İmal Usulleri İmal usulleri - kaynak yöntemler - 2 İMAL USULLERİ B YÖNTEMLER 2 Özlü Telle Ark Kaynağı (ÖTAK) Çubuk elektrodun sınırlamalarının üstesinden gelmek için örtülü çubuk elektrodla ark kaynağının geliştirilmiş halidir. – Kendinden gaz korumalı ÖTAK – Öz, koruyucu gaz içeren bileşenleri de barındırır. – İlave gaz korumalı ÖTAK – Dış bir koruyucu gaz uygulanır. Eriyen Elektrodla Gazaltı Ark Kaynağı (MIG/MAG=Metal Inert Gaz / Metal Aktif Gaz Kaynağı) Elektrot olarak çıplak bir eriyen metal tel kullanır ve ark, dış bir koruyucu gazla korunur. MIG/MAG kaynak donanımı blok şeması • 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. Çelik melzemelerin kaynağında; CO2 argon +2 - 5% oksijen argon +5 - 25% CO 2 Demir dışı malzemelerin kaynağında; argon argon / helyum Tel çapı (mm) Kısa ark Spray ark Akım (A) Voltaj (V) Akım (A) Voltaj(V) 0.6 30 – 80 15 – 18 0.8 45 – 180 16 – 21 150 – 250 25 – 33 1.0 70 – 180 17 – 22 230 – 300 26 – 35 1.2 100 – 200 17 – 22 250 – 400 27 – 35 1.6 120 – 200 18 – 22 250 – 500 30 – 40 Kullanılan gaz, güç kaynağının çeşidi, elektrod çapı ve kullanılan akım değerleri gazaltı kaynağındaki metal geçiş mekanizmalarının farklılığına sebep olur. Yukarıdaki parametrelere bağlı olarak 3 çeşit metal geçiş mekanizması vardır. A ) kısa devre, b) spray ark, c ) darbeli spray ark a ) kısa devre ; buradaki metal geçişi elektrodun kaynak banyosuna temas ederek kısa devre oluşturması ve bunun sonucunda metal damlalarının koparak kaynak banyosuna geçişiyle olur. Kısa devre metal geçişi yaklaşık 200 amper akım değerlerine ve ince çaplı 0.6 ile 1.2 mm tellerin kullanımıyla oluşturulabilir. Doğru akım güç kaynaklarıyla elde edilir. b ) spray ark ; yüksek kaynak akım değerlerinde, metal damlacıklarının kaynak banyosuyla kısa devre olmadan gerçekleşen malzeme geçiş mekanizmasıdır. Burada metal transferini sağlayan yüksek akımıdır. 200 amperin üzerindeki akım değerlerinde ve tel çapının 1 mm üzerinde olduğu, koruyucu gazın argon olması halinde gerçekleşir. c ) darbeli spray ark ; sadece darbeli akım güç kaynaklarında ve darbeli akım şartlarında gerçekleşir. Darbeli akımdan dolayı düşük akım değerlerinde de gerçekleşmesi mümkündür. Malzeme ısı girdisi düşük olduğu için özellikle alüminyum ve paslanmaz çeliklerin kaynağı için uygundur. MIG/MAG Kaynağının Elektrik Ark Kaynağına Göre Üstünlükleri • Sürekli tel elektrod sayesinde daha iyi ark süresi – Elektrik ark kaynağında (EAK) çubuk elektrodların 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. Tozaltı Ark Kaynağı Arkı koruyan toz halindeki bir dekapan ile sürekli, eriyen çıplak tel elektrot 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. Tozaltı Ark Kaynağının Uygulamaları • 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 Tozaltı kaynak yöntemi çok güçlü bir kaynak yöntemidir. Bir paso ile takriben 85 ve iki paso ile 180 mm’ye kadar kaynak yapabilme olanağı sağlar. Akım şiddetinin yüksekliği büyük bir kaynak banyosu oluşturur ve tahmin edilmeyecek derecede derin bir nüfuziyet sağlar. Tozaltı kaynağı, özellikle düşük karbonlu (< % 0,3 C) çeliklerin yatay ve oluk pozisyondaki alın ve içköşe kaynaklarına uygundur. Bazı ön ve son tavlama önlemleriyle orta karbonlu ve alaşımlı çelikler ve bazı dökme demirler, paslanmaz çelikler, bakır alaşımları ve nikel alaşımları da kaynak edilebilir. Yöntem yüksek karbonlu çeliklere, takım çeliklerine, alüminyuma, magnezyuma, titanyuma, kurşun ve çinkoya uygun değildir. Bu uygunsuzluğun nedenleri, her bir malzeme için farklı olup uygun tozların bulunmaması, yüksek sıcaklıklardaki reaktiflik ve düşük buharlaşma sıcaklıkları sayılabilir. *Yüksek kaynak hızları, yüksek yığma hızları, derin nüfuziyet ve yüksek temizlik (dekapan etkisi nedeniyle) tozaltı kaynağının temel karakteristikleridir. *25 mm'lik levhada 750 cm/dak’lık veya 40 mm'lik levhada 375 cm/dak'lık kaynak hızlarına ulaşmak mümkündür. *Tek pasoda 40 mm'lik nüfuziyete ulaşılabilir ve hemen hemen her kalınlıkta esas metali kaynak yapmak mümkündür. *Başka yöntemlere göre daha az paso ile kaynak bitirilebildiğinden, cüruf veya boşluk kalma olasılığı daha zayıftır ve kaynak kalitesi daha yüksektir. *Yüksek yığma hızlarına ulaşılmak istendiğinde ise, birkaç elektrod teli aynı anda kullanılabilmektedir. Yöntemin sınırlamaları çok fazla kaynak tozu taşımanın gerekmesi, tozun nemlenebilmesi (gözeneğe yol açar), uzaklaştırılması gereken çok fazla cüruf olması, iri taneli içyapıya yol açan yüksek ısı girdileri soğuma hızını yavaşlatır. Toz ve cürufun kaynak bölgesinde tutulması yerçekimi etkisiyle sağlandığından, yöntem yatay pozisyonla sınırlıdır. Ek olarak elektrod malzemesi, erimiş kaynak bölgesinin % 70'ini oluşturduğundan kimyasal kontrol çok önemlidir. Ayrıca bu yöntem ince saçlar için elverişli değildir. El ile kullanılmak üzere geliştirilmiş donanım iyi sonuç vermemiştir. Bu bakımdan otomatik kullanımı gerekli olduğundan parçanın şekli, ilerletme tertibatının yörüngesine uygun olmalıdır. Tozaltı kaynak tekniği, ancak yatay kaynak dikişleri için uygundur. Her ne kadar bugün özel bir tertibatla dik ve korniş kaynağı yapabilme olanağı elde edilmiş ise de, tavan kaynaklarını bu yöntem ile birleştirebilme olanağı yoktur. Boru kaynağında ancak boru döndürüldüğü takdirde bu yöntemle kaynak yapmak mümkün olmaktadır ve kısa dikişler halinde makinanın ayarlanması için kaybedilen zaman göz önüne alındığında, sonuç ekonomik olmaktadır. Elektrodlar genellikle kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırılır ve çapları 2 mm'den 4mm'ye kadar mevcuttur. Büyük çaplı elektrodlar daha yüksek akımla yüklenebilir ve daha hızlı yığma sağlar; ancak nüfuziyet sığlaşır. Alaşımlı çeliklerin kaynağında kullanılan elektrodlar, değişik formlarda olabilmektedir istenen alaşımda dolu tef, tozun içine katılan alaşım ilaveleriyle düşük karbonlu çelik tel ve özlü tel. Değişik tozlar mevcuttur ve kaynak metaliyle uyumlu olacak şekilde seçilirler. Tümü de düşük erime sıcaklığına, iyi akıcılığa ve soğumadan sonra gevrekliğe sahip olacak şekilde tasarlanırlar. Tozaltı ark kaynak ekipmanı hızı operatör tarafından kontrol edilen yarı otomatik veya tam otomatik olabilir. Taşınabilir (kaynak makinasının sabit parça üzerinde ilerlediği) veya sabit (parçanın ark altından geçtiği) olabilirler. Hem AC hem de DC kullanılabilir. Akım şiddeti 600 A ila 2000 A arasındadır. TOZALTI KAYNAĞI GAZALTI KAYNAĞI Toz Tüketimi Nüfuziyet t(mm) Dikiş Genişliği b(mm) Dikiş Yüksekliği h(mm) Akım Şiddeti I (A) arttıkça artar artar artar değişmez Tel Sürme Hızı v (m/dak) arttıkça artar artar artar değişmez Ark Gerilimi U(V) arttıkça azalır artar azalır artar Elektrod Çapı (mm) arttıkça azalır artar artar artar Kaynak Hızı (m/dak) arttıkça azalır azalır azalır azalır Akım Cinsi/Kutuplama D.C. (+) artar azalır azalır azalır D.C. (-) azalır artar artar artar Serbest tel boyu (mm) arttıkça azalır artar artar artar Toz tane boyu arttıkça azalır artar azalır artar Erimeyen Elektrod Kullanılan Ark Kaynak Yöntemleri • Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı • Plazma Ark Kaynağı • Karbon Ark Kaynağı Tungsten Inert Gaz (TIG) Kaynağı Erimeyen bir Tungsten elektrot ve arkın korunması için bir soy (inert) gaz kullanır. • Tungsten’in erime sıcaklığı 3410°C • Uygulamaları: alüminyum ve paslanmaz çelik en yaygınıdır. Erimeyen elektrot kullanılan TİG kaynak torcu TİG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar kaynak dikişini düzgünlük, genişlik, yükseklik ve nüfuziyet yönünden etkilerler. Bu nedenle kaynak edilecek parçanın kalınlığı ve özelliği göz önünde bulundurularak koruyucu gaz seçilmelidir. TİG kaynağında en yaygın koruyucu gaz olarak Argon kullanılır. Elektrodun tatminkâr şekilde korunabilmesi için koruyucu gazın saflık derecesi en az % 99,95 olmalıdır. Hafif metallerde geniş ve derin nüfuziyet nedeniyle son yıllarda Argon/Helyum karışımlarının kullanılmasına doğru bir eğilim mevcuttur. A: Helyum gazı kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti B: Argon gazı kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti C: Karbondioksit kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti D: % 99 Argon arkı % l Oksijen kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti E : % 95 Argon arkı % 5 Oksijen kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti -TİG kaynak yöntemi çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. -Demir esaslı alaşımların kaynağında, endüstride karşılaşılan demirdışı alaşımların çok büyük bir kısmının kaynaklı imalatında başarı ile kullanılabilmekte ve bütün kaynak pozisyonlarında sağlıklı sonuçlar alınabilmektedir. -TİG ince levhaların kaynağında çok başarılı sonuçlar vermesinin yanı sıra kalın parçalara da kolayca uygulanabilmektedir. -TİG de kaynak süresince kaynakçı kaynak banyosunu çok iyi bir biçimde görebilmekte, dolayısıyla kontrol altında tutabilmektedir. -Banyo üzerinde cüruf olmayışı da dikişte cüruf kalma tehlikesini ortadan kaldırmaktadır. Eriyen elektrot kullanan ark kaynaklarına göre genellikle daha yavaş ve daha pahalıdır. TIG Nokta Kaynağı İnce bir sacın kalın bir levhaya birleştirilmesinde, birleşim bölgesine tek taraftan ulaşılması durumunda TIG kaynağının nokta kaynakları oluşturmak için kullanılan şeklidir. • Modifiye bir TIG kaynak torcu kullanılır. Plazma Ark Kaynağı (PAK) Sınırlanmış bir plazma arkının kaynak bölgesine yönlendirildiği, TIG kaynağının özel bir şeklidir. • Tungsten elektrod, yüksek hızlı bir inert gaz (Argon) demetinin, yoğun sıcak bir ark demeti oluşturmak üzere ark bölgesine odaklandığıbir nozul içinde kullanılır. • PAK içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu sınırlanmış ark sayesinde 28000°C’ye ulaşır. Plazma Ark Kaynak Torçlarının Türleri Çoğu plazma ark kaynak torcunda, torç içindeki plazma gazını ısıtan ve iyonize eden küçük bir indirekt ark (pilot ark) kullanılır. İyonize olan gaz, esas direkt ark için iyi bir iletken yol oluşturur. Bu tür ark, çok daha kararlıdır. Plazma Ark Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri • 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 Elektrik Arkı ile Kesme • Teorik olarak elektrik arkı ile tüm metaller kesilebilir. Bu yöntemlerin tümünde malzeme, arkın yoğun ısısı ile eritilir ve kesme yarığından veya kanalından atılır. • Başlıca arkla kesme yöntemleri: – Karbon ark ve elektrik ark kesme yöntemi – Havalı karbon ark kesme (Arcair) – Oksijen ark kesme – MAG kesme – TIG kesme Havalı Karbon Ark Kesme • Ark, karbon elektrod ile parça arasında tutuşturulur; yüksek hızlı hava jeti, elektrod pensindeki delikten kesme kanalına üflenir. Plazma Ark Kesme • Plazma ark kesmede indirekt ark türü torçlar tercih edilir. Sıcaklık 16.500 °C civarındadır. Her türlü metal ve alaşımı eriterek kesilebilir. • Diğer kesme yöntemlerine göre daha ekonomiktir. Mekanikleştirilebilir veya robotla uygulanabilir.