İmal Usulleri İmal usulleri - bileşik yöntemler '' direnç kaynağı - katıhal kaynak yöntemleri '' İMAL USULLERİ B Direnç Kaynağı Yöntemleri Katı Hal Kaynak Yöntemleri BİRLEŞİK YÖNTEMLER Direnç Kaynağı • Birleştirmeyi oluşturmak için ısı ve basıncı birlikte kullanan bir eritme kaynak yöntem grubudur. • Isı, kaynak yapılacak bağlantıda elektrik akımının geçişine gösterilen dirençle üretilir. x Elektrik direnç kaynağının temel devresi Direnç kaynağında elektrotlar ve parçalar boyunca istenen sıcaklık dağılımı Direnç Kaynağında Parametreler x Q = I2 * R * T • Basınç: Direnç kaynağındaki basıncın bir dövme etkisi oluşturması nedeniyle, diğer yöntemlerde oluşturulanlara göre daha düşük sıcaklıklarda kaynak yapılabilir. Eğer aşırı basınç uygulanırsa, erimiş ve yumuşamış metal ara yüzeyden fışkırabilir. • Akım ve Akım Kontrolü: Yüzey koşulları ve basınç önemli parametrelerse de, direnç kaynağı esas olarak akımın büyüklüğü ve geçiş süresi tarafından oluşturulur. Yüksek akımlar ve kısa kaynak süreleri sayesinde bitişik metale dağılan ısı miktarı düşük seviyede tutulabilir ve istenen sıcaklıklara çıkılabilir. • Akım üreteci: Kaynak devresinin genel direnci düşük olduğundan, bir direnç kaynağı oluşturmak için yüksek akımlara gerek duyulur. Güç transformatörleri kaynak için gerekli yüksek akımları (100 KA’e kadar) sağlar. Direnç kaynağında tipik akım ve basınç çevrimi. Çevrimde dövme ve kaynaktan sonraki tavlama işlemleri de dahil edilmiştir. Direnç nokta kaynağında kaynak akımının bağlantının çekme makaslama dayanımına etkisi x Direnç Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri x • 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 Direnç Kaynağı Yöntemleri Direnç kaynağı yöntemleri 3’e ayrılır. a) Nokta kaynağı b) Dikiş kaynağı c) Kabartılı kaynak Direnç Nokta Kaynağı 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. Direnç Nokta Kaynağındaki Bileşenler • 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 Direnç Dikiş Kaynağı Bir bindirme bağlantı boyunca bir seri üstüste binmiş nokta kaynakları üretmek üzere dönen disk elektrodlar kullanır. • Direnç dikiş kaynağı, sızdırmaz bağlantılar üretebilir. • Uygulamaları: – Yakıt depoları – Egzoz susturucuları – Diğer değişik saç metal kaplar Direnç Kabartı (Projeksiyon) Kaynağı 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 Katı Hal Kaynak Yöntemleri • Dövme (demirci) kaynağı • Soğuk kaynak (soğuk basınç kaynağı) • Haddeleme kaynağı • Sürtünme kaynağı • Ultrasonik kaynak • Difüzyon kaynağı • Patlamalı kaynak Katı Hal Kaynağı • Parça yüzeylerinin birleştirilmesi için: x – Sadece basınç, veya – Isı ve basınç – Eğer hem ısı hem de basınç kullanılıyorsa, tek başına ısı parça yüzeylerini eritmeye yeterli değildir – Bazı katı hal kaynak yöntemleri için, zaman da bir faktördür • İlave metal kullanılmaz • Her bir katı hal kaynak 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 Katı Hal Kaynak Yöntemlerinin Eritme Kaynak Yöntemlerine göre Üstünlükleri x • 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 Dövme Kaynağı Soğuk Kaynak • Metallerin en azından biri, tercihen de ikisi birden çok sünek olmalıdır. – Yumuşak alüminyum ve bakır, soğuk kaynağa uygundur. • Isı uygulanmaz; ancak deformasyon, parça sıcaklığını yükseltir. 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 Haddeleme Kaynağının Uygulamaları • Korozyon direnci için paslanmaz çeliğin alaşımsız veya düşük alaşımlı çelik üzerine giydirilmesi Sürtünme Kaynağı x Sürtünme kaynağı: (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 • Uygun yapıldığında, temas yüzeylerinde erime oluşmaz. • Normal olarak ilave metal, dekapan veya koruyucu gaz kullanılmaz. • İşlem dar bir ITAB oluşturur. • Farklı metallerin birleştirilmesinde kullanılabilir. Sürtünme Karıştırma Kaynağı • Düşük sıcaklıkta eriyen metalleri ve termoplastikleri birleştirmede kullanılan yeni bir yöntem (1991) • Sürtünme ısısı, parçaların temas yüzeyleri arasında dönen erimeyen bir prob ile oluşturulur. • Prob döndükçe plastikleşen ve yumuşayan malzemeler döndürme etkisiyle birbirinin içine karışır. Ultrasonik Kaynak İki parçanın bir arada tutulduğu ve birleştirmek üzere ara yüzeye ultrasonik frekansta titreşimsel kayma gerilmeleri uygulandığı katı hal kaynak yöntemidir. • 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. • 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 Bu yöntemle, yumuşak metallerden (alüminyum, altın) ince sacların, folyelerin veya tellerin (kalınlık 0,03–2 mm), daha kalın çelik, demir dışı metaller, cam veya seramik gibi malzemeler üzerine kaynağı yapılır. Difüzyon Kaynağı Genellikle kontrollü bir atmosferde, difüzyon ve birleşimin oluşmasına yeterli süre ısı ve basınç kullanan katı hal kaynak yöntemidir. • 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. • 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 Patlamalı Kaynak • İlave metal kullanılmaz; Dış ısı uygulanmaz; Difüzyon oluşmaz – zaman çok kısadır • Metaller arasındaki bağ, dalgalı bir arayüzeyle sonuçlanan mekanik kilitlenmeyle beraber metalurjiktir • Çoğu kez iki farklı metalin birleştirilmesinde, özellikle de büyük yüzeyler halinde bir metalin diğerinin üzerine kaplanmasında kullanılır Termit Kaynağı (Alüminotermik Kaynak) Birleşme için gerekli ısının, termit’in kimyasal reaksiyonundan sağlanan aşırı ısınmış erimiş metalle üretildiği eritme kaynak yöntemidir. • Termit = Tutuşturulduğunda egzotermik bir reaksiyon oluşturan, Al ve ince Fe3O4 tozlarının karışımıdır. • İlave metal, sıvı metalden elde edilir. • Yöntem birleştirme için kullanılır; ancak kaynağa göre döküm işleminde daha yaygındır. Elektrocuruf Kaynağı Elektro curuf kaynağı, kalın parçaların dik pozisyonda birleştirilmesinde uygulama alanı bulmuş güçlü bir kaynak yöntemidir. Bu yöntemde, elektrod olarak aynen tozaltı ve MIG/MAG yöntemlerinde kullanılanlara benzer türde tel elektrodlar kaynak banyosu üzerindeki sıvı cürufa dalar ve erir; gerekli sıcaklık yükselmesi cürufun elektrik akımına gösterdiği direnç nedeni ile oluşur. 20 mm’den kalın parçaların dik kaynağında tek veya çok pasolu olarak uygulanabilmektedir. Özellikte gemi yapımı, büyük basınçlı kaplar ve büyük makina gövdelerinin yapımında uygulama alanı bulmuştur. Elektron Işın Kaynağı x Elektron Işın Kaynak Donanımı Kaynak için gerekli ısının, parça yüzeyine yüksek hassasiyette odaklanmış ve yönlenmiş yüksek yoğunlukta elektron demeti ile sağlandığı eritme kaynak yöntemidir. • Yüksek-vakum kaynağı : kaynak, ışının üretildiği aynı vakum kamarasında yapılır – En yüksek kalitede kaynak, en yüksek derinlik/genişlik oranı • Orta-vakum kaynağı : kaynak, kısmi vakumlu ayrı bir kamarada yapılır – Vakum işlem süresi kısaltılmıştır • Vakumsuz kaynak : Parça elektron ışın jeneratörüne yakın konumlandırılarak, kaynak işlemi atmosferik basınçta veya yakın değerde yapılır – Parçayı ışın jeneratöründen ayırmak için Vakum Bölücüsü gerekir Elektron Işın Kaynağının x • 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 (Solda) 19 mm’lik Alüminyum; (Sağda) 102 mm’lik kalın paslanmaz çelik Lazer Işın Kaynağı x • Lazer ışın kaynağı normal olarak, oksitlenmeyi önlemek için koruyucu gaz altında yapılır • Genellikle ilave metal kullanılmaz • Küçük alanda yüksek güç yoğunluğu sayesinde genellikle küçük parçalara uygulanır Karşılaştırma: Lazer ve Elektron Işın Kaynakları • Lazer ışın kaynağı için vakum kamarası gerekmez • Lazer ışın kaynağında x-ışınları yayınmaz • Lazer ışınları, optik mercek ve aynalarla odaklanabilir ve yönlendirilebilir • Lazer ışın kaynağı, Elektron ışın kaynağının derin kaynaklarını ve yüksek derinlik/genişlik oranlarını oluşturamaz – Maksimum Lazer ışın kaynağı derinliği = ~ 19 mm, oysa Elektron ışın kaynağı derinliği = 50 mm Lazer Işınıyla Kesme x • Farklı malzemelerde küçük deliklerin, dar aralıkların ve yakın yerleştirilmiş modellerin kesilmesi endüstriyel lazer ışınlarının diğer bir uygulamasıdır. • Lazer ışınıyla kesme, malzemede bir delik oluşturulmasıyla başlar ve ışın, programlanmış bir yol üzerinde ilerler. • Lazerin yoğun ısısı, malzemeyi kesmek üzere eritir/buharlaştırır. Yakma Alın Kaynağı Normal olarak alın bağlantılar için kullanılan bir yöntemdir. 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. (a) elektrik direnciyle ısıtma (b) yığma – parçaların birbirine bastırılması. Yakma Alın Kaynağı Avantajları 1-) Büyük kesitlerin kaynağı mümkündür. 2-) Alın düzleminin hassas hazırlanması gerekmez. Yakma Alın Kaynağı Dezavantajları 1-) Yüksek elektrik bağlantı değerleri gereklidir. 2-) Büyük yığma kuvvetleri gereklidir. 3-) Büyük ve düzensiz oluşan kenar taşması (çapak). Kullanım Alanları 1-) Mil ve borular 2-) Raylar 3-) Takım kesme parçaları 4-) Takım gövdeleri