Koruyucu gazlar

TIG kaynağında başlangıçta helyum daha sonra argon gazı kullanılmıştır. Her iki gaz da tek atomlu ve inert gazdır. Bu nedenle diğer elementlerle birleşmezler; renksiz ve kokusuz olup yanmazlar. Helyum gazı havadan hafifken argon havadan ağırdır.

Dolayısıyla helyum uçucudur ve koruma kabiliyeti düşüktür. Ancak argon, havadan ağır olması nedeniyle erimiş metali daha iyi korur. Yüksek akım şiddetinin kullanılması gereken hallerde, daha yüksek ark gerilimi sağlayan helyum gazı kullanılır.

Hafif metal ve alaşımlarının kaynağında kullanılan argon gazının çok saf olması gerekir. İçerisinde bulunabilecek su buharı, oksijen ve azot gibi etkenler kaynağın kalitesini düşürür. Argon gazı 150-180 atmosfer basınçta ve içerisinde 6 ila 9 m³ gaz içeren tüplerde taşınır. Helyumun iyonizasyon enerjisi oldukça yüksektir (24,5 eV) dolayısıyla da uzun bir ark boyuna gerek gösterir. Bu da ark gerilimini yükseltir.

Kaynak yerine verilen ısı miktarının yükselmesi dikişin oluşumuna ve kaynak sırasındaki davranışına aşağıdaki şekilde etki eder:

a) Nüfuziyet, tipik argon parmağı formunu kaybeder ve dikiş genişler b) Ön tavlamaya gerek kalmaz veya çok az miktarda uygulanır c) Kaynak hızı yükselir.

d) Sıcak ve iyi şekilde gazı alınmış bir kaynak banyosu elde edilir.

e) Kaynak arkı sakin değildir; TIG kaynağında alternatif akımda arkın tutuşması zordur (Anık, 1991; Lowke et al., 1997; Elöve, 2004).

Argon gazının iyonizasyon enerjisi 15,78 eV’tur, helyum gazının ise 24,58 eV’tur. Yani helyum gazı ile oluşan ark daha yüksek enerjiye sahip bir ısı kaynağı olmaktadır. Çizelge 2.3. incelendiğinde özellikle kompleks şekilli ve küçük parçaların kaynağında argon gazının tercih edilmesi gerektiği görülmektedir. Hızlı kaynaklarda veya kalın parçalarda, derin nüfuziyet için helyum gazı tercih edilir. Argonda ısıyı kontrol altına almak daha kolaydır. Elle yapılan TIG kaynaklarında argon gazı tercih edilmelidir.

Otomatik tezgâhlarda elde edilebilen hızlı kaynaklarda helyum kullanılabilir.

Östenitik krom - nikel, paslanmaz çelik, bakır ve nikel alaşımları ile titanyum ve alaşımları normalde argonla kaynaklanır, yüksek nüfuziyet isteyen uygulamalarda helyum tercih edilebilir. Alüminyum ve alaşımları magnezyum ve alaşımları ile karbon çeliklerinin TIG kaynağında çok özel uygulamaların dışında argon daha iyi netice verir.

Argonun helyuma göre bir üstünlüğü de arkın daha kolay başlamasıdır. Söz konusu koruyucu gazların kaynak parametreleri ve süreci üzerindeki etkisi Çizelge 2.3. ve Çizelge 2.4.’te verilmektedir. Kaynak edilecek parça geometrisi ve kimyasal bileşimi göz önüne alınarak koruyucu gaz seçimi yapılmalıdır.

Çizelge 2.3. Argonun koruyucu gaz olarak performans analizi Düşük ark voltajı

Daha az ısı girdisi. Argon 1,6 mm kalınlığındaki metallerin elle kaynağında çok yaygın olarak

Kolay ark başlangıcı İnce metallerin kaynak edilmesini sağlar Ark kararlılığı Helyum daha büyük bir ark kararlılığı sağlar

Az gaz hacmi Hava daha ağır olduğu için az hacimle koruma sağlar Düşey ve tavan kaynağı İyi bir kaynak banyosu oluşturulması için tercih edilir.

Otomatik kaynak 25 inç/dakika altında kaynak işlemlerine uygundur Farklı metallerin kaynağı Helyumdan daha iyi sonuç verir.

Helyum doğada hidrojenden sonra en hafif gazdır, özgül ağırlığı 0,179 kg/m³ olup havadan yaklaşık 7 kat daha hafiftir. Argonun özgül ağırlığı ise 1,784 kg/m³’tür ve havadan 1,4 kere daha ağırdır. Bu farklılık her iki gazın kaynakta kullanımında gaz sarfiyatını etkilemektedir. Tavan kaynak pozisyonu haricinde, kaynak işlemende aynı korumayı gerçekleştirebilmek için daha fazla helyuma gerek vardır.

Argon gazına yaklaşık % 10 hidrojen karıştırılması halinde kaynak arkının daha daraldığı, buna karşılık voltajın arttığı görülmüştür. Buna bağlantılı olarak da, kaynak bölgesindeki ısı artmakta ve daha hızlı ve stabil bir kaynak sağlanmaktadır. Farklı metallerin birleştirmesi gerekmeyen ve büyük parçaların kaynaklanması için ideal olan helyumun koruyu gaz olarak analizi Çizelge 2.4.’de verilmektedir. Paslanmaz çelik,

Inconel 718 ve monelin kaynağında bazı hallerde gözeneğe mani olmak için Ar - He karışımları kullanılabilir.

Bu gaz karışımı hidrojenin olumsuz metalürjik etkileri bulunan çeliklerde hiç bir zaman kullanılmamalıdır. Koruyu gaz içinde hidrojenin varlığı ark gerilimini yükseltmekte ve kaynak banyosunu daha akıcı yapmakta ve sıvı kaynak metalinin ıslatma kabiliyetini yükseltmektedir. Amerika’ da özellikle ince paslanmaz çelik boruların üretiminde tercih edilen bu karışım gazın iki ayrı bileşimi % 15 Helyum - % 85 Argon ve % 5 Helyum - % 95 Argon bu alanda oldukça yaygın bir uygulamaya sahiptir (Manz, 1973; Guille, 1977; Anık, 1991; Lowke et al., 1997).

Çizelge 2.4. Helyumun koruyucu gaz olarak performans analizi

Yüksek ark voltajı Daha fazla ısı girdisi. Dolayısıyla kalın metallerin kaynağında kolaylık sağlar

Küçük ITAB

Yüksek hız ve büyük ısı girdisi ITAB’ın dar olmasını sağlar.

Dolayısıyla daha az aşınma ve daha yüksek mekanik özellikler sağlar.

Büyük gaz hacmi

Helyum havadan hafif olduğu için kaynak banyosuna argona nazaran 1,5-3 kat daha fazla hacimde gönderilmesi gerekir. Çok

iyi koruma sağlar. Özellikle tavan kaynaklarında kullanılır.

Otomatik kaynak 25 inç/dakika üstünde rahatlıkla kullanılmayı sağlar.

İç köşe dikişlerinde ve alın dikişlerinin dolgu (ara) ve kapak pasolarında TIG kaynak torcunun sağladığı koruyucu gaz akışı, oksidasyondan korumada yeterli bir atmosfer oluşturur. Ancak örneğin boru hatlarının ve basınçlı kapların kaynağı gibi uygulamalarda, paslanmaz çeliklerde, kökün korozyon dayanımının sağlanması gereken durumlarda, kökün bir banyo emniyeti olmadan (altlıksız) kaynağı halinde bu koruma yeterli gelmez. Bu gibi durumlarda kaynak ağzının kök tarafından da bir gaz koruması gerekir. Genellikle ara ve kapak pasolarının çekilmesi sırasında, kök paso yüksek sıcaklığa çıkt4ğından ve oksitlendiğinden, alt yüzeyden korumanın sürdürülmesi gerekir. Kök tarafından koruma, ya gaz korumasıyla veya her iki taraftan iki torç ile aynı anda kaynak yaparak sağlanır. En çok kullanılan kök koruma gazı, TS EN 439'a göre F2 grubunu oluşturan ve şekillendirici gaz olarak adlandırılan N2 –H2 karışımıdır (% 90-92 N2, kalanı H2) (Manz, 1973; Guille, 1977; Anık, 1991; Lowke et al., 1997).

Kaynak banyosunun atmosferik şartlardan korunması için gerekli minimum gaz miktarının belirlenmesinde aşağıdaki parametrelere bağlıdır.

a) Koruyucu gazın cinsi

b) Koruyucu gaz lülesinin iş parçasına uzaklığı c) Bağlantı şekli

k) Kaynak edilecek alaşım veya metal