boru üretiminde kullanılan çeliklerinin mag kaynak parametrelerinin mikroyapı ve mekanik...
TRANSCRIPT
T.C.
MARMARA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BORU ÜRETİMİNDE KULLANILAN ÇELİKLERİNİN
MAG KAYNAK PARAMETRELERİNİN MİKROYAPI VE
MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ TESİRLERİ
Emre ÇAKIRSOY
YÜKSEK LİSANS TEZİ METAL EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN Yrd. Doç. Dr. Zarif ÇATALGÖL
İSTANBUL 2009
T.C.
MARMARA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
BORU ÜRETİMİNDE KULLANILAN ÇELİKLERİNİN
MAG KAYNAK PARAMETRELERİNİN MİKROYAPI VE
MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ TESİRLERİ
Emre ÇAKIRSOY
(141102220050028)
YÜKSEK LİSANS TEZİ METAL EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN Yrd. Doç. Dr. Zarif ÇATALGÖL
İSTANBUL 2009
i
TEŞEKKÜR
Öncelikle bu günlere gelmemde desteklerini benden esirgemeyen beni yalnız
bırakmayan aileme teşekkür ediyorum.
Bu çalışmanın yürütülmesi ve sonuçlandırılmasında fikir ve tecrübeleri ile
bana yol gösteren değerli hocalarım Prof. Dr. İrfan Yükler ve Yard. Doç. Dr.
Zarif ÇATALGÖL’ e sonsuz saygılarımı sunar, teşekkür ederim.
Deneysel çalışmaların bütününde her türlü yardımlarından ötürü araştırma
görevlisi Onur Fidaner’ e sonsuz teşekkürlerimi bir borç bilirim.
Şubat 2009 Emre ÇAKIRSOY
ii
İÇİNDEKİLER
SAYFA NO
TEŞEKKÜR.......................................................................................................... i
İÇİNDEKİLER.................................................................................................... ii
ÖZET................................................................................................................... vi
ABSTRACT ....................................................................................................... vii
SEMBOLLER................................................................................................... viii
KISALTMALAR................................................................................................ ix
ŞEKİLLER........................................................................................................... x
TABLOLAR...................................................................................................... xiii
BÖLÜM I ............................................................................................................. 1
GİRİŞ VE AMAÇ................................................................................................ 1
I.1 GİRİŞ ................................................................................................................... 1
I.2 AMAÇ .................................................................................................................. 1
BÖLÜM II ............................................................................................................. 2
GENEL BİLGİLER ................................................................................................. 2
II.1 MAG KAYNAĞI ESASI .................................................................................. 2
II.2 MAG KAYNAK DONANIMI.......................................................................... 6
II.2.1 Kaynak Torçları...................................................................................... 7
II.2.2 Torç Bağlantı Paketi............................................................................. 11
II.2.3 Tel Sürme Tertibatı .............................................................................. 12
II.2.4 Kontrol Ünitesi ..................................................................................... 15
II.2.5 Koruyucu Gaz Sağlama Sistemleri....................................................... 15
II.2.6 Sulu Soğutma Sistemleri ...................................................................... 17
iii
II.2.7 MIG - MAG Kaynağı Akım Üreteçleri ................................................ 18
II.2.7.1 Motor Generatör Tipi Akım Üreteçleri......................................... 21
II.2.7.2 Redresör Türü Akım Üreteçleri .................................................... 22
II.2.7.3 Sinerjik Darbeli Akım Üreteçleri.................................................. 22
II.2.7.4 İnverter Türü Kaynak Akım Üreteçleri ........................................ 23
II.3 ARK TÜRLERİ VE ARKTA KAYNAK METALİ TAŞINIMI................. 25
II.3.1 Kısa Ark .............................................................................................. 27
II.3.2 Uzun Ark .............................................................................................. 28
II.3.3 Sprey Ark ............................................................................................ 29
II.3.4 Darbeli Sprey Ark ile Metal Taşınımı .................................................. 30
II.3.5 Ark Türlerinin Uygulamada Seçimi ..................................................... 31
II.4 KORUYUCU GAZLARIN FONKSİYONLARI.......................................... 32
II.5 KORUYUCU GAZLARIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ............................ 34
II.5.1 İyonizasyon Potansiyeli........................................................................ 34
II.5.2 Termal İletkenlik .................................................................................. 35
II.5.3 Gaz Yoğunluğu..................................................................................... 35
II.5.4 Saflık ve Çiğ Noktası ........................................................................... 35
II.6 KORUYUCU GAZLAR ................................................................................. 37
II.6.1 Argon Gazı ........................................................................................... 38
II.6.2 Helyum Gazı......................................................................................... 40
II.6.3 Karbondioksit gazı ............................................................................... 40
II.6.4 Azot ...................................................................................................... 41
II.6.5 Oksijen.................................................................................................. 42
II.6.6 Hidrojen ............................................................................................... 43
II.6.7 Karışım Gazları .................................................................................... 43
II.6.7.1 Argon-Karbondioksit Karışımları................................................. 44
II.6.7.2 Argon-Helyum Karışımları........................................................... 47
iv
II.6.7.3 Argon-Oksijen Karışımları ........................................................... 47
II.6.7.4 Helyum-Argon-Karbondioksit Karışımları .................................. 47
II.6.8 Koruyucu Gaz Seçimi .......................................................................... 48
II.7 ELEKTRODLAR............................................................................................ 50
II.7.1 MIG - MAG Kaynak Yönteminde Elektrod Seçimi ............................ 50
II.7.2 Kaynak Teli İçeriğindeki Alaşım Elementleri...................................... 53
II.7.2.1 Karbon .......................................................................................... 53
II.7.2.2 Silisyum ........................................................................................ 53
II.7.2.3 Mangan ......................................................................................... 53
II.7.2.4 Alüminyum, Titanyum, Zirkonyum ............................................. 54
II.7.2.5 Diğer Alaşım Elementleri ............................................................. 54
II.7.3 Çıplak Tel Elektrodlar ......................................................................... 54
II.7.4 Özlü Tel Elektrodlar............................................................................. 56
II.7.5 MAG Kaynağında Kullanılan Özlü Tel Elektrodlar İle Çıplak Tel Elektrodların Karşılaştırılması ................................................................................... 63
II.7.6 Çıplak Tel ve Özlü Tel Elektrodların Sınıflandırılması ....................... 63
II.8 KAYNAK PARAMETRELERİ..................................................................... 65
II.8.1 Kaynak Öncesi Ayarlanan Parametreler .............................................. 65
II.8.1.1 Tel Elektrod ve Çapı ..................................................................... 66
II.8.1.2 Koruyucu Gaz ve Türü ................................................................. 66
II.8.2 Birinci Derece Ayarlanabilir Parametreler........................................... 67
II.8.2.1 Akım Şiddeti................................................................................. 67
II.8.2.2 Ark Gerilimi ................................................................................. 69
II.8.2.3 Kaynak Hızı .................................................................................. 72
II.8.3 İkinci Derece Ayarlanabilir Parametreler............................................. 73
II.8.3.1 Torç Açısı ..................................................................................... 73
II.8.3.2 Serbest Tel Uzunluğu ................................................................... 75
II.8.3.3 Nozul Mesafesi ............................................................................. 76
v
II.8.3.4 Kutup Bağlantısı .......................................................................... 77
II.8.3.5 Koruyucu Gaz Debisi ................................................................... 78
II.9 KAYNAK BÖLGELERİ ................................................................................ 78
II.9.1 Ergime bölgesi...................................................................................... 79
II.9.2 Isının tesiri altında kalan bölge ........................................................... 80
II.9.2.1 İri taneli bölge............................................................................... 81
II.9.2.2 İnce taneli bölge............................................................................ 83
II.9.2.3 Kısmen dönüşmeye uğramış bölge............................................... 83
II.9.2.4 İçyapı değişikliğine uğramamış bölge .......................................... 83
BÖLÜM III .........................................................................................................84
DENEYSEL ÇALIŞMALAR........................................................................ 84
III.1 DENEYLERDE KULLANILAN MALZEMELER ................................... 84
III.1.1 Kaynak Makinesi ................................................................................ 84
III.1.2 Ana Malzeme...................................................................................... 84
III.1.3 Tel Elektrod ........................................................................................ 85
III.1.4 Koruyucu Gaz ..................................................................................... 85
III.2 KAYNAK DENEYLERİ ............................................................................... 85
III.3 METALOGRAFİK İNCELEME İŞLEMLERİ ......................................... 86
BÖLÜM IV. ....................................................................................................... 88
SONUÇLAR VE TARTIŞMA...................................................................... 88
IV.1 AKIMIN DİKİŞ GEOMETRİSİNE TESİRLERİ ...................................... 91
IV.2 KAYNAK İLERLEME HIZININ DİKİŞ GEOMETRİSİNE TESİRLERİ ........................................................................................................................ 97
BÖLÜM V. ........................................................................................................ 101
SON DEĞERLENDİRME VE ÖNERİLER...................................................... 101
KAYNAKLAR................................................................................................. 103
ÖZGEÇMİŞ ..................................................................................................... 106
vi
ÖZET
BORU ÜRETİMİNDE KULLANILAN ÇELİKLERİNİN MAG KAYNAK PARAMETRELERİNİN MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ TESİRLERİ Endüstride yaygın olarak kullanılan MAG (Metal Aktif Gaz) gaz altı kaynak
yönteminde kaynak parametrelerinden kaynak ilerleme hızı, tel hızı ve akım
şiddetinin dikiş geometrisine etkileri incelenmiştir.
Az alaşımlı çeliğe SG2 teli ve % 100 CO2 gazı kullanılarak levha üzerine farklı
akım, tel ilerleme hızı ve kaynak ilerleme hızı parametreleri seçilerek
uygulanmıştır. Uygulamalar sonucunda elde edilen kaynak dikişinin; dikiş
genişliği, taşan dikiş yüksekliği, nüfusiyet derinliği, temas yüzey açısı, iç dikiş
formu, dış dikiş formu, taşan dikiş kesit alanı, nüfuz eden dikiş kesit alanı,
toplam alan ve %’ de karışım oranı değerleri ölçülerek bu parametrelerdeki
değişimlerinin dikiş geometrisine etkileri incelendi. Şu sonuçlar elde edildi.
1. Kaynak nüfusiyet derinliği ve kaynak kesit alanı kaynak akımı ile doğru
orantılıdır.
2. Kaynak nüfusiyet derinliği ve kaynak kesit alanı kaynak ilerleme hızı ile
ters orantılıdır.
Şubat 2009 Emre ÇAKIRSOY
vii
ABSTRACT
THE EFFECTS OF MAG WELDING PARAMETERS ON THE MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPPERTIES OF PIPE STEELS
Gas metal arc welding (MAG) process is very important in iudustrial welding
operations. The welding parameters affect the quality and productivity of the
weldments.
Horizontal bead-on-plate welds were made on 14 mm thick ST52 steel plates
by MAG gas metal arc method. The welding current, welding speed and wire
feed rate varied in the welding operations. All other welding parameters were
kept constant. The welde were cut to obtain transverse sections. Each specimen
was polished and etched with 2 % nital. Photographs were taken from the
specimens. The weld width, weld penetration, depth reinforcement area and
weld metal area was measured on each photograph to find the effects of
varying parameters. The following results were obtained from the experiments:
1. The weld penetration depth and weld metal area was directly proportional
with the welding current.
2. The weld penetration depth and weld metal area was indirectly
proportional with the welding speed.
February 2009 Emre ÇAKIRSOY
viii
SEMBOLLER
Ar :Argon
C :Karbon
CO2 :Karbondioksit
He :Helyum
L :Nozulun İş Parçasına Uzaklığı
LA :Serbest Tel Uzunluğu
Mn :Mangan
N2 :Azot
O2 :Oksijen
SG2 :Gazaltı Kaynak Teli
Si :Silisyum
I :Amper
V :Volt
Lt/Dk : Gaz Akış Hızı (litre/dakika)
ix
KISALTMALAR
GMAW :Gaz Metal Ark Kaynağı
MIG :Metal İnert (soy) Gaz
MAG :Metal Aktif Gaz
DCEP :Doğru akım elektrod negatif kutup
AWS :American Welding Society
ITAB :Isı tesiri altında kalan bölge
V :İlerleme Hızı (mm/s)
W :Dikiş Genişliği (mm)
H :Nüfusiyet Deinliği (mm)
D :Dikiş yüksekliği
EN :Euronorme
α :Temas yüzey açısı (derece)
A1 :Taşan metal dikiş kesit alanı (mm2)
A2 :Nüfuz eden dikiş kesit alanı (mm2)
∑ :Toplam dikiş alanı (mm2)
K :% karışım oranı
EN :Net birim dikiş enerjisi (J/mm)
I :Akım (amper)
U :Gerilim (volt)
V :Hız (mm/s)
η :İzafi ısı tesir derecesi
TIG :Tungsten Inert Gas
TS :Türk Standartları
x
ŞEKİLLER
SAYFA NO
Şekil II.1 MAG kaynak yönteminde ark bölgesi .............................................................. 2
Şekil II.2 MIG-MAG kaynağı donanım blok şeması ....................................................... 7
Şekil II.3 Hava soğutmalı kuğu boynu tür bir torç kesiti ve torç bağlantı paketi............. 8
Şekil II.4 Makina tipi kaynak torçu .................................................................................. 9
Şekil II.5 Çeşitli MIG-MAG torçları .............................................................................. 10
Şekil II.6 İki makaralı ve tel düzeltme tertibatlı tel sürme mekanizması şeması ........... 13
Şekil II.7 Planet veya dönel tel sürme tertibatı prensip şeması ...................................... 14
Şekil II.8 Basınç düşürme manometresi ......................................................................... 16
Şekil II.9 Bilyalı debimetre takılı manometre ................................................................ 17
Şekil II.10 Kaynak akım üreteçlerinde volt-amper karakteristikleri .............................. 19
Şekil II.11 Sabit gerilimli akım üretecinde ark boyunun
kaynak süresince sabit kalması .................................................................. 20
Şekil II.12 MIG-MAG kaynak yöntemi için motor-generatör akım üreteci .................. 21
Şekil II.13 MIG-MAG kaynağında darbeli akım değişimi............................................. 23
Şekil II.14 İnverter türü akım üreteçlerinin prensip şeması ........................................... 24
Şekil II.15 Elektrodun ucunda oluşan metal damlasına etkiyen kuvvetler ve yönleri ... 26
Şekil II.16 GMAW’de metal transfer modları................................................................ 27
Şekil II.17 Uzun ark ile MIG-MAG kaynağında damla geçişi....................................... 29
Şekil II.18 Darbeli akım yönteminde damlaların oluşumu ve banyoya geçişi ............... 30
Şekil II.19 Darbe frekansının dikiş profiline etkisi ........................................................ 31
Şekil II.20 Koruyucu gazın saflaştırılmasının (a-dubleks, b-ferritik paslanmaz çelik)
çentik darbe dayanımı üzerindeki etkisi..................................................... 37
Şekil II.21 Nüfuziyet Biçimi ( Kaynaklar aynı şartlar altında düz pozisyonda
karbondioksit ve argon koruması altında elde edilmiştir) .......................... 39
Şekil II.22 CO2 Koruması Oluşan Reaksiyonlar............................................................ 41
Şekil II.23 Gazların Ark Karakteristikleri ...................................................................... 42
Şekil II.24 Gaz Karışım Oranlarına Göre Nüfuziyet Profilleri ...................................... 46
Şekil II.25 1.6mm Az Alaşımlı Telin Ar-He-CO2- O2 Karışım Karakteristikleri......... 48
xi
Şekil II.26 MIG-MAG kaynağında kullanılan tel elektrodlarda cast ve helix ............... 52
Şekil II.27 Özlü tel elektrod ile kaynakta ark bölgesi .................................................... 57
Şekil II.28 Özlü tel üretimi ............................................................................................. 58
Şekil II.29 Özlü elektrodlarda en çok kullanılan kesit formları ve
dolgu dereceleri .......................................................................................... 59
Şekil II.30 Yığılan Kaynak Metali, Akım Şiddeti ve Tel
Elektrod Çapı Arasındaki İlişki.................................................................. 66
Şekil II.31 Akım Şiddetinin Tel Besleme Hızına Etkisi................................................. 68
Şekil II.32 Çeşitli Koruyucu Gazların Tolerans Kutuları............................................... 69
Şekil II.33 Ark Gerilimi ve Akım Şiddetinin Kaynak Dikiş Formuna Etkileri.............. 71
Şekil II.34 Kaynak Hızının Nüfuziyete Etkisi................................................................ 72
Şekil II.35 Kaynak Hızı ve Pozisyonun Nüfuziyete Etkisi ............................................ 73
Şekil II.36 Sağa Kaynak, Torç ile Kaynak Yönüne Ters Yönde Eğilmiş ..................... 74
Şekil II.37 Sola Kaynak, Torç Kaynak........................................................................... 74
Yönü Aynı Yönde Eğilmiş ........................................................................ 74
Şekil II.38 MIG-MAG Yönteminde Torcun Dik, Kaynak Yönünde
Yada Ters Yönde Eğilmesinin Dikiş Formuna Etkisi ................................ 74
Şekil II.39 Serbest Tel Uzunluğu ................................................................................... 75
Şekil II.41 Çeşitli Ark Türlerinde Serbest Tel Uzunluğu ve Dikiş
Geometrisine Etkisi .................................................................................... 76
Şekil II.42 Nozul Mesafesi ......................................................................................... 76
Şekil II.43 Akım Şiddetine Göre Nozul Mesafesi .......................................................... 77
Şekil II.44 (+) ve (-) Kutup Durumlarında Dikiş Formu ve Sıçramaya Etkisi ............... 77
Şekil II.45 Kutup Bağlantısının Erime Miktarı .............................................................. 77
Şekil II.46 MIG-MAG Kaynağında Koruyucu Gaz Sarfiyatı,
Nozul Çapı ve Akım Şiddeti Arasındaki Bağıntı ....................................... 78
Şekil II.47 Kaynak dikişi çevresinde sıcaklık dağılımı ve
tanesel yapıdaki değişiklikler ................................................................... 82
Şekil III.1 Üzerine Dikiş Çekilen Parçalar..................................................................... 85
Şekil III.2 Üzerine Kaynak Çekilen Numune Ölçüleri .................................................. 87
Şekil III.3 Metalografik işlemler uygulanan numune ölçüleri ....................................... 87
Şekil III.4 Kaynak Dikiş Geometrisi .............................................................................. 87
Şekil IV.1 Levha Üzerine Çekilen Dikişlerin Görüntüleri ............................................. 90
Şekil IV.2 Akımın, Dikiş Genişliğine Etkisi .................................................................. 91
xii
Şekil IV.3 Akımın, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi ..................................................... 91
Şekil IV.4 Akımın, Dikiş Derinliğine Etkisi................................................................... 92
Şekil IV.5 Akımın, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi .................................................... 92
Şekil IV.6 Akımın, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi .......................................... 93
Şekil IV.7 Akımın, % Karışım Oranına Etkisi ............................................................... 93
Şekil IV.8 Akımın, Dikiş Genişliğine Etkisi .................................................................. 94
Şekil IV.9 Akımın, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi ..................................................... 94
Şekil IV.10 Akımın, Dikiş Derinliğine Etkisi................................................................. 95
Şekil IV.11 Akımın, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi .................................................. 95
Şekil IV.12 Akımın, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi ........................................ 96
Şekil IV.13 Akımın, % Karışım Oranına Etkisi ............................................................. 96
Şekil IV.14 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Genişliğine Etkisi..................................... 97
Şekil IV.15 Kaynak İlerleme Hızının, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi ....................... 97
Şekil IV.16 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Derinliğine Etkisi ..................................... 98
Şekil IV.17 Kaynak İlerleme Hızının, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi....................... 98
Şekil IV.18 Kaynak İlerleme Hızının, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi ............. 99
Şekil IV.19 Kaynak İlerleme Hızının, % Karışım Oranına Etkisi.................................. 99
Şekil IV.20 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Genişliğine Etkisi................................... 100
xiii
TABLOLAR
SAYFA NO Tablo II.1 MIG-MAG kaynağında kullanılan ark türleri ve
uygulama alanları ........................................................................... 32
Tablo II.2 EN 439'a göre ark kaynak ve kesme yöntemlerinde
kullanılan gazların bileşimleri ve işaretlenmeleri .......................... 34
Tablo II.3 Çeşitli gazlara ait saflık ve çiğ noktası değerleri ........................... 36
Tablo II.4 GMAW’de Kullanılan Farklı Koruma Gazları .............................. 38
Tablo II.5 MIG-MAG Kaynak Yöntemind Kullanılan
Koruyucu Gazlar ............................................................................ 44
Tablo II.6 Karbonlu Çeliklerin GMAW İçin Koruyucu
Gaz Seçimi ..................................................................................... 49
Tablo II.7 MAG kaynağında kullanılan özlü tel elektrod
tipleri ve öz kısımlarını oluşturan bileşenler .................................. 60
Tablo II.8 EN 758’e göre özlü tel elektrod çeşitleri........................................ 61
Tablo III.1 SG2 Telinin Kimyasal Analizi ..................................................... 85
Tablo III.2 Kaynak Parametrele Değerleri...................................................... 86
Tablo IV.1 Levha Üzerinde Dikişlerden Elde Edilen Sonuçlar ...................... 88
Tablo IV.2 Levha Üzerindeki Dikişlerin Alanları........................................... 89
1
BÖLÜM I
GİRİŞ VE AMAÇ
I.1 GİRİŞ
Karbondioksit gibi aktif gaz atmosferi altında eriyen elektrodlar ile yapılan
gazaltı kaynak usulüne MAG kaynak yöntemi denilmektedir. MAG Metal Activ Gaz
ifadesinin kelimelerinin baş harflerinin alınmasıyla sembolize edilmiştir. Gaz olarak
karbondioksit yada karbondioksit ağırlıklı karışım gazları kullanılmaktadır.
Koruyucu gaz olarak kullanılan karbondioksit ya da karışım gazı havanın zararlı
etkilerinden kaynak bölgesini muhafaza etmektedir. Karbondioksit gazı yerine
helyum ve argon gibi soygazlar kullanılması halinde kaynak yöntemimiz MIG
kaynak yöntemi adını almaktadır. Sarf malzemesi olarak kullanılan elektrod kaynak
bölgesine ayarlanan bir hızla iletilmektedir. Oluşturulan ark ısısı ile kaynak teli erir
ve kaynak havuzuna düşer. Kaynak akımının yoğunluğuna, koruyucu gaz cinsine ve
elekrodun akım yoğunluğuna göre sıvı metalin damlama tipi değişmektedir.
1. Uzun ark (iri damla oluşumu)
2. Sprey ark ( küçük damla oluşumu)
3. Kısa ark
4. Darbeli ark
I.2 AMAÇ
Hazırlanacak olan tezde MAG gazaltı kaynak yöntemi uygulamalarında kaynak
parametreleri değiştirilerek oluşan kaynak dikiş geometrisi üzerindeki tesirleri
incelemektir. Kaynak akımı, kaynak ilerleme hızı ve tel ilerleme hızı
parametrelerindeki değişim ile elde edilen kaynak geometrisi arasındaki
matematiksek bağlantı amaçlanmıştır.
2
BÖLÜM II
GENEL BİLGİLER
II.1 MAG KAYNAĞI ESASI
1950'li yılların sonlarına doğru özellikle otomobil endüstrisinde, tam otomatik
olarak çalışan, yüksek ergime güçlü, çok hızlı ve sadece yatay pozisyonda
çalışabilen, CO2 koruyucu gazlı kaynak makineleri kullanılmaya başlanmıştır; bu
yöntemde görülen sadece yatay pozisyonda çalışabilme olanağı ve fazla miktarda
sıçrama araştırmacıları bu doğrultuda çalışmalara yöneltmiştir. [2,9]
MAG diğer bir deyimle aktif gaz altında ergiyen elektrod ile kaynak, son
yıllarda büyük gelişme göstermiş, az alaşımlı çeliklerin kaynağında diğer yöntemlere
karşı büyüyen bir rakip konumuna gelmiştir. Özellikle son yıllarda MAG kaynak
yönteminde kullanılan koruyucu gaz karışımları üzerinde birçok bilimsel araştırma
yapılmış, alaşımsız ve yüksek alaşımlı çeliklerin kaynağında bu tür koruyucu
gazların kaynak dikişinin mekanik özelliklerini arttırdığı, kaynak hatalarında
gazlardan gelen türlerin en aza indiği, sıçramaların azaldığı, kaynak dikiş profilinin
düzeldiği ve nüfuziyetin arttığı saptanmıştır.
Şekil II.1 MAG kaynak yönteminde ark bölgesi [2,9]
3
Kısa devre halinde, akımı sınırlayan frekanslı akım üreteçleri geliştirilerek,
kısa ark boyu ile çalışılarak sıçrama minimuma indirgenmiştir; diğer önemli bir
gelişme sonucunda da ince çaplı elektrod kullanabilme olanağı sağlanmış ve bu
şekilde, her ne kadar elektrodun akım yoğunluğu arttırılmış ise de, arkın oluşturduğu
ısı azalmıştır. Akım yoğunluğunun artması, arkı yoğun ve istenilen yöne kontrollü
olarak doğrultulabilir hale getirmiş ve dolayısı ile de her pozisyonda kaynak
yapabilen bu yöntemde önceleri sadece CO2 kullanılmıştır. [2,9]
Günümüzde gereken durumlarda, arkı yumuşatmak, sıçramayı azaltmak için
CO2' ye argon karıştırılıp kullanılmaktadır; karışım oranı % 85 argona kadar
çıkmaktadır. Bu yöntemde bir üçüncü gelişme de çeşitli bileşimlerde ki koruyucu
gazlar ile sprey ark yönteminin bulunmasıdır. Argon içine çok az miktarda oksijen
ilave edilerek çeliklerin kaynağında bu yöntemin uygulanması sonucu, daha kalın
çaplı elektrodlar ile her pozisyonda çalışabilme olanağı sağlanmış ve çok daha
düzgün görünüşlü kaynak dikişleri elde edilebilmiştir.
Son yıllarda geliştirilen, darbeli akım yönteminde, kaynak akımı, ayarlanan
frekansta bir alt ve bir üst değer arasında değiştirilerek iş parçasına aktarılan ısı
girdisi minimumda tutularak, özellikle ince parçalarda çarpılma azaltılmıştır. Gene
son yılların önemli gelişmelerinden bir tanesi de inverter tür kaynak makinelerinin
uygulama alanına girmesidir; bu tür akım üreteçleri ile gerçekleştirilen kaynak
işlemlerinde saf CO2 kullanılması halinde dahi sıçrama tamamen ortadan kalkmıştır.
[2,9]
Bu yöntemin yaygınlaşmasını, her tür metal ve alaşıma uygulanmasını
sınırlayan önemli engellerden bir tanesi de esas metalin bileşimine uygun kaynak teli
üretimi olmuştur; zira bazı tür alaşımları kaynak teli haline getirip makaralara sarmak
teknolojik olarak mümkün olamamış ve de diğer bazı türlerinde tüketiminin sınırlı
oluşu tel üretimini ekonomik olmaktan çıkarmıştır. Bu önemli engeli aşabilmek
amacı ile, günümüzde özlü tel elektrodlar geliştirilmiş ve bunlar yaygın bir uygulama
alanına sahip olmuşlardır. İnce tel kalınlığında fakat boru biçiminde üretilmiş olan bu
sürekli tel elektrodlarda, borunun içine alaşımlanmayı sağlayan metal tozları ile
gerek arkın kararlılığını ve gerekse de kaynak metalinin dezoksidasyonu sağlayan ve
de sıçramayı azaltan ve hatta gerektiğinde yanarak koruyucu gazı da kendi oluşturan
curuf yapıcı maddeler konmuştur. Bu yeni buluş, bu kaynak yöntemini endüstrinin en
önemli yöntemlerinden biri haline getirmiş ve yaygınlaşmasına olanak sağlamıştır.
[2,9]
4
MIG-MAG yönteminin diğer ark kaynak yöntemlerine göre çok önemli
üstünlükleri vardır ve bu üstünlükler sayesinde endüstride bugünkü yaygın uygulama
alanlarına sahip olmuştur. Bu üstünlükler şu şekilde sıralanabilir:
• Ergiyen elektrod ile ark kaynağı yöntemleri arasında, MIG-MAG yöntemi
endüstriyel öneme sahip demir esaslı ve demir dışı tüm metal ve alaşımlara aynı
etkinlik ile uygulanabilen tek kaynak yöntemidir.
• Yarı otomatik çalışma sırasında kaynak operatörü sadece torç açılarına
dikkat etmek ve ilerleme hızını ayarlamakla sorumludur. Kaynak donanımın ayarı
basittir ve tüm kontroller bizzat donanım tarafından gerçekleştirilmektedir.
Operatörün özel ve uzun süren bir eğitimden geçmesi gerekmemektedir; diğer ark
kaynak yöntemlerinden herhangi birisi için yetiştirilmiş kaynakçılar birkaç saatlik bir
eğitim sonucu bu yöntemi kolaylıkla uygulayabilirler.
• Kaynak işlemi her pozisyonda rahatlıkla gerçekleştirilebilmektedir; bu
konuda yöntemin en önemli rakibi olan tozaltı kaynak yöntemine nazaran büyük bir
üstünlüğe sahiptir; ayrıca kaynak işleminde sadece az miktarda sıçrantı oluşumu ve
curuf oluşmaması kaynak sonrası temizleme işlemlerini kolaylaştırmaktadır.
• Kaynak telinin kaynak bölgesine sürekli olarak sürülmesi, elektrod değişimi
için duraklamaları ortadan kaldırmakta ve çok uzun kaynak dikişleri ara vermeden
yapılabilmektedir. Bu konu, hem elektrod değiştirmek için harcanan ölü zamanı
ortadan kaldırmakta hem de her dikişin başlangıç ve sonunda oldukça sık karşılaşılan
gözenek, curuf kalıntısı, soğuk kaynak ve krater çatlağı gibi kaynak hatalarının
oluşmasına olanak vermemektedir.
• Elektrod telinin otomatik olarak sistem tarafından kaynak bölgesine
sürülmesi ve daha yüksek akım yoğunluklarında çalışılması gerek kaynak hızının
yükselmesine ve gerekse de birim zamanda yığılan kaynak metali miktarının örtülü
elektrod ve TIG kaynak yöntemlerinden çok daha fazla olmasına olanak
sağlamaktadır.
• Sprey ark ile metal taşınımı halinde daha derin dikiş nüfuziyeti elde
edilmekte ve daha az kaynak metali harcanması esas metal ile eş mukavemetli iç
köse kaynak bağlantıları elde edilmektedir. Kullanılan tel elektrod çapının diğer
yöntemlere göre daha ince oluşu daha dar bir kök aralığı bırakılmasına ve daha dar
bir kaynak ağzı içinde kaynak yapılmasına olanak vermektedir ve bu olay da aynı
kalınlıkta bir parçanın kaynatılmasında daha az tel elektrod tüketimine neden
olduğundan bağlantının maliyetinde önemli bir düşüş sağlanmaktadır.
5
• Elektrod fiyatları karşılaştırıldığında, örtülü elektrod ve tel elektrod
arasındaki fiyat farkı piyasanın koşullarına göre değişmekte ise de çok büyük farklar
göstermemektedir, ama buna karşın örtülü elektrodlarda koçan kaybı ortalama % 17,
örtünün yanma ve sıçrama kaybı da % 27'ye kadar yükselmektedir. Bu hesaba göre 1
kg örtülü elektrod 0.560 kg kaynak metali vermekte buna karşın 1 kg tel elektrod ile
0.950 kg kaynak metali elde edilmektedir. [2,9]
Bütün bu üstünlüklerinin yanı sıra MIG-MAG yöntemimin uygulama alanlarını
sınırlayan bir takım özelikleri de vardır, bunlar şu şekilde sıralanabilir:
• Kaynak donanımı daha karışık bir yapıdadır, dolayısı ile daha pahalıdır ve
daha etkin bir bakım gerektirir. Kaynak donanımı örtülü elektrod ile ark kaynağı
donanımına nazaran daha zor taşınabilir bir yapıdadır; torç hortum paketinin
uzunluğu esas donanım ile kaynak yapılan nokta arasındaki mesafeyi sınırlamaktadır.
• Kaynak bölgesi torcun ucundaki gaz nozulundan çıkan koruyucu gaz
tarafından korunmaktadır, bu gaz akımı ortamın rüzgarlı olması halinde gerekli
korumayı yapamamakta ve bu da yöntemin şantiyelerde ve açık havada yapılan
işlerde uygulanmasını kısıtlamaktadır.
• MIG-MAG yönteminde torç, örtülü elektrod ark kaynağında kullanılan
elektrod pensesine nazaran daha büyük, daha az esnektir; dar ve zor erişilen yerlerin
kaynağında zorluk göstermektedir. [2,9]
MAG kaynağının, MIG kaynağından farkı yalnızca kullanılan gazdadır. Yani
ayrı bir kaynak donanımına ihtiyaç yoktur. Çeliklerin kaynağında MAG kaynağının
MIG kaynağına nazaran üstünlükleri vardır. [6]
Bunlar;
• Karbondioksit argon gazına nazaran daha ucuz olduğu için, gaz masrafı
daha azdır,
• Aynı hacimli tüplere, argon gazına nispeten takriben üç misli daha fazla
karbondioksit konur (karbondioksitin sıvı halde nakli dolayısıyla),
• MAG kaynağında, MIG kaynağına nazaran daha derin nüfuziyet elde edilir,
• Daha yüksek kaynak hızı ile çalışılır,
• MAG kaynağında hâsıl olan ultraviole ışınlar, MIG kaynağına nazaran daha
zayıftır. Bundan ötürü daha açık renkli kaynak maske camları ile çalışılır. [2]
6
II.2 MAG KAYNAK DONANIMI
Her kaynak yönteminde olduğu gibi bu kaynak yöntemini de uygulayabilmek
için özel bir kaynak donanımına gereksinim vardır. MIG-MAG kaynak donanımı,
örtülü elektrod ile yapılan ark kaynak donanımı ile karşılaştırıldığında bir parça daha
karmaşık görünmesine karşın aslında sistem olarak bir tozaltı kaynak donanımından
daha basittir [2,9].
MAG usulü ile kaynak işleminde kullanılan cihaz ve donanımlar MIG
yönteminde kullanılanın benzeridir. Farklı tarafı, katı CO2’in kaynak tabancasına
gelmesi için, özel bir elektrik ısıtıcılı, basınç düşürücü ventil ile donatılmış olmasıdır.
Bu ilave elemanla gazın genişlemesi de sağlanmış olur. [8]
Bir MIG-MAG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur:
• Kaynak tabancası olarak da adlandırılan bir kaynak torcu.
• Tel biçiminde elektrod ve kılavuzunu, kaynak akım ve şalter kablolarını, gaz
hortumunu, gerektiğinde soğutma suyu giriş ve çıkış hortumlarını bir arada tutan
metal spiral takviyeli hortum; torç bağlantı paketi.
• Tel biçimindeki elektrodun ilerlemesini sağlayan tel sürme tertibatı.
• Kumanda ve kontrol donanımı
• Kaynak akım üreteci.
• Koruyucu gaz tedarik donanımı
• Sulu soğutma sistemi
• Mekanize ve otomatik kaynak için yardımcı donanımlar. [2,9]
7
Şekil II.2 MIG-MAG kaynağı donanım blok şeması [2,3,9]
II.2.1 Kaynak Torçları
MIG-MAG kaynağında tel elektroda akımın yüklenmesi ve kaynak bölgesine
iletilmesi, ark bölgesine koruyucu gazın gönderilmesi torcun görevidir. Kaynak
işleminde kullanılan akımın şiddetine ve kaynak yönteminin otomatik veya yarı
otomatik olma haline göre çeşitli tür ve büyüklüklerde torçlar geliştirilmiştir. Ark
sıcaklığından etkilenen torcun sürekli olarak soğutulması gereklidir; düşük akım
şiddetlerinde yapılan çalışmalarda koruyucu gaz akımı gerekli soğutmayı
yapabilmektedir. Büyük çaplı elektrodlar, yani yüksek akım şiddetlerinin
kullanılması halinde ise (I> 250 A) su ile soğutma sistemi gerekmektedir. Su ile
soğutma, doğal olarak düşük akım şiddetlerinde de daha iyi bir soğutma sağlarsa da,
uygulamada torçta sızdırmazlığın sağlanması için kullanılan contaların bakımı
külfetli olduğundan ve torç ağırlaştığından tercih edilmez. [2,9]
8
Şekil II.3 Hava soğutmalı kuğu boynu tür bir torç kesiti ve torç bağlantı paketi
[2,6,9]
Arkın çok yakınında bulunması nedeni ile özellikle, yarı otomatik yöntemlerde
operatörün sıcaklıktan olabildiği kadar az etkilenmesi için çeşitli biçimlerde torçlar
geliştirilmişse de, günümüzde en yaygın olarak kullanılanı oksi-asetilen üflecini
andıran biçimde bükülmüş olan kuğu boynu diye adlandırılan türüdür. Bu tür torçlar
erişilmesi zor bölgelerdeki kaynak dikişleri ile zor pozisyonlardaki kaynak
dikişlerinin yapımında kaynakçıya büyük kolaylık sağlar ve son derecede
ergonomiktirler. Buna karşın otomatik veya mekanize kaynak işlemleri ile
alüminyum ve alaşımlarının kaynağında düz torçlar tel elektrodun spiral içinde
itilerek kolayca sürülebilmesi için düz boyunlu torçlar tercih edilirler. Spiral kılavuz
içinde ilerlemesi çok zor alaşımlardan yapılmış tel elektrodlar için tabanca
9
biçiminde, üzerinde tel ilerletme tertibatı ve ufak bir tel kangalı bulunan torçlar da
üretilmektedir. [2,9]
Ayrıca tam mekanize sistemlerde kullanılan makine torçları vardır. Makine
kaynak torçları yarı otomatik kaynak torçlarıyla aynı temel dizayn prensiplerinde ve
özelliklerinde kullanılmaktadır. Bu torçların 1200 amperin üzerinde kapasiteye sahip
olanları vardır ve genellikle yüksek amperaj değeri ve istenen yüksek çalışma
çevriminden dolayı su soğutmalı olarak kullanılır. Torç direk olarak tel besleyicinin
altına monte edilir. Sıklıkla 6 mm nin üstündeki büyük çaplı teller kullanılmaktadır.
Şekil II.4'de kontrol paneline monte edilmiş bir makineli kaynak torcu
görülmektedir. Burada kaynak makinesi, tel besleme motoru ve tel dağıtıcı
sisteminin tamamının kaynak torçuna eklendiği bir kontrol paneline sahiptir. [5,11]
Şekil II.4 Makina tipi kaynak torçu [5,11]
10
Şekil II.5 Çeşitli MIG-MAG torçları [2,9]
MIG-MAG yönteminde tel elektrod sürekli olarak ilerlediği için tele elektrik
iletimi kayar bir temas elemanı ile sağlanır. Tel torcu terketmeden biraz önce bakır
esaslı bir akım memesi içinden geçerek kaynak akımı ile yüklenir; bu akım
memesine konsantrik olarak, torcun ağız bölgesinde bir gaz lülesi (nozul) bulunur ve
11
bu nozul sayesinde, koruyucu gaz akımı laminer olarak (girdapsız olarak) kaynak
bölgesine sevk edilir.
Akım memesinin malzemesi elektriği çok iyi iletmek ve aynı zamanda
aşınmaya (özellikle elektroerozyona) dayanıklı olmak zorundadır. Uygulamada,
memenin iç çapının tel çapından takriben 0,2 mm daha büyük olmasına izin verilir,
bu değer yumuşak tel elektrodlar halinde daha da büyütülebilir. [2,9]
Akım memesi ile konsantrik olarak bulunan gaz nozulu da çalışma sırasında
aşırı ısıl zorlanmaya maruz kalan torç elemanlarındandır. Kaynak bölgesine
gönderilen koruyucu gazın düzgün akımını sağlayan gaz nozulunun büyüklüğü,
ergime gücü ve kaynak hızına bağlı olarak değişir. Kaynak işlemi sırasında nozul ve
memeye yapışan, sıçrayan metal damlacıkları, koruyucu gazın laminer akımını bozar
ve bu da kaynak bölgesinin iyi korunmamasına neden olur. Sıçramanın aşırı olduğu
hallerde, yapışan metal damlacıkları akım memesi ile gaz nozulu arasında köprü
oluşturarak, gaz nozulu ile iş parçası arasında ikinci bir arkın oluşmasına ve böylece,
hem iş parçasının hem de torcun hasar görmesine neden olur; bu bakımdan kaynak
sırasında sıçramanın fazla olduğu durumlarda torç sık sık kontrol edilip
temizlenmelidir. Gaz nozulu, akım memesi ve gerekse de memenin vidalandığı
meme hamili torcun kolaylıkla değiştirilebilen ve yedekleri bulunabilen parçalarıdır.
[2,9]
II.2.2 Torç Bağlantı Paketi
Torç, kaynak makinesine içinde tel elektrod kılavuzunu, akım kablosunu,
koruyucu gaz hortumunu ve gerekli hallerde soğutma suyu geliş ve dönüş
hortumlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli ve kalın hortum ile bağlanmıştır,
bu kalın hortuma torç bağlantı paketi adı da verilir. [2,9]
Kullanılan tel elektrodun malzemesine göre çeşitli türde kılavuzlar kullanılır;
bazı yörelerde bu kılavuzlara spiral veya gayd adı da verilir. Kılavuz, tel ilerletme
tertibatının temas memesine kadar tel elektrodun sevkedilmesi görevini üstlenir;
alüminyum ve alaşımları, Cr-Ni paslanmaz çelikler için plastik hortum, alaşımsız ve
alaşımlı çelik elektrodlar için ise çelik spiral biçiminde yapılmış kılavuzlar kullanılır.
Kullanılan kılavuz hortumunun çapı, elektrod çapına uygun olarak seçilir;
uygulamada genellikle her kılavuz ile ancak iki birbirine yakın çaptaki teller
kullanılabilir. Kılavuzun boyu normal kaynak makinelerinde 3 ila 3,50 metre ile
sınırlanmıştır; zira daha uzun olması halinde tel elektrod ve kılavuz iç cidarı
12
arasındaki sürtünme tel ilerlemesini zorlaştırmakta ve kesikliklere neden olmaktadır.
Bu gibi durumlarda bu boyu uzatabilmek amacı ile özel tür torçlar geliştirilmiştir. Bu
torçlarda ikinci bir tel çekme tertibatı vardır; tel esas tel sürme tertibatı tarafından
itilir iken, torçtaki makaralar tarafından da çekilir; bu tür torçlar daha ağır ve daha
pahalıdır, genelde alüminyum alaşımları gibi normal boydaki kılavuzlarda dahi zor
ilerleyen tel elektrodlar için tercih edilirler. [2,9]
Günümüzde, fabrika içinde montaj hatlarında veya büyük parçaların kaynağı
halinde erişebilirliği sağlamak ve kolaylaştırmak için çeşitli tasarımlar
geliştirilmiştir.
Torç bağlantı paketinin içinde bulunan akım kablosu kaynak akım üretecinin
maksimum kapasitesine göre boyutlandırılmıştır; genelde bakım gerektirmez ve
üzerindeki yalıtım tabakası herhangi bir neden ile tahrip olmadığı sürece kullanılır.
Koruyucu gaz hortumu neoprenden yapılmıştır ve her tür koruyucu gazın etkisine
dayanıklıdır. Kumanda kabloları, torç tetiği ile kaynak donanımı kumanda dolabı
arasındaki bağlantıyı sağlar ve yalıtım tabakaları zedelenmediği sürece de değiştirme
ve bakım gerektirmezler. Su soğutmalı torç kullanılması halinde torç bağlantı paketi
içinde su gidiş ve dönüş hortumları bulunur [2,9].
Torç bağlantı paketi içindeki bu kablo ve hortumlar özel ekleme elemanları ile
kaynak akım üretecine veya kumanda dolabına bağlanmışlardır. [2,9]
II.2.3 Tel Sürme Tertibatı
Tel elektrod sürme tertibatı, teli makaradan sağıp, ergiyen tel miktarını
karşılayacak bir hızla ark bölgesine sevkeden bir mekanizmadır. Çalışma
sistemlerine göre çekme, itme türü tertibatlar diye adlandırılsalar da çalışma prensibi
bakımından birbirlerinden pek farkları yoktur. Hız ayarı kademesiz bir mekanik
tertibat veya gerilimi değiştirilerek hızı ayarlanan bir doğru akım motoru tarafından
gerçekleştirilir. [2,9]
Kaynak akım üretecinin yatay karakteristikli doğru akım ve sabit gerilimli
olması halinde tel sürme tertibatının motoru uygulanan akım şiddetine bağlı olarak
sabit bir hızla döner.
Günümüzde en fazla bu tür kaynak akım üreteçleri tercih edilir. Çok kalın tel
elektrodların kullanılması halinde düşey karakteristikli sabit akımlı kaynak akım
üreteçleri gerekli olmaktadır. Bu durumlarda tel sürme tertibatının motoru sabit
devirde dönmez, ark boyundan komut alarak hızını ayarlar. [2,9]
13
Tel sürme tertibatları çalışma prensibi bakımından, makaralı (rulolu) tertibatlar
ve planet tertibatlar olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar.
Makaralı tertibatlarda, tel iki veya dört makara arasından geçer; bunlardan alt
makaralar arzu edilen tel besleme hızına eşit bir çevresel hızla dönerler ve
üzerlerinde tel çapına uygun bir kanal açılmıştır, genelde üst makaralar avara döner,
bunların bazıları düz, diğer bazılarına ise kanal açılmıştır. Kullanılan elektrodun sert
olması halinde makaralara teli kaydırmamaları için tırtıllar da açılmıştır. [2,9]
Tel sürme tertibatında makaraların tel üzerine yaptıkları basıncın iyi
ayarlanması, tel tür ve çapına uygun profilde makaraların kullanılması gereklidir.
Yumuşak malzemeden yapılmış kaynak telleri ile özlü elektrodlar halinde dört
makaralı ve dördü de tahrikli tel sürme tertibatlarının kullanılması ile daha iyi sonuç
alınmaktadır, zira bu durumda makara basıncının olabildiğince azaltılması gereklidir;
doğal olarak bu tel elektrodların kullanılması halinde makaraların profili, tırtılların
biçimi ve kalitesi ile makara basıncının ayarı da büyük bir öneme sahiptir. [2,9]
Tel bobinden sağılırken tam düz değildir ve bu şekilde tel kaynak bölgesine
sevk edilirken, spiral kılavuz içinde sürtünme yaptığından sürme tertibatını zorlar ve
bu da tel ilerletme hızının düzensiz olmasına neden olur ki bu olay da kaynak
dikişinin kalitesini etkiler. [2,9]
Makaralı tel sürme tertibatlarının yegane sakıncası makaradan sağılan teli tam
olarak doğrultamamalarıdır. Dört makaralı tertiplerde tel bir dereceye kadar düzelir,
iki makaralı tertibatlarda, sürme mekanizmasından önce bir tel doğrultma makaraları
grubuna gerek vardır.
Şekil II.6 İki makaralı ve tel düzeltme tertibatlı tel sürme mekanizması şeması
[2,9]
14
Dönel veya planet sistemi tel sürme tertibatlarında eksenleri birbirlerine göre
çarpık üç rulo vardır, tel bunların arasından geçer, ruloların bağlı olduğu gövde
döndürülür ve bu şekilde ruloların temas noktası tel üzerinde bir helis çizer; tel
dönmediği için de ilerleme hareketi yapar. Bu sistemin en büyük üstünlüğü tel
elektrodu çok iyi bir şekilde doğrultmasıdır. [2,9]
Şekil II.7 Planet veya dönel tel sürme tertibatı prensip şeması [3,9]
Planet sistemi tel sürme mekanizmaları, teli çok iyi doğrulttuğundan, tel ile
spiral kılavuz arasındaki sürtünme azalır ve dolayısı ile daha uzun hortumlar
kullanmak olanağı doğar; bu tertibatla hortum boyu 6 m.'ye kadar uzatılabilir. Yalnız
bu sistem ince ve yumuşak metallerden yapılmış tel elektrodlar ile özlü elektrodlar
için uygun değildir. [2,9]
15
II.2.4 Kontrol Ünitesi
Kaynakta gerekli fonksiyonlar, hortum paketi içindeki kontrol kablosu
üzerinden, torçtaki anahtar aracılığıyla kontrol ünitesinde devreye sokulur. [33]
Genel olarak iki ve dört zamanlı kontrol sistemleri mevcuttur.
a. İki zamanlı kontrol: torçtaki anahtardan, aynı anda akım, tel ilerlemesi ve
koruyucu gaz devreye sokulur; anahtarın bırakılmasıyla bu fonksiyonların tümü aynı
anda kesilir. Bu kontrol tipi, esas olarak puntalama işleminde ve kısa dikişler için
kullanılır. [33]
b. Dört zamanlı kontrol: torçtaki anahtara basıldığında önce sadece magnet
ventilin açması yoluyla koruyucu gaz akmaya başlar; anahtarın bırakılmasıyla akım
ve tel ilerlemesi başlar; kaynak işleminin sonunda anahtara tekrar basıldığında akım
ve tel ilerlemesi kesilir; bu arada anahtar bırakılana kadar koruyucu gaz akışı bir
miktar daha sürer. [33]
Yeni cihazlarda ilave olarak arkın geri yanma süresi (telin ilerleyişinin durması
ile akımın kesilmesi arasında geçen süre) de ayarlanabilir. Böylece arkın
beklenmedik ani sönmelerinde telin banyoya yapışması önlenmiş olur. Bu durum,
telin ilerlemesinin, akım kesilmesinden biraz önce durması ile sağlanır. Eğer geri
yanma süresi uzun ayarlanmışsa, telin ilerlemesi erken kesileceğinden, telin kontak
borusu içine kadar yanması ve dolayısıyla kontak borusunun zarar görmesi
mümkündür. [33]
II.2.5 Koruyucu Gaz Sağlama Sistemleri
MIG-MAG kaynak yönteminde, daha önceden de belirtilmiş olduğu gibi
kaynak bölgesi ve ark, atmosferin olumsuz etkilerinden bir koruyucu gaz örtüsü
tarafından korunur. Bu gazın tüm işlem süresince yeterli miktarda kesiklik yapmadan
sürekli olarak kaynak bölgesine beslenmesi koruyucu gaz donanımı tarafından
gerçekleştirilir. Kaynak için gerekli koruyucu gaz iki farklı sistem ile sağlanabilir:
• Basınçlı gaz tüpünden,
• Merkezi gaz dağıtım sisteminden
Ülkemizde MIG-MAG kaynağı için gerekli koruyucu gaz, basınçlı tüplerden
sağlanır. İşletme içi merkezi sistem gaz dağıtım şebekeleri henüz uygulama alanı
bulamamıştır; zira bu sistemin ekonomik olabilmesi için çok sayıda MIG-MAG
kaynak donanımının işletme içinde yoğun bir biçimde kullanılması gerekmektedir.
[2,9]
16
Tüpten veya dağıtım hattından gelen koruyucu gaz ilk olarak basıncının
kullanma basıncına düşürülmesi gerekir. Hemen sonra da debisi ayarlanmalıdır.
Ayarlanan akış debisi, lt/dak cinsinden ölçüm yapan, kapiler boru ile birleşik bir
manometreden okunabilir (Şekil II.8). Kapiler boruda bir arıza olduğu takdirde,
gerçek koruyucu gaz debisi, manometrede gösterilen tüketime göre oldukça yüksek
olur. Bu durum kaynak için sakıncalıdır. Çünkü koruyucu gaz debisi ne kadar
yüksekse kaynakta o derece yüksek hata ihtimali vardır. Bu durumda bilyalı ölçüm
en uygun yöntemdir (Şekil II.9) ancak biraz pahalıdır. Burada rotametredeki iğneli
bir ventil yardımıyla tüketim lt/dak cinsinden ayarlanır ve debi ölçme borusu içindeki
uçan bilya tarafından gösterilir. Bu durumda kapiler boru gerekli değildir. [33]
Şekil II.8 Basınç düşürme manometresi [33]
17
Şekil II.9 Bilyalı debimetre takılı manometre [33]
Bilyalı ölçüm aleti, doğrudan gaz çıkış lülesine takılabilen ve torçtan çıkan
gerçek gaz debisin ölçen küçük bir gaz ölçüm borusudur. Gaz debisi, bilyalı borunun
üzerindeki işaretlerden, kullanılan gaz türüne uygun olanı göz önünde tutularak
ayarlanır. [33]
II.2.6 Sulu Soğutma Sistemleri
Özellikle MIG-MAG kaynak yönteminin otomatik veya mekanize sistemler
yardımı ile uygulamalarında yüksek akım şiddetleri ile daha yoğun bir tempo ile
çalışılır. Bu gibi durumlarda hava ile soğutulan torçlar beklenen verimi
veremediğinden su soğutmalı torçlar tercih edilir. Prensip olarak su, doğrudan
musluktan alınarak kanalizasyona geri verilerek de soğutma işlemini yapma olanağı
varsa da bu tercih edilmez, genelde bir su deposu ve soğutmayı sağlayan fanlı bir
radyatör ile pompadan oluşan kapalı sistem su soğutucular kullanılır. Bu şekilde, su
içine konulan inhibitörler ile korozyon tehlikesi en aza indirilir, suyun sertliği kontrol
altına alınabilir ve ayrıca su sürekli olarak filtre edilerek dar su kanallarının pislik
v.s. ile tıkanmasının önüne geçilmiş olur. Ayrıca sistem suyun sıcaklığının 60 °C'yi
aşmaması için bir termostat debi ayar kontrolü yapan bir sisteme sahiptir. Su
doğrudan bu sistemden torca hortum ile sevk edilmez; soğutucunun hortumları
kaynak donanımının kumanda dolabına bağlanır ve onun kontrolünde torca sevk
18
edilir ve su devresinde bir tutukluk ortaya çıkınca otomatik olarak kaynak akımı
kesilir. [2,9]
II.2.7 MIG - MAG Kaynağı Akım Üreteçleri
Ark kaynak yöntemlerinde, yöntemin gerektirdiği tür, akım şiddeti, gerilim ve
volt-amper karakteristiğinde elektrik akımı gerekir ve bu bakımdan da her kaynak
yöntemi için farklı tür ve büyüklükte akım üreteci geliştirilmiştir. Kaynak için
gerekli koşullardaki elektrik akımı işyerinde özel bir jeneratör tarafından
üretilebildiği gibi, şebeke akımının dönüştürülmesi ile de elde edilebilir. [2,9]
MIG - MAG kaynağında kullanılan kaynak akım üreteçlerinin V-I (Volt-
Amper) karakteristiği, örtülü elektrod ile yapılan elektrik ark kaynağı ve TIG
kaynağında kullanılan akım üreteçlerindeki gibi düşey karakteristikli olabildiği gibi
bunlardan çok farklı olan, yatay karakteristikli tipler çok daha yaygın bir biçimde
kullanılmaktadır. [2,9]
Düşey karakteristikli akım üreteçlerinde ark geriliminin önemli bir büyüklükte
değişmesine karşın akım şiddetindeki değişim çok azdır. Bu olay ark boyunun
kaynakçı tarafından ayarlandığı örtülü elektrod ile ark kaynağı ve TIG kaynağında
çok önemli bir özeliktir, kaynakçının el hareketleri nedeni ile ark boyunda bir
değişme olduğu zaman ergime gücünde meydana gelen değişim çok azdır ve bu da
düzgün kaynak dikişi eldesi için çok önemli bir etkendir. Ark boyunun kaynak
donanımı tarafından ayarlandığı ve sabit tutulduğu MIG-MAG yönteminde bu
karakteristiğe sahip bir akım üreteci kullanıldığında ark boyunun değişmesi, yani ark
geriliminin değişmesi sonucu ark boyunu sabit tutabilmek için ark boyundan
kumanda alan bir elektronik tertibat yardımı ile tel sürme tertibatının motor devri
değiştirilir. Diğer bir anlatım ile bu tür bir akım üreteci kullanıldığında, ark boyunun
değişimi tel sürme motorunun hızının değiştirilmesi ile ark boyu sabit tutulur. Bu
sistem hem pahalıdır ve hem de çok hızlı değildir, ancak tel ilerleme hızının yavaş
olduğu kalın çaplı tel elektrod hali için uygundur. MIG-MAG yönteminde genelde
ince tel (0.8, 1.0, 1.2 ve 1.6 mm) elektrod kullanıldığından bu kumanda sistemi yavaş
kalmakta ve iyi sonuç vermemektedir; bu sistem 2,5 mm' den daha kalın çaplı tel
elektrodların kullanıldığı otomatik kaynak sistemlerinde, tozaltı kaynak yönteminde
ve elektrocuruf kaynak yönteminde uygun sonuçlar vermektedir. [2,9]
19
Şekil II.10 Kaynak akım üreteçlerinde volt-amper karakteristikleri [2]
Sabit gerilimli diye de adlandırılan yatay karakteristikli kaynak akım
üreteçlerinde ark geriliminin dolayısı ile de ark boyunun az bir miktarda değişmesine
karşın akım şiddetinde yani ergime gücünde değişim çok daha şiddetlidir. Bu tür
kaynak akım üreteçlerinde iç ayar diye adlandırılan ve hiçbir ek donanım
gerektirmeden kendinden oluşan bir ark boyu ayarı vardır. Bu akım üreteçlerinde ark
gerilimi ve tel ilerleme hızı ve buna bağlı olarak da akım şiddeti ayarlanır. Bu tür
makinelerde tel ilerleme motoru, seçilmiş sabit bir devirde döner, tel hızı sabittir.
20
Şekil II.11 Sabit gerilimli akım üretecinde ark boyunun kaynak süresince sabit
kalması[2,13]
Kaynak sırasında herhangi bir nedenle ark boyu uzadığı zaman Şekil II.11’de
görüldüğü gibi akım şiddeti büyük miktarda azalır. Buna bağlı olarak da ergiyen tel
miktarı azalır ve bu sırada tel sürme devam ettiğinden ark normal boyuna döner; aksi
halde, yani ark boyunun kısalması halinde ise akım şiddeti sürekli artar, ergiyen tel
miktarı da buna bağlı olarak artacağından netice de ark boyu normale döner. [2,9]
Bu kaynak yönteminde görüldüğü gibi ark boyunun ayarlanması yarı otomatik
kaynak halinde dahi, kaynakçının kişisel el becerisine bırakılmamıştır. Ark boyu
kaynak akım üretecinin yatay karakteristiği sayesinde kendinden ayarlanmaktadır.
Sabit gerilimli diye adlandırılan bu kaynak akım üreteçlerinde, gerilimin
tamamen sabit tutulmasına olanak olmadığı gibi aynı zamanda sakıncalıdır. Zira,
21
böyle bir üreteçte elektrod iş parçasına temas ettiğinde gerilim düşecek ve akım
şiddeti sonsuz yükselecektir ve bu da elektrod ucunda ani bir patlamaya ve şiddetli
sıçramaya neden olur; bu bakımdan bu tür kaynak akım üreteçlerinde her 100 amper
için azami 7 Volt kadar ark gerilimi düşümüne izin verilir; bu değer kaliteli
üreteçlerde 2 ile 5 V arasındadır. [2,9]
Ergiyen elektrod ile gazaltı kaynağında büyük bir çoğunlukla doğru akım ve
yatay karakteristikli, nadiren de düşey karakteristikli kaynak akım üreteçleri
kullanılır. Bilinen diğer ark kaynak yöntemlerinde olduğu gibi doğru akım
kullanılması halinde elektrod pozitif veya negatif kutba bağlanabilir. Alüminyum ve
alaşımlarının kaynağında banyo üzerinde oluşan oksit tabakasının parçalanabilmesi
için elektrodun kesinlikle pozitif kutba (ters kutuplama) bağlanması gereklidir. Diğer
metal ve alaşımlarının özellikle çeliklerin kaynağında her iki kutuplama türü
kullanılabilirse de, çok daha derin bir nüfuziyet sağladığından uygulamada genellikle
ters kutuplama tercih edilir; doğru kutuplama çok nadir olarak, nüfuziyetin çok az
olmasının gerekli olduğu hallerde kullanılır. [2,9]
MIG-MAG kaynak yönteminde doğru akım kullanılır ve kaynak elektrodu
pozitif kutba bağlanır, bu nedenle akım üreteci kaynak koşullarına uygun doğru akım
üretmek zorundadır.
II.2.7.1 Motor Generatör Tipi Akım Üreteçleri
Şantiyelerde, elektrik akımının bulunmadığı yerlerde kullanılmak üzere
geliştirilmiş, dizel veya benzin motoru tarafından tahrik edilen generatörlerdir.
Şekil II.12 MIG-MAG kaynak yöntemi için motor-generatör akım üreteci [2]
Bunlar genellikle hem yatay hem de düşey karakteristik ile çalışabilecek
biçimde tasarlanırlar ve bu şekilde özellikle boru hatlarının kaynağında hem örtülü
22
elektrod ile elektrik ark kaynağı ve hem de MIG-MAG yönteminde kullanılabilir. Bu
özellik şantiyelerde büyük bir kolaylık sağlamaktadır. [2,9]
II.2.7.2 Redresör Türü Akım Üreteçleri
İşletme içinde kullanılan standard akım üreteçleri ise bir transformatör ve bir
redresörden oluşmuş paket cihazlardır. Günümüzde artık elektrik motoru ile tahrik
edilen generatörlerin imali yok denecek kadar azalmıştır. [2,9]
Normal şebekeye bağlanan bu cihazların monofaze ve trifaze akım ile
çalışanları vardır. Trifaze akım ile çalışan üreteçler gerek daha kararlı bir kaynak arkı
oluşturmaları ve gerekse de şebekeyi dengeli bir şekilde yüklemeleri nedeni ile tercih
edilirler.
MIG-MAG kaynak yönteminde güvenilir kaynak bağlantısı elde edebilmek
için ayarlanması gereken kaynak parametrelerinin başında akım şiddeti ve gerilimi
gelir. Sabit gerilimli veya diğer bir deyimle yatay karakteristikli kaynak akım
üreteçlerinde bu iki parametre birbirlerinden bağımsız olarak ayarlanabilir. [2,9]
Kaynak akım gerilimi, akım üretecinin ince ve kaba ayar düğmelerinden
kademeli olarak veya bazı özel tiplerde ise potansiyometre ile kademesiz olarak
ayarlanabilir. Kaynak akım şiddeti ise MIG-MAG kaynak üreteçlerinde tel ilerletme
düğmesinden ayarlanır. Seçilmiş olan gerilim ve akım şiddetinin dikiş biçimi ve ark
oluşum türü üzerine etkileri vardır. Uygun seçilmiş bir çalışma noktası arkın sakin ve
kararlı bir şekilde yanışı ile kendini belli eder. [2,9]
II.2.7.3 Sinerjik Darbeli Akım Üreteçleri
İyi bir nüfuziyetin, buna karşın parçaya ısı girdisinin sınırlı tutulmasının
gerekli olduğu durumlarda, darbeli doğru akım yöntemi uygulanır. Darbeli doğru
akım (pulsed direct current) ile alternatif akımı birbirlerine karıştırmamak gerekir;
darbeli doğru akım halinde, seçilen akım şiddeti önceden saptanmış iki değer
arasında, arzu edilen bir frekansta değişmektedir.
Bu sistemin üstünlüğü tel elektroddan ergiyen damlaların kaynak banyosuna
geçişinin temel ve darbe akım şiddetine göre iki farklı hızda gerçekleşmesidir. Darbe
akımı sırasında, tepe akımda, kaynak metali hızlı bir biçimde ergir ve kaynak
banyosuna sprey ark biçiminde taşınır; bunu takip eden temel akım periyodunda
elektrod ucunun ergimesi azalır hatta gerekirse hiç ergimemesi sağlanır ve kaynak
banyosuna da ısı girdisi azalır ve bu sırada banyo kısmen katılaşmaya başlar; temel
23
akım şiddeti arkın sönmeyeceği bir değerde tutulduğundan arkın yeniden
tutuşturulması sorunu ortadan kalkar. Bu şekildeki bir ark ile her pozisyonda kaynak
yapmak kolaylaşmış olur. Bu türde imal edilen ilk akım üreteçlerinde ya frekans ya
da temel ve darbe akımı şiddetleri ayar edilebilmekteyken; bugün güç elektroniği
yardımı ile frekans, temel akım şiddeti, darbe akım şiddeti ile bunların sürelerini
birbirlerinden bağımsız olarak ayarlayabilen akım üreteçleri geliştirilmiş ve artık
günümüz endüstrisinde, her akım darbesinde kaynak banyosuna tek bir damla kaynak
metali transfer eden MIG-MAG kaynak donanımları uygulama alanına girmiştir.
[2,9]
Şekil II.13 MIG-MAG kaynağında darbeli akım değişimi [2]
II.2.7.4 İnverter Türü Kaynak Akım Üreteçleri
Kaynak teknolojisindeki en son gelişmelerden bir tanesi hatta en önemlisi
inverter türü akım üreteçlerinin uygulamaya girmiş olmasıdır. İnverterler daha
önceleri uçak endüstrisinde, kontrol devrelerinde doğru akım üretiminde
kullanılmaya başlanmış ve kazanılan deneyimler bunların kaynak endüstrisinde de
güç kaynağı olarak kullanılmasına olanak vermiştir. [2]
Alışılmış kaynak akım üreteçlerinde, şebekeden çekilen alternatif akım direkt
olarak bir transformatöre girer, burada akımın frekansı değişmez sadece gerilimi
ayarlanır. Bu akım redresörde doğrultulur ve filtre edilerek kaynak için gerekli
koşullarda doğru akım elde edilir ve kontrol devreleri de çıkış akımından aldıkları
sinyalleri giriş kontrol sinyalleri (akım üretecinin ayar değerleri) ile karşılaştırarak
redresör çıkışını ayar eder. [2]
24
Şekil II.14 İnverter türü akım üreteçlerinin prensip şeması [2]
İnverterlerde ise, şebekeden çekilen alternatif akım önce bir redresöre girer ve
doğru akım haline dönüştürülür ve bu akım Chooper diye adlandırılan özel bir
cihazda yüksek frekanslı alternatif akım haline dönüştürülür; kaynak işlerinde
kullanılan inverterlerde bu frekans 20.000 Hz mertebesindedir. Bu yüksek frekanslı
alternatif akım transformatör gerilimi kaynak için uygun değere indirilir ve buradan
çıkan akım aynen alışılmış redresörlerde olduğu gibi bir redresörde doğrultulur ve bir
filtreden geçirilerek kaynak için gerekli koşullarda doğru akım elde edilir. Sonuç
olarak, gerek alışılmış akım üreteçlerinde ve gerekse de inverterlerde şebeke akımı
kaynak için gerekli koşullardaki doğru akıma dönüştürülmüş olur, ama burada
inverterin sağladığı çok önemli üstünlükler vardır. [2]
• Transformatörlerin büyüklüğü alternatif akımın frekansı ile ters orantılıdır;
frekans büyüdükçe transformatör küçülür. Aynı akım gücündeki bir normal redresör
ve inverter karşılaştırıldığında, inverterin ağırlık olarak % 25 ve boyut olarak ta %33
daha küçük olduğu görülür.
• İnverterler daha yüksek bir verim ve daha büyük bir güç faktörüne sahiptirler
ve dolayısı ile inverter kullanımı halinde elektrik giderlerinde önemli bir azalma
ortaya çıkmaktadır ve özellikle 200 A’ in altındaki akım şiddetleri ile çalışma halinde
bu verimlilik daha da büyümektedir.
25
• İnverterlerin en önemli avantajı kaynak arkının stabilizesinin, performansının
ve kontrol kabiliyetinin artmasıdır. Kontrol devresi inverterin çıkısını saniyede
20.000 kez değiştirebilmekte ve ark kontrolünün çok hassas bir biçimde
gerçekleşmesine yardımcı olmaktadır. Küçük transformatörler değişimlere alışılmış
makinelerde kullanılan büyük transformatörlerden daha az direnç göstermekte ve
daha hızlı bir uyum sağlayabilmektedirler.
• İnverterlerin, endüktans (akımın inme ve çıkma hızı) üzerinde daha etkin bir
kontrol sağlaması kaynakçıya kaynak arkını çok yumuşak bir ark halinden daha
delici ve derin nüfuziyet sağlayan bir ark haline kadar ayarlama olanağını sağlar. Bu
olay ise, kısa ark ile çalışma halinde karşılaşılan yanma oluğu, soğuk kalmış bölgeler
oluşumu tehlikesini ortadan kaldırdığı gibi bu tür çalışmada görülen büyük miktarda
sıçramanın azalmasını da sağlar. [2]
İnverterlerin bu üstünlükleri darbeli ark sistemi ile birleştirildiğinde, saf
CO2'nin koruyucu gaz olarak kullanılması halinde bile sıçrama görülmez. Darbeli
akım ile çalışan inverterlerin üstünlükleri şu şekilde sıralanabilir:
• Isı girdisinin daha etkin bir biçimde kontrolü,
• Kısa ark boyu ortalama akım şiddetlerinde dahi her pozisyonda sprey transfer
uygulamasına olanak sağlar ve sıçrama yok denecek kadar azalır,
• Aynı akım şiddetinde bir büyük boy tel elektrod kullanabilme olanağını
sağlar. [2]
II.3 ARK TÜRLERİ VE ARKTA KAYNAK METALİ TAŞINIMI
Ergiyen telden kaynak banyosuna aktarılan metalin davranışına metal transfer
formu denir. MIG-MAG kaynağında ark karakteristikleri, elektrodan kaynak
havuzuna olan metal transfer şekline bağlıdır. Ergimiş elektrod ucundan kaynak
havuzuna metal aktarımının şekli, arkta oluşacak sıçrama miktarını, işlem
kararlılığını, çeşitli konumlarda kaynak yapma imkanını, ana malzemenin
nemlendirilmesini, kaynak dikişinin yüzey formunu ve kaynak metalinin kalitesi gibi
bir çok parametreyi etkiler. [7]
Kaynak arkı içinde metal taşınım türü aşağıda sıralanmış olan bir dizi faktörün
etkisi altındadır:
• Kaynak akım şiddeti,
• Tel elektrod çapı,
• Elektrodun bileşimi,
26
• Serbest tel uzunluğu,
• Koruyucu gazın türü
Kaynak arkının kendisi de bir tür elektrik iletkeni olduğundan etrafında bir
manyetik alan oluşur; akı yoğunluğu yükseldikçe radyal büzülme kuvvetini oluşturan
manyetik alanın şiddeti artar ve bu olaya Pinch-Effekt adı verilir. Arkın bu
kısımlarında özellikle elektrod ucunda akım yoğunluğu fazla olduğundan en şiddetli
büzülme kuvveti bu kısımda oluşur ve bu da telin ucunda ergimiş olan metalin damla
haline geçişini kolaylaştırır. [2]
Radyal büzülme kuvvetinin büyük olduğu kısımdan, bu kuvvetin daha zayıf
olduğu kısma doğru bir eksenel kuvvet oluşur ve bu da oluşmuş damlanın elektrod
ucundan ayrılmasına ve kaynak ağzına taşınmasına yardımcı olur. [2]
Şekil II.15 Elektrodun ucunda oluşan metal damlasına etkiyen kuvvetler ve yönleri
[2,13]
Gazaltı kaynağında metal damlalar elektrodan iş parçasına dört şekilde
taşınırlar.
1- Kısa Ark ( kısa devreli metal taşınımı)
2- Uzun Ark ( damlasal metal taşınımı)
27
3- Sprey Ark (ince damlalı metal taşınımı)
4- Darbeli Sprey Ark ile metal taşınımı [2].
Şekil II.16 GMAW’de metal transfer modları [5,11]
II.3.1 Kısa Ark ( Kısa Devreli Metal Taşınımı)
Kısa ark ince elektrodlar ile (0.6 ila 1.2 mm) kısa ark boyu yani düşük ark
gerilimi ve düşük akım şiddeti kullanılarak kaynak yapıldığında karşılaşılan bir ark
türüdür. Bu tip bir iletim ince kesitlerin birleştirilmesi için, pozisyon kaynağı için ve
büyük kök açıklıklarını birleştirmeye uygun olan küçük ve hızlı katılaşan bir kaynak
banyosu oluşturmak için kullanılır. [4]
28
Kısa devre damla iletim oluşum sırası Şekil II.16 'de gösterilmiştir. Kısa devre
ark döngüsünün başlangıcında, tel elektrodun ucunda küçük sıvı damla oluşur (Şekil
II.16-c). Sonra ergiyen damla Şekil II.16-d' de görüldüğü gibi iş parçasına doğru
hareket eder. Sonra ergiyen metal iş parçası ile temas ederek bir kısa devre oluşturur.
Döngünün bu safhasında, yer çekimi ve yüzey gerilimi ile metal transferi oluşur ve
ark söner (Şekil II.16-e ). Son olarak ergimiş damla metal bağlantısı manyetik alanın
etkisiyle meydana gelen büzülme kuvveti etkisi ( Pinch-Effekt) ile kopar. Büzülme
kuvvetinin şiddeti ve miktarı güç kaynağı tarafından kontrol edilmektedir. Bu
durumda elektriksel temas kopar ve ark tekrar oluşur (Şekil II.16-f). Arkın tekrar
canlanmasıyla döngü yeniden başlar. [5,11]
Burada, kaynak metali iş parçasına sadece kısa devre anında geçmekte ve ark
tarafından taşınmamaktadır. Kısa ark boyu halinde düşük ark gerilimi, düşük akım
şiddeti ile çalışması ve metal taşınımının kısa devre sırasında gerçekleşmesi sonucu
iş parçasına uygulanan ısı girdisi çok düşüktür, bu bakımdan ince parçaların kaynağı
ve çarpılma tehlikesinin büyük olduğu haller için çok uygun bir ark türüdür. [2]
Uygulanan akım şiddeti; ark gerilimi, koruyucu gaz türü ve elektrod metaline
bağlı olarak saniyede 20 ila 200 kez tekrarlanır. Damlanın büyüklüğü ve kısa
devrenin süresi, ergimiş metalin yüzey gerilimini etkileyen koruyucu gazın türüne
bağlı olarak değişir. Uygulamada bu tür metal taşınımı için demir esaslı
malzemelerde saf CO2 veya karbondioksitçe zengin karışım gazlar tercih edilir. [2]
II.3.2 Uzun Ark (Damlasal metal taşınımı)
Akım şiddeti ve ark gerilimi biraz daha yüksek tutulursa kısa devre ile kaynak
metali taşınımı yerine globüler (damlasal) metal taşınımı hali oluşur. Bu halde ark
tutuşur tutummmşmaz elektrodun uç kısmında ergime başlar ve bir damlacık oluşur,
damlacık irileşir ve elektrod çapını aştıktan sonra elektroddan kopar ve yer çekimi
yardımı ile ark sütunu boyunca ilerler ve banyoya düşer. [13]
Ark geriliminin yüksek olması nedeni ile burada ark boyu, uzundur ve dolayısı
ile normal halde damla banyoya intikal ederken kısa devre oluşumu nadirdir. [13]
Bu tür ark hemen hemen bütün kullanılan koruyucu gazlar ile ortaya çıkar,
yalnızca CO2 haricindeki gazlarda bu ark ancak çalışma bölgesinin alt kısımlarındaki
değerlerde görülür, buna karşın CO2’nin koruyucu gaz olarak kullanılması halinde
hemen hemen her çalışma bölgesinde damlasal metal taşınımı görülür. [13]
29
Damlaların iri olması ve metalin kaynak banyosuna yerçekimi ile
taşınmasından ötürü bu yöntemde tavan kaynağı yapmak zorlaşır. Damlasal metal
taşınımı halinde ark stabil değildir ve sıçrama miktarı fazladır. [13]
Şekil II.17 Uzun ark ile MIG-MAG kaynağında damla geçişi [2,13]
II.3.3 Sprey Ark (İnce Damlalı Metal Taşınımı)
Kaynak metalinin iş parçasına duşlama şeklinde geçişi, sprey ark halinde
görülür. Kaynak metalinin iş parçasına bu şekilde taşınımı elektrod ucunun
sivrileşmesi sonucu bu sivrilmiş uçların koparak iş parçasına çok küçük damlalar
halinde geçişi ile gerçekleşir. Damlacıklar tel çapından çok küçüktür ve telden uzun
ark halinden çok daha süratle ayrılırlar. Damla sayısı saniyede birkaç yüze kadar
çıkabilir. [13]
Sprey ark genel olarak argon veya argonca zengin koruyucu gaz ile yüksek
akım şiddeti ve ark gerilim kullanıldığında ortaya çıkar. %10-15 den daha fazla CO2
ihtiva eden koruyucu gaz karışımlarında doğru sprey ark elde edilemeyebilir. [11]
Sprey ark, yüksek akım şiddetlerinde oluştuğunda bilhassa kalın parçaların
kaynağı için çok uygundur ve bu yöntemde sıçrama çok azdır. Yüksek ergime gücü
nedeni ile banyo diğer ark türlerine nazaran daha geniş oluşur. Bu bakımdan yatay ve
oluk pozisyonlarında dolgu ve kapak pasolarının çekilmesi için çok uygundur; kök
pasolar için ancak altlık kullanmak koşulu ile uygulanabilir. Bu ark türünde yüksek
güçlerde çalışıldığından torcun çok iyi bir şekilde soğutulması gereklidir. [13]
30
II.3.4 Darbeli Sprey Ark ile Metal Taşınımı
Bu yöntemin uygulanabilmesi için kaynak akımını üreten özel bir kaynak akım
üretecine gerek vardır. Burada sözü edilen darbeli doğru akım ile alternatif akımı
birbirlerinden iyi ayırmak gereklidir, darbeli doğru akımda akım şiddeti, saptanmış
iki değer arasında seçilmiş olan frekansta değişmektedir. Bu yöntem ile arzulanan
her çalışma bölgesinde kısa devre oluşturmadan iş parçasına az bir ısı girdisi
uygulanarak çalışmak olanağı bulunmakta ve ayrıca frekansı ayarlanarak istenen
sayıda ve irilikte ergimiş metal damlacıklarının iş parçasına geçişi
sağlanabilmektedir. [2,13]
Bu yöntemin tek sınırlaması kaynak akım üretecinin ve tel ilerletme tertibatının
pahalı ve donanım bakımının da pahalı olmasıdır. [2,13]
Şekil II.18 Darbeli akım yönteminde damlaların oluşumu ve banyoya geçişi
[2,13]
Akım şiddetinin yükselmesi, parçaya olan ısı girdisinin artmasına neden olur
ve daha çok yükselmesi halinde ise darbeler arasındaki sürede de ergime
olabileceğinden damla oluşum düzeni yok olur. Bu bakımdan kalın ve ısıyı iyi ileten
metaller olabildiği kadar kalın elektrod kullanarak kaynatılmalıdır. [2,13]
Darbe akımı, elektrod ucunda temel akım tarafından oluşturulmuş damlaya,
kuvvetli bir büzülme kuvveti (Pinch Effekt) uygular ve damla kısa devre
oluşturmadan ark tarafından kaynak banyosuna taşınır. Bu şekilde kısa devresiz
damla taşınımı ancak darbe akımı belirli bir değere eriştiği zaman olasıdır ve bu
değer elektrod malzemesi ile koruyucu gazın türüne ve tel çapına bağlı olarak
değişir. [2]
31
Çok şiddetli darbe akımı, damlanın çok fazla ivmelenmesine neden olur ve bu
da sıçrantıyı arttırır, banyoya hızla çarpan damla yarıcı bir etki yaparak dikiş
kenarlarında çentikler oluşturur.
Bu ark türünün çeliklere uygulanmasında koruyucu gaz olarak CO2
kullanılmaz, zira darbe fazında ark kuvvetleri damla oluşumuna ters yönde etki
yapmaktadır. [2]
Darbe genişliğinin azalması, sinüzoidal değişim gösteren darbede ortalama
akım değerinin azalmasına neden olur; yalnız darbe genişliği daraltılırken damlaların
gereken şekilde ivmelenip elektrod ucundan ayrılması için gerekli zaman göz önünde
tutulmalıdır. [2]
Darbe frekansının yükselmesi, damla sayısını, etkin akım şiddetini, parçaya
olan akım girdisini arttırır ve bu da dikiş biçimini etkiler. Darbe frekansı, akım
üreteçlerinde genellikle 25, 33, 50 ve 100 olacak şekilde kademelendirilmiştir; 25 ve
33 düşük frekans değerlerinde oluşan ark, gözler için zararlı olduğundan bu
kademeler el ile yapılan kaynakta kullanılmazlar. [2,13]
Şekil II.19 Darbe frekansının dikiş profiline etkisi [2,13]
II.3.5 Ark Türlerinin Uygulamada Seçimi
MIG-MAG kaynak yöntemi geniş ayar olanakları, çeşitli yardımcı malzeme ve
donanımlar sayesinde günümüz endüstrisinde ince saclardan oldukça kalın kesitli
parçalara kadar uygulama alanı bulmuştur. [2,13]
İnce parçaların kaynağında birçok durumlarda sadece çok küçük ark güçlerinde
çalışma gerekirken kalın parçalarda gerek ekonomiklik ve gerekse de yeterli bir
nüfuziyet sağlanması, uygun pozisyonlarda çalışmanın gerçekleştirilmesi gibi
nedenlerden ötürü yüksek güçlü arklar tercih edilmektedir. Yalnız şurası
32
unutulmamalıdır ki, her kaynak makinesinde her koruyucu gazla bütün ark türlerinin
eldesi mümkün değildir. [2,13]
Örneğin, sprey ark hali uygun elektrod ve gaz kombinasyonu ile iyi soğutulmuş
torç kullanarak orta akım şiddetlerinde elde edilebilmektedir. Darbeli ark ise ancak
bu iş için dizayn edilmiş akım üreteçlerine sahip olunduğu zaman
uygulanabilmektedir. [2,13]
Tablo II.1 MIG-MAG kaynağında kullanılan ark türleri ve uygulama alanları
[2,13]
II.4 KORUYUCU GAZLARIN FONKSİYONLARI
Gazaltı kaynak yöntemlerinin üç tür sarf malzemesi vardır, bunlar elektrik
enerjisi, koruyucu gaz ve ek kaynak metalidir. Kaynak telinin kimyasal bileşimi ve
koruyucu gazın türü kaynak metalinin bileşimini ve mekanik özelliklerini belirleyen
en önemli faktörlerdir. [2,9]
Bütün gazaltı kaynak yöntemlerinde olduğu gibi MAG yönteminde de
koruyucu gazın ark bölgesini tamamen örtmesi ve atmosferin olumsuz etkilerinden
koruması gerekmektedir. Koruyucu gaz, ergimiş kaynak banyosu içindeki alaşım
33
elementlerinin atmosferdeki oksijen ile reaksiyona girmesini engellemek, azot ve
hidrojen gibi diğer zararlı gazların kaynak metaline sıvı kaynak banyosunda
çözülerek girmesini önlemek işlevlerini yerine getirir. Ergimiş halde hemen hemen
tüm metaller havadan oksijen ve azot absorbe ederler ve ergimiş metalde çözünen bu
gazlar katılaşan kaynak metalindeki elementler ile birleşir ve yeni bileşikler
oluştururlar; bu olay kaynak metalinin kimyasal ve fiziksel özeliklerini etkiler,
gözenek oluşumuna ve gevrekleşmeye neden olur. [2,9]
Koruyucu gazın temel görevi çevredeki atmosferin ergimiş kaynak banyosuyla
temasını engellemektir. Yani koruyucu gaz burada örtülü elektrodlardaki örtünün
görevini görür. Esas görevi dışında koruyucu gazın kaynak işlemine ve sonuçda elde
edilen kaynak dikişine aşağıda belirtilen hususlar yoluyla önemli etkileri vardır :
a) Arkın karakteristiği
b) Metal transferin şekli
c) Nüfuziyet ve kaynak dikişinin profili
d) Kaynak hızı
e) Yanma oluğu oluşma eğilimi
f) Temizleme etkisi
g) Kaynak metalinin mekanik özellikleri [4]
Kaynak işlemi için gaz seçiminde çeşitli etmenlerin göz önünde
bulundurulması gereklidir. Bunlar şu şekilde sıralanabilir:
• Kaynak edilen metal veya alaşımın türü,
• Ark karakteristiği ve metalin damla geçiş biçimi,
• Kaynak hızı,
• Parça kalınlığı, gereken nüfuziyet ve kaynak dikişinin biçimi,
• Kaynak dikişinden beklenen mekanik özellikler,
• Kaynak banyosunda oluşan oksitlerin temizlenmesi,
• Tedarik edilebilirlik ve gazın maliyeti [2,9]
34
Tablo II.2 EN 439'a göre ark kaynak ve kesme yöntemlerinde kullanılan gazların
bileşimleri ve işaretlenmeleri ( TS 5618 ve DIN 32526 ile paralel ) [2,9]
Gazaltı kaynak yöntemlerinde kullanılan gazların tür ve bileşimleri, dünyanın
her gelişmiş ülkesinde standardlar ile belirlenmiştir. Bu konuda ülkemizde, Alman
DIN 32526'ya paralel olarak TS 5618'de gazaltı kaynak yöntemlerinde kullanılan
gazlar ile ilgili bilgiler verilmiştir. Avrupa Birliğinin kurulmasından sonra, AB üyesi
devletler bu konuda EN 439'u hazırlamışlar ve standard da yürürlüğe girmiştir. EN
439, TS 5618 ve DIN 32526 ile esasta paralellik göstermektedir. [2,9]
II.5 KORUYUCU GAZLARIN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ
II.5.1 İyonizasyon Potansiyeli
Molekül, atom, iyon ve elektronlardan oluşmuş, yüksek ısı ile yüklü gaz
"plazma" olarak tanımlanır. Plazma, gazı elektrik arkından geçirerek elde edilen
iyonlaşmış ışıklı gaz olarak da tanımlanabilir. Plazma oluşumu, arkı saran gazların
iyonizasyon potansiyeline (iyonu oluşturarak bir elektronu bir atomdan çıkarabilmek
35
için gereken voltaj) bağımlıdır ve ark stabilitesi koruyucu gazın iyonizasyon
potansiyeline bağımlıdır. [12]
II.5.2 Termal İletkenlik
Koruyucu gaz elemanlarının termal iletkenlikteki farklar aynı zamanda kaynak
birleştirme karakteristiklerinin sonuçlanmasında da farlılıklar oluşturur. Koruyucu
gazların termal iletkenliği kaynak metalinin şeklini etkiler. Yüksek termal iletkenliğe
sahip gazlar, üzerinde çalışılan parçaya daha fazla ısı aktarır; böylelikle kaynağın
şekil ve nüfuziyet profilini etkiler. Ana plakaya artan ısı aktarımı, artan ek nüfuziyet
ve kaynak banyosu akışkanlığına ilerler. Yüksek termal iletkenlik özellikle
alüminyum ve bakır gibi yüksek iletken metaller eklendiğinde kritik öneme sahiptir.
Helyum ve karbondioksit argondan daha yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve bunlar
ana metale ısı aktarımına hazırdırlar. [12]
II.5.3 Gaz Yoğunluğu
Koruyucu gazın yoğunluğu, kaynak bölgesinin korunması ve gaz tüketimi
açısından önemli bir fiziksel özelliktir. Ağır bir gaz kaynak bölgesini daha iyi örter
ve korur. Örneğin, argon gazı havadan 1,5 kat, helyum gazından 10 kat daha ağırdır.
Bu nedenle helyum gazı aynı akış hızlarında diğer gazlarla aynı korumayı yapamaz.
Aynı korumayı yapabilmesi için daha yüksek akış hızlarına gereksinim duyulur.
Helyum gazının havadan hafif bir gaz olması tavan kaynağında avantaj sağlar. [12]
II.5.4 Saflık ve Çiğ Noktası
Koruyucu gazla kaynak uygulamalarında kullanılan bütün gazların çok düşük
çiğ noktasına sahip olması gerekir. Bir gazın çiğ noktası, ne kadar nem içerdiğinin
ölçüsüdür. Nem, arkın yüksek sıcaklıklarında oksijen ve hidrojene ayrışır, özellikle
hidrojen kaynak dikişleri için çok tahripedicidir. Atmosferdeki hidrojenin basıncı
kaynak metalinde poroziteye neden olurken oksijen ise kaynak banyosunun
yüzeyinde bir oksit tabakasının oluşmasına neden olur. Buda kaynak metalinde
inkluzyona ve ergime hatalarına neden olur. [12]
Koruyucu gazların çiğ noktası en az 75°F veya daha düşük olmalıdır. Tablo
II.3' de, koruyucu gazların saflık, çiğ noktası gibi özellikleri gösterilmiştir.
36
Tablo II.3 Çeşitli gazlara ait saflık ve çiğ noktası değerleri [12]
Koruyucu gazda su buharı, oksijen ve azot gibi safiyetsizliklerin bulunması
kaynak metalinin mekanik özelliklerini ters yönde etkilemektedir. Kaliteli bir kaynak
dikişi, kaliteli bir korumaya ihtiyaç duyar. Bu da, temiz gaz eldesini ve bu gazın
kullanımı esnasında kalitesinin korunmasını gerekli kılar. [12]
Gazın bozulmasına neden olan bazı faktörler şunlardır:
• Havadaki nemden dolayı kirlenmiş gaz silindirleri
• Kirlenmiş ya da kaçak mevcut olan gaz manifold sistemleri
• Hasarlı, arızalı ya da gevşek koruyucu gaz hattı bağlantı elemanları
• Gazların karışımı sırasında zararlı gaz bileşenlerinin istenmeyen bir şekilde
karışıma dahil olması. [10]
Yetersiz gaz kalitesinin sonucu olarak ;
• Tamiri güç ve pahalı kaynak hataları
• İşin tamamlanma süresi gecikebilir
• İşin kalitesi tehlikeye atılır [10]
Bu amaçla gaz karışımlarını saflaştırmak için bir sistem geliştirilmiştir. Genel
olarak argon ve helyum gibi koruyucu gazlardan nem, oksijen ve çeşitli sebeplerden
karışmış olan hidrokarbonların temizlenmesini sağlarlar. [10]
37
Krysiak ve Bhadha (1990) nın yaptığı deneyde saflaştırılmış ve
saflaştırılmamış koruyucu gazların dubleks ve ferritik paslanmaz çeliklerin çentik
darbe dayanımına etkisi incelenmiştir. Şekillerden de anlaşıldığı gibi saflaştırılmamış
gazların çentik darbe dayanımı düşüktür.
Şekil II.20 Koruyucu gazın saflaştırılmasının (a-dubleks, b-ferritik paslanmaz
çelik) çentik darbe dayanımı üzerindeki etkisi [10,12]
II.6 KORUYUCU GAZLAR
Koruyucu gazın ilk amacı sıvı kaynak metalini ve ısıdan etkilenen bölgeyi
oksidantlardan ve diğer kirliliklerden korumaktır. Titanyum gibi reaktif metaller
kaynak bölgesinde çok daha büyük bir alanda korunmayı gerektirir.
Başlangıçta sadece inert gazlar ( argon ve helyum ) koruyucu olarak
kullanılmaktaydı fakat şimdi karbondioksit gazı da büyük oranda koruyucu olarak
kullanılmaktadır. Ayrıca oksijen ve karbondioksit gazı sık sık inert gazlarla
karıştırılarak kullanılmaktadır.
Genellikle GMAW’de kullanılan karışım gazların ve inert gazların kimyasal
davranışları ve uygulama alanları Tablo II.4’de gösterilmektedir. [14]
38
Tablo II.4 GMAW’de Kullanılan Farklı Koruma Gazları[14]
II.6.1 Argon Gazı
Kaynakta kullanılan argon %99.995 saflıktadır. Argon monoatomik ( her
molekülü bir atom ), inert ve sıvı metalde çözünmeyen bir gazdır. Argon havadan
%38 daha ağırdır ve buda düz pozisyonda ve yatay dolgu pozisyonlarında avantaj
39
sağlar. Tablo II.4’de görüldüğü gibi, saf argon neredeyse tüm metallerde koruyucu
gaz olarak kullanılabilir fakat genellikle çeliklerin kaynağında pek tercih edilmez.
Çeliklerin kaynağı için argon esaslı karışım gazlar tercih edilmektedir ( Tablo II
4’deki tipik karışımlar kolonuna bak ). [14]
Sade karbonlu çeliklerin DCEP ile argon kullanılarak yapılan kaynağında,
kaynak kenarları boyunca yanma olukları oluşmaktadır.
Argon korumasıyla elde edilen kaynak biçimi ve nüfuziyet şekli helyum ve
karbondioksit korumasıyla elde edilenden farklıdır. (Şekil II.20).
Şekil II.21 Nüfuziyet Biçimi ( Kaynaklar aynı şartlar altında düz pozisyonda
karbondioksit ve argon koruması altında elde edilmiştir). [14]
40
Argon helyumdan daha düşük iyonizasyon potansiyeline sahiptir buda düşük
ark gerilimiyle sonuçlanır. Belirli amperaj değerinde argondan elde edilen ısı değeri,
helyumda elde edilenden daha düşüktür. Buda ince parçaların kaynağında argonu
tercih sebebi yapmaktadır. Argon helyumdan 10 kat daha ağır bir gazdır ve bu da
kaynak bölgesini korumak için daha az argon kullanımını gerektirir.
Argon helyumdan daha ucuz ve daha verimlidir. Bu durum helyuma nazaran
argonun geniş kullanımını kısmen açıklamaktadır.
II.6.2 Helyum Gazı
Helyum kimyasal olarak inert bir gazdır ve öncelikle alüminyum, magnezyum
ve bakır alaşımlarında kullanılır. Helyum doğal gazdan ayrışmayla elde edilen hafif
bir gazdır. Helyum sıvı olarak dağıtılabilir fakat genellikle silindirlerde sıkıştırılmış
olarak kullanılmaktadır. [14]
Helyum havadan hafif bir gazdır ve bu yüzden yeterli korumayı sağlamak için
yüksek gaz üfleme oranları kullanılmalıdır. Genellikle, gaz akış oranı yatay pozisyon
kaynağında argon için kullanılandan 2 veya 3 kat fazladır. Helyum tavan kaynağında
sık sık tercih edilmektedir çünkü helyum havanın üstünde yüzerek mükemmel bir
koruma sağlamaktadır. Argon ise aşağı doğru akma eğilimindedir. Helyum gazıyla
genellikle globüler metal transferi elde edilir bunun haricinde yüksek akım
seviyelerinde sprey transferde elde edilebilir. Bundan dolayı argonla gazıyla
kıyaslandığında daha fazla sıçrantı ve daha zayıf kaynak dikişi görüntüsü elde
edilecektir. Her belirli ark uzunluğu ve akım seviyesi için helyum daha sıcak ark
üretmektedir. Buda helyumu kalın parçaların ve yüksek termal iletkenliğe sahip
bakır, alüminyum ve magnezyum gibi metallerin kaynağında tercih sebebi
yapmaktadır. Genellikle helyum, argona nazaran geniş kaynak dikişleri ve daha fazla
nüfuziyet vermektedir. [14]
II.6.3 Karbondioksit gazı
Çoğu reaktif gazlar koruma için tek başına kullanılamaz. Karbondioksitin üstün
ayrıcalıkları şunlardır; karbondioksit hem tek başına hem de bir karışım gaz bileşeni
olarak kullanılmaktadır ve karışım olarak kullanımıyla düzenli ark geçişi ve metal
transferi sağlar.[14]
Karbondioksit yaygın bir şekilde çeliklerin kaynağında kısa devre metal
transferiyle kullanılmaktadır. Karbondioksitin bulunduğu bir koruyucu gaz
41
bileşimiyle doğru bir sprey ark elde edilemez. Bir çok uygulamada karbondioksit ile
korunan kaynaklar argon korumalı kaynaklara göre daha az pahalıdır. [14]
Karbondioksit, ark sıcaklığında karbonmonoksit ve oksijene ayrışır. Buda aşağı
yukarı, %8–10 oksijenli inert gaz kullanımıyla elde edilen oksitleyici etkiye sağlar.
Bu oksitleyici etkiye rağmen, globüler metal transferiyle dezoksidan elektrot
teli kullanılarak yapılan kaynaklarda karbondioksit koruyucu gazı ile porozitesiz
güvenilir kaynak dikişleri elde edilebilir. Şekil II.22’de CO2 koruması altında oluşan
reaksiyonlar görülmektedir. [14]
Karbondioksit korumasının başlıca dezavantajı oldukça sert ark ve ürettiği aşırı
sıçrantıdır. Kaynak sıçrantısı kısa, üniform ark uzunluğu sağlanarak azaltılabilir. [14]
Şekil II.22 CO2 Koruması Oluşan Reaksiyonlar[1]
II.6.4 Azot
Azot iki atomlu bir gaz olup kaynak banyosu içerisinde çözünür. Malzeme
yüzeyine çıkan gaz yeniden molekül haline gelerek aldığı ısıyı geri verir. Bu nedenle
tek atomlu gaz olan argon ve helyum gazına oranla daha fazla ısı transferi meydana
getirir.( Şekil II.23) Isı girdisi yüksek olan azot gazı ısıl iletkenliği yüksek olan
bakırın kaynağında tercih edilir. [ 18, 19,34,35]
42
Azot gazı bakır malzemelerin kaynağında tepkimeye girmez ve Argon ve
Helyumun gösterdiği özellikleri gösterir. Bu nedenle Argon ve Helyum ile karışım
yapılarak kullanılır. Azot koruması altındaki bakır kaynağında sıçramalar fazla ve
dikiş gözenekli bir görünüme sahiptir.
Azot %12’ ye kadar Argon’a ilave edilebilir. Yüzey gerilimini düşürücü
özelliği vardır. Kaynak havuzu üzerinde yüzey atıkları oluşturur, bu da gazın
istenmeyen kimyasal etkinliğini gösterir. [16]
Şekil II.23 Gazların Ark Karakteristikleri
II.6.5 Oksijen
Oksijende azot gibi hiçbir zaman doğrudan arkın korunmasında kullanılacak
bir gaz değildir. Diğer temel gazlara katılarak karışım halinde kullanılır. Karışım
oranı çok düşük olan oksijenin ilavesi ile arkın düzenli ve gözeneğin kaybolduğu
görülür. Az oranda oksijen genellikle oksitlenme oranını düşürür. Karbonmonoksit
halindeki gazları karbondioksite dönüştürür. [36]
43
II.6.6 Hidrojen (H2)
Hidrojen gazı da oksijen kadar olmamakla birlikte temel koruyucu gazlara
katılarak kullanılır. Özellikle argon ile karışıma elverişlidir. Bileşimi mekanik
özellikleri ve kaynak nüfuziyetin olumlu yönde etkiler. Hidrojen gazı aynı zamanda
ark boyunu arttırarak, yanıcı olması sebebiyle yüksek ısı oluşturur. [14]
Renksiz ve kokusuzdur. Hidrojenin yoğunluğu havaya göre 0.07 olup
elementlerin en hafifidir. Sıvılaşması helyumdan sonra en zor olan gazdır. [14]
Hidrojen özellikle oksijen ve klor ile çok çabuk bileşik oluşturur. Kaynak
metalinde gözenek oluşturması sebebi ile yalnızca araştırma çalışmalarında
ilgilenilir. Argon ile olan karışımında ark kırmızı bir renk alır ve kararsızdır. [16, 36]
II.6.7 Karışım Gazları
Gazaltı kaynağında koruyucu gazdan beklenen iyi bir metal transferi,
nüfuziyet, erime genişliği, kaynak geometrisi, kaynak hızı, çatlak ve gözenek
oluşturmama vs. gibi özelliklerdir. Bununla beraber göz ardı edilmemesi gereken
diğer bir konuda maliyettir. Asal ve aktif gazlardan birinin tek başına bu özellikleri
vermesi zordur. Bu düşünce ile araştırmacıları karışım gazlar konusunda çeşitli
arayışlara itmiş ve değişik oranlarda gaz karışımları geliştirilmiştir. Avrupa ve
Türkiye’de kullanılan çeşitli firmalara ait gaz karışım oranları Tablo II.5’de
verilmiştir. [15,18, 20]
MIG-MAG kaynağı için genelde CO2-Ar, Ar-He, Ar-He- O2 veya CO2
karışımları kullanılmaktadır. Argon gazına ilave edilen CO2 veya O2 veya diğer
karışım gazlar CO2’den pahalı olmasına rağmen Avrupa da hızlı bir şekilde kullanma
alnı bulmuştur.
Bunların nedenleri CO2 ile karşılaştırıldığında şöyledir.[21]
• Ana malzemenin daha iyi ıslatılması ve yüksek kaynak hızı,
• Yüzey atıklarının azaltılması ve daha güzel görünümlü kaynak profili,
• Daha az sıçrama ve yüksek elektrod verimliliği,
• Kaynak metalinin sağlamlığının geliştirilmesi.
44
Tablo II.5 MIG-MAG Kaynak Yöntemind Kullanılan Koruyucu Gazlar[17]
II.6.7.1 Argon-Karbondioksit Karışımları
Argona %3-10 karbondioksit ilavesiyle oluşturulan Argon-Karbondioksit
karışımları argon-oksijen karışımıyla aynı amaçlar için kullanılır. Bu karışım sprey
tip transfer sağlar ve demir esaslı metallerin kaynağında ark karakteristiklerini ve
45
kaynak havuzunun ıslatma kabiliyetini geliştirir. Argona CO2 ve O2 ilavesinin dikiş
üzerindeki etkileri Şekil II.24’de verilmiştir. [14]
%20-50 karbondioksit içeren argon-karbondioksit karışımları kısa devre
transferi ile çeliklerin kaynağında kullanılır. Bu karışım daha yüksek akım
seviyelerinde globüler metal transferi geliştirme eğilimindedir. Karışımda yüksek
miktarda aktif gaz bulunması neniyle, argon karbondioksit karışımları bazı çeliklerde
zararlı etkilere sebep olabilir. Bu karışımlar paslanmaz çeliklerin kaynağında
kullanılabilir. Fakat bu karışımlar kaynak metalinde karbon içeriğini arttırabilir ve
kaynağın korozyon direncini azaltabilir. Karbondioksitin kirliliğe sebep olmasından
dolayı bu karışımlar demir dışı metallerin kaynağında kullanılamaz. [14]
46
Şekil II.24 Gaz Karışım Oranlarına Göre Nüfuziyet Profilleri [14]
47
II.6.7.2 Argon-Helyum Karışımları
Argon-helyum karışımları argon ve helyumun en iyi özelliklerini elde etmek
için kullanılmaktadır. Bu gazlar genellikle % 80 helyum-% 20 argon ve % 50
helyum-% 50 argon hacim oranlarıyla karıştırılır. Bunlardan başka elde edilebilir
geniş hacim çeşitliliği de vardır. Argon helyum karışımları helyumun iyi nüfuziyet
özelliğini ve argonun sprey ark transferi özelliğini verir.
Argon-helyum karışımları tüm metaller için kullanılabilir fakat ilk tercih
alüminyum, bakır, magnezyum ve bunların alaşımlarında kullanımıdır. % 75
helyum-% 25 argon karışımı porozitenin azalmasına yardımcı olduğundan dolayı
alüminyum kaynağında popülerdir. [14]
II.6.7.3 Argon-Oksijen Karışımları
Argon-oksijen karışımları genellikle % 1-2 oksijen içerir. Karışımda bulunan
bu az orandaki oksijen karışımın bir miktar oksitleyici olmasına sebep olur. Bu
yüzden kullanılan dolgu metali, kaynak havuzundan oksijenin temizlenmesine
yardım etmek ve poroziteyi engellemek için dezoksidanlar içermelidir. Saf argon
demir esaslı metallerin kaynağında her zaman en iyi ark karakteristiğini sağlamaz.
Saf argon korumasında, dolgu metali erime hattına akmama eğilimindedir. Argona
eklenen az miktar oksijen, argon sprey ark sağlarken arkın sıtabil olmasına ve
sıçrantıyı azaltmaya yardımcı olur. Havuz erime hattını en iyi şekilde ıslatır ve
yanma çentiği oluşumunu azaltır. % 1-2 oksijen eklenmiş argon paslanmaz çeliklerin
kaynağında kullanılmaktadır. %5 oksijen ve yukarısı düşük karbonlu ve düşük
alaşımlı çelikler ile oksijene giderilmiş bakırların kaynağında kullanılır. [14]
II.6.7.4 Helyum-Argon-Karbondioksit Karışımları
Argon-karbondioksit karışımlarında olduğu gibi kaynak havuzunu ıslatma
kabiliyetini geliştirmek ve kısa devre metal transferi sağlamak amacıyla kullanılır. %
90 helyum, % 7.5 argon ve % 2.5 karbondioksit karışımı paslanmaz çeliklerde kısa
devre transferini ve korozyon direncini azaltmayacak az aktif bir atmosfer geliştirir.
% 60 -70 helyum, % 25-35 argon ve %5 karbondioksit karışımı düşük alaşımlı
çeliklerde maksimum tokluk arzulandığında kullanılır. Bu karışım kısa devre
transferi geliştirir ve tokluğu düşüren karbon kaynağa geçmesin diye karbondioksit
miktarını minimum tutar. Şekil II.25’de Ar-He- O2- CO2 karışımlarının metal
transferine etkileri verilmiştir. [14]
48
Şekil II.25 1.6mm Az Alaşımlı Telin Ar-He-CO2- O2 Karışım
Karakteristikleri [22]
II.6.8 Koruyucu Gaz Seçimi
Belirli uygumlalar için koruyucu gaz seçimi ana metalin kalınlık ve türüne,
fiyat ve farklı gazlarla etkilerine, birleşme dizaynına, kaynak nüfuziyetine, çalışma
tekniğine, hız ve istenen niteliklere bağlıdır. Kısa devre ve sprey ark transferi
kullanılarak karbonlu çelikleri GMAW ile kaynatmak için koruyucu gaz seçimiyle
ilgili bilgi Tablo II.6’de verilmektedir. [14]
49
Tablo II.6 Karbonlu Çeliklerin GMAW İçin Koruyucu Gaz Seçimi [14]
50
II.7 ELEKTRODLAR
Bu yöntemde kullanılan tüm elektrodlar tel halindedir ve bir kangala sarılmış
olarak makineye takılır. Kangal büyüklükleri ve tel çapları standardlarla saptanmıştır.
[2,9]
Çıplak (dolu) tel elektrodlar, sıcak çekilmiş filmaşin tel çekme tezgahlarında
soğuk olarak çekilerek istenen çapta tel haline gerilmesiyle üretilir. Çelik elektrodlar
halinde, paslanmaz çelik elektrod dışındakiler gerek temas memesinden geçerken
temas kolaylığı sağlamak ve gerekse de korozyondan korumak amacı ile ince bir
bakır tabakası ile kaplanırlar; bu tabakanın kalınlığı ilgili standartlarda belirtilmiştir.
[2,9]
Son yıllarda, kaynak metalinin özeliklerini geliştirebilmek için çeliklerin
kaynağında kullanılmak üzere özlü veya kenetli elektrod diye isimlendirilen bir tür
daha geliştirilmiştir. Bunlar yumuşak çelikten ince bir şeritin, ferroaliyaj ve
dekapanlar ile beraberce kıvrılıp tel haline getirilmesi ile üretilmişlerdir. Bu şekilde
tel halinde üretilmesi güç veya olanaksız bileşimdeki alaşımlar dahi kolaylıkla
elektrod haline getirilebilmekte ve daha geniş bir spektrumda elektrod üretimi
olanağı sağlanabilmektedir. [2,9]
Özlü tel elektrodların sunduğu üstünlükler son yıllarda pazar paylarını arttırmış
ve tüketim artması ile fiyatları da kabul edilebilir düzeye inmiştir. Özellikle sert
dolgu veya korozyona dayanıklı tabaka ile kaplama işlemlerinde bu elektrodlar
bugün rakipsizdir ve birleştirme kaynaklarında sıfır altı sıcaklıklarda dahi tok kaynak
metalinin gerekli olduğu hallerde ön plana geçmişlerdir; zira bazik örtülü elektradlar
ile sürekli tel elektrodların üstün özeliklerini beraberce sunmaktadırlar. [2,9]
II.7.1 MIG - MAG Kaynak Yönteminde Elektrod Seçimi
Ergiyen elektrod ile gazaltı kaynak yönteminde en önemli problemlerden bir
tanesi de tel elektrodun seçimidir. Bu kaynak yönteminde tel ve koruyucu gaz
kombinasyonu sonucunda ortaya çıkan kaynak metalinin bileşimi, gereken mekanik
ve fiziksel özelikleri karşılamak zorundadır, bu bakımdan elektrod seçiminde aşağıda
belirtilmiş olan konular göz önüne alınmak zorundadır. [2,9]
Elektrod seçimini etkileyen en önemli faktör esas metalin fiziksel ve mekanik
özelikleri ile kimyasal bileşimidir. Esas metalin bu özelikleri bilinmediği zaman
görünüşü, ağırlığı, manyetik özeliği ile kama testi, kırma ve kıvılcım testi gibi basit
atölye testleri ile fikir edinilebilirse de, özellik gerektiren işlerde, kimyasal bileşimin
51
kesinlikle bir analiz ile saptanması gereklidir. Elektrod seçimi aşağıda belirtilmiş
olan kriterler göz önünde bulundurularak yapılır;
a) Esas metalin mekanik özelikleri: Bu kritere göre elektrod seçimi, genellikle
esas metalin çekme ve akma mukavemeti gözönüne alınarak yapılır; bazı
durumlarda, özellikle ferritik çelikler halinde malzemenin tokluğunun da (çentik-
darbe mukavemeti) gözönüne alınması gereklidir. [2,9]
b) Esas metalin kimyasal bileşimi: Esas metalin kimyasal bileşiminin
bilinmesi, özellikle renk uyumunun, korozyon direncinin, sürünme direncinin,
elektriksel ve ısıl iletkenliğinin söz konusu olduğu durumlarda gereklidir. Bunun
yanı sıra çeliklerde, ısıdan etkilenen bölgede, sertleşme oluşup oluşmayacağının
önceden belirlenmesi bakımından da esas metalin kimyasal bileşiminin bilinmesi
gereklidir. Genel olarak, yalın karbonlu ve az alaşımlı çelikler durumunda elektrod
seçiminde, en önemli faktör olarak esas metalin kimyasal bileşiminin bilinmesi
gereklidir. [2,9]
c) Koruyucu gazın türü: Koruyucu gaz olarak soy gaz veya karışımlarının
kullanılması durumunda bir yanma kaybı söz konusu değildir; buna karşın bir aktif
gaz, örneğin karbondioksit veya soy gaz + aktif gaz karışımı kullanılması durumunda
birtakım yanma kayıpları ile karşılaşılır. Daha önceden belirtilmiş olduğu gibi aktif
gaz kullanılarak çeliklerin kaynatılması halinde az bir miktar demir, oksijen
tarafından oksitlenir ve ortaya çıkan demir oksit bileşimindeki mangan ve silisyum
tarafından redüklenir. Buradaki silisyum ve mangan kaybı elektrod tarafından
karşılanmak zorundadır, bu bakımdan çeliklerin kaynağında MIG yöntemi için
geliştirilmiş bir elektrod MAG yönteminde kullanılmaz. [2,9]
d) Esas metalin kalınlığı ve geometrisi: Kaynakla birleştirecek olan parçaların,
kalın kesitli veya karışık şekilli olmaları halinde, çatlamanın önlenebilmesi için
kaynak metalinin sünek olması gereklidir; bu durumlarda en iyi sünekliği sağlayan
kaynak metalini oluşturacak türde bir elektrod seçilmelidir. [2,9]
e) Çalışma ortamının koşulları: Kaynaklı yapının aşırı düşük veya aşırı yüksek
sıcaklıklarda, korozif ortamlarda çalışmasının gerekli olduğu durumlarda, kaynak
metalinin her bakımdan esas metalin özeliklerini aksettirmesi gereklidir. Ayrıca
yönergelerde kaynak metalinin bazı ek özeliklere de sahip olması istenebilir ve bu
konuda elektrod seçiminde çok önemli bir rol oynar. Günümüz endüstrisinde,
elektrod seçimini kolaylaştırmak amacı ile çeşitli standardlar hazırlanmış ve özelikler
sınıflandırılmıştır, gereksinimleri karşılayacak ve esas metal ile en iyi uyumu
52
sağlayarak en iyi sonuçları verecek türde çok çeşitli çıplak tel ve özlü tel elektrodlar
üretilmektedir. [2,9]
Yukarıda açıklanmış olan konular göz önüne alınarak yapılan elektrod seçimi
sonucunda başarıya ulaşabilmek için elektrodun fiziksel özelikleri diye
adlandırabileceğimiz yüzey düzgünlüğü ve temizliği ile telin beslenebilirliğinin de
yeterli olması gerekmektedir. Aksi halde kaynak işlemi sırasında birtakım kaynak
problemleri ile karşılaşılır ve bu da kaynak dikişinde süreksizliklere ve buna bağlı
çeşitli hataların ortaya çıkmasına neden olur. [2,9]
MIG-MAG kaynak yönteminde telin İngilizce de cast ve helix diye
adlandırılan iki önemli özeliği de beslenebilirliği şiddetli bir biçimde etkiler. Bu olay
özellikle robotik ve mekanize kaynakta çok önemlidir. Bu iki özeliği belirleyebilmek
için makaradan yaklaşık 5 metre kadar tel sağılır ve yavaşça yere bırakılır, tel bir
çember halini alır ve bu çemberin çapı tel elektrodun cast'i olarak adlandırılır. AWS
bu çapın en az 15 inç (380 mm) olmasını önermektedir, ancak en iyi sonuçlar diğer
bir anlatım ile en iyi ve tutuksuz besleme, bu değerin 1,5 metre civarında olduğu
zaman alınmaktadır. Helix ise çember sekline toplanmış olan bu telin yay etkisi diğer
bir anlatım ile iki ucu arasındaki yükseklik farkıdır ve bu değer 25 mm civarında
olduğunda temas problemi ile yani telin akım yüklenmesinde bir sorun
çıkmamaktadır. Bu değer sıfıra yaklaştığında telin temas memesine değmesi
sürekliliğini yitirmekte ve sık sık ark sönmeleri ile karşılaşılmaktadır; helix'in
değerinin yüksek olması ise tel elektrodun kaynak sırasında memeden çıkar iken yön
değiştirmesine ve bu da arkın gezinmesine neden olmaktadır. [2,9]
Şekil II.26 MIG-MAG kaynağında kullanılan tel elektrodlarda cast ve helix
[2,9]
Telin beslenebilirliğini kontrol etmek için bir diğer yöntem de, telin ekseninin
iş parçası yüzeyi ile 45° lik bir açı yapacak şekilde tutmak ve salınım vermeden
torcun tetiğine basarak teli ilerletmektir. Beslenme kabiliyeti iyi olan tel iş parçası
53
üzerinde bir helisel yay biçiminde çember oluşturarak toplanır. Beslenebilirliği
etkileyen bir önemli etken de kaynak torcu, tel kılavuzu ve tel sürme tertibatıdır;
özellikle 4 makaralı ve 4'ü de tahrikli tel sürme tertibatları beslenebilirliği önemli
ölçüde pozitif yönde etkilemektedir. Yüzeyleri düzgün, çekme dayanımı yüksek,
büyük çaplı cast'a sahip tel elektrodlar iyi beslenebilirlik göstermektedirler. [2,9]
II.7.2 Kaynak Teli İçeriğindeki Alaşım Elementleri
II.7.2.1 Karbon
Karbon, çeliklerin yapısal ve mekanik özeliklerini diğer bütün alaşım
elementlerinden çok daha şiddetli bir şekilde etkiler, bu bakımdan çelik kaynak
tellerinde miktarı %0.05 ila 0.12 arasında değişir. Bu miktar kaynak telinin
mukavemetini gerektiği kadar yükselttiği gibi süneklik ve tokluğuna da olumsuz
yönde hissedilebilir bir etki yapmaz. [2,9]
Esas metal veya telde karbon miktarının artması, koruyucu gaz olarak CO2
kullanılması halinde porozite oluşumuna neden olur; karbon miktarı artınca, banyoda
CO oluşarak karbon kaybı ortaya çıkar, bu da gözenek oluşumuna neden olur, bu
olay dezoksidasyon elementlerinin katılması ile önlenir. [2,9]
II.7.2.2 Silisyum
Çeliklerin ergiyen elektrodla gazaltı kaynağında, silisyum elektrod metalinde
en yaygın kullanılan dezoksidasyon elementidir. Genelde, çelik gazaltı telleri % 0,40
ila 1,2 arasında değişen oranda silisyum içerirler ve bu bileşim aralığında, silisyum
çok iyi bir dezoksidasyon özeliğine sahiptir. Silisyum içeriğinin yükselmesi sonucu
kaynak metalinin sünekliğinin az bir miktar azalmasına karşın mukavemeti oldukça
şiddetli bir artma oluşturur; bir sınır değerin üzerinde, silisyum miktarının artması ise
kaynak dikişinin çatlama hassasiyetini arttırır. [2,9]
II.7.2.3 Mangan
Mangan da silisyum gibi, kaynak metalinin mukavemet özeliklerinin
geliştirilmesi ve kaynak banyosunun dezoksidasyonu için katılır. Mangan içeriğinin
artması kaynak dikişinin mukavemetini silisyumdan daha şiddetli olarak yükseltir ve
aynı zamanda kaynak metalinin çatlama hassasiyetini de azaltır. Çeliklerin
kaynağında kullanılan kaynak tellerinin mangan içeriği % 1 ila 2 arasında değişir.
[2,9]
54
II.7.2.4 Alüminyum, Titanyum, Zirkonyum
Bu elementlerin hepsi de çok kuvvetli dezoksidandırlar, kaynak teline %
0.20'ye kadar ilave edildiklerinde aynı zamanda mukavemeti arttırıcı yönde de etki
ederler. [2,9]
II.7.2.5 Diğer Alaşım Elementleri
Nikel, krom ve molibden mekanik özelikleri geliştirmek ve korozyona direnci
arttırmak amacı ile çeşitli çelik kaynak tellerine katılan alaşım elementleridir. Bu
elementler kaynak metalinin mukavemet ve tokluğunu az miktarda arttırmak,
paslanmaz çelikler halinde ise oldukça yüksek miktarlarda paslanmayı önlemek için
katılırlar. Genel olarak kaynak işleminde koruyucu gaz olarak bir soy gaz veya içinde
az miktarda CO2 içeren soy gaz kullanıldığında, kaynak dikişinin kimyasal bileşimi
telin bileşiminden bir farklılık göstermez, buna karşın saf CO2 kullanılması halinde
Si, Mn ve diğer dezoksidasyon elementlerinin miktarında bir azalma görülür. Çok
düşük miktarda (%0,04-0,05) karbon içeren teller ile yapılan kaynak dikişlerinde ise
karbon miktarında bir artma görülür. [2,9]
II.7.3 Çıplak Tel (Dolu Tel) Elektrodlar
Alaşımsız ve alaşımlı çıplak tel elektrodlar olarak iki çeşittir. Alaşımsız çıplak
tel elektrodlar yumuşak çeliklerin kaynağında kullanılır, bunların bileşimlerini
alaşımsız çeliklerden ayıran sadece mangan ve silisyum içeriklerinin bir miktar daha
fazla olmasıdır. Alaşımlı çıplak tel elektrodlar ise özel bileşimde olup, alaşımlı
çeliklerin kaynağında kullanılır. [2,9,13]
Gazaltı Metal Ark (MIG/MAG) Kaynağında kullanılan tel erektrodlar, soğuk
çekme işlemiyle imal edilirler. Bu işlem için başlangıç ürünü, 5,5 ila 6,0 mm çapında
sıcak haddelenmiş tellerdir. [33]
Çekme işlemi başlamadan önce, sıcak haddelemeden kalan yüzey oksitlerinin
temizlenmesi için bir dağlama veya mekanik temizleme işlemi yapılır. İmalat
işleminin akışı sırasında bir bakır kaplama yapılması gerekir. Bir kademede büyük
bir kesit küçülmesi sağlamak mümkün olmadığından çekme işlemi çok kademeli
olarak gerçekleştirilir. Bu sırada telin içyapısında deformasyon sertleşmesi oluşur ve
dayanım artar; bu nedenle tele ara tavlamalar uygulanır. Ara tavlamalar, 600 ila 650
ºC arasında bir yeniden kristalleşme tavından oluşur. Bu işlem sırasında tellerin
55
yüzeyinde yeniden oksit oluşumunu önlemek için tavlama işlemi fırında vakum
ortamında veya koruyucu gaz altında yapılır [33].
Böylece yumuşayan teller son ölçülerine getirilmek amacıyla bir bitirme
çekmesi işlemine tabi tutulur. [33]
Son çekmeden önce tellerin bakır kaplanması gerekir. Bu işlem, elektrolitik
yöntemle veya galvanik bakır kaplama yöntemiyle gerçekleştirilir. Her iki durumda
da tel, bakır içeren bir banyoya, örneğin bir bakırvitriol/sülfürik asit çözeltisine
daldırılır. Bu banyo içinde asit, yüzeyden demir atomlarını çözer, yerine çözeltiden
bakır iyonları geçer. [33]
Elektrolitik bakır kaplamada, yüzey tabakasının kalınlığı uygulanan gerilimden
etkilenirken, galvanik kaplamada bu kalınlığı, çözeltide tutma süresi belirler. [33]
Her iki yöntemde de oluşan bakır tabakası pürüzlü ve gözeneklidir. Bu nedenle
sonradan bir bitirme çekmesi ile pürüzsüzleştirilir ve daha yoğun hale getirilir.
Bakır tabakası, kontak borusundaki geçiş direncini ve tel ilerletme
mekanizmasındaki sürtünmeyi azaltır ve yeterli yoğunlukta ise, çelik teli atmosferik
korozyona karşı korur. [33]
Yüksek alaşımlı tel elektrodlar ve metal telleri de yukarıda açıklanan yöntemle
imal edilir. Ancak bunlarda herhangi bir bakır vs. kaplama yapılmaz ve yeniden
kristalleşme tavı yerine malzemenin yapısına uygun başka tavlama işlemleri
uygulanır. [33]
Bitirme çekmesinden sonra teller ya doğrudan makaralara sarılır veya daha
sonradan makaralara sarılmak üzere yaklaşık 300 kg'lik ara sarımlar haline getirilir.
[33]
Gerek özlü ve gerekse de dolu tel elektrodların makaralara sarılmasında iki ayrı
tür sarım biçimi vardır; birincisi ülkemizde yaygın olarak uygulanan sıra sarım veya
paralel sarım, diğeri ise karışık sarımdır. Sıra sarım Avrupa Ülkelerinde ek maliyet
getirmesi nedeni ile daha pahalıdır, üstünlüğü ise telin görünüşünün daha iyi olması,
kaplama tabakası hakkında kolaylıkla fikir vermesi ve makaraya daha fazla tel
sarılabilmesidir. Buna karşın sıra sarımda tel gergin olduğundan sarma sırasında en
küçük bir ihmal veya nakliye sırasında yapılan bir dikkatsizlik kangalın karışmasına
ve büyük bir kısmının bir daha kullanılamamasına neden olur. [2,9]
Karışık sarım diye adlandırılan türde, telin birbirine dolaşması tehlikesi yoktur,
kolay sağılır, sarma işlemi daha ucuza mal olur, yalnız telin kaplaması hakkında fikir
sahibi olabilmek için bir miktar telin sağılarak muayene edilmesi gereklidir. [2,9]
56
Son yıllarda robotik ve mekanize kaynak uygulamalarının artması üzerine daha
uzun süre kangal değiştirmeden kaynak yapabilme, sarım ve makara giderlerini
azaltma amacı ile Maraton sarma diye adlandırılan bir tür geliştirilmiştir. Maraton
sarmada, tel elektrod bir karton varil içine özel bir makine ile sarılmakta ve özel bir
tertiple hiç karışmadan burgusuz bir biçimde kaynak makinesi beslenebilmektedir.
Telin karton varile sarılması ve varilden sağılarak makineyi beslemesi konusunda
patenti alınmış çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Maraton ambalajlarının 30 kg'dan
250 kg'a kadar olan türleri batı ülkelerinde piyasadan temin edilebilmektedir.
Maraton varilleri hakkında henüz bir standard geliştirilmemiştir. [2,9]
II.7.4 Özlü Tel Elektrodlar
MIG-MAG kaynağında kaynak teli bileşimi esas metalin bileşimine uygun bir
kaynak metali verecek biçimde ayarlanmıştır. Kaynak teli bileşiminde koruyucu gaz
olarak karışım gaz veya karbondioksit kullanılması durumunda, ark bölgesinde
CO2'in ayrışması sonucu ortaya çıkan oksijenin etkisini ortadan kaldırmak, kaynak
banyosunu dezokside etmek ve kaynak banyosundaki oksitlerin karbon tarafından
redüklenmesini önlemek, esas metalden gelen kükürt ve fosforun olumsuz etkilerini
ortadan kaldırmak için de bir takım alaşım elementleri içermek zorundadır. [2]
Bu nedenlerden ötürü, bazı metal ve alaşımların kaynağı için istem azlığı bu
tellerin üretimini ekonomik kılmamaktadır. Bazı metal ve alaşımların ise sertlik ve
gevreklikleri nedeni ile tel haline getirilmelerinin teknolojik olarak olanağı yoktur.
[2]
Özlü tel elektrod ile kaynak yöntemi esas olarak MIG-MAG kaynağında
olduğu gibi çıplak tel (dolu tel) yerine içi öz diye adlandırılan ve örtülü elektrodun
örtüsü görevini üstlenen bir madde ile doldurulmuş boru seklinde elektrod kullanılan
bir kaynak yöntemidir.
57
Şekil II.27 Özlü tel elektrod ile kaynakta ark bölgesi [2]
Özlü tel elektrodlar, MIG-MAG donanımı ile, gaz kullanarak veya
kullanmadan uygulanmaktadır. Son yıllarda bu tür elektrodların tozaltı yönteminde
de kullanılan türleri geliştirilmiştir. [2]
Bu elektrodların sağladıkları üstünlükler şunlardır;
• Yüksek bir ergime hızına sahiptirler, dolayısı ile daha yüksek kaynak
hızlarında kullanılabilirler,
• İnce çaplı elektrodlar kullanarak her pozisyonda kaynak yapılabilir,
• Bazı tür özlü elektrodlar koruyucu gaz gerektirmezler, bu da donanımın
basitleşmesine olanak sağlar,
• Örtülü elektradların bütün üstünlüklerine sahiptir buna karşın, koçan kaybı
elektrod değiştirme zaman kaybı gibi sınırlamaları yoktur. [2]
Özün görevleri şu şekildedir;
• Kaynak metalinin kimyasal bileşimini ayarlayarak arzu edilen mekanik ve
metalurjik özelikleri ve korozyon direncini sağlamak,
• Ekonomik veya teknolojik bakımdan tel haline getirilme olanağı
olmayan bileşimlerde kaynak teli üretimine olanak sağlamak,
• Gerektiğinde kaynak banyosunu ve kaynak bölgesini atmosferin olumsuz
etkilerinden korumak,
58
• İçerdiği dekapanlar yardımı ile kaynak banyosunda reaksiyonlar oluşturarak
istenmeyen katışkıların (gayri safiyetlerin) miktarını en aza indirmek,
• Dikiş üzerinde bir curuf oluşturarak, kaynak dikişine uygun bir biçim
vermek ve soğuma sırasında kaynak dikişini korumak,
• Arkı dengeleyerek, sakin yanmasını sağlamak ve sıçrantıyı en aza indirmek.
[2]
Günümüzde özlü tel elektrodlar kenetli ve dikişsiz (boru tipi) olmak üzere iki
ayrı türde üretilmektedir. Kenetli özlü tel elektrodlar bir çelik bandın, bir dikişli boru
yapım makinesinde olduğu gibi rulolar arasından geçerek önce U şeklinde kıvrılması
ve bu biçimde iken iç kısmına toz durumunda özün (alaşım ve dekapan tozları
karışımı) konup, gene aynı makinede ince bir boru biçimine getirilmesi sonucu elde
edilir. Makineden çıkan bu boru özel çekme tezgahlarında tel gibi çekilerek veya
haddelenerek istenen çapa indirgenirken aynı zamanda iç kısmında özün iyice yayılıp
sıkışarak boşluk kalmaması ve homojen bir biçimde yayılması da sağlanmış olur.
Kenetli özlü tellerin banyoya daldırılarak bakır ile kaplanma olasılığı yoktur. [2,9]
Dikişsiz (boru tipi) özlü tel elektrod üretiminde, kalın bir boru içine özü
oluşturan maddeler doldurulur ve sonra bu boru çekilerek özlü tel elektrod çapına
indirgenir. Bu tür özlü elektrodlar aynen çıplak (dolu) elektrodlar gibi bakır ile
kaplanabilir. [2,9]
Elektrod içindeki özün yüzde olarak ağırlığına dolgu derecesi denir. [13]
.
Şekil II.28 Özlü tel üretimi [3,9]
59
Şekil 29 ’da özlü elektrodlarda en çok kullanılan kesit formları ve bunlarla
ilgili dolgu dereceleri gösterilmiştir
Şekil II.29 Özlü elektrodlarda en çok kullanılan kesit formları ve dolgu
dereceleri [23]
Boru tipi özlü elektrodların, kenetli tiplere göre bazı avantajları vardır:
• Kenetli tipte birleştirme mekanik olduğundan, öz dış ortama açıktır, halbuki
boru tipinde öz, dış ortama tümüyle kapalı olduğundan nem kapma, dolayısı ile
örtülü elektrodlarda olduğu gibi kurutma işlemi söz konusu değildir. Hatta yüksek
nem alma hassasiyetine rağmen bazik özlü elektrodlar bu yolla üretilebilmektedir.
• Manto (dış metal kısmı) yüzeyi, kesidin dış ortama tümüyle kapalı
olmasının getirdiği avantaj nedeni ile aynı çıplak elektroda da olduğu gibi bakır
kaplanabilmektedir. Böylece depolama esnasında elektrod yüzeyinin paslanması söz
konusu olmaz.
• Kenetli tip özlü elektrodlarda manto mekanik olarak sıkıştırıldığından
elektrod tel sürme disklerinden geçerken deforme olabilir ve manto açılarak toz
dışarı akabilir. Bu da kaynakta hata, telin spiral ve merdanede sıkışması ile dökülen
60
tozun metalik aksamlarda aşınmaya yol açması tehlikelerini doğurur, halbuki boru
tipi özlü elektrodlarda böyle tehlikeler yoktur.
• Boru tipi özlü elektrodlarda manto et kalınlığı, kenetli tip elektrodlardaki
manto et kalınlığına göre daha fazla olduğundan, elektrod daha yüksek akım
şiddetleri ile yüklenebilir, bu da kaynakta daha derin nüfuziyet demektir. [24]
Özlü tel elektrodlar kullanılan özün türüne göre rutil, bazik ve metal özlü
olmak üzere üç ayrı grupta incelenebilir. [2]
Tablo II.7 MAG kaynağında kullanılan özlü tel elektrod tipleri ve öz
kısımlarını oluşturan bileşenler [23]
Rutil özlü elektrodlar üstün kaynak özelikleri ve kaynak dikişinin çekici
görünüşü nedeni ile kaynaklı konstrüksiyon üreticileri arasında çok popüler bir
konuma sahiptir. Rutil öz, aynen rutil örtülü elektrodlar durumunda olduğu gibi sakin
ve yumuşak bir ark, daha akışkan bir kaynak banyosu sağlar ve düşük yüzey gerilimi
nedeni ile tüm akım aralığı boyunca kaynak metali elektrod ucundan kaynak
banyosuna sprey arkı andıran biçimde ince damlacıklar durumunda geçer. Sıvı
kaynak metali üstün bir ıslatma özeliğine sahiptir ancak bu akışkanlık tek taraftan
kaynak durumunda kök paso çekimini zorlaştırdığından bu gibi durumlarda metal
veya seramik altlık kullanılmasına gerek vardır. [2]
Her pozisyonda uygulanabilen, diğer bir anlatım ile curufu çabuk katılaşan rutil
esaslı özlü tel elektrodların geliştirilmesi sonucu alışılmış rutil özlü elektrodların
uygulama alanı oldukça daralmıştır. [2]
Bazik özlü elektrodlar kaynak metalinin özellikle düşük sıcaklıklardaki gerek
kaynak edildiği durumda ve gerekse de ısıl işlem sonrası üstün tokluk özelikleri
nedeni ile tercih edilirler. Alışılmış bazik özlü elektrodlar özellikle pozisyon kaynağı
için çok uygun değillerdir. Kısa ark ile çalıştıklarından dikiş içinde curuf kalma
tehlikesi vardır ve nufuziyet iyi değildir buna karşın kök pasoda köprü kurma
kolaydır ve altlık gerektirmez. [2]
61
Son yıllarda geliştirilmiş olan yeni nesil ve pozisyon kaynağına uygun bazik
özlü tel elektrodlar daha yüksek gerilim ve akım şiddetlerinde çalışmakta ve arkta
kaynak metali taşınımı sprey arkı andırmaktadır bu tür metal geçişine yarı sprey ark
adı verilmektedir. Yüksek ark gerilimi ve akım şiddeti sonucu ark ve banyo daha
sıcak olduğundan nüfuziyet artmış, ergime hataları ve dikişte curuf kalıntısı tehlikesi
hemen hemen ortadan kalkmış ve bunun sonucu olarak da düşük sıcaklıklarda
yüksek tokluğa sahip, yüksek kalitede kaynak dikişleri elde edilebilmiştir. [2]
Metal özlü elektrodların özünde arzulanan alaşımlamayı sağlayacak miktar ve
türde metal tozları ile çok az miktarda arkı dengeleyen maddeler bulunur. Bu tür özlü
elektrodlar ile kaynak sonrası dikiş üzerinde curuf oluşmadığından pasoları üst üste
çekmek olasıdır ve - 40 °C'ye kadar tokluğunu koruyan kaliteli kaynak dikişleri elde
edilmektedir. Metal özlü elektrodlar son yıllarda alaşımlı çıplak tel elektrodlara ciddi
bir rakip haline gelmişlerdir. [2]
Yukarıda belirtilen elektrotlardan başka dolgu kaynağı ve paslanmaz çeliklerin
kaynağında kullanılan, gaz altında kaynağa uygun alaşımlı ve yüksek alaşımlı özlü
teller bulunmaktadır. Özellikle paslanmaz çeliklerin kaynağında kullanılan tipin
çıplak tele nazaran önemli bir avantajı vardır. Cüruf oluşumu ve koruyucu gaz ile çift
koruma sonucu özlü tellerle yapılan kaynakta dikiş yüzeylerinin daha az oksitlenmesi
ve kolayca temizlenmesi sağlanmaktadır. Bu da temizleme masraflarının azalmasına
neden olmaktadır. [23]
Tablo II.8 EN 758’e göre özlü tel elektrod çeşitleri [23]
62
Özlü tel elektrotlar, kesit formlarından bağımsız olarak kendinden korumalı
özlü teller ve gaz korumalı özlü teller olmak üzere başlıca iki gruba ayrılmaktadır.
[23]
Gaz korumalı özlü tel elekrodlar karbondioksit (CO2) veya argon ihtiva eden
karışık gazlarla kaynak edilmektedir. İyi bir kalite elde edebilmek için koruyucu
gazın seçiminde özlü tel üreticilerinin tavsiyesine uymak gerekir. Her tip özlü
elektrod ancak belli bir koruyucu gaz ile iyi sonuçlar vermektedir. [23]
MAG kaynağına uygun özlü teller, daha iyi bir dikiş görünümü, iyi tokluk
değerleri ve birleştirme hatalarının oluşma eğiliminin daha düşük olması nedeniyle
endüstrinin birçok kolunda kullanılmaktadır. Zor pozisyonlardaki kaynakta sağladığı
ekonomik avantajlardan dolayı gemi yapımında ve çelik yapılarda kullanımı gittikçe
artmaktadır. [23]
Kendinden korumalı özlü elektrodlarda, öz kaynak esnasında yanarak banyoyu
havanın zararlı tesirlerinden koruyacak gazı sağlayan bazı maddeler içermektedir.
Dolayısı ile bir harici koruyucu gaz gerektirmezler. [24]
Kendinden korumalı elektrotların şimdiye kadar Şekil II.29-a’ da görüldüğü
gibi kapalı kesitli borular şeklinde uygulaması bulunmamaktadır. Bunun yanında
diğer tüm kesit formları uygulanmaktadır. En çok uygulananı Şekil II.29-b’ de
görülen yarık boru şeklidir. Manto kısmı (dış metalik kısım) olarak genellikle
alaşımsız çelik bantlar kullanılmaktadır. En çok kullanılan elektrod çapları 1,2 mm
ile 3,2 mm arasında bulunmaktadır. Tablo II.8’e göre standartlaştırılmış olan V, W
ve Y tipleri mevcuttur. [23]
Alaşımsız ve az alaşımlı çeliklerin kaynağında MAG-kaynağı yerine gazdan
tasarruf sağlamak amacıyla kendinden korumalı özlü tel elektrotların kullanımı
yanlıştır. Çünkü özlü teller çıplak tellere göre pahalı olduğundan ekonomiklik
sağlamamaktadır. Özlü tellerle kaynak, mekanizasyona uygunluğu, yüksek ergime
gücüne ve yüksek verime sahip olması nedeniyle daha çok örtülü çubuk elektrotlarla
yapılan kaynaktan daha ekonomik olmakta ve gittikçe onun yerini almaktadır.
Özellikle rüzgara karşı da daha az hassasiyet göstermesi ve ekonomikliği nedeniyle
açık havada şantiye şartlarında gittikçe artan oranlarda kullanılmakta ve örtülü çubuk
elektrotlarla rekabet etmektedir. Genellikle gemi, otomobil ve makine yapımında,
çelik yapılarda, köprülerin, boru hatlarının ve küresel gaz depolarının yapımında
kullanılmaktadır. [23]
63
II.7.5 MAG Kaynağında Kullanılan Özlü Tel Elektrodlar İle Çıplak Tel
Elektrodların Karşılaştırılması
MAG kaynağında kullanılan özlü elektrodların çıplak elektrodlara göre bazı
avantajları vardır. Bu avantajlar;
• MAG kaynağı özlü elektrodları, CO2 gazı altında, çıplak elektrodlara göre
daha sakin ve sıçramasız yanar, böylece sıçrama ile ortaya çıkacak metal kaybı
önlendiği gibi bu sıçramaların temizlenmesi için gereken ek işçilikten de tasarruf
edilmiş olur. Bu avantajı sağlayan husus, özde bulunan arkı stabilize edici ve metal
damlasının ve banyonun yüzey gerilimini iyileştirici elemanlardır.
• Dikiş formu ve görüntüsü, çıplak elektrodlar ile yapılana göre daha düzgün
olup, uygun parametreler seçildiği takdirde yanma çentiği ve oluğu oluşmamaktadır,
bu avantajı da özdeki curuf oluşturucu elemanlara borçluyuz.
• Özlü elektrodlarda, aynı çaplı çıplak elektrodlara oranla aynı akım
şiddetlerinde daha büyük akım yoğunlukları ile çalışıldığından daha yüksek ergime
gücü ile elektrod sürme ve kaynak hızları elde edilir. [24]
II.7.6 Çıplak Tel ve Özlü Tel Elektrodların Sınıflandırılması
Çeliklerin ergiyen elektrod ile gazaltı kaynağında (MIG-MAG) kullanılan tel
ve özlü tel elektrodlar ülkemizde TS, Alman DIN ve Amerikan AWS standardlarına
göre sınıflandırılır. Bilindiği gibi, tüm Avrupa Birliği ülkelerinde geçerli olmak üzere
EN standardları hazırlanmaktadır ve yalın karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin kaynağı
için EN 440 hazırlanmış ve yürürlüğe konmuştur. Ülkemizde bu konuda sadece yalın
karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin kaynağı için kullanılan çelik tellere ait hazırlanmış
bir standard (TS 5618) bulunmakta ve bu standard da eski Alman DIN 8559 ile tam
bir paralellik göstermektedir. Uygulamada bu halin dışında yukarıda belirtildiği gibi
DIN ve AWS standardlarına başvurulmaktadır. [2,9]
64
AWS Standartlarında MIG-MAG kaynak elektrodlarının simgeleri 5 grup
işaretten oluşmuştur; bir örnek olmak üzere, ER 70 S - 2 işaretini ele alır ve
çözümlersek. [2,9]
E: Simgenin baş kısmındaki E harfi, elektrod olduğunu ve MIG-MAG
yönteminde kullanılabileceğini gösterir,
R: R harfi ise aynı elektrodun TIG kaynağında da kullanılabileceğini
belirtir.
70: 2 veya 3 hane halinde verilmiş olan rakamlar kaynak telinin
nominal çekme mukavemetini belirtir.
S: Rakamlardan sonra gelen harf kaynak telinin türünü, S Standard dolu
teli, C ise özlü teli belirtir.
2: Kimyasal bileşimi belirten simge, bazı hallerde bu rakam ve harflerden
oluşabilir.
EN 440 standardı, en düşük akma sınırı 500 N/mm2’ye kadar olan karbon,
karbon-mangan ve düşük alaşımlı çeliklerin gazaltı kaynağında kaynak metalinin ve
çıplak tel elektrodların işaretlenmesi için şartları tespit etmektedir [33].
Bir çelik MIG-MAG kaynak elektrodunun EN 440’a göre EN 440 G 46 3 M
G3Si1 biçiminde işaretlenmesinde simgelerin anlamları şunlardır. [33]
EN 440 : Standardın numarası
G : Tel elektrod veya MIG-MAG kaynak teli
46 : Mukavemet ve % uzama
3 : Çentik darbe özelliği
M : Koruyucu gaz
G3Si1 : Tel elektrodun kimyasal bileşimi
EN 758 standardı, en düşük akma sınırı 500 N/mm2’ye kadar olan alaşımsız ve
düşük alaşımlı çelikler için özlü tel elektrodların şatlarını ve sınıflandırılmasını
vermektedir. Sınıflandırma, kaynak metalinin özlü tel elektrodun ve uygun koruyucu
gaz bileşiminin özelliklerini vermektedir. [33]
Örnek olarak EN 758 – T 46 3 1Ni B M 4 H5 burada;
T : Gazaltı metal ark kaynağı için özlü tel
46 : Kaynak metalinin en düşük akma sınırı (N/ mm2)
3 : -30 ºC (47 J’lük en düşük çentik darbe işine ulaşılan sıcaklık)
1Ni : %1,4 Mn ve %0,6-1,2 Ni
B : Bazik özlü tel elektrod
65
M : Karışım gaz altında kaynak için uygun
4 : Yatay pozisyonda kaynağa uygun
H5 : Kaynak metalinde 5 cm3/100 g hidrojen değeri aşılmamalıdır.
II.8 KAYNAK PARAMETRELERİ
Kaynak işlemini ve elde edilen kaynak bağlantısının kalitesini belirleyen en
önemli unsur kaynak parametreleridir. Kaynak parametreleri; kaynaklanan metal
veya alaşım ile, kaynak metalinin türü, kalınlığı, kaynak ağız türü ve geometrisi,
kaynak pozisyonu, erime gücü ve bağlantıdan beklenen mekanik özellikler göz
önüne alınarak belirlenir. [16]
Kaynakçı, ark ve kaynak banyosunu etkileyen parametreleri iyi tanımalı ve
bunları hangi şartlarda nasıl değiştireceğini bilmelidir. Seçilen parametreler birbirleri
ile uyum halinde olduğu zaman yumuşak ve kararlı bir ark meydana gelir. [25]
Kaynak parametreleri; kaynak öncesi saptanan ve kaynak süresince
değiştirilmesi mümkün olmayan parametreler, birinci derecede ayarlanabilir ve ikinci
derecede ayarlanabilir parametreler olmak üzere üç ayrı grupta incelenebilir.
Kaynak öncesi saptanan parametreler kaynak süresince değiştirilmesi mümkün
olmayan parametrelerdir. Bunlar koruyucu gaz türü, elektrod tür ve çapı gibi
etmenlerdir. Bu parametreler, kaynaklanan malzemenin türü, kalınlığı, kaynak
pozisyonu, erime gücü, ve bağlantıdan beklenen mekanik özellikler göz önüne
alınarak saptanır.
Birinci derece ayarlanabilir parametreler; akım şiddeti, ark gerilimi ve kaynak
hızıdır. Bu parametreler dikiş biçimini, boyutlarını, ark stabilitesini, ve kaynaklı
bağlantının emniyetini etkileyen değişkenlerdir.
İkinci derece ayarlanabilen parametreler ise önceden seçimi yapılamayan,
kaynak anında oluşan torç eğimi, serbest tel uzunluğu, nozul mesafesi ve kaynak
yönüdür. [14]
II.8.1 Kaynak Öncesi Ayarlanan Parametreler
Bu parametrelerin kaynak işlemi esnasında değiştirilmeleri mümkün değildir.
Bunlar, tel elektrod çapı ve bileşimi ile koruyucu gaz türü gibi parametrelerdir.
66
II.8.1.1 Tel Elektrod ve Çapı
Kullanılacak olan elektrodun çapının seçiminde; kaynaklanacak olan parçanın
kalınlığı, kaynak ağız geometrisi, kaynak pozisyonu, nüfuziyet derecesi, erime gücü
ve elektrodun fiyatı göz önünde bulundurulur.
Her tür elektrod bileşimi için çap ve ark türüne bağlı olarak bir akım şiddeti
aralığı vardır. Aynı ark türünde, büyük çaplı elektrodlar yüksek akım şiddeti ile
kullanılabildiklerinde yüksek bir erime gücüne sahiptirler ve derin nüfuziyetli
dikişler oluştururlar. Erime gücü, akım yoğunluğunun bir fonksiyonudur. Aynı çaplı
iki elektrod farklı akım şiddetlerinde kullanıldıklarında, yüksek akım şiddeti ile
kullanılan da daha yüksek erime gücü elde edilir. Akım şiddeti; tel çapı ve erime
gücü arasındaki ilişkiler Şekil II.30’da verilmiştir.
Şekil II.30 Yığılan Kaynak Metali, Akım Şiddeti ve Tel Elektrod Çapı
Arasındaki İlişki (Yumuşak çelik elektrod CO2 ile kaynatıldığında) [14]
II.8.1.2 Koruyucu Gaz ve Türü
MIG-MAG kaynağı yönteminde, koruyucu gazın görevi, kaynak banyosunu
atmosferdeki oksijen ve azotun etkisinden korumakla kalmamakta; ark karalılığı,
nüfuziyet, dikiş biçimi, dikişin mekanik özellikleri, kimyasal bileşimi, duman
oluşumu ve proses verimliliği gibi değişkenleri de etkilemektedir.
67
Koruyucu gaz olarak demir esaslı metallerin kaynağında saf karbondioksit, Ar+
CO2, Ar+ O2 ve Ar+ CO2+ O2 karışımları kullanılırken, demir dışı metallerin
kaynağında kullanılan koruyucu gazlar ağırlıklı olarak; Argon Helyum ve Argon-
Helyum karışımlarıdır.
Koruyucu gazın görevini yerine getirebilmesi için dikkatlice seçilmesi gerekir.
Koruyucu gaz seçiminde şu noktalara dikkat edilmelidir.
• Gazın kaynatılan malzemeye uygunluğu,
• Malzemenin fiziksel özellikleri,
• Kaynak yöntemi ve transfer formu,
• Kaynak ekininin tipi ve kalınlığı [14]
Karbondioksitle kaynakta sıçrama açısından da çeşitli sorunlar ortaya
çıkmaktadır. Karbondioksit koruması altında yapılan kaynaklarda metal geçişi
genellikle kısa devre arkı biçimindedir.
Damlacık büyük ve karasız bir biçimde banyoya ulaşır. Büyük damlalar
kaynak banyosuna düşüşlerinde türbülans yaratırlar. Bu arada damlalardan bazıları
da banyo dışına düşerek sıçramaların artmasına yol açar. Bu gazla korunan arkta
yukarı doğru itici kuvvetlerle tel elektrodun ucu da dönmeye başlar.
Argon ağırlıklı karışım gazlarda damla transferi daha doğrusal olmaktadır.
Bunun için Argon gazına %5-%25 CO2 ilavesi veya % 2-%5 O2 ilavesi çeliklerin
kaynağında diğer parametreleri de etkilemektedir. Ayrıca oksitlenme kayıpları da
azalmaktadır.
II.8.2 Birinci Derece Ayarlanabilir Parametreler
Bu parametreler akım şiddeti (tel hızı), ark gerilimi ve kaynak hızı gibi
etkenlerdir. Akım ve voltaj arasındaki uyum iyi bir kaynak ile yetersiz bir kaynak
arsındaki farkı açıkça ortaya koyar.[ 27]
II.8.2.1 Akım Şiddeti
Kaynakta kullanılan akım şiddetinin, erime gücüne, kaynak dikiş formuna ve
nüfuziyete etkisi diğer bütün parametrelerden daha fazladır.
Sabit gerilim karakteristikli MIG-MAG kaynak makinelerinde, kaynak akım
şiddeti; tel elektrod çapı, ana metalin kalınlığı, kaynak pozisyonunun şekli ve
koruyucu gazın türü (Ar+CO2, Ar+ CO2+O2 , Ar+He ...... gibi) dikkate alınarak, tel
68
hızı ayar düğmesinden ayarlanır, tel ilerleme hızı arttıkça kaynak ilerleme hızı da
artar (Şekil II.31). [28]
Şekil II.31 Akım Şiddetinin Tel Besleme Hızına Etkisi[33]
Aşırı yüksek akım şiddeti çok geniş bir kaynak banyosu ve derin nüfuziyete
neden olduğundan ince parçaların kaynağında delinmelerin ortaya çıkmasına neden
olabilir. Çok düşük akım şiddeti de yetersiz nüfuziyete ve kaynak metalinin ( eriyen
tel elektrodun) esas metalin üzerine yığılmasına neden olur. [14]
MAG kaynağında, koruyucu gaz türü de, kaynak akım şiddetini, ark gerilimini
ve dikiş formunu etkiler. Bazı gazlara ait tolerans kutuları Şekil II.32’de verilmiştir.
Voltaj ve akım değerleri bu kutular içinde kalırsa iyi bir kaynak metali elde edilir.
Kutuların dışına çıkıldığında arkta ve kaynak metalinde bozulmalar ortaya çıkar.
69
Şekil II.32 Çeşitli Koruyucu Gazların Tolerans Kutuları [27]
Tolerans kutuları daha çok MIG-MAG kaynağı ile yeni uğraşanlar için kolaylık
sağlar. Uzman kaynakçılar bu değerleri grafiğe gerek duymadan ayarlayabilirler. [27]
II.8.2.2 Ark Gerilimi (Ark Boyu)
Sabit gerilim karakteristikli akım üreteçlerinde ark gerilimi, tel elektrodun ucu
ile iş parçası arasındaki uzaklık tarafından belirlenir. Her koşulda aynı kaynak
dikişini veren bir sabit ark boyutu mevcut değildir. Ark boyu, aynı gerilim için
helyum ve karbondioksit kullanılması halinde, argonun kullanılması haline nazaran
çok daha uzundur. [14]
70
Bir uygulama için ark gerilimi, kullanılan koruyucu gaz, tel elektrod çapı,
kaynak pozisyonu, kaynak ağız şekli ve ana metalin kalınlığı göz önünde
bulundurularak saptanır.[14]
Uygun seçilmiş bir çalışma noktası, arkın karalı ve sakin yanışı ile kendini belli
eder. Kaynak akımı üretecinde, gerilim ayar imkanı ne kadar fazla olursa optimal
çalışma noktasının saptanması da o derece kolay olur.
Bütün diğer parametreler sabit kalmak şartı ile ark geriliminin artması halinde
kaynak dikişi geniş ve yaygın bir biçim alır. Nüfuziyet ise artan ark gerilimi ile bir
optimum değere kadar artar ve bu değerden sonra azalmaya başlar. Küçük ark
gerilimi dar ve şişkin kaynak dikişlerinin oluşmasına, çok küçük ark gerilimi ise
poroziteye neden olur. [14] Ark gerilimi ve akım şiddetinin kaynak dikiş formuna
etkileri Şekil II.33’de verilmiştir.
71
Şekil II.33 Ark Gerilimi ve Akım Şiddetinin Kaynak Dikiş Formuna
Etkileri[1]
72
II.8.2.3 Kaynak Hızı
Kaynak hızı, kaynak arkının iş parçası boyunca olan hareketi ya da birim
zamanda yapılan kaynak dikişi boyu olarak tanımlanır. Kaynak hızı yarı otomatik
yöntemlerde kaynakçı, otomatik veya mekanize yöntemlerde makine tarafından
ayarlanır. [14]
Kaynak hızı yavaş olduğu zaman, birim boya yığılan kaynak metali artar bu da
kaynak banyosunun büyümesine neden olur. Akışkan hale gelen sıvı metal kaynak
ağzı içinde arkın önüne doğru akar, bu da nüfuziyetin azılmasına neden olur. Sonuçta
geniş bir kaynak dikişi elde edilir. Çok yavaş kaynak hızı, fazla miktarda kaynak
metalinin yığılması ve nüfuziyetin azalması nedeni ile ağız kenarlarında kalın bölge
oluşmasına neden olur. Hızın artması birim boya verilen ısınsın azalmasına ve
dolayısı ile de esas metalin eriyen miktarının azalmasına neden olur. Bu da
nüfuziyeti azaltır. En derin nüfuziyet kaynak hızının optimum değerlerinde elde
edilir ve bu hızın yavaşlaması ya da artması hallerinde ise nüfuziyet azalır. Şekil
II.34’ de, kaynak hızının nüfuziyet derinliğine etkisi, Şekil II.35’da ise kaynak
hızının ve kaynak pozisyonun nüfuziyet derinliğine etkisi gösterilmiştir.
Şekil II.34 Kaynak Hızının Nüfuziyete Etkisi[28]
1. Öne Akan Banyoda Minimum Nüfuziyet
2. Doğru Kaynak Hızında Maksimum Nüfuziyet
3. Hızlı Kaynakta Düşük Nüfuziyet
73
Şekil II.35 Kaynak Hızı ve Pozisyonun Nüfuziyete Etkisi[28]
II.8.3 İkinci Derece Ayarlanabilir Parametreler
Kaynak dikişinin biçimini, dolaylı olarak etkileyen parametrelerdir. Bunlar torç
eğimi, serbest tel uzunluğu, nozul mesafesi, kaynak yönü, pozisyon etkisi ve
koruyucu gaz miktarı gibi etkenlerdir.
II.8.3.1 Torç Açısı
MIG-MAG kaynağında da aynen oksi-asetilen kaynağında olduğu gibi sola
yada sağa kaynak yöntemi uygulanabilir. Torcun kaynak yapılan iş parçasına tam dik
olarak tutulması halinde koruyucu gazın kaynak banyosunu ve ergiyen tel elektrod
ucunu en iyi şekilde koruması sağlanmış olur. Kaynakçı kaynak banyosunu ve
elektrod ucunun ergimesini kontrol altında tutabilmek için, torcunu kaynak yönüne
ya da ters yönde 100-300 kadar yatırma ihtiyacını duyar. Bu durum, dikiş formunu
ve nüfuziyeti geniş ölçüde etkiler. [1]
Torcun kaynak yönüne eğilmesiyle yapılan kaynağa ‘sağa kaynak yöntemi’ adı
verilir. (Şekil II.36) Torcun bu yönde eğilmesiyle, ark basıncı sıvı kaynak banyosunu
geriye doğru itmekte dolayısı ile ana metal daha derin bir şekilde erimektedir. Bu
yöntemle yapılan kaynakta nüfuziyet artmakta, daha yüksek ve dar bir kaynak dikişi
elde edilmektedir. [1]
74
Torcun kaynak yönüne ters yönde eğilmesiyle yapılan kaynağa, ‘ sola kaynak
yöntemi’ denir.(Şekil II.37) Torcun bu yönde eğilmesiyle bir kısım ergimiş kaynak
metali, ark basıncı tarafından kaynak yönünde itilecektir. [1]
Dolayısı ile kaynak banyosu daha büyük olacak ancak ana metal o kadar derin
bir şekilde ergimeyecektir. Torcun kaynak yönünün tersi yöndeki eğimi arttıkça dikiş
daha düz ve geniş bir görünüm alacak, nüfuziyet ise daha az olacaktır. Bu yöntem
kök pasolarda ve ince parçaların kaynağında tercih edilmektedir.
Şekil II.36 Sağa Kaynak, Torç ile Kaynak Şekil II.37 Sola Kaynak, Torç
Kaynak
Yönüne Ters Yönde Eğilmiş [1] Yönü Aynı Yönde Eğilmiş [1]
Şekil II.38 MIG-MAG Yönteminde Torcun Dik, Kaynak Yönünde Yada Ters
Yönde Eğilmesinin Dikiş Formuna Etkisi [1]
75
II.8.3.2 Serbest Tel Uzunluğu
Serbest tel uzunluğu, akım memesi ucundan, ark başlangıcına kadar olan
mesafe (LA) olarak tanımlanır (Şekil II.39). Bu mesafenin artması sonucu, tel
elektrodun elektrod direnci artar ve elektrodun ön ısınması diye tanımlanan sıcaklığı
yükselir, dolayısı ile de elektrodun uç noktasını ergitebilmek için gerekli akım
şiddetinde azalma ortaya çıkar.(Şekil II.40)
Şekil II.39 Serbest Tel Uzunluğu[1] Şekil II.40 Serbest Tel Uzunluğunun Şiddetine
Etkisi[1]
Serbest tel uzunluğunun artması, erime gücünün artmasına, nüfuziyetin
azalmasına neden olur, sonuç olarak serbest tel uzunluğunun aşırı artması, fazla
miktarda soğuk kaynak metalinin ( düşük sıcaklıkta kaynak dikişine) yığılmasına
neden olur. Bu nedenle kaynak işlemi sırasında serbest tel uzunluğunun sabit
tutulmasına dikkat edilmelidir.
Kararlı bir ark ve sakin bir kaynak işlemi elde etmek için bu uzunluk mümkün
olduğu kadar kısa tutulmalıdır; ancak bu uzunluk fazla kısa olursa nozul ve kontak
lülesi eriyebilir ve sıçramalar nozul içine yapışarak koruyucu gaz akışını engeller.
[1]. Şekil II.41’de uygun bir kaynakta serbest tel uzunluğunun ark türüne göre
değişimi verilmiştir.
76
Şekil II.41 Çeşitli Ark Türlerinde Serbest Tel Uzunluğu ve Dikiş Geometrisine
Etkisi[1]
II.8.3.3 Nozul Mesafesi
Gaz nozulunun iş parçasından uzaklığı (L) yeterli gaz korumasını sağlayacak
kadar kısa, gaz çıkışını engellemeyecek kadar da uzun olmalıdır (Şekil II.42).
nozulun iş parçasına uzaklığı akım şiddetine bağlı olarak belirlenir. (Şekil II.43)[25].
Nozul iş parçasına uzaksa kaynak banyosu yeterli gaz koruması alamaz. Eğer
nozul iş parçasına yakınsa kaynakçının kaynak banyosunu görmesi engellenebilir, bu
durumda nozul fazla ısınır ve sıçrantıların nozula yapışması artar. [1]
77
Şekil II.42 Nozul Mesafesi[25] Şekil II.43 Akım Şiddetine Göre Nozul
Mesafesi[25]
II.8.3.4 Kutup Bağlantısı (Polarite)
MIG-MAG kaynak yönteminde, yatay karakteristikli doğru akım kaynak
makinaları kullanılır. Bu makinalarda artı(+) kutup tel elektroda, eksi(-) kutup iş
paçasına bağlanır. Bu kutuplama türüne ters kutuplama adı verilir. [25]
Eğer kutuplama değiştirilir ise, elektrodun erime gücü artacak, kaynakta
nüfuziyet azalacak, düzensiz bir ark ve fazla sıçramalı bir kaynak dikişi elde
edilecektir[25]. Bu durum yüzey kaplamaları için uygundur. Şekil II.44’de tel
elektrodun erime miktarı Şekil II.45’de sıçramaya etkisini göstermiştir.
Şekil II.44 (+) ve (-) Kutup Şekil II.45 Kutup Bağlantısının
Durumlarında Dikiş Formu ve Erime Miktarı[25]
Sıçramaya Etkisi[25]
78
II.8.3.5 Koruyucu Gaz Debisi
Gaz debisi, akım şiddeti, kaynak pozisyonu ve seçilen gaz nozulunun çapına
göre ayarlanır. Çok düşük gaz debisi yetersiz korumaya (kaynak dikişinde
gözeneklerin oluşmasına) neden olduğu gibi, yeterince iyonize olmamış bir ortam ve
kararlı olmayan bir ark oluşumuna neden olduğundan daha fazla sıçramaya yol açar.
Öte yandan çok büyük gaz debisi de; türbülans oluşturup, ergimiş metal
damlacıklarını kaynak banyosu dışına savurarak fazla miktarda sıçramaya sebep
olur[1]. Ayrıca girdap oluşturarak gözenek oluşumunu hızlandırır. Şekil II.46’de
koruyucu gaz debisinin nozul çapı ve akım şiddeti arasındaki bağıntı verilmiştir.
Şekil II.46 MIG-MAG Kaynağında Koruyucu Gaz Sarfiyatı, Nozul Çapı ve Akım
Şiddeti
Arasındaki Bağıntı[1]
II.9 KAYNAK BÖLGELERİ
Kaynak yapılan bir parçada kaynak bölgesini, ergime bölgesi ve Isının Tesiri
altında Kalan Bölge (ITAB) olmak üzere iki bölümde inceleyebiliriz.
79
II.9.1 Ergime bölgesi
Ergime bölgesi, kaynak anında oluşan ısının etkisi ile ergiyen ve kaynaktan
sonra katılaşan bölgedir. Isının tesiri altında kalan bölgeden, ergime çizgisi adını
verdiğimiz ergimiş ve ergimemiş kısımlar arasındaki sınırla ayrılır. Bu sınır bir
kaynak bağlantısından çıkartılarak dağlanan ve parlatılan enine kesit üzerinde çıplak
gözle dahi kolayca izlenebilir. [1,29]
Metalin katılaşma eğrisinden daha yüksek bir sıcaklık derecesine kadar ısınmış
olan ergime bölgesi kimyasal bileşim olarak esas metal ve ilave kaynak metali
karışımından ibarettir. Karışım oranı her pasoda farklı olduğundan, her pasonun
kimyasal bileşimi de birbirlerinden farklıdır. [1,29,30]
Ergime bölgesinde, esas metal ve kaynak metali oranı tam olarak bilinse dahi
hesap yolu ile ergime bölgesinin bileşiminden belirlenmesine imkân yoktur. Çünkü
birçok alaşım elementleri kaynak anında yanma dolayısıyla kayba uğrarlar. Bu
kayıpları azaltmak için kaynak bölgesi, kaynak anında atmosferin etkisinden korunur
İyi bir kaynak bağlantısı, kaynak bölgesinin atmosferin etkisinden korunması ile elde
edilebilir; zira oluşan kimyasal ve metalurjik reaksiyonlar ancak bu şekilde kontrol
altına alınabilir. Oksijenle olan reaksiyonları kontrol için erime bölgesine çeşitli
yöntemlerle (örtüye, toza, tele katılarak) deoksidasyon maddeleri ile yanan alaşım
elementleri katılır. Bu bölgede ayrıca, bir cüruf örtüsü veya oluşturulan kontrollü bir
atmosferle de korunur.
Sıvı haldeki metal içinde atomlar birbirleri arasında hareket serbestisine
sahiptirler. Soğuma anında; sıcaklık, metal veya alaşımın katılaşma noktasına kadar
düşünce, atomların kristal kafesleri meydana getirmek üzere bileşimleri ile çekirdek
oluşur. Bu sırada metalden ısı çekilir ve soğumaya devam edilirse, çekirdekler
taneleri oluşturmak üzere yeni atomların ve kristal kafeslerin ilavesi ile büyümeye
devam eder. Katılaşma anında ortaya çıkan ergime ısısı tabii soğuma hızını
etkileyerek tanelerin fazla büyümesini önler. Tanelerin büyüyebilmesi için ısının
sürekli olarak metalden çekilmesi gereklidir. Kaynak halinde ısının büyük bir kısmı
ergime bölgesinden esas metale iletilir, dolayısıyla soğuma hızı yönünde paralel,
oldukça iri sütunsal taneler oluşur, özellikle kalın parçaların, tek paso ile yapılmış
kaynak dikişlerinde, bu iri sütunsal tanelerin birleştiği orta kısımlarda kalıntı
elementlersegregasyonuna rastlanır; bu olay, bu tip dikişlerin zayıflamasına sebep
olur.
80
Bu tür hata oluşumuna engel olmak için kaynak hızı azaltılır, çok pasolu
kaynak tercih edilir. [1, 30]
II.9.2 Isının tesiri altında kalan bölge (ITAB)
Ergime çizgisinin esas metal tarafında, kaynak sırasında uygulanmış olan ısının
oluşturduğu çeşitli ısıl çevrimlerden etkilenmiş ve dolayısıyla içyapı değişimine
uğrayan bir bölge vardır; bu bölgeye, ısının tesiri altında kalan bölge (ITAB) adı
verilir.
Isının tesiri altında kalan bölge kaynak metali ile esas metalin birleştiği
sınırdan başlayarak, kaynak işlemi anında sıcaklığın içyapıyı, dolayısıyla metalin
özelliklerini etkilediği bölgedir.
Çeliklerin kaynağında bu bölgede sıcaklık 1450°C ile 700°C arasında
değişmektedir. ITAB’ in genişliği, kaynak yöntemi, ısı girdisi, kalınlık, esas metalin
ısı iletim katsayısı, bu bölgede ulaşılan maksimum sıcaklık derecesine ve esas
metalin sıcaklığına bağlı olarak değişir. Bu bölgede erişilen maksimum sıcaklık
derecesi, kaynak dikişi eksenine olan mesafenin ve sıcaklık değişimi de zamanın
fonksiyonu olarak bilinirse; kaynak işlemi sonunda oluşabilecek mikro yapı, esas
metalin özellikleri ve bileşimi dikkate alınarak bir dereceye kadar önceden tahmin
edilebilir. Kaynak anında ısının etkisi altında kalan bölge hızlı bir şekilde ısınmakta
ve sonra da parça kalınlığı, kaynağa uygulanan enerji ve ön tav sıcaklığının
fonksiyonu olarak yine hızlı bir şekilde soğumaktadır. Çeliğin bileşimine göre bu
soğuma hızı, kritik soğuma hızını geçtiğinde, genellikle 900°C nin üstündeki bir
sıcaklığa kadar ısınmış bölgelerde sert dolayısıyla kırılgan bir yapı elde edilir. [1,30]
ITAB, kaynak bağlantısının en kritik bölgesidir ve birçok çatlama ve kırılmalar
bu bölgede oluşur. Çeliklerin hemen hepsinin ısının tesiri altında kalan bölgede,
çeşitli derecelerde sertleşme ve dolayısı ile de bir süneklik azalması ve mukavemet
artması görülür. Çeliklerin kaynağında ısının etkisi altında kalan bölge, içyapıdaki
tane büyüklüğü bakımından şu değişik bölgeleri gösterir. [30, 31, 32]
1) İri taneli bölge (Bölge 1),
2) İnce taneli bölge (Bölge 2),
3) Kısmen dönüşmeye uğramış bölge (Bölge 3),
4) İç yapı değişikliğine uğramamış (esas metal) bölge (Bölge 4).
81
II.9.2.1 İri taneli bölge
Ergime bölgesine bitişik olan ve kaynak anında 1450-1150 °C sıcaklıklardaki
bölgedir (Şekil II.47.T3-T4). Metaller yeniden kristalleşme sıcaklığının üstündeki bir
sıcaklığa kadar ısıtıldıklarında tane büyümesi meydana gelir. Bu bölge tamamen iri
tanelidir ve tane büyümesi hızı sıcaklık arttıkça artar ve metalin katılaşma sınırına
yaklaşıldığında büyüme çok hızlanır. İri taneli yapılar, ince taneli yapılara oranla
daha gevrek ve kırılgan olduklarından oluşmaları istenmez. Çeliklerde kaynak anında
ergime çizgisine bitişik olan esas metal, katılaşmaya yakın bir sıcaklığa eriştiğinden
östenit içinde fazla miktarda tane büyümesine rastlanır. Bir çeliğin kaynak
edilebilirliği açısından tane büyümesi çok önemlidir, çünkü soğuma olayı sürecinde
oluşan dönüşümlere östenit tane büyüklüğünün etkisi oldukça etkilidir. [30, 31]
Östenit tane büyümesi için gerekli olan tane sınırı ilerlemesi tane sınırlarına
çökelmiş bulunan alüminyum, vanadyum, titanyum ve niyobyum nitrür ve
karbonitrürleri tarafından engellenir. Bu durum özellikle modern çelik yapımında,
üretim sırasında tane büyümesine engel olmak için geniş çapta kullanılır; nitrür ve
karbonitrürler 900 °C nin üzerinde tane içinde çözelti haline gelmeye başlarlar; 1150
°C civarında tümü çözelti haline geçtiğinden, artık bunların da tane büyüme olayına
engel olma ihtimalleri ortadan kalkar. [30, 31]
82
Şekil II.47 Kaynak dikişi çevresinde sıcaklık dağılımı ve tanesel
yapıdaki değişiklikler [30, 31]
Kaynak dikişi ve çevresinde en fazla martenzit oluşumu iri taneli bölgededir.
Dolayısıyla iri taneli bölgede sertlik doruğa ulaşır çünkü bu bölgede dönüşüm
meydana gelmektedir. İri taneli bölgede yapı hem kaba taneli hem de serttir. Kaynak
dikişinin en zayıf yeri, normal olarak burasıdır. Gerek çatlama ve gerekse korozyonla
yıpranma en fazla burada yer alır. [36]
83
II.9.2.2 İnce taneli bölge
Kaynak sırasında 900-1150 °C arasında bir sıcaklığın etkisinde kalan bölgedir
(Şekil II.47. T3-T2). Bu bölgede de östenit oluştuğundan, soğuma anında, soğuma
hızı ve çeliğin bileşimine bağlı olarak aynen iri taneli bölgede görülen içyapıya
benzer biriçyapı görülür. Gerek sıcaklığın nispeten düşük kalması ve gerekse bu
sıcaklıkta kalış süresinin kısalığı ince taneli bir yapıyı ortaya koymuştur. Bu bölgede
taneler malzemenin orijinal tanelerinden de küçük ve martenzit oluşumu da azdır.
Dolayısıyla sertleşme fazla değildir. [1, 30]
II.9.2.3 Kısmen dönüşmeye uğramış bölge
İnce taneli bölgenin devamı olan bu bölge, kaynak işlemi sırasında A3 ile A1
arası (Şekil II.47. T1 -T2) olup, bölgesel bir östenitleşmeye uğramıştır. Östenit
dönüşüme uğradığından yapısındaki östenit miktarına bağlı olarak, ilk iki bölgeyi
andıran bir içyapı gösterir. [1, 30]
II.9.2.4 İçyapı değişikliğine uğramamış bölge
Bu bölge sıcaklık bakımından A1 in altında kalmış olan kısımdır (Şekil II.47.
To-T1). Bu bölgeye temperleme bölgesi de denir. Isınma dolayısıyla soğuma
sırasında çelik de bir dönüşüm meydana gelmemiş sadece bazı iç yapılarda hafif bir
temperleme etkisi gözlenmiştir. [1, 30]
84
BÖLÜM III
DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Endüstride çeliklerin kaynaklı birleştirmelerinde en yaygın kullanılan kaynak
yöntemlerinden biri gaz altı kaynak yöntemidir. Endüstriyel uygulamacılar için
kaynak dikiş özelliklerini etkileyen değişken kaynak parametrelerinin sonuçları
büyük önem arz eder. Uygulamalarda kaynak sırasında hangi malzemede hangi
kaynak değerlerinin kullanacağının bilinmesi tasarım, zaman, maliyet gibi birçok
fayda sağlamaktadır.
MAG kaynak yöntemiyle yapılan deneylerde kaynak akım şiddeti, tel
ilerleme hızı ve kaynak hızına bağlı olarak çeliklerde oluşacak kaynak boyut ve
alanlarına etkisi aştırılmıştır.
III.1 DENEYLERDE KULLANILAN MALZEMELER
III.1.1 Kaynak Makinesi
Vario Star 404 -2 Kaynak makinesı ile gaz basıncı 13 debi de Kaynak akımı
makinenin 10 11 ve 12 kademelerinde ( 220 260 300 Amper ) Tel ilerleme Hızı 3
3,5 ve 4 m/min kademeleri arasında değiştirilerek kaynaklı birleştirmeler yapılmıştır.
III.1.2 Ana Malzeme
Kaynatılacak malzeme 300x185x14 mm ölçülerinde 4 adet levha
kullanılmıştır. Malzemenin kaba yüzeyleri el taşlama aleti çapaklardan
temizlenmiştir. Şekil III.1 deki gibi hazırlanan ana malzemelerin üzerlerine dikiş
çekilmiştir.
85
Şekil III.1 Üzerine Dikiş Çekilen Parçalar
III.1.3 Tel Elektrod
As Kaynak tarafından üretilen ve kimyasal bileşimi Tablo III.1’ de verilen 1,2
mm çapında SG2 kaynak teli kullanılmıştır.
Tablo III.1 SG2 Telinin Kimyasal Analizi
Simge C Si Mn P S Cu Müsaade Edilen
Safsızlık
SG2 0,07–0,14 0,7–1,0 1,3–1,6 0,03 0,03 0,30
Cr 0,15 V 0,05
Zr+Ti 0,15Al 0,02 Ni 0,15 Mo 0,15
III.1.4 Koruyucu Gaz
% 100 CO2 korumalı gaz kullanılmıştır.
III.2 KAYNAK DENEYLERİ
Bu çalışmada levha üzerine çelik numunelerin değişken kaynak parametreleri
kaynak akımı, kaynak ilerleme hızı ve tel ilerleme hız değerleri Tablo III.2’ de
verilmiştir.
86
Tablo III.2 Kaynak Parametrele Değerleri DENEY
NO
AKIM
(Amper)
TEL İLERLEME
HIZI (m/min)
KAYNAK İLERLEME
HIZI (mm/s)
Gaz Basıncı
(Lt/dk)
1 220 3 4,25 13 2 220 3,5 4,13 13 3 220 4 4,00 13 4 220 3 2,57 13 5 220 3 2,05 13 6 220 3,5 2,60 13 7 220 3,5 2,02 13 8 220 4 2,57 13 9 220 4 2,00 13 10 260 3 4,11 13 11 260 3,5 4,02 13 12 260 4 4,13 13 13 260 3 2,66 13 14 260 3 2,08 13 15 260 3,5 2,67 13 16 260 3,5 2,10 13 17 260 4 3,92 13 18 260 4 2,13 13 19 300 3 4,40 13 20 300 3,5 4,08 13 21 300 4 4,02 13 22 300 3 2,61 13 23 300 3 2,14 13 24 300 3,5 2,59 13 25 300 3,5 2,10 13 26 300 4 2,61 13 27 300 4 2,12 13
III.3 METALOGRAFİK İNCELEME İŞLEMLERİ
Şekil III.2’ deki gibi üzerine kaynak çekilen numuneler demir kesilmiştir.
Kesilen yüzeydeki çapaklar eğe ile temizlenmiştir. Şekil III.3’ deki verilen değerler
esas alınarak 25*20*14 ölçülerinde numuneler hazırlanmıştır. Hazırlanan
numunelerin kaynaklı bölgeleri sırasıyla 180 -200 -400 -600 -800 -1000 ve 1200
zımpara ile parlatılarak %94,4 su % 5,6 nitrik asit ile dağlanmıştır.
87
Şekil III.2 Üzerine Kaynak Çekilen Numune Ölçüleri
Şekil III.3 Metalografik işlemler uygulanan numune ölçüleri
Levha üzerine dikiş çekilerek yapılan kaynakta genişlik (W) taşan yükseklik (H)
derinlik (D) temas yüzey açısı (α) taşan dikiş kesit alanı (A1) nüfuz eden dikiş kesit
alanı (A2) ölçülmüştür. Ölçülen bu değerler Şekil III.4’ de şematik olarak
görülmektedir.
Şekil III.4 Kaynak Dikiş Geometrisi
88
BÖLÜM IV.
SONUÇLAR VE TARTIŞMA
Levha üzerine yapılan kaynakların görüntüleri Şekil 4.1’ de verilmiştir. Bu
kaynaklara ait sonuçlar edilen sonuçlar Tablo IV.1 ve Tablo IV.2’ de toplu olarak
görülmektedir.
Tablo IV.1 Levha Üzerinde Dikişlerden Elde Edilen Sonuçlar
DENEY NO
W,mm
(mm)
H,mm
(mm)
D,mm
(mm)
α
(derece)
İç Dikiş Formu (W / D)
Dış Dikişformu
(W / H) 1 9,6 4,2 2,1 41 4,57 2,29 2 8 3 2,1 54 3,81 2,67 3 9,7 4,3 3,3 52 2,94 2,26 4 11,3 4,1 2,8 55,5 4,04 2,76 5 13,5 4,8 3 50 4,50 2,81 6 11,1 3,9 3,7 47,5 3,00 2,85 7 13 4,6 3,3 62,5 3,94 2,83 8 12,4 4,2 3,4 58 3,65 2,95 9 13,1 5,4 3,2 70 4,09 2,43
10 11,6 2,5 2,3 32 5,04 4,64 11 11,9 3,1 2,4 28,5 4,96 3,84 12 12,2 3,3 2,1 26,5 5,81 3,70 13 16,1 3,4 2,3 30,5 7,00 4,74 14 17,4 4,1 2,1 26 8,29 4,24 15 15,3 2,8 4 29,5 3,83 5,46 16 20,2 4,6 4,2 32,5 4,81 4,39 17 17,4 3,8 4,4 27 3,95 4,58 18 17,2 4,1 3,7 35,5 4,65 4,20 19 13,1 3,3 2,2 36,5 5,95 3,97 20 13 2,8 2,7 32,5 4,81 4,64 21 15,4 2,9 3,7 27 4,16 5,31 22 17,7 2,2 2,9 25 6,10 8,05 23 18,2 2,8 2,7 30 6,74 6,50 24 17,6 4 1,7 29 10,35 4,40 25 20,7 2,9 2,5 38 8,28 7,14 26 19,3 3 3,1 25,5 6,23 6,43 27 21,6 4,1 2,2 27 9,82 5,27
89
Tablo IV.2 Levha Üzerindeki Dikişlerin Alanları
DENEY NO
A1
(mm2)
A2
(mm2)
∑A
(mm2) % KARIŞIM
1 18,9 12,9 31,8 40,6 2 17,5 6,2 23,7 26,2 3 23,5 14,8 38,3 38,6 4 30,5 14,6 45,1 32,4 5 41,7 15,9 57,6 27,6 6 30,6 17,4 48,0 36,3 7 39,9 22,1 62,0 35,6 8 37,2 16,1 53,3 30,2 9 43,0 23,6 66,6 35,4 10 17,4 12,3 29,7 41,4 11 21,3 17,1 38,4 44,5 12 25,2 12,7 37,9 33,5 13 31,5 17,6 49,1 35,8 14 40,3 21,7 62,0 35,0 15 26,5 29,8 56,3 52,9 16 50,4 42,4 92,8 45,7 17 45,6 42,6 88,2 48,3 18 40,2 31,3 71,5 43,8 19 19,1 21,7 40,8 53,2 20 18,1 20,0 38,1 52,5 21 20,8 32,8 53,6 61,2 22 30,5 20,4 50,9 40,1 23 33,7 25,6 59,3 43,2 24 36,6 23,9 60,5 39,5 25 49,8 21,1 70,9 29,8 26 38,5 29,5 68,0 43,4 27 46,0 31,7 77,7 40,8
W : Genişlik
R : Taşan Yükseklik
D : Derinlik
α : Temas yüzey açısı
(A1) : Taşan dikiş kesit alanı
(A2) : Nüfuz eden dikiş kesit alanı
∑ : Toplam dikiş kesit alanı
90
K : Yüzde karışım oranı
Şekil IV.1 Levha Üzerine Çekilen Dikişlerin Görüntüleri
91
IV.1 AKIMIN DİKİŞ GEOMETRİSİNE TESİRLERİ
Şekil IV.2 Akımın, Dikiş Genişliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
Şekil IV.3 Akımın, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
92
Şekil IV.4 Akımın, Dikiş Derinliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
Şekil IV.5 Akımın, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
93
Şekil IV.6 Akımın, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
Şekil IV.7 Akımın, % Karışım Oranına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 3 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 2,50 mm/s
94
Şekil IV.8 Akımın, Dikiş Genişliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
Şekil IV.9 Akımın, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
95
Şekil IV.10 Akımın, Dikiş Derinliğine Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
Şekil IV.11 Akımın, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
96
Şekil IV.12 Akımın, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
Şekil IV.13 Akımın, % Karışım Oranına Etkisi
Tel İlerleme Hızı : 4 m/min, Kaynak İlerleme Hızı : 4 mm/s
97
IV.2 KAYNAK İLERLEME HIZININ DİKİŞ GEOMETRİSİNE
TESİRLERİ
Şekil IV.14 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Genişliğine Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
Şekil IV.15 Kaynak İlerleme Hızının, Taşan Dikiş Yüksekliğine Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
98
Şekil IV.16 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Derinliğine Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
Şekil IV.17 Kaynak İlerleme Hızının, Taşan Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
99
Şekil IV.18 Kaynak İlerleme Hızının, Nüfuz Eden Dikiş Kesit Alanına Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
Şekil IV.19 Kaynak İlerleme Hızının, % Karışım Oranına Etkisi
Akım Şiddeti:220 Amper, Tel İlerleme Hızı: 3 m/min,
100
Şekil IV.20 Kaynak İlerleme Hızının, Dikiş Genişliğine Etkisi
Akım Şiddeti:260 Amper
101
BÖLÜM V.
SON DEĞERLENDİRME VE ÖNERİLER
MAG kaynak yöntemi ile kaynaklı birleştirme işleminde kaynak
parametrelerinin tespiti çok önemlidir. Kaynak parametreleri belirlendiğinde en
ekonomik, en hızlı ve en kaliteli dikiş elde edilmelidir. Dikiş oluşumuna etki eden
parametreleri isteğimiz kadar artırıp azaltamayız. Örneğin çok küçük kaynak
ilerleme hızında çok geniş dikiş elde edilir veya çok düşük akım şiddetinde yetersiz
nüfusiyet hataları oluşmaktadır. Her malzeme cinsine; uygulanan kaynak
yöntemlerine ait kaynak parametrelerin optimum değerleri hakkında yayınlanmış
değerler bulunmamaktadır. Bu değerleri işletmeler kendi deneyleri sonucunda
diyagramlar çıkararak kullanıldığı zannedilmektedir. Bu nedenle yapılan deneysel
çalışmaların sonuçları endüstri için uygulama kolaylığı sağlayacaktır.
Deneyler incelendiğin de kaynak akımının artması veya azalması ile kaynak
ilerleme hızındaki değişmelerin kaynak geometrilerini doğrudan etkilediği
anlaşılmaktadır.
Kaynak net birim dikiş enerjisi bu parametrelerin değiştirilmesinden
etkilemektedir. Net birim dikiş enerjisi formülü aşağıda görülmektedir.
E : Net birim Dikiş enerjisi (J/mm)
I : Akım (amper)
U :Gerilim (volt)
V :Hız (mm/s)
η :İzafi ısı tesir derecesi
102
Net birim dikiş enerjisi akım ile doğru tel ilerleme hızı ile ters orantılı olarak
değiştiği formülde görünmektedir. Kaynak akımını artırıldığında diğer kaynak
parametreleri sabit iken net birim dikiş enerjisi artar. Deney sonuçları incelendiğinde
kaynak akımının artması nüfuziyeti artırmıştır. Bunun nedeni de kaynak birim dikiş
enerjisinde ki artıştır.
Kaynak parametrelerinden kaynak ilerleme hızındaki artış ise birim dikiş
enerjisini azaltmakta ve dikiş geometrisinde değişiklere sebep olmaktadır. Tablo
değerleri irdelendiğinde kaynak ilerleme hızında ki artış dikiş geometrisini etkilerken
en belirgin değişimler kaynak alanında ve dikiş genişliğindeki azalma olmaktadır
Kaynak akımı ve kaynak ilerleme hızı sabit iken tel ilerleme hızı
değiştirildiğinde kaynak geometrisinde belirgin değişimler olmamaktadır.
Sonuç olarak yapılan deneyler incelendiğinde kaynak akımı ve kaynak ilerleme
hızının dikiş geometrisi üzerinde azami etkisi mevcuttur.
1. Kaynak akım değerini kaynak makinesinin üzerindeki düğmeler ile tam
olarak ayarlamamıza rağmen kaynak ilerleme hızını ayarlamakta ve torcu düzgün
tutulmasında zorluklar yaşanmaktadır. Bu zorlukların aşılmasında ise el ile kaynak
yerine kaynak robotları kullanabiliriz.
2. Daha hassas değerler elde etmek için değiştirilen kaynak parametre ayarlar
seviyeleri daha alt değerlerde artırılıp yapılan deney sayıları artırılabilir.
103
KAYNAKLAR
KİTAPLAR
[1] Prof. Dr.– Müh. Kutsal TÜLBENTÇİ, “MIG-MAG Eriyen Elektrod ile
Gazaltı Kaynağı”–1990/ İstanbul
[2] Prof. Dr. Müh. Kutsal TÜLBENTÇİ, “MIG-MAG Gazaltı Kaynak
yöntemi”, Arctech Yayını, 98/ İstanbul
[3] Cary, H. B., (1989), “Modern Welding Technology”, Prentice Hall
[4] Eryürek, İ. B., (2003), “Gazaltı Kaynağı, Kaynak Tekniği” Sanayi ve
Ticaret A.Ş, İstanbul
[5] Geçmen, İ., (2006), “Çeliklere Gazaltı Kaynağının Uygulanması”,
Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
[6] Anık, S., Tülbentçi, K. ve Özgöktug, T., (1978), “Soru ve Cevaplarla
Kaynak Teknolojisi”, Eğitim Yayınları, Ankara
[7] Gülenç, B., ve Tülbentçi, K., (1997), “Gaz Metal Ark Kaynağında
Metal Transferi”,1.Ulusal Kaynak Teknolojisi Bildiriler Kitabı, 13-15
Kasım, Ankara
[8] Gültekin, N., (1991), “Kaynak Tekniği”, Engin Ofset, İstanbul
[9] Kaluç, E., (2004), “Kaynak Teknolojisi El Kitabı Cilt 1” , MMO
Yayını, Kocaeli
[10] Krysiak, K. F. ve Bhadha, P. M., (1990), “Shielding Gas Purification
Improves Weld Quality”, Welding Journal, November, 47-49.
[11] Nippes, E. F., (1989), “Metals Handbook Ninth Edition Volume 6:
Welding, Brazing and Soldering”, ASM
[12] Yalçın, A. E., (2005), “Koruyucu Gaz Kaynak Uygulamalarında Gaz
Karışımları-Dikiş Formu İlişkisinin incelenmesi”, Yüksek Lisans
Tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü.
[13] Anık, S., Anık, S. E. ve Vural, M., (2000), “1000 Soruda Kaynak
Teknolojisi El Kitabı”, Birsen Yayınevi, İstanbul
104
[14] Metals Handbook Ninth Edition Volume 6 Welding, “Brazing, and
Soldering“, 1983
[15] BOZACI, M. “Gazaltı Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar ve
Uygulamadaki Yeri” Y.Lisans Tezi İ.T.Ü.1990
[16] RUCKDESCHEL, W. “Critical Considerration Of Gas Mixtures
M.A.G.W” , South African Institute Of Welding Feb.1970.
[17] ER_S.O. “Gazaltı Kaynak Telleri İçin Pratik Bilgiler” As kaynak
1991/1 s.1011
[18] By.W.Lucas “Shielding Gases For Arc Welding” Part 1.
Welding&Metal Fabrication June 1992
[19] HALLUM,D. “Which Wire Feeder Is Right For The Job” Welding
Design&Fabrication September 1993.
[20] DONAGHY.J.“Ar-O2 Shields Sprey Transfer” Welding
Design&Fabrication November 1980.
[21] N.Stenbacka, K.A.Persson “Shielding Gases For Gas Metal Arc
Welding” 1989 AGA SWEDEN
[22] DENiZ, S : “Kaynak Makinaları” 1985 SEGEM
[23] Gülsöz, A., (2000), “Özlü Tel Elektrodların Önemi ve Kaynak
Özellikleri”, Mühendis ve Makine Kaynak Özel Sayısı, Eylül, 35-40.
[24] Gülbahar, B., (1991), “Özlü Elektrodlar ve Uygulama Alanları,
Mühendis ve Makine”, Mart, 28-35
[25] Kuna, “Effect of Shielding Gaz Mixture on The Impact Toughness Of
Pulsed Arc Welding Joint ‘ Int.J.For.Joining Of Materials Vol.2” 1990
POLLAND.
[26] HILTON D,D. MCKEDWN. “Improvements In Mild Stell Weld
Properties By
Changing The Shielding Gas-Theory Or Practice” Metal Consrtuction
October 1986.
[27] ERTÜRK,_. “MIG-MAG Kaynak Yönteminde Kaynak Parametrelerini
Sıçrama Kayıplarına Etkilerinin İncelenmesi” Doktora Tezi 1994
G.Ü.
[28] GÜLTEKİN,N. “Kaynak Tekniği” Y.Ü. Sayı 184 1985.
105
[29] Arslanbenzer, E, “304 Kalite Çeliğin 1020 Karbon Çeliğine Kaynak
Edilebilirliğinin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 17-52 (2000).
[30] Kılınçer, S., “Düşük karbonlu çeliklerin toz altı kaynak yöntemi ile
kaynak edilebilirliğinin ve mekanik özelliklerinin incelenmesi”,
Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ankara, 54-65 (1998).
[31] Eryürek, H., “Kaynak banyosunun katılaşması”, Sayı:1, Kaynak
dünyas dergisi, İstanbul, 11-13 (1988).
[32] Smith, W.F., Hashemi, J., “Foundations of science and engineering”,
McGraw Hill,U.S.A., 432-451 (2004).
[33] Anık, S. ve Vural, M., (1996), “Gazaltı Ark Kaynağı (TIG, MIG,
MAG) ”, Gedik Eğitim Vakfı Yayın No:3, İstanbul
[34] ALTHOUSE:AD “Modern Welding” 1992 AWS
[35] G.T.A.W.3. “Shielding Gases” Welding&Desing Fabrication June
1989.
[36] ADSAN,K. “Kaynak Tekniği” Y.T.Ö.O. 1976 Ankara
106
ÖZGEÇMİŞ
10.10.81 tarihinde Samsun’da doğdu. İlkokulu, Orta Okulu ve Lise’yi
SAMSUN ilinde okudu. 2000 yılında Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim
Fakültesi Metal Eğitimi bölümünde yüksek öğrenimine başladı. 2004 yılı haziran
ayında Teknik Öğretmen olarak mezun oldu. 2005 yılında Marmara üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Metal Eğitimi Ana Bilim Dalın’da yüksek lisansa başladı.