KAYNAK (WELDİNG)

Kaynak Nedir?

Kaynak, malzemeleri birbiri ile birleştirmek için kullanılan bir imalat yöntemidir, genellikle metal veya termo plastik malzemeler üzerinde kullanılır. Bu yöntemde genellikle çalışma parçalarının kaynak yapılacak kısmı eritilir ve bu kısma dolgu malzemesi eklenir, daha sonra ek yeri soğutularak sertleşmesi sağlanır, bazı hallerde ısı ile birleştirme işlemi basınç altında yapılır. Bu yöntem lehim ve sert lehim ile fark gösterir, lehim ve sert lehim yöntemlerinde birleştirme düşük erime noktalarında ve çalışma parçaları erimeden oluşur.

Kaynak için gaz alevi, elektrik arkı, lazer, elektron ışını, sürtme, ultra ses dalgaları gibi birçok farklı enerji kaynakları kullanılabilir. Endüstriyel işlemlerde, kaynak açık hava, su altı, uzay gibi birçok farklı ortamda gerçekleştirilebilir. Bununla beraber, yapıldığı yer neresi olursa olsun, kaynak çeşitli tehlikeler barındırır. Alev, elektrik çarpması, zehirli dumanlar ve ultraviyole ışınlara karşı önlem almak gereklidir.

19. yüzyılın sonuna dek, sadece demircilerin kullandığı ısıtma ve dövme yolu ile metallerin birleştirildiği kaynak yöntemi biliniyordu. Elektrik ark kaynağı ve oksi-gaz kaynağı yüzyılın sonunda gelişen ilk yöntemlerdir, bunları direnç kaynağı izlemiştir. Kaynak teknolojisi 20. yüzyılın erken dönemleri esnasında (I. Dünya Savaşı ve II. Dünya Savaşı sonralarında) artan talebi karşılayabilmek için hızla gelişerek güvenilir ve ucuz yöntemler arasına katılmıştır. Savaşların ardından, manuel metodlar (manuel metal ark kaynağı), yarı-otomatik ve otomatik yöntemleri (gaz altı metal ark kaynağı vb.), içeren çeşitli modern kaynak teknikleri gelişmiştir. Gelişmeler, yüzyılın ikinci yarısında da lazer ışın kaynağı ve elektron ışın kaynağının bulunması ile devam etmiştir. Halen bilim, gelişimi devam ettirmektedir. Robot kaynağı, endüstride yaygın bir yer edinmiştir, yeni kaynak metodları ve kaynak kalite ve özelliklerinin geliştirilmesi, maliyetlerin düşürülmesi için araştırma ve geliştirme çabaları devam etmektedir.

Örtülü Elektrod Ark Kaynağı

Örtülü elektrod ark kaynağı, kaynak için gerekli ısının, örtü kaplı tükenen bir elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı, elle yapılan bir ark kaynak yöntemdir. Bu yöntemde doğru (DC) veya alternatif (AC) akım çeşitlerinin her ikisi de kullanılabilir. Kaynak yapılan bölge bazı durumlarda, koruma gazı olarak da bilinen birgaz ile korunarak örtülü elektrod ark kaynağı yapılır.

Elektrodun ucu, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden örtü maddesinin yanması ve ayrışması ile oluşan gazlar tarafından korunur. Ergimiş örtü maddesinin oluşturduğu cüruf, kaynak banyosundaki ergimiş kaynak metali için ek bir koruma sağlar. İlave metal (dolgu metali), tükenen elektrodun çekirdek teli ve bazı elektrodlarda da elektrod örtüsündeki metal tozları tarafından sağlanır.

Örtülü elektrod ark kaynağı sahip olduğu avantajları nedeniyle metallerin birleştirilmesinde en çok kullanılan kaynak yöntemidir.

Avantajları 1.     Örtülü elektrod ark kaynağı açık ve kapalı alanlarda uygulanabilir.  2    Elektrod ile ulaşılabilen her noktada ve pozisyonda kaynak yapmak mümkündür. 3    Diğer kaynak yöntemleri ile ulaşılamayan dar ve sınırlı alanlarda kaynak yapmak mümkündür. 4   Kaynak makinesinin güç kaynağı uçları uzatılabildiği için uzak mesafedeki bağlantılarda kaynak yapılabilir. Kaynak ekipmanları hafif ve taşınabilirdir Pek çok malzemenin kimyasal ve mekanik özelliklerini karşılayacak örtülü elektrod türü mevcuttur. Bu nedenle kaynaklı birleştirmeler de ana malzemenin sahip olduğu özelliklere sahip olabilir. Dezavantajları  Örtülü elektrod ark kaynağının metal yığma hızı ve verimliliği pek çok ark kaynak yönteminden düşüktür. Elektrodlar belli boylarda kesik çubuklar şeklindedir, bu nedenle her elektrod tükendiğinde kaynağı durdurmak gerekir.       Her kaynak pasosu sonrasında kaynak metali üzerinde oluşan cürufu temizlemek gerekir.

Elektrik Direnç KaynağıDirenç kaynağı, metallerin üzerinden geçen akıma karşı gösterdiği dirençle ısı üretmesi esası ile iki veya daha fazla metal yüzey arasında yapılan kaynak yöntemidir. Metalden geçen yüksek akım (1000 - 100.000 A.) nedeni ile kaynak bölgesinde küçük bir eriyik metal havuzu oluşur. Genelde direnç kaynağı yöntemleri verimli ve az kirlilik yaratan yöntemlerdir, fakat uygulamaları sınırlı ve ekipmanları oldukça pahalıdır. Özlü Telle Ark KaynağıÖzlü telle ark kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen bir özlü tel elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemdir. Ark ve kaynak bölgesini koruma işlevi özlü tel içindeki öz maddesinin yanması ve ayrışması sonucunda oluşan gazlar tarafından veya gaz altı kaynağındaki gibi dıştan beslenen bir koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir. Kendinden korumalı olan (açık-ark özlü kaynak telleri) kaynak işlemi ise daha çok örtülü elektrod kaynak yöntemindeki gaz korumasına benzer. Örtülü elektrodların üzerindeki örtü maddesi elektrodların düz çubuklar olarak üretilmesine ve boy kısıtlamasına neden olur. Özlü tellerde ise bu örtü maddesi boru şeklindeki tel elektrodun içinde olduğu için makaralara sarılı tel şeklinde üretilir ve sürekli kaynak bölgesine beslenebilir. Bu kaynak yöntemi, hem yarı otomatik hem de otomatik kaynak sistemlerinde uygulanabilir. Özlü telle ark kaynağının dezavantajı, kaynak dikişi üzerinde örtülü elektrod ark kaynağında olduğu gibi ama biraz daha ince bir cüruf tabakasının oluşmasıdır. Fakat şu an cüruf temizliğine ihtiyaç olmayan veya cüruf oluşturmayan pek çok özlü tel elektrod türü üretilmektedir. Oksi-Asetilen KaynağıBu yöntemin en genel kullanım şekli oksi-gaz kaynağıdır (oksi-asetilen kaynağı olarak da bilinir). En eski ve en çok yönlü kaynak yöntemlerinden biridir, fakat son yıllarda endüstriyel uygulamalardaki popülerliği azalmıştır. Hala yaygın olarak, boru ve kanal kaynağında ve tamir işlerinde kullanılmaktadır.  Ekipmanı ucuz ve basittir, genelde kaynak alevi (yaklaşık 3100°C) oksijenle asetilenin yanması sonucu elde edilir. Alev, elektrik arkından daha az güçlü olduğundan, kaynak soğuması daha yavaş olur ve meydana gelen gerilme ve kaynak çarpılmalarının daha az olabilmesine imkân tanıyabilir, bu nedenle yüksek alaşım çeliklerinin kaynağının yapılması bu yöntemle daha kolaydır. Bu metod, metallerin kesilmesinde de kullanılır. Diğer gaz kaynak metodları da, hava-asetilen kaynağı, oksijen-hidrojen kaynağı ve basınçlı gaz kaynağı gibi, oldukça benzerdir, sadece kullanılan gaz tipi değişir. Gaz kaynağı, plastik kaynağında da kullanılır. Gaz altı KaynağıGaz altı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen bir elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemidir. Kaynak bölgesine sürekli şekilde beslenen (sürülen), masif haldeki tel elektrod ergiyerek tükendikçe kaynak metalini oluşturur. Elektrod, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden kaynak torcundan gelen gaz veya karışım gazlar tarafından korunur. Gaz, kaynak bölgesini tam olarak koruyabilmelidir, aksi taktirde çok küçük bir hava girişi dahi kaynak metalinde hataya neden olur. Başlıca türleri MIG-MAG ve WIG (TIG) gaz altı kaynak teknikleridir. Bu kaynak türünde koruyucu gaz olarak Argon ve Helyum gibi soy gazlar kullanan MIG ( Metal Inert Gas ) kaynak tekniği ile koruyucu gaz olarak aktif bir gaz olan Karbondioksit kullanan MAG ( Metal Active Gas ) teknikleri en yoğun olarak kullanılır. Diğerlerine göre nispeten daha az kullanılan WIG tekniğinin diğerlerinden farkı erimeyen Wolfram (Tungsten) elektrod kullanılmasıdır. Avantajları  Gaz altı kaynağı örtülü elektrod ark kaynağına göre daha hızlı bir kaynak yöntemidir. Çünkü;      Tel şeklindeki kaynak elektrodu kaynak bölgesine sürekli beslendiği için kaynakçı örtülü elektrod ark kaynak yönteminde olduğu gibi tükenen elektrodu değiştirmek için kaynağı durdurmak zorunda değildir.      Cüruf oluşmadığı için örtülü elektrodlardaki gibi her paso sonrası cüruf temizliği işlemi yoktur ve kaynak metalinde cüruf kalıntısı oluşma riski olmadığından, daha kaliteli kaynaklar elde edilir.Örtülü elektrod ark kaynağına göre daha düşük çaplı elektrodlar kullanıldığından, aynı akım aralığında yüksek akım yoğunluğuna ve yüksek metal yığma hızına sahiptir.Gaz altı kaynağı ile elde edilen kaynak metali düşük hidrojen miktarına sahiptir, bu özellikle sertleşme özelliğine sahip çeliklerde önemlidir.     Gaz altı kaynağında derin nüfuziyet sağlanabildiği için bazen küçük köşe kaynakları yapmaya izin verir ve örtülü elektrod ark kaynağına göre daha düzgün bir kök penetrasyonu sağlar.    İnce malzemeler çoğunlukla TIG kaynak yöntemi ile ilave metal kullanarak veya kullanmadan birleştirilse de, gaz altı kaynağı ince malzemelerin kaynağına örtülü elektrod ark kaynağından daha iyi sonuç verir.      Hem yarı otomatik hem de tam otomatik kaynak sistemlerinde kullanıma çok uygundur.      Dezavantajları  Gaz altı kaynak ekipmanları, örtülü elektrod ark kaynağı ekipmanlarına göre daha karmaşık, daha pahalı ve taşınması daha zordur.    Gaz altı kaynak torcu iş parçasına yakın olması gerektiği için örtülü elektrod ark kaynağı gibi ulaşılması zor alanlarda kaynak yapmak kolay değildir.      Sertleşme özelliği olan çeliklerde gaz altı kaynağı ile yapılan kaynak birleştirmeleri çatlamaya daha eğilimlidir. Çünkü örtülü elektrod ark kaynağında olduğu gibi kaynak metalinin soğuma hızını düşüren bir cüruf tabakası yoktur.       Gaz altı kaynağı, gaz korumasını kaynak bölgesinden uzaklaştırabilecek hava akımlarına karşı ek bir koruma gerektirir. Bu nedenle, örtülü elektrod ark kaynağına göre açık alanlarda kaynak yapmaya uygun değildir.           TIG Kaynağı      TIG kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenmeyen bir elektrod (tungsten elektrod) ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemidir . Elektrod, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden kaynak torcundan gelen gaz veya karışım gazlar tarafından korunur. Gaz, kaynak bölgesini tam olarak koruyabilmelidir, aksi taktirde çok küçük bir hava girişi dahi kaynak metalinde hataya neden olur.               Avantajları:      TIG kaynağı, sürekli bir kaynak dikişi yapmak, aralıklarla kaynak yapmak ve punto kaynağı yapmak için hem elle, hem de otomatik kaynak sistemleri ile uygulanabilir.    Elektrod tükenmediği için ana metalin ergitilmesiyle veya ilave bir kaynak metali kullanarak kaynak yapılır. Her pozisyonda kaynak yapılabilir ve özellikle ince malzemelerin kaynağına çok uygundur. Kök paso kaynaklarında yüksek nüfuziyetli ve gözeneksiz kaynaklar verir. Isı girdisi kaynak bölgesine konsantre olduğu için iş parçasında deformasyon düşük olur. Düzgün kaynak dikişi verir ve kaynak dikişini temizlemeye gerek yoktur.       Dezavantajları: TIG kaynağının metal yığma hızı diğer ark kaynak yöntemlerine göre düşüktür. Kalın kesitli malzemelerin kaynağında ekonomik bir yöntem değildir.               Toz altı Kaynağı      Toz altı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen elektrod (veya elektrodlar) ile iş parçası arasında oluşan ark (veya arklar) sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemidir. Ark bölgesi kaynak tozu tabakası ile kaynak metali ve kaynağa yakın ana metal de ergiyen kaynak tozu (cüruf) ve kaynak dikişi tarafından korunur.  Toz altı kaynağında elektrik arktan ve ergimiş metal ile ergimiş cüruftan oluşan kaynak banyosundan geçer. Ark ısısı elektrodu, kaynak tozunu ve ana metali ergiterek kaynak ağzını dolduran kaynak banyosunu oluşturur. Koruyucu görevi yapan kaynak tozu ayrıca kaynak banyosu ile reaksiyona girerek kaynak metalini deokside eder.  Alaşımlı çelikleri kaynak yaparken kullanılan kaynak tozlarında, kaynak metalinin kimyasal kompozisyonunu dengeleyen alaşım elementleri bulunabilir. Tozaltı kaynağı otomatik bir kaynak yöntemidir. Bazı toz altı kaynak uygulamalarında iki veya daha fazla elektrod aynı anda kaynak ağzına sürülebilir.  Elektrodlar yan yana (twin arc) kaynak banyosuna sürülebilir veya kaynak banyolarının birbirinden bağımsız katılaşmasını sağlayacak kadar uzaklıkta, arka arkaya sürülerek yüksek kaynak hızı ve yüksek metal yığma hızına ulaşılabilir.        Avantajları Düz ve silindirik parçaların kaynağında, her kalınlık ve boyuttaki boruların kaynaklarında ve sert dolgu kaynaklarında kullanılabilen yüksek kaynak hızına ve yüksek metal yığma hızına sahip bir yöntemdir. Hatasız ve yüksek mekanik dayanımlı kaynak dikişleri verir. Kaynak esnasında sıçrama olmaz ve ark ısınları görünmez bu nedenle kaynak operatörü için gereken koruma daha azdır. Diğer yöntemlere göre kaynak ağzı açılarını kaynak yapmak mümkündür. Toz altı kaynağı kapalı ve açık alanlarda uygulanabilir.       Dezavantajları: Toz altı kaynak tozları havadan nem almaya eğilimlidir, bu da kaynakta gözeneğe neden olur.  Yüksek kalitede kaynaklar elde edebilmek için ana metal düz, düzgün olmalı, ana metal yüzeyinde yağ, pas ve diğer kirlilikler olmamalıdır. Cüruf kaynak dikişi üzerinden temizlenmelidir, bu bazı uygulamalarda zor bir işlem olabilir. Çok pasolu kaynaklarda, kaynak dikişine cüruf kalıntısı olmaması için cüruf her paso sonrası temizlenmelidir. Toz altı kaynağı 5 mm'den ince malzemelerde yanma yapabileceği için genellikle uygun değildir. Yöntem özel bazı uygulamalar hariç, düz, yatay pozisyondaki alın kaynakları ve köşe kaynakları için uygundur. Her metal ve alaşım için uygulanabilen bir yöntem değildir.              Gaz altı Ve Toz altı Kaynağında Kaynak Dikiş Formunu Etkileyen Faktörler         Katı hal kaynak yöntemleri       İlk bilinen kaynak yöntemi olan dövme yöntemi gibi, modern bazı kaynak yöntemleri de kaynak malzemesi erimeden gerçekleşir. En yaygın yöntemlerden biri olan ultrasonik kaynak, yüksek basınç ve yüksek frekans altında vibrasyon ile termoplastik veya metal malzemeden yapılmış kablo veya ince tabakaların birleştirilmesinde kullanılır.  Ekipman ve yöntemler direnç kaynağı ile benzerdir. Burada elektrik akımının yerini, vibrasyon (titreşim) ile sağlanan enerji alır. Bu yöntemde kaynak metallerinin erimesi yoktur, onun yerine basınç altında yatay olarak uygulanan mekanik vibrasyon vardır. Plastiklerin kaynağında ise, malzemeler erime sıcaklığına yakın sıcaklığa getirilmeli ve dikey olarak vibrasyon uygulanmalıdır. Ultrasonik kaynak, genelde elektrik bağlantıları için kullanılan alüminyum veya bakır malzemede ve polimerlerin kaynağında kullanılır.       Geometri       Genel kaynak ekleme tipleri      Alın ekleme  .    V şeklinde kaynak ağzı açarak ekleme       Bindirmeli ekleme       T şeklinde ekleme      Köşe ekleme Kaynak yapılacak parçalar, çeşitli şekillerde kaynak işlemi için geometrik olarak hazırlanabilir. Parçanın şekline göre farklı varyasyonlar da vardır; örneğin çift-V ekleme gibi. Tek-U ve çift-U şeklinde kaynak ağzı açılarak yapılan eklemeler de sıklıkla kullanılır ve V tipi kaynak ağızlarına benzerdir. Bindirmeli eklemeler genelde parça kalınlığına bağlı olarak kullanılır, bazı ince parçalarda bindirmeli ekleme yapmak zorunlu hale gelebilir. Kaynak işleminin tam olarak gerçekleşmesi için, sıklıkla özel ekleme yöntemleri de kullanılmaktadır. Örneğin, direnç kaynağı, lazer ışın kaynağı ve elektron ışın kaynağında en iyi performansı bindirmeli ekleme verir. Bununla beraber, bazı kaynak yöntemleri, korumalı (gaz altı veya toz altı) metal ark kaynakları gibi, çok yönlüdür ve tüm ekleme tipleri ile uygulanabilir. Ek olarak, bazı prosesler çok geçişli kaynak yöntemlerini (sonraki kaynak yapılırken, öncekinin soğumasına imkan tanıyan) kullanabilir. Bu yöntem, kalın kesitlerin kaynağında, tek-V kaynak ağzı eklemenin kullanımına izin verir.     Kaynak sonrası, kaynak bölgesinde farklı bölgeler oluşur. Kaynağın kendisi, erime bölgesi olarak adlandırılır, burada kaynak işlemi esnasında doldurulmuş dolgu metali vardır. Bu bölgenin özellikleri, birincil olarak kullanılan dolgu malzemesine ve ana malzeme ile olan uyumuna bağlıdır.        Bu bölgenin hemen etrafında ısıdan etkilenmiş olan bölge vardır, bu bölgedeki mikro yapı ve özellikler kaynak işlemi ile değişmiştir. Bu özellikler ana malzemenin ısı altındaki davranışına bağlı olarak değişir. Bu bölgedeki metalin genelde hem ana metalden hem de kaynak bölgesinden daha zayıf olduğu ve burada kalıcı malzeme gerilmeleri oluştuğu görülür.        Kalite    Genelde, kaynağın kalitesini ölçmek için kullanılan en büyük kriter, kaynağın ve çevresindeki malzemenin (mukavemeti) dayanımıdır. Bunu etkileyen bir çok faktör vardır; kaynak metodu, ekleme yöntemi,ısı miktarı, ana malzeme ve dolgu malzemesi ve bunların arasındaki etkileşimler gibi. Kaynağın kalitesini ölçmek için yapılan muayeneler genel olarak, tahribatlı ve tahribatsız muayene yöntemleri olmak üzere, iki grupta toplanır. Bu muayenelerle yapılan ölçümlerde, kaynakta gözle görünür hata olmamalı, kalıcı gerilme ve çarpılmalar kabul edilebilir düzeyde olmalı, ısıdan etkilenmiş bölge özellikleri kabul edilebilir düzeyde olmalıdır. I     Isıdan etkilenmiş bölge     Resimdeki mavi renkli bölge, 316 °C 'de oksitlenme nedeniyle oluşmuştur. Bu renk ısı derecesini gösterir fakat HAZ (Heat Affected Zone) (Isıdan Etkilenmiş Bölge) için yeterince hassas bir gösterge değildir. HAZ, kaynak yapılmış madeni kısmı çevreleyen dar bölgedir. Kaynak yapılan yerin etrafındaki malzeme üzerinde, kaynağın etkileri zararlı olabilir (kullanılan malzeme ve kaynak işleminde kullanılan ısı girişine bağlı olarak ısıdan etkilenmiş bölge boyutu ve dayanımı değişkenlik gösterebilir). Asıl malzemenin ısıl yayınımı (termal diffüzivite yani ısıl iletkenlik/hacimsel ısı kapasitesi) da burada büyük rol oynar. Eğer yayınım büyükse, malzemenin soğuma oranı yüksek olur ve ısıdan etkilenmiş bölge nispeten küçülür. Aksi durumda, düşük yayınım yavaş soğumayı ve daha büyük ısıdan etkilenmiş bölgeyi getirir. Kaynak işlemi ile enjekte edilmiş ısı miktarı, oksi-asetilen kaynak yöntemi gibi yöntemlerde önemli bir rol oynar, yoğunlaşmamış ısı girişi ısıdan etkilenmiş bölgenin genişlemesine sebep olur. Lazer ışın kaynağı gibi işlemler kaynak bölgesine yoğunlaşmış ısı verir, ısı miktarı sınırlanmış olup sonuçta ısıdan etkilenmiş küçük bir bölge ortaya çıkar. Elektrik ark kaynağı, kaynağa özel ısı girişindeki değişkenlikler nedeni ile, bu iki durumun arasında kalır. Ark kaynak prosedürü için ısı girişi aşağıdaki formül ile hesaplanır:         Q = Isı girişi (kJ / mm)         V = Voltaj (V)   I = Akım (A)    S = Kaynak hızı (mm/dk) olarak verilmiştir.                     Verim, kaynak işleminde kullanılan kaynak yöntemine bağlıdır; Örneğin, normal metal ark kaynağında 0,75, gaz-altı metal ark kaynağında 0,9 ve gaz-altı tungsten kaynağında 0,8'dir. Kaynak : OERLIKON Teknik Bilgiler            KAYNAKLAR      http://www.ekipmuhendislik.com.tr/      https://www.metaluzmani.com/      https://unsplash.com/