile birle şir. - 4CO + 2O 2 4CO 2 - 2H 2 + O 2 2 H 2 O •A l e v , d ü şük karbonlu çelikleri, kur şun ve çinkoyu koruyabilir ancak di ğer metaller için dekapan kullanılması gerekir. • İzafi olarak dü şük sıcaklıktaki alev, elle ayarlanarak, oksitleyici, nötr ve redükleyici hale getirilebilir. 102 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Şekil 18-21. (a) Oksi- asetilen kayna ğında kimyasal ısı menbaı kullanılır; (c) sa ğa kaynak tekni ğine göre (b) sola kaynakta daha geni ş ve sı ğ bir diki ş elde edilir. 103 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Oksi-Asetilen Kayna ğının Yapılı şı Nötr alev, parlak bir kaynak banyosu ve hiç veya çok az kıvılcım olu şturur. Kayna ğın ba şlangıcında, metal eriyene kadar ısıtılır. Asetileni fazla (karbürleyici) alev, daha karı şımlı bir banyo olu şturur. Oksijeni fazla (oksitleyici) alev, erimi ş kaynak banyosunun üzerinde bir köpük olu şturur ve daha fazla kıvılcım çıkarır. 104 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Alevle Do ğrultma Alevle do ğrultma, distorsiyona u ğramı ş levhaların do ğrultulması için, yerel olarak ve kontrollü yı ğma i şlemidir. İşlem sırasında faz dönü şümlerine dikkat edilmelidir Düz parçada ısı etkisi Distorsiyona u ğramı ş parçada ısı etkisi Parçanın Isı etkisinden sonraki formu105 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Termit Kayna ğı •D ü şük serbest enerjili bir metal oksit, oksit olu şturmak için yüksek serbest enerjili bir metalle temas ettirilirse, metal oksit, bir egzotermik reaksiyon içinde redüklenir (termit reaksiyonu). • Termit® tozu, demiroksit tozları ile alüminyum tozlarının karı şımıdır. Özel bir tutu şturma çubu ğu ile reaksiyon ba şlatıldı ğında, demir açı ğa çıkar: - 3 Fe 3 O 4 + 8 Al 4 Al 2 O 3 (curuf) + 9 Fe • Reaksiyon sıcaklı ğını 2500°C’ye dü şürmek için demir ala şımı peletleri eklenir. Elde edilen sıvı demir, önceden hazırlanan kaynak bölgesine dökülür. • Daha çok rayların kayna ğında kullanılır. 106 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Termit Kayna ğı (devam) Termit reaksiyonundan a şırı sıcak çelik Curuf Pota Tapa aparatı Kalıp Curuf Kaynak Termit kayna ğı: (1) Termit’in tutu şturulması; 2) potanın dökülmesi, a şırı ısınmı ş metal kalıba akar; (3) metal, kaynaklı ba ğlantıyı olu şturmak üzere katıla şır 107 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yüksek Enerji I şın Kayna ğı •E r i m e ısısı, elektron bombardımanının veya ı şık huzmelerinin enerjilerinin ısıya dönü ştürülmesi ile elde edilebilir. Aynı prosesler, kaynak için de kullanılabilir. • Elektron I şın Kayna ğı: Elektron tabancası, esas metali eritir; buhar deli ğinin önündeki erimi ş metal akarak aralı ğı doldurur; böylece ilave metal kullanmadan dar kaynaklar yapılabilir. Ço ğu, vakumda yapılır; ancak vakumsuz türleri de vardır. • Lazer I şın Kayna ğı: Lazer’in enerjisi, birle şim bölgesinin tümünü eritmek için kullanılabilir. Kaynak ve kesmede genellikle gaz lazeri kullanılır. 108 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Elektron I şın Kayna ğı Kontrol ünitesi Yüksek gerilim ünitesi Elektron ı şını Vakum pompası Vakum kamarası Parça Gözlem penceresi109 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lazer I şın Kayna ğı Koruyucu gaz tüpü Rezonatör Lazer ı şını Parça Yansıtıcı ayna Odaklayıcı mercek 110 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lazer I şın Kayna ğı (devam) Şekil 18-22. Çinko kaplı otomotiv destek elemanının kayna ğında, robotla hareket ettirilen bir optik fiber içinden iletilen, 2 kW gücünde sürekli dalga Nd-YAG lazeri kullanılmaktadır. 111 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Isıl Kesme Teknolojisi – Alevle Kesme Alevle kesme: • Çelik, oksi-asetilen aleviyle tutu şma sıcaklı ğına (850°C) kadar ısıtılır ve saf oksijen demetiyle yakılarak kesilebilir; delik açılabilir veya yüzeyi temizlenebilir. 112 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Plazma İle Kesme Plazma Arkıyla Kesme: Direkt ark yöntemiyle tüm malzemeler tüm kalınlıklarda kesilebilir. Alevle kesmeye göre daha yüksek kesme kalitelerine ula şılabilir; ancak elektron ı şınıyla ve lazer ı şınıyla kesme kaliteleri daha yüksektir. Plazma arkıyla kesme Tungsten elektrod Plazma gazı Kesme torcu Plazma demeti So ğutma suyu Ark Su altında plazma arkıyla kesme113 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Isıl Kesme Kalitesi 114 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sıvı-Katı Hal Birle ştirme •B i r l e şim, esas metalin erime sıcaklı ğının altında yapıldı ğında, dayanımın temel orijini esas metal ile ilave (dolgu) metali arasındaki adhezyondur. Ba ğlantının dayanımı, ilave metalin dayanımından daha yüksektir. •F a r k l ı metaller, kalınlıkları farklı olsa dahi birle ştirilebilir. • Bu yöntemin en büyük üstünlüklerinden biri, birle şim bölgesine ula şmanın gerekmemesidir (karma şık parçalar birle ştirilebilir) 115 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lehimleme • Bu yöntemler sert lehimleme ve yumu şak lehimleme olarak gruplandırılmı ştır. 450°C’nin altında eriyen ilave metalle yapılanlar yumu şak lehimleme olarak adlandırılır. • Bu yöntemlerde kapiler etki çok önemlidir. Şekil 18-23. Sert lehimlemede, birkaç bile şen, kapiler etki sayesinde aynı anda birle ştirilebilir. 116 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lehimleme •S ıvı katı ba ğı, ço ğu halde aynıdır. Sıklıkla, ilave metal esas metalden önemli oranda daha zayıftır ve birle şim, esas metalden aldı ğı destekle dayanım bakımından daha yüksektir. Bunun için, 2 kriterin sa ğlanması gerekir: 1. Birle şimin kalınlı ğı. Kalın bir tabakada lehim ala şımının kendi kütle özellikleri ön plana çıkar; bu nedenle daha büyük dayanım için daha ince birleşim olması gerekir. 2. Ba ğ. Tam dayanım, sadece esas ve lehim ala şımı arasında mükemmel bir atomlararası ba ğ olu ştu ğunda elde edilir. Bu nedenle yüzeylerin oksitsiz olması gerekir. Bu i şlem ise, dekapan kullanımını gerektirir. Bu sayede lehim ala şımı yüzeyi iyi ıslatabilir.117 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Parçalar Arasındaki Bo şluk •K a r şılıklı yüzeyler arasındaki bo şluk çok önemlidir. Bu yüzeylerde kapiler etkinin olu şması gerekir. Kapiler etkinin ortaya çıkı şı Alevle lehimlemede kapilaritenin etkisi Aralık 0,2 - 0,5 mm – kapiler etki iyi Aralık 0,7 mm – kapiler etki yeterli de ğil Aralık 1, 0 mm – kapiler etki yok Lehim ala şımı 118 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Parçalar Arasındaki Bo şlu ğun Etkisi • Çok küçük oldu ğunda lehim ala şımı nüfuz edemez; çok geni ş oldu ğunda ise, esas metalden gelen destek çok sınırlı kalır. Bu nedenle ancak dar bir aralıkta maksimum özelliklere ula şılabilir. Şekil 18-24. Sert lehimlenmi ş birle şimlerin (a) çekme ve (b) kayma dayanımları, birle şim kalınlı ğına ba ğlıdır. (12.7 mm çaplı çelik çubuklarda gümü ş lehimli alın birle şimleri 119 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Farklı Metallerin Sert Lehimlenmesi 120 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lehim Ala şımı ( İlave=Dolgu Metali) • Kapiler etki, sadece lehim ala şımı ile esas metal arasındaki temas açısının 15-45° arasında olması halinde ortaya çıkabilir. • Lehim ala şımının, bo şlu ğa nüfuz edecek derecede yüksek akıcılı ğa ve tercihan dar bir erime bölgesine sahip olması gerekir. • Lehim ala şımı, tel, şerit, ön şekil, toz veya pasta halinde uygulanır; parça yerel veya tüm olarak ısıtılır.121 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Dekapan Uygulama • Islatmayı önleyebilecek yüzey filmlerinin, mekanik veya kimyasal yolla uzakla ştırılması gerekir. Birle şim sırasında oksitlenmeyi önlemek için, koruyucu bir atmosfer veya vakum uygulanabilir veya ısıtma süresi kısa tutulabilir. • Islatmanın yetersiz oldu ğu ço ğu durumda dekapan kullanılır. • İyi bir dekapan, - Esas ve lehim metalinin oksitlenmesini önlemek üzere dü şük sıcaklıkta erir - Islatmayı desteklemek için yüzeyle reaksiyona girer - Lehim ala şımı sıvı haldeyken birle şimi korur 122 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi DekapanınEtkisi Dekapan sürülür Hava Dekapan oksitleri çözer Lehim ala şımı yüzeyi ıslatır ve dekapanı uzakla ştırır Tavlamadan önce Dekapanınet ki sıcaklı ğında Sert lehimin çalı şma sıcaklı ğında Sıcaklı ğın artı şı 123 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sert Lehimleme Yöntemleri Birle ştirilecek parçalar, genellikle saç metalden olu şur; ancak dövme, ekstrüzyon veya dökme parçalar da olabilir. Isıtma i şlemi mekanize veya otomatik yapılabilir. 1. Üfleçle (alevle) Sert Lehimleme – üfleç alevi ba ğlantının yakınındaki parçaya do ğru yönlendirir 2. Fırında sert lehimleme –f ırın, sert lehimleme için gerekli ısıyı sa ğlar 3. İndüksiyonla Sert Lehimleme – parçada indüklenen yüksek frekanslı akıma kar şı elektrik direnciyle ısıtma 4. Dirençle Sert Lehimleme – parçalardan geçen elektrik akımına kar şı dirençle ısıtma 5. Daldırmayla Sert Lehimleme – ya erimi ş tuz ya da metal banyosu 6. Infrared Sert Lehimleme – yüksek yo ğunluklu infrared lambalar kullanılır 124 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Sert Lehimleme Ala şımları • Tipik sert lehim ala şımları Tablo 18-1’de verilmi ştir: Şekil 18-25. Bir alüminyum ısı e şanjöründe, özel bir dekapan yardımıyla, sert lehim alaşımı aralı ğı doldurmak üzere kaplamadan esas metale do ğru akar. Tablo 18-1. Bazı sert lehim alaşımları125 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yumu şak Lehimleme •Y u m u şak lehimlenmi ş birle şimler, sert lehimlenenlerden daha dü şük dayanıma sahiptir ancak a şırıı sıya maruz kalmazlar. •D ü şük sıcaklıklar, sert lehimlemeden daha iyi ıslatma sa ğlarlar. Bu nedenle mekanik veya kimyasal yöntemlerle yüzey hazırlı ğı ve dekapan kullanımı çok önemlidir. Tablo 18-2. Bazı yumu şak lehim ala şımları 126 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yumu şak Lehimleme (devam) • Elektronik endüstrisinde özel yumu şak lehimleme yöntemleri kullanılmaktadır. Erimi ş yumu şak lehim ala şımı PC kartı Bile şenler Kur şun tellerin baskı devresi kartı üzerine birle ştirilmesi için erimi ş yumu şak lehim ala şımının dar bir kanaldan kartın alt yüzeyine beslendi ği dalgalı yumu şak lehimleme 127 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapı ştırma • Buraya kadar ele alınan tüm yöntemlerde, iki metalik veya seramik parça arasında bir birle şim olu şturmak için bir metal kullanılmı ştı. Yapı ştırma, birle şimin malzemesinin bir polimer veya nadiren de seramik olması bakımından farklıdır. •A l a şımlama mümkün de ğildir ve ba ğ dayanımı tamamen yapı ştırıcının metal veya polimer yüzeye yapı şmasına ve yapı ştırıcının kendisine ba ğlıdır. •D a y a n ımda sadece sekonder ba ğlar etkili olur (metalik, kovalent veya iyonik ba ğlar çok az etkilidir) ve tasarım da dikkate alınmalıdır. 128 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapı ştırma (devam) •Y a p ı ştırma, kuvvet ta şıyan yapıların güvenle olu şturulması üstünlü ğüne sahiptir. Uygulamalar, uçak gövdesindeki kontrol yapıları gibi kritik yapılar olabilir. • Sadece dü şük sıcaklıklarda kullanılabilirler. Yüksek sıcaklıklarda istenmeyen yapısal de ği şiklikler meydana gelir. •Y a p ı ştırıcılar, sızdırmazlık, titre şim sönümleme, izolasyon ve di ğer yapısal olmayan uygulamalarda da kullanılmaktadır.129 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapısal Yapı ştırıcılar • Bir yapısal yapı ştırıcı, iki yüksek dayanımlı parça arasında kalıcı bir birle şim olu şturur. Birle şimin uzun süre yük ta şıma kapasitesini koruması istenir. •Y a p ı ştırıcıların ço ğu polimer esaslıdır. Kitabın 13. bölümü bu amaçla okunabilir. 1. Yapı ştırıcı, kullanım sıcaklı ğında yeterli kohezif dayanıma sahip olmalıdır. Kayma dayanımı bile şime ba ğlıdır ancak uzun süreli kullanımda sürünme dayanımı da önemlidir. 2. Yapı ştırıcı serviste olu şan gerilme da ğıtma özelli ğine sahip olmalıdır. Esneklik, mekanik yüklemelerden do ğan gerilme yı ğılmalarının azaltılmasında yardımcı olur; yapı ştırma birle şiminin yorulmaya dayanıklı olmasını sa ğlar. Sadece ısıl zorlamalar olsa dahi, polimerler metallerden daha yüksek ısıl genle şmeye sahiptir. 130 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapısal Yapı ştırıcıların Özellikleri Şekil 18-26. Yapı ştırıcıların kayma dayanımları belirli sıcaklıklarda hızla dü şer. (a) Pasta ve sıvı yapı ştırıcılar; (b) bant, film ve çözücü bazlı yapı ştırıcılar A: iki parçalı üretan+amino; B: tek parçalı lastik-modifiye epoksi; C: tek parçalı epoksi-genel amaçlı; D: tek parçalı epoksi-yüksek dirençli; E: iki bile şenli oda sıcaklı ğında sertle şen epoksi-poliamid; F: silikon sızdırmazlık; G: naylon-epoksi; H: nitril-epoksi; I: nitril-fenolik; J: vinil-fenolik; K: epoksi-fenolik; L: poliamid. 131 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapısal Yapı ştırıcıların Özellikleri 3. Yapı ştırıcı, çözülmeye dayanıklı de ğildir (su, ultraviyole radyasyon, oksitlenme, yanma, çatlama, ısıl bozulma veya gerilmeli korozyon çatlaması veya belirli ortamlarda çözülme 4. Ço ğu yapı ştırıcı, sıvı halde uygulanır ve yeterli viskoziteye sahip olması gerekir. Termoplastiklerde, bu durum, Tg’nin üzerinde ısıtmayı gerektirirken, termosetlerde, çapraz ba ğ olu şumunu ve polimerizasyonu sa ğlayacak bir prepolimer kullanılır. 5. Yapı ştırıcı ba ğlarının olu şumu, yapı ştırılan yüzeylerin ıslatmasını gerektirir. Islatma bir yüzey sorunudur; yüzey kirlilikleri bunu engeller. 132 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yapı ştırıcı Türleri ve Uygulamaları Yüksek kaliteli yapısal birle şimler, sadece proses tüm a şamalarında tamamen kontrol edilirse olu şturulabilir. 1. Ba ğlantı tasarımı, yapı ştırmanın sınırlarıyla uyumlu olmalıdır 2. Yüzey hazırlı ğı kritiktir. 3. Yüzey pürüzlülükleri bir dereceye kadar istenir.133 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Uygulama Yöntemleri 1. Sıcak eriyik yapı ştırıcıları termoplastik polimerlerdir. 2. Termoset bant ve filmleri, oda sıcaklı ğında uygulanır ve yüksek sıcaklıkta sertle şir. 3. Pasta’lar, polimerden olu şur ve genellikle dolgu içerir 4. Anaerobik yapı ştırıcılar, monomerik sıvılardır ve havada sertle şirler. 5. Nemle sertle şen yapı ştırıcılar, cyanoacrylate içerir. 6. Sıvılar, genellikle bir çözücü içerir. 7. Polimerlerin su emülsiyonları, gözenekli yüzey gerektirir ve suyun tamamen uzakla ştırılması gerekir. 8. İletken yapı ştırıcılar elektriksel iletkenlik için % 85’e kadar gümü ş kıymıkları içerir; ısıl iletkenlik için ise % 75’e kadar seramik tozu (alümina) eklenir. 134 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Plastiklerin Birle ştirilmesi Plastikten yapılan parçalar, birbiriyle birle ştirilebilir: 1. Mekanik birle ştirme 2. Isıl contalama ve yapı ştırma (ısı ve basınç kullanılır) 1. Sıcak eleman kayna ğı 2. Sürtünme kayna ğı 3. Sıcak tel kayna ğı 4. Sıcak gaz kayna ğı 5. Odaklanmı ş kızılötesi ı şınla kaynak 6. Dielektrik ısıtma 7. Elektromanyetik yapı ştırma ve manyetik ısı sızdırmazlık 3. Yapı ştırma 4. Solvent kayna ğı 5. Birlikte sertle ştirme 135 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Plastiklerin Birle ştirilmesi (devam) Ekstrüzyon kayna ğı Sıcak gaz kayna ğı Elektrofüzyon kayna ğı Sıcak eleman kaynağı Ultrasonik kaynak 136 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Seramiklerin Birle ştirilmesi • Seramiklerin birle ştirilmesindeki sorunlar, yapıları, soy olmaları ve çok yüksek erime sıcaklıkları olmalarıdır. • Karbürler (daha çok sinterlenmi ş karbürler) sert lehimlenebilir •C a m l a r ısıtıp yumu şatılarak ve basınçla birle ştirilebilir. Cam-metal birle şimlerinde metal iyonları cam yapıya girer. Temel sorun, ısıl genle şme katsayıları arasındaki farktır. • Seramikler metalizing i şleminden sonra metallerle birle ştirilebilir. Alümina için moly-manganez (Mo-Mn) i şlemi yaygındır. • Aktif sert lehimlemede dolgu malzemesi kimyasal olarak reaktif elementler içerir (Ti) ve do ğrudan serami ğe uygulanabilir. • Difüzyon ba ğı da, hem metal-seramik hem de seramik- seramik birle şimlerine uygulanabilir.137 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yöntem Kapasiteleri ve Tasarım Prensipleri • Tüm tasarımlarda oldu ğu gibi, birle ştirme yöntemlerinin olanakları ve sınırlamaları, servis ko şullarıyla birlikte dü şünülmelidir. Tablo 18-3’te genel bir kılavuz verilmi ştir. 138 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Tablo 18-3. Kaynak yöntemlerinin genel karakteristikleri 139 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Yükleme Modları Şekil 18-27. Birle şimlerdeki temel yükleme modları: (a) Saf çekme; (b) Saf kayma; (c) dengesiz kayma ve sonuçta deformasyon; (d) Ayrılma; (e) soyulma 140 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak A ğız Tasarımı Kaynak a ğız tasarımı, kaynak kalitesinin orijinidir. Hatalı hazırlanmı ş bir kaynak a ğzı, birçok kaynak hatasına neden olur.141 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Eritme Kayna ğında Birle şim Tasarımı Şekil 18-28. Ark ve gaz kayna ğı için birle şim hazırlı ğı (kaynak a ğızları): (a) Küt alın; (b) V-a ğız; (c) X-a ğız; (d) Kö şe ve (e) Kıvrık kö şe 142 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Lehimlemede Birle şim Tasarımı Şekil 18-29. Sert lehimleme, yumu şak lehimleme ve yapı ştırma birle şimleri, maksimum birle ştirilen alan olu şturacak şekilde tasarlanır; (a) tek bindirme; (b) Kıvrık bindirme; (c) kademeli bindirme; (d) takviyeli bindirme; (e) düz yüzey bindirme; (f) e ğik bindirme; (g) çift kademeli bindirme; (h) insertli kö şe birle şim; (i) kaynak- yapı ştırma bile şik konstrüksiyon 143 Doç.Dr.Murat VURAL- İTÜ Makina Fakültesi Kaynak Pozisyonları PA PB PD PF PG PC PD PF PF