Kaynak Yöntemi Ark verimi

42 Pages·2015·9.61 MB·Turkish

Kaynak İşleminde Isı
Oluşumu
Kaynak tekniklerinin pek çoğunda birleştirme işlemi, oluşturulan
kaynak ısısı sayesinde gerçekleştirilir. Kaynak ısısı, hem
birleştirilecek parçaların yüzeylerinin hem de ilave dolgu
metalinin ergitilmesini sağlar. Kaynak ısısı, kaynak tekniğinin
türüne bağlı olarak aşağıda ifade edildiği gibi farklı tarzda
oluşturulur.

1) Kaynak ısısı, elektrot ile iş parçası arasında meydana
gelen ark sayesinde oluşur. Örneğin, elektrik ark
kaynak tekniği.

2) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçalardan elektrik
akımının geçirilmesi sonucu, iş parçalarının elektrik
akımına karşı gösterdiği direnç neticesinde elde edilir.
Örneğin, elektrik direnç kaynak teknikleri.
3) Kaynak ısısı, yanıcı ve yakıcı iki gazın bir torç
ucunda karıştırılıp yakılmasıyla oluşturulan
yüksek sıcaklığa sahip alev sayesinde
meydana gelir. Örneğin, oksi-gaz kaynağı.
4) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçaların
birbirlerine sürtünmeleri sonucu meydana
gelir. Örneğin, sürtünme kaynağı.
5) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçalar üzerinde
patlayıcı patlatılması sonucu meydana gelir.
Örneğin, patlamalı kaynak tekniği.
6) Kaynak ısısı, ekzotermik reaksiyonlar sonucu
oluşturulur. Örneğin, termit kaynak tekniği.
7) Kaynak ısısı, yüksek enerjiye sahip elektron
demetinin hızlandırılarak bir noktaya
gönderilmesi sonucu meydana gelir. Örneğin,
elektron ışın kaynağı.
8) Kaynak ısısı, belli bir enerjiye sahip atomların
enerji düzeylerinin değiştirilmesi sonucu
ortaya çıkan ışının belirli bir noktaya
odaklanması ile elde edilir. Örneğin, lazer
kaynak tekniği.
9) Kaynak ısısı, bir gazı elektrik arkından
geçirerek elde edilen iyonlaşmış ışıklı gazın
belirli bir noktaya odaklandırılması sonucu
elde edilir. Örneğin, plazma kaynak tekniği.
Elektrik arkı, kaynak ısısını oluşturmada en yayın
kullanılan metottur. Elektrik arkının sıcaklığı, 5000-
20000˚C arasındadır. Kaynak ısısı, parçaların
birleştirilmesinde gerekli olmasına rağmen, eğer
önlem alınmazsa birleştirilen parçalar üzerinde zararlı
etkilere de yol açar. Bu zararlı etkilerden bazıları
şunlardır:
1) Malzemede bölgesel bir ısıtma sonucu meydana gelen
kalıntı gerilmeler, parçaların şekil değiştirmesine
sebep olabilir.
2) Isıdan tesiri altında kalan bölge içerisinde sertlik artışı
meydana gelmesinden dolayı, çatlama oluşumu söz
konusu olabilir.
3) Isıdan tesiri altında kalan bölgenin sünekliğinin
azalması sonucu, malzemenin mekanik özellikleri
zayıflayabilir.
4) Soğuk şekillendirme ile mukavemeti arttırılmış ve
tavlanmış malzemelerin birleştirilmesinde, ısıdan
tesiri altında kalan bölgede (ITAB) mukavemet kaybı
meydana gelebilir.
Kaynak işleminde ısı girdisi, zaman ve sıcaklık arasındaki ilişkilerin
net bir şekilde belirlenmesi oldukça zordur. Çünkü bu ilişkiyi etkileyen
pek çok faktör vardır.

Bu faktörlerin etkilerini aynı anda değerlendirip, bu ilişkiyi açıklamak
çok zordur.

Bununla birlikte kaynak parametreleri, kaynak tekniği ve malzeme
özellikleri biliniyorsa, kaynak ısı girdisi hakkında bazı tahminler ve
hesaplamalar yapılabilir.

Kaynak işleminde mutlaka ilave dolgu metalinin ergitilebilmesi için,
yeterli ısı miktarının oluşturulabilmesi gerekir.

Bir çeliğin birleştirilmesinde meydana gelen kaynak banyosunun
sıcaklığı 1930 ˚C cıvarındadır.

İlave dolgu metalinin ve birleştirilecek parça yüzeylerinin
ergitilebilmesi için mutlaka ilave bir ısıya gerek vardır.

Bundan dolayı birleştirme işleminde ısı girdisinin miktarı kontrol
altında tutulmalıdır.
Her bir kaynak yönteminde ısı girdi miktarı
farklı olduğu için, ısı girdisini kontrol etmek
ve en uygun ısı girdi miktarını tespit
edebilmek, kaynak yönteminin seçiminde
oldukça önemlidir.
Koruyucu gaz kaynak yöntemi ile elektro-curuf kaynak yöntemi
karşılaştırıldığında, her iki yöntemde de ısı artış oranı, ulaşılan
maksimum sıcaklık değeri, maksimum sıcaklığa ulaşma zamanı ve
soğuma hızı birbirinden farklıdır.

Koruyucu kaynak yöntemi ile yapılan birleştirmelerde, maksimum
sıcaklığa çok kısa zamanda ulaşıldığı ve çok kısa zamanda da metalin
soğuduğu görülmektedir.

Buna karşılık elektro-curuf kaynak yönteminde ise, maksimum
sıcaklığa daha uzun bir zamanda ulaşılır ve metalin soğuma hızı da
oldukça yavaştır.
Kaynak Arkı Oluşumu ve Kaynak
Bölgesindeki Isı Girdisi
Kaynak esnasında malzemeye verilen ark
ısısını daha iyi anlayabilmek için elektrik arkı,
ark esnasında meydana gelen toplam ark ısı
enerjisi ve kaynak esnasında kullanılan ark
ısısı hakkında bilgi vermek gerekir. Şekil
1.1’de gösterildiği gibi, elektrik arkında
elektrotlar arasındaki gerilim dağılımını; 1)
katodik düşüş, 2) anodik düşüş ve 3) ark
sütunundaki düşüş olmak üzere üç bölgeye
ayırabiliriz. Anot ve katot uçlarına komşu
olan bölgeler, soğuk olduğundan gerilim
düşüşü hızlıdır. Ark demetinde ise hemen
hemen doğrusaldır. Yani gerilim düşüşü çok
azdır. Anodik düşüş, katodik düşüşe göre
daha büyük olduğundan, anotta ısıya dönüşen
enerji daha fazla olmaktadır. Bu nedenle
anodun sıcaklığı katoda göre daha yüksektir.
Metal arkında, anotta sıcaklık 3600 ˚K
(Kelvin = 273 + ˚C) civarında iken katottaki
sıcaklık 3000 ˚K seviyesinde olduğu tespit
edilmiştir. Anot ve katot arasındaki ark
sütununun sıcaklığı ise 5500 ˚K civarındadır.
ark esnasında meydana gelen toplam ark
ısı enerjisi (Qt)
Kaynak arkının oluşturulmasında yüksek akım şiddeti
ve düşük gerilim g e r e klidir. Elektrotlar arasında (anot
ile katot arasında) kaynak gerilimine (V) ve çekilen
akım şiddetine (I) bağlı olarak, ark esnasında meydana
gelen toplam ark ısı enerjisi (Qt) şu şekilde ifade edilir:

Qt (Watt) = V (Volt) . I (Amper)
kaynak esnasında kullanılan
ark ısısı
Kaynak yöntemine bağlı olarak elektrik arkından elde edilen
toplam ark ısı enerjisinin (Qt) belli bir kısmı, kaynak esnasında
kullanılmaktadır. Buna göre malzemeye verilen yani kaynak
esnasında kullanılan ark ısısı şu şekilde ifade edilir:

Qe (Watt) = V . I . η

Burada;
V: kaynak gerilimi (Volt)
I : kaynak akımı (Amper)
η : ark verimi (sabit katsayı)