ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Ali Utku ÇAN
Anabilim Dalı : Makine Mühendisliği Programı : Sistem Dinamiği ve Kontrol
EKĐM 2009
Tez Danışmanı : Doç. Dr. Şeniz ERTUĞRUL (ĐTÜ) Diğer Jüri Üyeleri : Doç. Dr. Kenan KUTLU (ĐTÜ)
Doç. Dr. Mustafa BAĞRIYANIK (ĐTÜ)
EKĐM 2009
ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ
YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Ali Utku ÇAN
(503051601)
Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 04 Mayıs 2009 Tezin Savunulduğu Tarih : 05 Ekim 2009
iii
v ÖNSÖZ
Tez çalışmamın hazırlanmasında bilgi ve tecrübelerinden yararlandığım ve çalışmalarımın her aşamasında yardımlarını esirgemeyen değerli hocam Doç. Dr. Şeniz ERTUĞRUL’a öncelikli olarak sonsuz teşekkür ederim.
Çalışmalarım için bana her türlü kolaylığı sağlayan değerli mesai arkadaşlarım, TÜPRAŞ Đzmit Rafinerisi Yatırımlar Müdürlüğü çalışanları ile Bakım Torna Atölyesi çalışanlarına ve maddi ve manevi desteklerini hep yanımda hissettiğim değerli Aileme, benden anlayışını ve yardımlarını esirgemeden hep yanımda olan sevgili eşim Esma GÜLTEN ÇAN’a sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Ekim 2009 Ali Utku Çan
vii ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ ... v ĐÇĐNDEKĐLER ... vii KISALTMALAR ... ix ÇĐZELGE LĐSTESĐ ... xi
ŞEKĐL LĐSTESĐ ... xiii
ÖZET ... xv
SUMMARY ... xvii
1. GĐRĐŞ ... 1
2. TUNGSTEN ASAL GAZ KAYNAĞI ... 3
2.1 Genel Bakış ... 3
2.2 TIG Kaynak Donanımı ... 4
2.2.1 Akım üreteci ... 5
2.2.2 Kaynak torcu ... 6
2.2.2.1 Hava soğutmalı torçlar……… 6
2.2.2.2 Su soğutmalı torçlar……… 7
2.2.2.3 TIG kaynak elektrodları……….. 7
2.2.3 Torç bağlantı paketi ... 8
2.2.4 Koruyucu gaz donanımı ... 8
2.2.4.1 Koruyucu gazlar………... 9
3. KAYNAK PARAMETRELERĐ ... 11
3.1 Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler ... 11
3.1.1 Erimeyen elektrodun türü ... 11
3.1.2 Erimeyen elektrod çapı ... 12
3.1.3 Akım ... 12
3.1.4 Koruyucu gazın türü ... 13
3.2 Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler ... 14
3.2.1 Kaynak akım şiddeti ... 14
3.2.2 Ark gerilimi (Ark boyu) ... 15
3.2.3 Kaynak hızı ... 15
3.3 Đkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler ... 15
3.3.1 Elektrod açıları ... 15
3.3.2 Elektrod serbest uç uzunluğu ... 16
4. TAM OTOMATĐK TĐG KAYNAĞI ... 17
4.1 Genel Bakış ... 17
4.2 Tam Otomatik Kaynak Makinesinin Manüel Kaynak Yöntemine Göre Farklılıkları, Üstünlükleri ve Zayıf Yönleri ... 17
4.3 Kaynak Ekonomisi Karşılaştırması ... 19
4.3.1 Operatör faktörü ... 19
4.3.2 Đşçilik maliyetleri ... 20
viii
4.3.4 Besleme teli maliyetleri ... 24
4.3.5 Koruyucu gaz maliyetleri ... 26
4.3.6 Hatalı kaynak onarım maliyetleri ... 27
5. TASARIM KRĐTERLERĐ ve HESAPLAMALAR ... 31
5.1 Tasarım Kriterleri ... 31
5.1.1 Kaynak yapılacak yer, kaynak konumu ve kaynak edilecek parça seçimi 31 5.1.2 Akım üreteci ... 31
5.1.3 Kaynak torcu ve bağlantı paketi ... 33
5.1.4 Kaynak dolgu malzemesi ... 33
5.2 Kaynak Parametreleri Seçimi ... 34
5.2.1 Kaynak öncesi saptanan parametreler ... 34
5.2.1.1 Erimeyen elektrod türü………. 34
5.2.1.2 Erimeyen elektrod çapı………. 34
5.2.1.3 Akım ve kutuplama şekli……….. 34
5.2.1.4 Koruyucu gaz türü……… 34
5.2.2 Birinci derecede ayarlanabilir parametreler ... 36
5.2.2.1 Akım şiddeti……….. 36
5.2.2.2 Ark gerilimi (Ark boyu)……… 36
5.2.2.3 Kaynak hızı ve dolgu teli besleme hızı……….. 36
5.2.3 Đkinci derecede ayarlanabilir parametreler ... 37
5.2.3.1 Elektrod açıları……….. 37
5.2.3.2 Elektrod serbest uç uzunluğu………... 37
5.3 Hesaplamalar ... 37
5.3.1 Đlerleme sistemi hesaplamaları ... 37
5.3.2 Dolgu teli besleme sistemi hesaplamaları ... 41
6. TASARIM ... 43
6.1 Kaynak Đlerleme Hareketi Sistemi ... 44
6.1.1 Kılavuz ... 44
6.1.2 Pinyon dişli ... 45
6.1.3 Ana tabla ... 46
6.1.4 Sürücü servo sistemi ... 46
6.2 Kaynak Dolgu Teli Besleme Sistemi ... 48
6.2.1 Baskı makara sistemi ... 49
6.2.2 Tel besleme sürücü servo sistemi ... 51
7. KONTROL ... 53
7.1 Kaynak Đlerleme Hareket Sistemi Kontrolü ... 54
7.1.1 Đdeal kontrolör ile sistemin kontrolü ... 58
7.2 Tel Besleme Sistemi ... 62
7.2.1 Đdeal kontrolör ile sistemin kontrolü ... 66
8. DENEYSEL ÇALIŞMA ... 69
9. SONUÇLAR ... 75
KAYNAKLAR ... 79
ix KISALTMALAR
TÜPRAŞ : Türkiye Petrolleri Anonim Şirketi TIG : Tungsten Inert Gas
TS : Türk Standartları
DIN : Deutsches Institut für Normung AWS : American Welding Society D.A.E.N : Doğru Akım Elektrod Negatif D.A.E.P : Doğru Akım Elektrod Pozitif
xi ÇĐZELGE LĐSTESĐ
Sayfa Çizelge 3.1 : TIG Kaynak Yönteminde Çeşitli Metal ve Alaşımlar için Kullanılan
Kaynak Tellerine ait Standartlar ... 12
Çizelge 3.2 : Tungsten Elektrodların Akım Yüklenebilme Kapasiteleri ... 13
Çizelge 3.3 : TIG Kaynak Yönteminde Akım Türünün Kaynak Özelliklerine Etkisi ... 13
Çizelge 3.4 :Argon ve Helyum Gazlarının TIG Yönteminde Davranışlarının Karşılaştırılması ... 14
Çizelge 4.1 : Karşılaştırma Çizelgesi... 18
Çizelge 4.2 : Đzmit Rafinerisi Benzin Özelliklerini Đyileştirme Projesi TĐG Kaynağı Parametreleri ... 21
Çizelge 4.3 : Farklı Kaynak Metodları için Yığılma Verimi Karşılaştırma Çizelgesi ... 23
Çizelge 4.4 : Đzmit Rafinerisi Benzin Özelliklerini Đyileştirme Projesi Kaynak Đstatistikleri ... 28
Çizelge 4.5 : Maliyet Karşılaştırması Özet Çizelgesi ... 29
Çizelge 5.1 : Güç Kaynağı Teknik Özellikleri. ... 32
Çizelge 5.2 : Dolgu Teli Özellikleri. ... 33
Çizelge 5.3 : Tungsten Elektrodların Akım Yüklenebilme Özellikleri. ... 35
Çizelge 5.4 : Çeşitli Uygulama Alanları için Koruyucu Gazlar. ... 35
Çizelge 5.5 : TIG Kaynağında Gazların Etkisi. ... 36
Çizelge 7.1 : Harmonik Sürücü Özellikleri. ... 56
Çizelge 7.2 : Minyatür Servo Motor Özellikleri. ... 64
Çizelge 8.1 : Motor Hız ve Akım Değerleri. ... 73
xiii ŞEKĐL LĐSTESĐ
Sayfa
Şekil 2.1 : TIG Kaynak Sistemi. ... 3
Şekil 2.2 : Tam Otomatik Kaynak Makinesi. ... 4
Şekil 2.3 : Akım-Gerilim Diyagramı. ... 6
Şekil 2.4 : Kaynak Torç Kesiti. ... 7
Şekil 4.1 : Farklı Kaynak Metotları için Operatör Faktör Oranı. ... 20
Şekil 5.1 : V Tipi Kaynak Ağzı. ... 31
Şekil 5.2 : Kaynak Torcu. ... 33
Şekil 5.3 : Elektrod Açısı. ... 37
Şekil 5.4 : Đlerleme Hareket Sistemine Etkiyen Kuvvetler. ... 38
Şekil 5.5 : Đlerleme Hareketi Sisteminin Şematik Gösterimi. ... 39
Şekil 5.6 : Đlerleme Hareketi Moment Konum Grafiği. ... 40
Şekil 5.7 : Dolgu Teli Besleme Sistemi Yük Momenti Belirleme Düzeneği. ... 41
Şekil 6.1 : Boru Kaynak Makinesi Sistemi ... 43
Şekil 6.2 : Boru Kaynak Makinesi Sistemi Patlatılmış Gösterimi. ... 44
Şekil 6.3 : Dişi Kılavuz. ... 45
Şekil 6.4 : Erkek Kılavuz. ... 45
Şekil 6.5 : Pinyon Dişli ... 46
Şekil 6.6 : Ana Tabla. ... 46
Şekil 6.7 : FFA20 AC Servo Motor. ... 47
Şekil 6.8 : Servo Sürücü ve Kontrolör. ... 48
Şekil 6.9 : FFA20 Servo Motor Tork Hız Grafiği. ... 48
Şekil 6.10 : Tel Besleme Sistemi. ... 49
Şekil 6.11 : Tel Sürme Makarası. ... 50
Şekil 6.12 : Tel Sürme Makarası Burcu. ... 50
Şekil 6.13 : Tel Sürme Makara Sistemi. ... 50
Şekil 6.14 : Tel Sürme Makara Sistemi Parçaları. ... 51
Şekil 6.15 : Minyatür DC Servo Motor, Planet Dişli Kutusu ve Enkoder... 51
Şekil 6.16 : Minyatür DC Servo Motor Tork Hız Grafiği. ... 52
Şekil 7.1 : Kontrol Diyagramı. ... 53
Şekil 7.2 : Kaynak Đlerleme Sistemi Blok Diyagramı. ... 54
Şekil 7.3 : Kaynak Đlerleme Sistemi Dış Kuvvetler Blok Diyagramı. ... 55
Şekil 7.4 : Kaynak Đlerleme Sistemi Yük Moment Zaman Grafiği ... 55
Şekil 7.5 : Đlerleme Hareketi PI Hız Kontrol Blok Diyagramı. ... 57
Şekil 7.6 : Kaynak Đlerleme Hareketi Sistemi ... 57
Şekil 7.7 : Đlerleme Hareketi ... 58
Şekil 7.8 : Sistem Cevabı. ... 59
Şekil 7.9 : Hata Cevabı. ... 60
Şekil 7.10 : Akım Cevabı. ... 60
Şekil 7.11 : Sistem Cevabı. ... 61
Şekil 7.12 : Akım Cevabı. ... 61
Şekil 7.13 : Akım Cevabı. ... 62
xiv
Şekil 7.15 : Tel Besleme Sistemi Blok Diyagramı. ... 63
Şekil 7.16 : Tel Besleme Sistemi.. ... 63
Şekil 7.17 : Hız Kontrolü ... 65
Şekil 7.18 : Sistem Cevabı. ... 67
Şekil 8.1 : Kılavuz ve Pinyon Resimler. ... 69
Şekil 8.2 : Kılavuz, Pinyon, Ana Tabla. ... 70
Şekil 8.3 : Kaynak Đlerleme Sistemi. ... 70
Şekil 8.4 : Sürücü Sistemi. ... 71
Şekil 8.5 : Hız Diyagramı. ... 71
Şekil 8.6 : Hız Kontrol Katsayıları. ... 72
Şekil 8.7 : Sistem Cevabı.. ... 72
Şekil 8.8 : Hız Zaman Grafiği. ... 74
xv BORU KAYNAK MAKĐNESĐ TASARIMI
ÖZET
Kaynak günümüzde birleştirme sistemleri içerisinde en sık kullanılanlardan bir tanesidir. Özellikle gemi sanayi, otomotiv sanayi, rafineri sektörü, boru imalat sanayi vb birçok sanayi kuruluşunda kullanılmaktadır. Rafineri sektöründe ham petrolün işlenerek LPG, yakıt gazı, benzin, motorin, jet yakıtı, fueloil ve asfalt gibi ürünlere dönüştürülmesi için yapılan tesislerde çok yoğun bir borulama işlemi vardır. Taşınan ürün petrol ve türevleri olduğu için boru birleşim noktalarında 100 % sızdırmazlık sağlanması gerekmektedir. Bunu sağlamanın en iyi yolu ise kaynaklı birleştirme yöntemlerini kullanmaktır. Rafineride de ağırlıklı olarak kök pasolarda TIG, kalanında ise örtülü elektrod yöntemi ile kaynak işlemleri yapılmaktadır. Kök pasoda TIG kaynak kullanma sebebi, bu kaynak yönteminin yavaş ve pahalı olmasına karşın en iyi kaynak kalitesini sağlamasıdır. Kök pasodan sonra daha ucuz ve hızlı bir yöntem olan örtülü elektrod kaynaklı birleştirme ile kaynak tamamlanmaktadır. Normalde bu iki işlemde uzman sertifikalı kaynakçılar tarafından yapılmaktadır. Tasarlanmak istenen sistemle, elle yapılan kök paso TIG kaynak işleminin otomasyon ile tam otomatik hale getirilmesi amaçlanmaktadır. Burada ilerleme hızı ile tel besleme hızı iki farklı servo mekanizma yardımıyla kontrol edilecektir. Bu şekilde tam otomatik hale getirilen işlemle daha iyi kaynak kalitesi elde edilmesi, sürdürülebilir kaynak kalitesi elde edilmesi, daha hızlı kaynak yapabilme, daha verimli kaynak yapabilme ve kaynak sırasında oluşan zararlı gazların insan sağlığına verdiği zararın düşürülmesi hedeflenmektedir.
xvii AUTOMATED PIPE WELDING MACHINE
SUMMARY
Welding is one of the most popular assembly way nowadays and used especially in refinery, ship building, pipe manufacturing and etc. There are intense piping works in refinery sector where LPG, fuel gas, gasoline, diesel, fuel oil and asphalt produced from crude oil. Since the tranported product is oil, achiving 100 % sealness in piping joints becomes an obligation. Welding is the best way to satisfy this criteria. In refinery, TIG welding is used for root pass and SMAW in rest. TIG welding is used for root pass despite the fact that it is slow and expensive since TIG welding satisfy the best quality. Then welding is completed with SMAW which is more cheaper and fast than TIG welding. The two processes are always done by certificated expert welders. With this Project, it is desired to design fully automated welding machine by controlling welding parameters with servo mechanism. While one of these servo mechanism will control welding movement across the pipe, the other one will control filler metal feed system. The goal is to get best welding quality, continous welding quality, higher welding velocity, more efficient welding and lastly to reduce effect of harmless gas occured during welding to the welder.
1 1. GĐRĐŞ
Kaynak günümüzde birleştirme sistemleri içerisinde en sık kullanılanlardan bir tanesidir. Özellikle gemi sanayi, otomotiv sanayi, rafineri sektörü, boru imalat sanayi vb birçok sanayi kuruluşunda kullanılmaktadır. Rafineri sektöründe ham petrolün işlenerek LPG, yakıt gazı, benzin, motorin, jet yakıtı, fuel oil ve asfalt gibi ürünlere dönüştürülmesi için yapılan tesislerde çok yoğun bir borulama işlemi vardır. Çünkü ürün depolama tankları ve işlem görülen proses ekipmanları arasında farklı boyut ve malzemeden oluşan borular yardımıyla taşınmaktadır. Taşınılan ürün petrol ve türevleri olduğu için boru birleşim noktalarında 100 % sızdırmazlık sağlanması gerekmektedir. Bunu sağlamanın en iyi yolu ise kaynaklı birleştirme yöntemlerini kullanmaktır. Rafineride ağırlıklı olarak kök pasolarda TIG, kalanında ise örtülü elektrod yöntemi ile kaynak işlemleri yapılmaktadır. Kök pasoda TIG kaynak kullanma sebebi, bu kaynak yönteminin yavaş ve pahalı olmasına karşın en iyi kaynak kalitesini sağlamasıdır. Kök pasodan sonra daha ucuz ve hızlı bir yöntem olan örtülü elektrod kaynaklı birleştirme ile kaynak tamamlanmaktadır. Normalde bu iki işlemde uzman sertifikalı kaynakçılar tarafından yapılmaktadır. Bu projeyle, elle yapılan kök paso TIG kaynak işlemini otomasyon ile tam otomatik hale getirmek amaçlanmaktadır. Burada kaynakçının sağladığı ilerleme hızı, torç açısı, tel besleme hızı, ark boyu ve diğer parametreler servo motorlar yardımıyla kontrol edilecektir. Bu şekilde tam otomatik hale getirilen işlemle daha iyi kaynak kalitesi elde edilmesi, sürdürülebilir kaynak kalitesi elde edilmesi, daha hızlı kaynak yapabilme, daha verimli kaynak yapabilme ve kaynak sırasında oluşan zararlı gazların insan sağlığına verdiği zararın düşürülmesi hedeflenmektedir
2. TUNGSTEN ASAL GAZ KAYNA
2.1 Genel Bakış
TIG kaynağı, erimeyen bir elektrod ile asal bir koruyucu gaz örtüsü altında yapılan bir ark kaynağı yöntemidir. Dolgu
TIG kaynağı, elle (bir elde üfleç, di
otomatik (otomatik hareket ettirilen bir üfleç ve mekanik olarak sürülen tel) olarak uygulanabilmektedir.
Şekil 2.1’de görüldü
Koruyucu gaz olarak argon, helyum veya ikisinin belli oranlarda karı kullanılmaktadır. Koruyuc
engellenmektedir. Ayrıca ısınan torcun so
göre su veya hava olmaktadır. Koruyucu gaz hortum paketinin içinden geçerek torçtan üflenmek suretiyle kaynak yapılan bölgeyi
oluşturabilmesi için gerekli akımı kaynak makinesi adı verilen bir güç kayna sağlamaktadır.
3 TUNGSTEN ASAL GAZ KAYNAĞI
ı, erimeyen bir elektrod ile asal bir koruyucu gaz örtüsü altında yapılan ı yöntemidir. Dolgu malzemesi, çubuk veya tel olarak ilave edilebilir. ı, elle (bir elde üfleç, diğer elde kaynak dolgu malzemesi) veya tam otomatik (otomatik hareket ettirilen bir üfleç ve mekanik olarak sürülen tel) olarak uygulanabilmektedir.
Şekil 2.1: TIG Kaynak Sistemi
ekil 2.1’de görüldüğü gibi kaynak koruyucu bir gaz altında yapılmaktadır. Koruyucu gaz olarak argon, helyum veya ikisinin belli oranlarda karı kullanılmaktadır. Koruyucu gaz ile kaynak yapılan bölgenin oksitlenmesi engellenmektedir. Ayrıca ısınan torcun soğutulması gerekmektedir. Bu çekilen akıma göre su veya hava olmaktadır. Koruyucu gaz hortum paketinin içinden geçerek torçtan üflenmek suretiyle kaynak yapılan bölgeyi korumaktadır. Torcun gerekli arkı
turabilmesi için gerekli akımı kaynak makinesi adı verilen bir güç kayna ı, erimeyen bir elektrod ile asal bir koruyucu gaz örtüsü altında yapılan
malzemesi, çubuk veya tel olarak ilave edilebilir. er elde kaynak dolgu malzemesi) veya tam otomatik (otomatik hareket ettirilen bir üfleç ve mekanik olarak sürülen tel) olarak
ü gibi kaynak koruyucu bir gaz altında yapılmaktadır. Koruyucu gaz olarak argon, helyum veya ikisinin belli oranlarda karışımı u gaz ile kaynak yapılan bölgenin oksitlenmesi utulması gerekmektedir. Bu çekilen akıma göre su veya hava olmaktadır. Koruyucu gaz hortum paketinin içinden geçerek korumaktadır. Torcun gerekli arkı turabilmesi için gerekli akımı kaynak makinesi adı verilen bir güç kaynağı
4
Normalde işlem torcun ve dolgu çubuğunun elle sürülmesi ile yapılmaktadır. Şekil 2.2’de görülen tam otomatik kaynak makineleri ile torç ve dolgu teli mekanik olarak sürülebilmektedir.
Şekil 2.2: Tam Otomatik Kaynak Makinesi
2.2 TIG Kaynak Donanımı
Bir TIG kaynak donanımı şu kısımlardan oluşur: • Kaynak akım üreteci.
• Kaynak hamlacı diye de adlandırılan bir kaynak torcu.
• Kaynak akım ve kumanda şalter kablosunu, gaz hortumunu ve gerektiğinde soğutma suyu giriş ve çıkış hortumlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli, torç bağlantı paketi.
• Kaynak akımının, gaz akışının ve gerektiğinde soğutma suyunun devreye giriş ve çıkışını, arkın tutuşmasını ve alternatif akım ile çalışma halinde arkın sürekliliğini sağlayan devreleri de bünyesinde toplayan kumanda dolabı.
5
• Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu gaz tüpü.
TIG kaynak yönteminde bu temel donanımların yanı sıra gerek duyulduğunda veya Sistemin otomatik olarak çalışması arzu edildiğinde aşağıda belirtilmiş olan ek donanımların kullanılmasına gereksinim vardır:
• Yüksek akım şiddetleri ile çalışıldığında, ısınan torcu soğutmak için soğutma suyu dolaşım sistemi.
• Otomatik kaynak uygulamalarında gerektiğinde torca salınım hareketleri yaptıracak bir osilatör.
• Otomatik kaynak uygulamalarında kullanılmak üzere tel besleme tertibatı. • Otomatik kaynak uygulamaları için torç veya iş parçasını ilerletme tertibatı. • Darbeli akım uygulamaları için, kaynak akımını ayarlanmış iki akım değeri
arasında öngörülen frekansta değiştiren elektronik cihaz; bu cihaz genelde ayrı bir ünite olmayıp, kaynak akım üretecinin içine monte edilir.
2.2.1 Akım üretici
TIG kaynağında kaynak yapmak için gerekli ark doğru veya alternatif akım üreten kaynak makinelerince sağlanır. Magnezyum ve alüminyum hariç hemen tüm malzemelerin kaynağında doğru akım kullanılır. Rafineri uygulamalarında düşük alaşımlı karbon çelikleri ve paslanmaz çelik boru kaynak uygulamaları yapıldığından dolayı alternatif akım üreteçlerine değinilmeyecektir. Uygulama negatif kutbun elektroda pozitif kutbun ise iş parçasına bağlanması şeklindedir. Bizim yapacağımız uygulamada iş parçası kaynak yapılacak boru olduğundan pozitif kutbumuz boru olacaktır. Her ne kadar doğru akım üreteci de kullansak ana besleme üç fazlı alternatif akımdır. Cihaz içerisindeki doğrultucu gurubuyla istenilen doğru akım elde edilir. Akım üreteçleri Şekil 2.3’de görüldüğü gibi düşen tipte akım gerilim karakteristiğine sahiptirler. Burada, gerilimdeki büyük değişiklikler (ark boyu değişimleri), akım şiddetini önemsiz miktarda değiştirmektedir. Kaynak akım şiddeti kademesiz olarak ayarlanabilmektedir. Gelişmiş cihazlarda kademesiz kaynak akım şiddeti ayarının yanı sıra, dikiş başlangıcı, darbeli (impuls) akım ve bitiş krateri doldurma programları da vardır.
6
Şekil 2.3: Akım-Gerilim Diyagramı 2.2.2 Kaynak torcu
TIG kaynak yönteminde torç, iş parçası ile ucundaki tungsten elektrod arasında kaynak için gerekli olan elektrik arkını oluşturabilmek için, akım kablosundan aldığı akımı elektroda iletmek, koruyucu gazı kaynak banyosunun üzerini örtecek biçimde sevk etmek görevlerini yerine getirmek için geliştirilmiş bir elemandır. Torç ile akım üreteci ve gaz tüpü ve soğutma suyu ile bağlantıları değişik kalınlıklardaki kablolar ve hortumlar ile sağlanır ve bunların tümü torç bağlantı paketi adı verilen çelik spiral takviyeli bir kalın hortum içine yerleştirilmişlerdir. Torçlar uygulamada kullanılabilecekleri maksimum akım şiddetine göre sınıflandırılırlar. Her büyüklükteki torca belirli sınırlar içinde kalmak koşulu ile çeşitli çap ve türlerde elektrod ve gaz nozulu takılabilir. Torçları sınıflandırmada en önemli ölçüt yüklenebilecekleri maksimum akım şiddeti olduğundan ve bu konu da torcun soğutma sistemini belirlediğinden, genelde torçlar hava soğutmalı ve su soğutmalı olarak iki ana gruba ayrılırlar.
2.2.2.1 Hava soğutmalı torçlar
Hava soğutmalı torçlarda, soğutma torcun dış kısmından hava yardımı ile iç kısmından ise akan koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir, bu neden ile bunlar gaz soğutmalı torçlar adı ile de anılırlar. Bunlar hafif, akım yüklenme kapasitesi 200 Amperi geçmeyen, manipülasyonu kolay ve su soğutmalılara nazaran daha ucuz
7
torçlardır. Akım kapasitelerinin sınırlılığı nedeni ile ancak ince parçaların kaynağı için uygundurlar. Kafa açısı diye tanımlanan, tungsten elektrod ile torç sapı arasındaki açı normal olarak 120o dir, bununla beraber bu açının 90o olduğu dik torçlar, 180o olduğu kalem tipi torçlar ve uç açısının ayarlanabildiği döner başlıklı torçlar da uygulamada kullanılmaktadır.
2.2.2.2 Su soğutmalı torçlar
Su soğutmalı torçlar ile daha yüksek akım kapasitelerinde çalışılabildiğinden bunlar daha büyük daha ağır ve daha pahalıdırlar. Bunlar yüksek akım şiddetlerinde su soğutmalı metalsel gaz nozulları ile kullanılmak koşulu ile standart olarak 1000 Amper akım kapasitesine kadar üretilirler; otomatik TIG kaynak sistemlerinde sadece bu tür torçlar kullanılır. Doğal olarak bu tür bir torcun kullanılabilmesi için kaynak donanımının bir soğutma suyu devresine ve birde su soğutma ünitesine sahip olması gereklidir. Şekil 2.4’de su soğutmalı torca ait kesit resmi görülmektedir.
Şekil 2.4: Kaynak Torç Kesiti 2.2.2.3 TIG kaynak elektrodları
TIG kaynak yöntemi ile diğer elektrik ark kaynağı yöntemleri arasındaki en önemli fark, ek kaynak metalinin elektrod tarafından sağlanmaması ve elektrodun sadece ark oluşturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bakımdan burada, erime sıcaklığı 3500°C civarında olan Tungsten, elektrod malzemesi olarak seçilmiştir. Yüksek erime sıcaklığının yanı sıra tungsten çok kuvvetli bir elektron yayıcıdır ve yayınan elektronlar ark sütunu içinde kuvvetli bir elektron akımı oluşturur ve ark sütunundaki
8
atomları iyonize ederek, arkın kararlılığını sağlar [1]. Uygulamada karşılaşılan TIG kaynak elektrodlarını, saf tungsten elektrodlar, alaşımlı elektrodlar ve çizgili elektrodlar olmak üzere üç grup altında toplamak mümkündür. TIG kaynak yönteminde kullanılan elektrodların akım yüklenebilme kapasitesi çok sayıdaki etkene bağlı olarak oldukça geniş bir aralık içinde değişmektedir. Bu etkenleri şu şekilde sıralayabiliriz;
• Elektrodun bileşimi, • Koruyucu gazın türü,
• Elektrodun, elektrod tutucusunun dış kısmında kalan boyu, • Elektroda uygulanan soğutma sisteminin etkinliği,
• Akım türü ve kutuplama, • Kaynak pozisyonu.
2.2.3 Torç bağlantı paketi
TIG kaynak donanımların büyük bir kısmında, torç kaynak akım üretecine, içinde akım kablosunu, koruyucu gaz hortumunu, kumanda kablolarını ve gerektiğinde de soğutma suyu geliş ve gidiş hortumlarını bir arada tutan, torç bağlantı paketi diye adlandırılan bir metal spiral takviyeli kalın bir hortum ile bağlanmıştır. Burada saf bakırdan yapılmış olan akım kablosu makine veya torcun en üst akım değerini taşıyabilecek bir kesite sahiptir. Bu kesiti mümkün olduğu kadar ufaltabilmek amacı ile su soğutmanın var olduğu hallerde akım kablosu su hortumu içinden geçirilerek ısınmaması sağlanır. Koruyucu gaz olarak helyum'un kullanılması halinde, kauçuk helyumun difüzyonuna mani olamadığından özel bir plastikten imal edilirler.
2.2.4 Koruyucu gaz donanımı
TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak sadece asal gazlar kullanılmaktadır, bu yöntemde koruyucu gaz içinde az miktarda dahi aktif bir gazın varlığına müsaade edilemez, zira kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod bu olaydan etkilenir. Koruyucu gaz basınçlı tüplerden veya stasyoner bir büyük basınçlı kaptan borular yardımı ile dağıtılarak kullanım alanına sevk edilir. Ülkemizde TIG kaynağı için gerekli gaz basınçlı tüplerden sağlanır.
9 2.2.4.1 Koruyucu gazlar
TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın tek amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve erimeyen tungsten elektrodu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır. TIG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, helyum ve argon veya bunların karışımı gibi asal gazlar olup, kimyasal bakımdan nötr karakterde, kokusuz ve renksiz mono atomik gazlardır. Kaynak sırasında koruyucu gazlar kaynak bölgesine bir ısı katkısında bulunmasalar da, ısı girdisini bir dereceye kadar etkilerler. TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan asal gazlar veya bunların karışımı kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod ve erimiş kaynak banyosu ile bir reaksiyon oluşturmazlar, kaynak metalinin kalitesine olumsuz bir etkide bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli etkide bulunurlar.
11
3. KAYNAK PARAMETRELERĐ
Kaynak parametreleri kaynak öncesi saptanan ve kaynak süresince değiştirilemeyen kaynak parametreleri, birinci derecede ayarlanabilir ve ikinci derecede ayarlanabilir kaynak parametreleri olmak üzere üç grupta incelenecektir.
Kaynak öncesi saptanan parametreler TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun çapı, uç biçimi, malzemesi, koruyucu gaz türü ve akım türüdür. Bunlar kaynak öncesi kaynaklanan parçanın malzemesi, geometrisi, boyutları ve kaynak ağız biçimi göz önüne alınarak önceden saptanır ve kaynak süresince değiştirilmeleri mümkün değildir.
Birinci derecede ayarlanabilir diye adlandırılan ve ikinci gruba giren parametreler kaynak işlemini kontrol altında tutan değişkenlerdir ve birinci gruba giren parametreler saptandıktan sonra belirlenirler; bunlar kaynak dikişinin genişliğini, yüksekliğini, nüfuziyetini, arkın stabilizesini ve kaynak bağlantısının emniyetini etkileyen değişkenlerdir. TIG kaynağında bunlar kaynak akım şiddeti, ark boyu ve kaynak hızıdır. Bu parametreler değer sayıları ile ölçülebildiği gibi kaynak işlemi sırasında da değiştirilebilirler.
Üçüncü gruba giren, ikinci derecede ayarlanabilir parametreler ise torç açısı, elektrod serbest uzunluğu ve parçanın yatay düzlem ile olan eğimidir. Bu değişkenlerin ölçülmesi daha zordur ve kaynak dikişi üzerine etkileri daha azdır.
3.1 Kaynak Öncesi Saptanan Parametreler 3.1.1 Erimeyen elektrodun türü
TIG kaynak yönteminde erimeyen elektrodun türü genelde kaynaklanan metalin türü ile ilgili olarak seçilir. Saf tungsten elektrodların akım taşıma kapasiteleri düşük ve kaynak sırasında kirlenmeye ve kaynak dikişinde kalıntı bırakmaya meyilleri daha fazladır; bu neden ile daha az kritik işlerde fiyatlarının ucuzluğu nedeni ile tercih edilirler. Toryum ile alaşımlı elektrodlar yüksek akım taşıma kapasiteleri, uzun ömürleri, kirlenmeye karşı dirençleri, arkın tutuşma kolaylığı ve oluşan arkınstabilizesinden ötürü uygulamada en fazla tercih edilen elektrodlardır.
12
Çizelge 3.1’de çeşitli metal ve alaşımlar için kullanılan kaynak teli standartları görülmektedir.
Çizelge 3.1: TIG Kaynak Yönteminde Çeşitli Metal ve Alaşımlar için Kullanılan Kaynak Tellerine ait Standartlar
Alaşım Türü TS DIN AWS
Yalın C'lu ve Az Alaşımlı Çelikler 5618 8559 A5.18 - A5.28
Sıcağa Dayanıklı Çelikler 8575 A5.28
Paslanmaz Çelikler 8556 A5.9
Alüminyum & Alaşımları 1732 A5.10
Bakır & Alaşımları 1733 A5.7
Nikel & Alaşımları 1736 A5.14
Titantum & Alaşımları A5.16
Magnezyum & Alaşımları A5.19
Zirkonyum & Alaşımları A5.24
Sert Dolgu Alaşımları 8555 A5.21
3.1.2 Erimeyen elektrod çapı
Genel olarak kullanılan erimeyen elektrodun çapını belirleyen çalışılacak olan akım şiddetidir. Erimeyen elektrodun akım yüklenebilirliğini, bileşim ve çap gibi bu iki önemli etkenin yanı sıra, uygulanan akımın türü, kutuplama, elektrod serbest ucu ve kullanılan koruyucu gazın türü de etkilemektedir. Belirlenmiş bir akım şiddeti için doğru akım halinde elektrodun pozitifte bağlı olması ısı yükü nedeni ile daha büyük çaplı elektrod gerektirmektedir, aynı çaptaki elektrod halinde de elektrodun negatif kutba bağlı olması halinde en yüksek akım taşınabilirliği elde edilmektedir. Erimeyen elektrod ile kaynak uygulamalarında elektrod çapı akım yüklenebilirliğinin en etkin faktörü olduğu için kalın parçalar kalın çaplı ince parçalar ise küçük çaplı elektrodlar ile kaynak edilirler. Farklı elektrod çaplarındaki elektrodların akım türüne göre akım yüklenebilme kapasiteleri Çizelge 3.2’de verilmiştir.
3.1.3 Akım
Akım türünün seçiminde en önemli etmen kaynatılan malzemenin türüdür, akım şiddetinin seviyesi ise doğal olarak sadece akım üretecinin kapasitesi ile ilgili bir konudur. Doğru akım elektrod negatif uygulamalarında arkın oksit temizleme özeliği yoktur, derin nüfuziyetli kaynak dikişleri elde edilir ve bu tür uygulama alüminyum ve magnezyum dışında tüm metal ve alaşımları için uygundur. Çizelge 3.3’de akım türünün kaynak özelliklerine olan etkileri görülmektedir.
13
Çizelge 3.2: Tungsten Elektrodların Akım Yüklenebilme Kapasiteleri
Elektrod Çapı mm
Alternatif Akım Doğru Akım
W Elektrod WT Elektrod W ve WT Elektrod (-) W ve WT Elektrod (-) 0,5 5…15 5…20 5…20 (-) 1,0 10…60 15…80 15…80 (-) 1,6 50…100 70…150 70…150 10…20 2,4 100…160 140…235 150…250 15…30 3,2 150…210 228…325 250…400 25…40 4,0 200...275 300…425 400…500 40…55 4,8 250…350 400…525 500…650 55…80 6,4 325…425 500…700 650…800 80…125
Çizelge 3.3: TIG Kaynak Yönteminde Akım Türünün Kaynak Özelliklerine Etkisi Akım Türü ve
Kutuplama
D.A.E.N D.A.E.P A.A
Elektronların ve Đyonların Akış Yönü Dikişin Nufuziyet Biçimi Oksit Temizleme Etkisi Yok Var Kuvvetli % 50 Đş parçası % 50 Elektrod ucu
Nufuziyet Derin ve dar Az ve geniş Orta
Elektrod Akım Kapasitesi Fevkalade 3,2 mm çapta 400 A Kötü 6,4 mm çapta 400 A Đyi 3,2 mm çapta 225 A
Isı Dağılımı % 70 Đş parçasına
% 30 Elektrod ucuna % 30 Đş parçasına % 70 Elektrod ucuna % 50 Đş parçasına % 50 Elektrod ucuna 3.1.4 Koruyucu gazın türü
Koruyucu gazın türü kaynak dikişinin nüfuziyetini, ısı girdisini ve kaynak işleminin maliyetini etkileyen bir faktördür. TIG kaynak yönteminde en fazla kullanılan koruyucu gaz argondur, helyuma nazaran daha az nüfuziyet ve daha düşük ısı girdisi sağlamasına karşın daha aynı kaynak işlemi için az miktarda gaz ile yeterli koruma sağlamaz ve fiyatı ucuzdur; bu nedenlerden ötürü helyum daha ziyade ısı iletkenliğiyüksek kalın parçaların kaynağında tercih edilir [1]. Çizelge 3.4’de helyum ve argon gazlarının karşılaştırılması görülmektedir. Hem maliyeti azaltmak ve hem
14
de iki gazın üstün özelliklerinden faydalanabilmek amacı ile helyum-argon karışımları da koruyucu gaz olarak yaygın bir uygulama alanına sahiptir.
Çizelge 3.4: Argon ve Helyum Gazlarının TIG Yönteminde Davranışlarının Karşılaştırılması
Argon Helyum
Düşük ark gerilimi sonucu ısı girdisinin azalması, 1.5 mm'den ince parçaların el ile kaynağında büyük bir üstünlük sağlar. Alüminyum ve alaşımları gibi yüzeyleri refrakter bir oksit tabakası ile kaplı malzemelerin kaynağında temizleme etkisi daha şiddetlidir.
Arkın tutuşması daha kolaydır. Ark daha sakin ve daha stabil yanar.
Havadan ağır olması nedeni ile daha az koruyucu gaz ile daha etkin bir koruma sağlar.
Dik ve tavan kaynaklarında, gaz
sarfiyatının fazla olmasına karşın, ısı girdisinin azlığı sonucu oluşan, daha ufak kaynak banyosuna kaynakçının kolaylıkla hakim olabilmesine olanak sağlar.
Otomatik kaynak işlerinde hızın
yükselmesi, gözenek oluşumuna neden olur.
Farklı metallerin kaynağında daha iyi sonuçlar alınır.
Yüksek ark gerilimi sonucu oluşan daha sıcak ark, ısı iletkenliği yüksek malzemeler ile kalın parçaların kaynağında daha üstün sonuçlar verir.
Yüksek ısı girdisi ve yüksek kaynak hızı daha dar bir ITAB oluşturur ve bunun
sonucu kaynak bağlantısının mekanik
özellikleri iyileşir ve çarpılması ve kendini çekmeler azalır.
Havadan çok daha hafif olması sonucu koruyucu gaz sarfiyatı yüksektir ve torcun
memesinden çıkan gaz akımı hava
hareketlerine hassastır.
Otomatik kaynak işlemlerinde yüksek
kaynak hızlarında karşılaşılan gözenek ve yanma çentikleri oluşumu kontrol altına alınabilir.
3.2 Birinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler 3.2.1 Kaynak akım şiddeti
Önceden ayarlanan parametrelerden sonra kaynak dikişinin biçimine en önemli etkiyi kaynak akım şiddeti yapar. Kaynak akım şiddeti makine üzerinde bulunan bir düğme yardımı ile kolaylıkla ayarlanabilir; bazı tür otomatik makinelerde bu ayar kaynak programı tarafından yapılır. Erimeyen elektrodun türü, çapı, akımın türü, kaynak pozisyonu, ağız biçimi, parçanın kalınlığı ve kaynak akım üretecinin gücü akım şiddeti seçimini sınırlayan faktörlerdir. Kaynak akım şiddeti kaynak dikişinin nüfuziyetini ve erime miktarını etkileyen en etkin faktördür. Diğer faktörler sabit kalmak koşulu ile kaynak akım şiddetinin artması kaynak dikişinin nüfuziyetinin ve boyutlarının artmasına neden olur; aşırı yükselmesi halinde nüfuziyet aşırı derinleşir,
15
yanma olukları artar ve kaynak dikişi düzgünlüğünü kaybeder. Diğer ayarlar değiştirilmemek koşulu ile akım şiddetinin azaltılması dişin nüfuziyetinin ve boyutlarının azalmasına neden olur. Aşırı derecede düşük akım ile çalışmada kaynak dikişinde çok zayıf bir nüfuziyet, erime azlığı ve kaynak metali yığılması görülür. 3.2.2 Ark gerilimi (Ark boyu)
Ark gerilimi, kullanılan koruyucu gazın türü ile ark boyuna bağlı olarak değişir. El ile yapılan kaynakta ark boyu kaynakçı tarafından ayarlanır; otomatik kaynak halinde ise elektrod ucu ile iş parçası arasındaki mesafe değiştirilerek ark gerilimi ayarlanır. Koruyucu gazın ark gerilimi üzerine etkisi vardır aynı ark boyunda helyum gazı kullanılması halinde daha yüksek ark gerilimi elde edilir. Bununla beraber ark gerilimine en büyük etki ark boyu tarafından yapılmaktadır uzun ark yani yüksek ark gerilimi ile çalışma halinde nüfuziyet azalır, koruyucu gaz kaynak banyosunu gerektiği gibi koruyamaz, kaynak dikişi gözenekli olur ve renklenme gösterir. Ark boyunun kısalması halinde nüfuziyet ve elektrodun kaynak banyosundan kirlenme riski artar; ayrıca aşırı ısınmadan ötürü torcun gaz lülesi ile elektrodun servis ömrü kısalır.
3.2.3 Kaynak hızı
Burada kaynak hızından kastedilen kaynak arkının iş parçası üzerindeki hızıdır. Aynı akım şiddeti ve ark gerilimi halinde hızın azalması parçaya olan ısı girdisini arttırır. Hızın artması nüfuziyetin eriyen kaynak metalinin birim kaynak boyunda azalmasına neden olur. El ile yapılan kaynakta kaynak hızı kaynakçı tarafından işin gereğine göre ayarlanır, otomatik makine ile yapılan işlerde hızın ayarlanması önemli bir konudur. Aşırı hız, kaynak dikişinin nüfuzîyetinin ve boyutlarının azalmasına şeklinin bozulmasına, çok yavaş hız da kaynak dişinin ebatlarının aşırı artmasına ve dikiş üzerine kaynak metali taşmasına neden olur.
3.3 Đkinci Derecede Ayarlanabilir Parametreler 3.3.1 Elektrod açıları
Elektrodun iş parçası ile yaptığı açı da kaynak dikişinin biçimini etkileyen faktörlerdendir. Otomatik TIG kaynağında çalışma açısı 0° olarak belirlenir. El ile yapılan kaynakta bu açı 20° civarındadır. Hareket açısı el kaynağında normal koşullarda 20° ila 30° civarındadır. Bu açı 0° 'ye doğru yaklaştıkça nüfuziyet azalır
16
ve doldurma kaynağında tercih edilir açının artması ise kaynak dikişinin yüksekliğinin artmasına neden olur. Hareket açısının negatif olması halinde kaynak dikişinin nüfuziyeti azalır ve genişliği artar, hareket açısı yalnız otomatik kaynak yönteminde negatif olarak seçilebilir [3]. El ile yapılan TIG kaynağı uygulamalarında elektrod açısı kaynakçıdan kaynakçıya bir miktar farklılık gösterir.
3.3.2 Elektrod serbest uç uzunluğu
Elektrod serbest uç uzunluğu erimeyen elektrodun torç gaz lülesi dışında kalan kısmının uzunluğudur ve genelde bu elektrod çapının 1 veya 2 katı olarak seçilir. Elektrodun ucunun uzunluğunun büyümesi elektrodun kaynak banyosu ilave kaynak metali tarafından kirlenme riskini ve kaynak banyosunun koruyucu gaz tarafından yeterince korunmama tehlikesini arttırır. Elektrod serbest ucunun kısa tutulması halinde ise torcun gaz lülesinden yansıyan ışınlar elektrodun aşırı ısınmasına neden olur. Uzun serbest uç daha ziyade iç köşe dikişleri, V ağzı açılmış kalın parçaların kök pasolarında gaz lülesi parçaya değmeden kaynak edebilmek ve çok kısa boylu ark ile çalışmada kaynakçının banyoyu görerek kontrol edebilmesi amacı ile tercih edilir. Uzun serbest elektrod ucu ile çalışma elektrodun kirlenme riski yanı sıra gaz sarfiyatını da arttırdığından gerekmeyen hallerde kullanılmaması önemle önerilen bir konudur.
17
4. TAM OTOMATĐK TĐG KAYNAĞI
4.1 Genel Bakış
TIG kaynağı prensibi gereği kolay bir şekilde mekanize edilebilen bir gaz altı kaynak çeşididir. Otomatik kaynak donanımları daha karmaşık yapıda olmalarına rağmen elle yapılan kaynak donanımlarıyla yapısal olarak aynıdırlar. Manüel kaynaktan farklı olarak aşağıdaki belirtilen ek donanımları vardır.
• Isınan torcu soğutmak için soğutma suyu dolaşım sistemi. • Torca salınım hareketleri yaptıracak bir osilatör sistemi. • Tel besleme tertibatı.
• Torç veya iş parçasını ilerletme tertibatı.
Tam otomatik kaynak işlemleri genellikle boru ve dairesel şekilli parçalardaki düz ve çevresel dikişlere uygulanır. Kaynak işlemi genellikle bir raylı sistem kullanılarak yapılır, torç hareketli mekanizma üzerinde, iş parçası ise sıkıştırma düzeneği içerisinde yer alır. Küçük parçalar için ise iş parçasının sabit duran torç altında hareket ettirildiği sistemler kullanılır. Boru ve kaplardaki çevresel dikişleri kaynaklamak için parçanın bir döner tabla veya makara sehpası yardımıyla hareket ettirildiği sistemler kullanılır. Torç, bir taşıyıcı yapı veya portal üzerine yerleştirilir ve uygun hareket düzenekleri vasıtasıyla kaynak bölgesi üzerinde hareket ettirilir. Şantiye yeri ve büyük parçalara boru montajı gibi özel durumlarda, boruların hareket ettirilemeyeceğinden dolayı çevresel (orbital) kaynak işlemleri yapılmak zorundadır. Bu gibi durumlarda iş parçası sabit, torç ise bir hareketli düzenek vasıtasıyla hareket ettirilerek kaynak işleminin yapıldığı sistemler kullanılmaktadır.
4.2 Tam Otomatik Kaynak Makinesinin Manüel Kaynak Yöntemine Göre Farklılıkları, Üstünlükleri ve Zayıf Yönleri
Tam otomatik kaynak makinesi birçok yönden manüel kaynak yöntemine göre farklılıklar içerir. Çizelge 4.1’de bu farklılıklar, üstünlükler ve zayıf yönler görülmektedir.
18
Çizelge 4.1: Karşılaştırma Çizelgesi Karşılaştırma
Kriteri
Manüel Kaynak Mekanize Kaynak
Torç hareketi Kaynakçı tarafından verilir Makine veya düzenek tarafından verilir Torç pozisyonu Kaynakçı tarafından verilir Düzenek tarafından
sabit şekilde verilir. Kaynak
parametrelerinin ayarlanması
Kaynakçı tarafından ayarlanır Kaynakçı tarafından veya hafızaya alınmış bilgilere çağrılarak verilir.
Ulaşılabilen kaynak hızları
En fazla 20cm/dakika 60cm/dakika
Hata tanıma Eğitimli kaynakçılarla mümkün Kameralı sistemlerle mümkün
Eritme gücü Taşınabilen maksimum akım şiddeti, kaynakçının ulaşabileceği maksimum kaynak hızı ve dikiş kesiti ile sınırlı
Sadece yöntem ve dikiş kesitiyle sınırlı
Kaynak akım şiddeti
Uzun süreli kaynakta maksimum 300A
Sadece yöntem ve ağız hazırlığı ile sınırlı
Dikiş kalitesi Eğitimli kaynakçılarla iyi Çok iyi Tekrarlanma
hassasiyeti
Kaynakçıdan kaynakçıya değişken Çok iyi Kaynakçının
eğitim düzeyi
Sertifikalı kaynakçı Yarı eğitimli kaynakçı Ünite başına düşen kaynak dikiş uzunluğu Az Çok fazla Kaynakçı sağlığına olan etkisi
Çok fazla Çok az
Özet olarak otomatik kaynak makinesi kullanımı ile • Üretimde artış.
• Tekrarlanabilen yüksek kalitede ürün eldesi. • Daha az tamir işleri ve saha problemleri.
• Kaynak operatörü için daha güvenli çalışma koşulları.
• Operatör faktöründe iyileşme.(Kaynak yapılan zamanın mesai zamanına oranı) • Daha verimli çalışmadan dolayı çevreye daha az ısı, duman ve radyasyon
19 4.3 Kaynak Ekonomisi Karşılaştırması
Kaynak maliyetini etkileyen birçok faktör vardır. Bu faktörler doğru analiz edildiğinde birim kaynak maliyeti veya toplam maliyet yaklaşık olarak hesaplanabilir. Maliyetler kaynağın manüel veya otomatik yapılmasına göre farklılıklar gösterir. Kaynak maliyetini etkileyen başlıca unsurlar aşağıda listelenmiştir.
• Elektrot veya besleme teli çeşidi ve çapı • Elektrot yığılma verimi
• Kaynak çeşidi
• Kaynak yapılacak metalin birleştirme yöntemi • Kaynak boyutu
• Kaynak koruma gazı çeşidi • Kaynak koruma gazı akış hızı • Kaynak akımı
• Ark Gerilimi • Güç kaynağı verimi • Operatör faktörü • Đşçi maliyetleri • Besleme teli maliyeti
• Kaynak koruyucu gaz maliyeti • Kaynak ağzı hazırlama maliyeti • Teknik kontrol maliyeti
• Hatalı kaynak onarım maliyetleri
Görüldüğü üzere kaynak maliyetini etkileyen pek çok unsur vardır. Burada aynı kaynak yönteminin manüel ve tam mekanize durumlarda yapılması halinde oluşacak maliyetleri inceleneceği için, elektrot yığılma verimi, koruyucu gaz akış hızı, operatör faktörü, işçi maliyetleri, besleme teli maliyetleri, koruyucu gaz maliyetleri ve hatalı kaynak onarım maliyetleri incelenip iki yöntem arasındaki yaklaşık fark bulunacaktır.
4.3.1 Operatör faktörü
Operatör faktörü kaynak yapılan zamanın çalışma zamanına oranı olarak tanımlanabilir. Bu oranın fazla olması demek, o mesai saati içerisinde o kadar fazla kaynak yapılması anlamına gelir, bir başka ifadeyle kaynak veriminde artış demektir.
20
Manüel kaynak sırasında kaynakçı tel değiştirme, farklı pozisyonlarda kaynak yapabilmek için konum değiştirme, büyük borularda yorulmaktan kaynaklanan dinlenme arası verme gibi işlemleri yaptığı için manüel kaynakta operatör faktörü kaynakçıdan kaynakçıya değişmekle beraber 5 % ile 30 % arasında değişmektedir. Bu aranı artırmanın yollarından bir tanesi ve en etkin olanı kaynak sistemini otomatik hale getirmektir. Çünkü bu sayede tel değiştirme, yorulma, konum değiştirme gibi zaman kaybettirici etkenlerden kurtulunmuş olunur. Otomatik kaynak makineleri ile 40 % ile 90 % arasında operatör faktörleri elde edilebilmektedir. Şekil 4.1’de iki yönteme ait operatör faktörü yüzdeleri görülmektedir. Operatör faktörünün iyileştirilmesi demek, birim maliyetlerin düşürülmesi anlamına gelmektedir.
Şekil 4.1: Farklı Kaynak Metotları için Operatör Faktör Oranı 4.3.2 Đşçilik maliyetleri
Manüel kaynak ile otomatik kaynak makinesi arasındaki farkın belirlenebilmesi için gerekli olan parametrelerden biri, birim uzunluk başına maliyetin çıkartılabilmesidir. Sadece kök paso için birim maliyet hesabı denklem 4.1’deki gibi hesaplanmaktadır.
ĐM=ASÜ÷(ĐH*OF) (4.1) ĐM=işçilik maliyeti (TL/cm)
ASÜ=adam saat ücreti (TL/saat) ĐH=ilerleme hızı (cm/dakika) OF=operatör faktörü (yüzde)
21
Đşçilik maliyetlerinin hesaplanabilmesi için manüel kaynak yönteminde adam saat ücretlerinin, ilerleme hızının ve operatör faktörünün belirlenmesi gerekmektedir. Manüel kaynak yönteminde düzgün kaynak yapılabilmesi için sertifikalı kaynakçılara ihtiyaç duyulmaktadır. Genellikle bu kaynakçılar 10-15 yıllık tecrübeli olup yaklaşık 1800 ile 2500 TL arasında bir ücret almaktadırlar. Vergiler ve sigortalar dâhil edildiğinde iyi bir kaynakçının işyerine maliyeti 3000 ile 4000 TL arasında değişmektedir. Uygulamada ortalama 3500 TL işçilik maliyeti kullanılacaktır. Bir kaynakçı günde 10 saat çalışmaktadır. Bu da ayda 240 saat çalışma anlamına gelmektedir. Dolayısıyla bir işçinin saatlik ücreti 14,6 TL/saat hesaplanır (3500÷240).
ASÜ= 14.6 TL/saat
Manüel kaynak işinde ilerleme hızı kaynakçıdan kaynakçıya çok fark etmektedir. Rafineride yapılan kaynaklarda ortalama bir kaynakçı hızı 5 cm/dakika (2 inç/dakika) olarak ölçülmüştür. Çizelge 4.2’de bundan sonra hesaplamalarda kullanılacak tüm ölçüm değerlerini bulunmaktadır. Bu ölçümlerde DN 150, et kalınlığı 7,62 mm olan kaynak ağzı standartlara uygun olarak açılmış bir boru kullanılmıştır.
Çizelge 4.2: Đzmit Rafinerisi Benzin Özelliklerini Đyileştirme Projesi TĐG Kaynağı Parametreleri
Metot Besleme Teli Akım
(A) Boyut Sınıf Marka TĐG 2.4 ER 80 S-G GEKA SG CrMo1 90-130 Kutuplama Đlerleme Hızı Besleme Teli Hızı Gaz Akış Hızı Gerilim (V) DC(-) 3-8 cm/dakika 16-20 cm/dakika 8-12 L/dakika 85-120 ĐH= 5 cm/dakika (Çizelge 4.2)
Manüel kaynakta ortalama bir kaynakçının tüm mesai içinde kaynak yapabildiği zaman 3 saati geçmemektedir. Bunun birden fazla sebebi vardır. Örnek olarak; kaynakçılar 1 metre uzunluğunda teller kullanılırlar ve bu tellerin son 10 cm’sini sıcaklıktan dolayı kullanamazlar. Her tel bittiğinde tel değiştirmek durumunda kalırlar. Bu sırada zaman ve dikkat kaybı yaşanır. Ayrıca kaynakçı sabit bir mesafede sürekli kolunu tutmaktan yorulur ve pozisyon değiştirmek zorunda kalır. Ayrıca
22
manüel kaynakta düşük ilerleme hızlarından dolayı kaynak yapılan yerlerde soğuma meydana gelmekte bu da boruda çarpılmaya yol açmaktadır. Bunu engellemek için kaynakçılar simetrik kaynak yapmak zorunda kalmaktadır. Yani 0-90 dereceyi kaynattıktan sonra 180- 270 dereceyi kaynatmaktadırlar. Bu esnada çok fazla zaman kaybedilmektedir. Bunun gibi kaynakçının motivasyonunu engelleyen birçok sebepten dolayı operatör faktörü manüel kaynakta düşük olmaktadır. 10 saatlik mesaide 3 saat kaynak yapılabildiğinden dolayı operatör faktörü 30 % olarak alınabilir.
OF= 30 %
Denklem 4.1 de ASÜ, ĐH ve OF değerleri yerlerine yazılırsa; ĐM=14.6÷5×60×0.3
ĐM=0,162 TL/cm olarak hesaplanır.
Aynı hesap otomatik kaynak makinesi için aşağıda hesaplanmıştır.
Baştaki karşılaştırma Çizelgesunda da belirtildiği gibi otomatik kaynak makinesi kullanımı için sertifikalı kaynakçıya gerek yoktur. Kısa süreli bir eğitimden sonra yarı eğitimli her kaynakçı makineyi kullanabilir. Bu koşullardaki bir kaynakçının firmaya maliyeti sigortalar ve vergiler dâhil yaklaşık 2000 TL civarındadır. Dolayısıyla bir işçinin saatlik ücreti 8.33 TL hesaplanır (2000÷240 ).
ASÜ= 8.33 TL/saat
Otomatik kaynak işinde ilerleme hızı kaynakçıdan kaynakçıya değişmez ve operatörün kontrolündedir. Akım değeri arttırılarak kaynakta 60 cm/dakikalık hızlara çok rahat ulaşılabilir. Seçilen motor bu hızları çok rahat karşılayabilmesine rağmen kaynak hızı yaklaşık 35 cm/dakika seçilecektir.
ĐH= 35 cm/dakika
Son olarak operatör faktörü 0.65 olarak alınacaktır. Seçilen aralık normalde grafik 4,1’e göre 0.4 ile 0.9 arasındadır. Aslında daha yüksek alınabilir. Çünkü otomatik kaynak makinesinde tel sürekli beslenmektedir. Bu yüzden tel değiştirmek için zaman kaybedilmemiş olunur. Ayrıca ilerleme hızlarının daha yüksek olmasından dolayı borunun çarpılmasına fırsat vermeden kaynak tamamlanabilecektir. Manüel kaynak yönteminde kaybettiğimiz zamanların hemen hiçbiri yaşanmamaktadır. Makinenin yorulma gibi bir problemi de olmadığından, kaynak işlemine başlandıktan
23
sonra kaynak bitirilinceye kadar zaman kaybedilmemiş olunur. Bir başka deyişle 10 saatlik mesai dilimi içinde 6,5 saat sürekli kaynak yapılabilmektedir.
OF= 65 %
Denklem 4.1 de ASÜ, ĐH ve OF değerleri yerlerine yazılırsa; ĐM=8.33÷(35×60×0.65)
ĐM=0,0061 TL/cm olarak hesaplanır. 4.3.3 Elektrot yığılma verimi
Elektrot yığılma verimi besleme teli maliyetini, dolayısıyla kaynak maliyetlerini etkileyen önemli parametrelerden bir tanesidir. Elektrod yığılma verimi kullanılan elektroda göre farklılık gösterir. Elektrot kaynağında 65 % olan verim TIG kaynağında 99 % a çıkmaktadır. Çizelge 4.3’de oranlar net bir şekilde görülmektedir.
Çizelge 4.3: Farklı Kaynak Metotları Đçin Yığılma Verimi Karşılaştırma Çizelgesi Dolgu teli şekli Yığılma verimi Örtülü Elektrod 14 in. 55-65 18 in. 60-70 28 in. 65-75 Çıplak Tel MĐG/MAG 90-95 TĐG 99
Daha önce manüel kaynak sırasında kaynakçıların 1 metrelik dolgu teli kullandıkları belirtilmişti. Kaynak teli eridikçe kaynakçının teli tuttuğu yer arka yaklaşmaktadır. Bu yüzden telin yaklaşık son 13 cm’si kullanılamayıp atılmaktadır. Bu durumda manüel TĐG kaynağı için yığılma verimi;
YM=YMTĐG×YMManüel (4.2)
YMManüel=(87÷100)×100
=87 % YMTĐG=0.99 YM86 %
24
Aynı işlem otomatik kaynak makinesi için yapıldığı takdirde;
YM=YMTĐG×YMOtomatik (4.3) Otomatik kaynak makinesinde tel besleme işlemi bir makara vasıtasıyla sürekli yapılacağından dolayı 1 olarak alınabilir.
YMOtomatik=1 YM99 %
4.3.4 Besleme teli maliyetleri
Besleme teli maliyetleri de kaynak maliyetini etkileyen önemli unsurlardan bir tanesidir. Manüel ve otomatik kaynak yöntemiyle yapılan kaynak işlemlerindeki besleme teli maliyetleri aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır.
BTM=(BTBF×BTT)÷YM (4.4) BTM=Besleme Teli Maliyeti (TL/cm)
BTBF=Besleme Teli Birim Fiyatı (TL/kg) BTT= Besleme Teli Tüketimi (kg/cm) YM=Yığılma Verimi (yüzde)
Burada öncelikli bulunması gereken besleme teli tüketimidir (BTT).
BTT=BTĐ÷ĐH (4.5) BTĐ=Besleme Teli Đhtiyacı (kg/saat)
ĐH=Đlerleme Hızı (cm/dakika)
BTĐ=60×BTH÷BKU (4.6) BTH= Besleme Teli Hızı (cm/dakika)
BKU=Besleme Teli Birim Kütle Uzunluğu (cm/kg)
BKU=1÷(A×D) (4.7) A=Besleme Teli Kesit Alanı (cm2)
D=Besleme Teli Yoğunluğu (kg/cm3)
Đlk olarak besleme teli birim kütle uzunluğu hesaplanır. r=0.12 cm (Çizelge 4.2)
25
A=πr2 (4.8) =0.045 cm2
D=0.033 kg/cm3 (ER 80 S-G dolgu teli için) BKU=1÷(0.045×0.033)
=670 cm/kg
Besleme teli birim kütle uzunluğuna göre besleme teli ihtiyacı hesaplanır; BTH=18 cm/dakika (Çizelge 4.2)
BTĐ=60×18÷670 =1.612 kg/saat
Besleme teli tüketimi, denklem 4.5 deki değerler yerlerine yazıldığında aşağıdaki gibi hesaplanır.
ĐH=5 cm/dakika (Çizelge 4.2) BTT=1.612÷(5×60)
=5.37 x 10-3 kg/cm
En son besleme teli maliyeti denklem 4.5, 4.6 ve 4.7 de hesaplanan değerler yerine yazıldığı takdirde aşağıdaki gibi bulunmuş olur.
BTBF=14.88 TL/kg YM=0.86
BTM=(14.88×5.37×10-3 )÷0.86 =0.093 TL/cm
Aynı işlemler otomatik kaynak makinesi için yapıldığında; r=0.08 cm (Tasarım kriteri)
Denklem 4.8’den alan hesaplanır; A=0.02 cm2
D=0.033 kg/cm3 (ER 80 S-G dolgu teli için) BKU=1÷(0.02×0.033)
26
BTH=69 cm/dakika (Tasarım kriteri) BTĐ=60×69÷1515.15
=2.732 kg/saat
ĐH=35 cm/dakika (Tasarım kriteri) BTT=2.732÷(35×60) =1.3 x 10-3 kg/cm BTBF=8.78 TL/kg YM=0.99 BTM=(8.78×1.3×10-3 )÷0.99 =0.011 TL/cm
4.3.5 Koruyucu gaz maliyetleri
Koruyucu gaz maliyetleri de TIG kaynak maliyetlerini etkileyen önemli bir parametredir. Gaz maliyeti kaynak ilerleme hızı ve gaz akış hızına bağlıdır.
KGM=KGBF×KGAH÷ĐH (4.9) KGM=Koruyucu Gaz Maliyeti (TL/cm)
KGBF=Koruyucu Gaz Birim Fiyatı (TL/cm3) KGAH=Koruyucu Gaz Akış Hızı (cm3/saat) ĐH=Đlerleme Hızı (cm/dakika)
Koruyucu gaz maliyetini sırasıyla manüel ve otomatik kaynak makineleri için hesaplansın.
Manüel Kaynak için; KGBF=4.732 x 10-6 TL/cm3
KGAHortalama = 10 L/dakika = 60,000 cm3/saat (Çizelge 4.2) ĐH=5 cm/dakika (Çizelge 4.2)
KGM=4.732 ×10-6 ×6×105÷5 =0.0567 TL/cm
27
Otomatik Kaynak için; KGBF=4.732 x 10-6 TL/cm3
KGAHortalama = 10 L/dakika = 60,000 cm3/saat ĐH=35 cm/dakika (Tasarım Kriteri)
KGM=4.732 ×10-6 ×6×105÷35 =0.0081 TL/cm
4.3.6 Hatalı kaynak onarım maliyetleri
Manüel kaynakta kaynak kalitesi kullanılan malzeme, kaynak yöntemi ve en fazlada kaynakçının kabiliyetine bağlıdır. Farklı zaman ve pozisyonlarda yapılan kaynaklarda farklı kaliteler elde edilebilmektedir. Çizelge 4.4’de TÜPRAŞ Đzmit Rafinerisi Benzin Özelliklerini Đyileştirme Projesinde toplam test yapılan kaynak sayısı ile hatalı kaynak sayısı net bir şekilde görülmektedir. Filmi çekilen 10869 kaynaktan 648 tanesinde hata çıkmıştır. Bu hataların maliyetleri kaynağın kesilmesi tekrar kaynatılması ve ardından film çekilmesini kapsar. Hatalı kaynakların 4 cm’den 52 cm’ye kadar farklı boyuttaki borularda çıktığı bilinmektedir. Ortalama olarak boru çapı 5 cm olarak alınabilir. Bu durumda bir pasoda yapılacak kaynak uzunluğu aşağıdaki şekilde kabaca hesaplanabilir.
r4” boru=5 cm
KÇ=2×π×r (4.10) KÇ=Kaynak Çevresi
=31.41 cm
Toplam kaynak yapılması gereken uzunluk; TKÇ=HKS×KÇ
HKS=Hatalı Kaynak Sayısı
HKS=648 (Çizelge 4.4)
TKÇ=648×31.41
=20357.52 cm
28
HKOM=TKÇ×(ĐMmanüel+ BTMmanüel+ KGMmanüel (4.11) HKOM=Hatalı Kaynak Onarım Maliyeti
ĐMmanüel=0.0162 TL/cm
BTMmanüel=0.093 TL/cm
KGMmanüel=0.0567 TL/cm
HKOM=20357.52×(0.162+0.093+0.0567) =6345.43 TL
Bu maliyete bir de 648 adet filmin tekrar çekilmesini eklendiğinde hatanın maliyeti daha fazla artar.
Çizelge 4.4: Đzmit Rafinerisi Benzin Özelliklerini Đyileştirme Projesi Kaynak Đstatistikleri
Weld Log Üzerine Đşlenen
Đzometri Sayısı Weld Log'taki Toplam Kaynak Sayısı Biten Kaynak Sayısı Görsel Kontrolü Yapılan Kaynak Sayısı RT Çekilen Kaynak Sayısı Tamir Gelen Kaynak Sayısı 3117 54949 43827 43960 10869 648
Gelen izometri sayısının, tahmini toplam izometri sayısına oranı
100.00% Biten kaynak sayısının, weld log'taki
toplam kaynak sayısına oranı
79.76%
RT çekilen kaynak sayısının, biten kaynak sayısına oranı
24.80% Tamir gelen kaynak sayısının, filmi
çekilen kaynak sayısına oranı
5.96% IPT yapılan kaynak sayısının, toplam lpt
sayısına oranı (ĐHTĐYAÇ = %100)
79.52% PWHT yapılan kaynak sayısının, toplam
pwht sayısına oranı
59.19%
Sertlik testi yapılan kaynak sayısının, toplam sertlik testi sayısına oranı
57.63%
Boyanan kaynak sayısının, toplam boya sayısına oranı (kumlama, arakat, sonkat boya toplamına göre)
12.45%
Otomatik kaynakta hata oranları 1 % mertebelerinde gerçekleşmektedir. Bu yüzden manüel kaynağa göre yok denecek kadar az hatalı kaynak onarım maliyeti çıkartır.
29
Özet olarak manüel kaynak ile otomatik kaynak yöntemi arasındaki maliyet Çizelge 4.5’de gösterilmiştir. Çizelge 4.5’e göre manüel yöntemle 1 cm kaynak yapmak için 0.3117 TL harcanırken otomatik kaynak makinesi kullanıldığında 0.0252 TL maliyet çıkmaktadır. Bununla birlikte manüel kaynakta oluşan hatalı kaynakları tamir için yine bir santimetre kaynak maliyeti olan 0.3117 TL harcanacaktır. Ancak bu maliyet otomatik kaynak makinesi kullanımında 0.0252 olmaktadır.
Çizelge 4.5: Maliyet Karşılaştırması Özet Çizelgesi Manüel Kaynak Otomatik Kaynak Makinesi ĐM (TL/cm) 0,162 0,0061 BTM (TL/cm) 0,093 0,011 KGM (TL/cm) 0,0567 0,0081 HKOM (TL/cm) 0,3117 0.0252
31
5. TASARIM KRĐTERLERĐ ve HESAPLAMALAR
5.1 Tasarım Kriterleri
5.1.1 Kaynak yapılacak yer, kaynak konumu ve kaynak edilecek parça seçimi Bu projede 6 inçlik ASME SA335 GrP11 düşük alaşımlı karbon çeliğinden yapılmış boruya sahada kaynak yapılacaktır. Borunun et kalınlığı 7.62 mm dir. Kaynak için boruya Şekil 5.1’deki gibi kaynak ağzı açılacaktır. Yapılacak kaynak kök paso kaynağı olduğu için kaynak işlemi sırasında kaynak ağzının ilk 2 mm lik kısmı doldurulacaktır. Şekil 5.1’de görüldüğü üzere ilk 2 mm lik kısım dikdörtgen olarak alınabilir. Bu durumda kaynak kesit alanı aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
A=2×2 =4 mm2
Şekil 5.1: V Tipi Kaynak Ağzı 5.1.2 Akım üreteci
Bu projede rafineride kullanılan Kemppi marka MasterTig MLS™ 2300 AC-DC model akım üreteci kullanılacaktır. Bu makine yüksek verimlilik gerektiren boru kök pasoları ve dolgu pasoları için uygundur. Küçük ve hafif olması (15 kg), tek faz ile çalışması (230V) ve uzun şebeke kabloları ile jeneratör dalgalanmalarını tolere edebilme özelikleri sayesinde sahada kaynak yapmaya uygun kaynak üretecidir. Otomatik kaynak makinelerinde yüksek hızlara çıkıldığından dolayı yüksek eritme
32
güçlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ancak akımın artırılmasıyla olabilmektedir. Seçilen akım üreteci 230 A akım verebilmektedir. Bu akım değerlerinde otomatik olarak kaynak torcunun su soğutmalı seçilmesi gerekmektedir. Bu yüzden seçilen akım üretecinde harici bir de soğutma ünitesi bulunmaktadır. Çizelge 5.1’de cihaza ait teknik özellikler bulunmaktadır.
Çizelge 5.1: Güç Kaynağı Teknik Özellikleri TEKNĐK ÖZELLĐKLER
MasterTig MLS™ 2300 ACDC
Şebeke Gerilimi 230 Vac ± %15 50/60 Hz
Nominal Güç TIG max. 6.7kVA (180 A/17.2 V)
MMA max. 7.0 kVA (140 A/25.6 V)
Bağlantı Kablosu/Sigorta 3 x 25 mm² - 3 m / 16 A gecikmeli
Yük Kapasitesi 40 oC % 40 TĐG 5.7 kVA / 230 A
% 60 TĐG 4.8 kVA / 200 A % 100 TĐG 3.9 kVA / 170 A % 40 MMA 6.0 kVA / 120 A % 60 MMA 4.8 kVA / 120 A % 100 MMA 3.7 kVA / 120 A Kaynak Aralığı TĐG 3 A / 10 V...230 A / 19,2 V MMA 10 A / 20.5 V...180 A /27.2 V
Açık Devre Voltajı 58 V DC
Maksimum Akımda Güç Oranı 0.99 Örtülü Elektrodlar MMA ø 1.5...4.0 mm Dış Boyutlar L x W x H 430 x 180 x 390 mm Ağırlık 15 kg
Soğutma Ünitesi Mastercool 20
Bağlantı Gerilimi 230 V -%15...+%20
Bağlantı Kapasitesi 50 W
Soğutma Gücü %100
DKO
1.0 kW
Maksimum Basınç 4,0 bar
Tavsiye Edilen Soğutma Sıvısı
%20-%40 etanol/su
Tank Hacmi 3 I
33 5.1.3 Kaynak torcu ve bağlantı paketi
Otomatik boru kaynak makinesi ile yüksek ilerleme hızlarının yakalanabilmesi için yüksek eritme gücüne ihtiyaç duyulmaktadır. Yüksek eritme gücü demek yüksek akım anlamına gelmektedir. Yüksek akımlarda torç çok fazla ısınmakta bu yüzden hava ile soğutulması mümkün olmamaktadır. Bu nedenlerden dolayı sistemin tasarımında WP18 su soğutmalı torç kullanılacaktır. Torç 8 metrelik bağlantı paketine sahiptir. Bu sayede akım kabloları ve soğutma suyu düzenli bir şekilde torca aktarılmış olacaktır.
Şekil 5.2: Kaynak Torcu 5.1.4 Kaynak dolgu malzemesi
Boru malzemesi ASME SA335 GrP11 düşük alaşımlı karbon çeliği olduğundan buna uygun AWS 5.28 Class ER90S-B9 / ASME SFA 5.28 ER90S-B9 kodlu besleme teli kullanılacaktır. Besleme teline ait özellikler Çizelge 5.2’de gösterilmiştir. Uygulamalarda 1.6mm çapında besleme teli kullanılacaktır.
Çizelge 5.2: Dolgu Teli Özellikleri Tavsiye Edilen Kaynak Parametreleri
Yöntem Besleme Teli Çapı Akım Gerilim Gaz
GTAW (TIG) 1.2 mm 50-120 7 – 13 Argon 1.6 mm 120-200 10 – 16 Argon 2.4 mm 150-220 12 – 18 Argon Đlerleme Hızı 8-15 in./dakika
34 5.2 Kaynak Parametreleri Seçimi
5.2.1 Kaynak öncesi saptanan parametreler 5.2.1.1 Erimeyen elektrod türü
TĐG kaynağında genel olarak üç çeşit erimeyen elektrod kullanılır. Bunlar saf tungsten elektrodlar, toryum oksit ve zirkonyum oksit alaşımlı elektrodlardır. Saf tungsten elektrodlar düşük akım taşıma kapasiteleri, kirlenmeye olan eğilimleri ve kalıntı bırakmalarından dolayı boru kök paso kaynak işlemlerinde tercih edilmezler. Zirkonyum oksit alaşımlı elektrodlar ise daha çok reaktör parçalarının kaynağında kullanılır. Bu elektrodlar kaynak banyosunu diğer üç elektroda göre daha az kirletirler ancak fiyatları oldukça pahalıdır. Tasarımı yapılacak otomatik kaynak makinesinde tutuşma özellikleri, dayanma süresi ve akım taşıma kapasitesi gayet iyi olan % 3 ThO2 katkılı (ISO 6848 kodu WT30) erimeyen elektrod kullanılacaktır. 5.2.1.2 Erimeyen elektrod çapı
Elektrodun yüklenebileceği maksimum akım değeri, elektrodun çapına, akım formuna, kutuplamaya azda olsa torcun soğutulması şartlarına bağlıdır. Otomatik kaynak makinesi ile yüksek hızlarda kaynak yapmak istediğimizden dolayı akım üreteci % 40 yükte 230 A doğru akım verecek şekilde seçilmiştir. Elektrod çapı Çizelge 5.3’ deki akım değerlerine ulaşılabilmesi için doğru akımda Elektrod negatif kutuplama ile 2.4 mm olarak belirlenir.
5.2.1.3 Akım ve kutuplama şekli
Alüminyum, magnezyum ve bunların alaşımları gibi yüzeyinde yüksek sıcaklıkta eriyen oksit tabakası bulunan malzemelerde ve bronzlarda alternatif akım kullanılır. Bizim kaynak yapacağımız malzeme düşük alaşımlı karbon çeliği olduğundan kullanılacak akım şekli doğru akımdır. Ayrıca doğru akımda istenilen eritme güçlerine çıkılabilmesi için yüksek akımlarda çalışılması gerekmektedir. Bu durumda Çizelge 5.3’de de görüldüğü gibi elektrod negatif (-), parça pozitif (+) olacak şekilde bir kutuplama yapılacaktır.
5.2.1.4 Koruyucu gaz türü
Otomatik kaynak makinesi ile borularda kök kaynağı yapma işlemi sırasında kaynak banyosunun oksitlenmelere karşı korunabilmesi için koruyucu gazın belirlenmesi
35
gerekmektedir. Çizelge 5.4 ve 5.5’de seçimin neye göre yapılacağı gösterilmektedir. Đlk Çizelgeda malzemeye göre gaz seçimi gösterilmektedir. Kaynak yapılacak boru ASME SA335 GrP11, Çizelge 5.4’e göre yapı çeliği sınıfına girmektedir. Bu durumda seçilebilecek tek koruyucu gaz Argon görünmektedir. Argon gazı Çizelge 5.5’e göre özelliklerini incelendiğinde, tutuşma, ark kararlılığı ve dikiş genişliği açısından çok iyi sonuçlar verdiği görülmektedir. Nüfuziyet ve kaynak hızı gibi parametrelerde çok iyi olamamakla beraber ortalamanın üstü değerlere sahiptir.
Çizelge 5.3: Tungsten Elektrodların Akım Yüklenebilme Özellikleri Akım Yüklenebilme
Kabiliyeti
Akım Türü Kutuplama/Akım Formu
yüksek doğru akım elektrod(-)
son derece düşük doğru akım elektrod(+)
düşük alternatif akım sinüs formunda
Ф (mm) Doğru Akım Alternatif Akım
Oksit Katkılı Tungsten Elektrodlar
Elektrod (-) kutupda Elektrod (+) kutupda Saf tungsten Oksit katkılı W 1 < 80 < 30 30…50 1.6 60…150 < 20 30…70 50…90 2.4 130…240 < 30 50…110 80…140 3.2 220…330 20…50 100…170 140…190 4 300...480 40…70 160…200 180…250 4.8 400…550 60…90 180…280 200...350
Çizelge 5.4: Çeşitli Uygulama Alanları için Koruyucu Gazlar
Uygulama/Koruyucu Gaz Yapı Çelikleri Alaşımlı Paslanmaz Çelikler Alüminyum, Alüminyum Alaşımları Bakır, Bakır Alaşımları Nikel, Nikel Alaşımları Argon x x x x x Argon/ Hidrojen Karışımları x x Helyum x x Helyum/ Argon Karışımı 25/75 x x Helyum/ Argon Karışımı 50/50 x x Akım Türü/ Kutuplama (=) (-) (=) (-) (~) (=) (-) (=) (-) (=) (-)
