TOZALTI KAYNAĞI
Tozaltı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen elektrod (veya elektrodlar) ile iş parçası arasında oluşan ark (veya arklar) sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemidir.
Ark bölgesi, kaynak tozu tabakası ile, kaynak metali ve kaynağa yakın ana metal de ergiyen kaynak tozu (cüruf) ve kaynak dikişi tarafından korunur.
Tozaltı kaynağı, yüksek ergitme gücü ve yüksek kaliteli kaynaklı bağlantılar sağladığından, kaynaklı imalat yapan işletmelerde uygulanır.
Günümüzde ergitme kaynak yöntemleri arasındaki uygulama oranı % 5-6 arasındadır.
Tozaltı Ark Kaynağı Uygulamaları
Kaynak pozisyonu yatay olmalıdır; böylece eğer parça döndürülebilirse, borular, silindirik depolama tankları, vs. kaynak yapılabilir. Böylece;
spiral boru üretimi, gemi inşa sanayi,
kazan imalatı gibi kalın kesitli konstrüksiyon elemanlarının kaynağında ve LPG tüp imalatında,
iş makinelerinin aşınan parçalarında ve merdane dolgularında kullanılır.
Yüksek verim ve kaynak hızı aranan kalın sacların kaynağında tozaltı kaynak tekniği tercih edilir. (Demir dışı metallere uygun değildir)
1. Yöntemin Prensibi
Arkı koruyan toz halindeki bir dekapan ile sürekli, ergiyen çıplak tel elektrod kullanır.
• Tel elektrod, bir makaradan otomatik olarak beslenir.
• Bir huniden yerçekimi etkisiyle arkın önüne yavaşça beslenen toz dekapan, sıçramaları, kıvılcımları ve radyasyonu önleyecek şekilde arkı tamamen örter.
Tozaltı kaynağında ark, ergiyen bir elektrod ile parça arasında gözle görülmeyecek şekilde yanar. Ark ve kaynak bölgesi, bir toz yığını altında bulunur.
Tozaltı kaynağında elektrik, arktan ve ergimiş metal ile ergimiş cüruftan oluşan kaynak banyosundan geçer.
Ark, ya esas metale temas yoluyla ya da yüksek gerilim darbeleriyle tutuşturulur ve aynı anda hem esas metali, hem elektrodu, hem de çevresindeki kaynak tozunu ergitir ve kaynak ağzını dolduran kaynak banyosunu oluşturur.
Ergiyen kaynak tozundan oluşan kaynak gazları, basınçları nedeniyle arkın çevresinde bir boşluk oluşturur. Tel bu boşlukta ergir ve damlalar halinde kaynak metaline geçer.
Kaynak banyosu, atmosferin etkilerinden, tozun oluşturduğu cüruf tarafından korunur. Şekil 31, tozaltı kaynağının prensip şemasını vermektedir. Bir tel makarasından sağlanan tel elektrod, toz yığınının içine girer.
Şekil 31. Tek telli tozaltı kaynağının prensibi
Tozun ergiyen kısmı, ark ilerledikçe kaynak banyosunun hemen arkasında katılaşarak cüruf oluşturur. Ergimeyen toz kütlesi, belirli bir mesafe geriden kaynak kafasını takip eden bir emici hortum tarafından emilerek toz haznesine geri doldurulur.
Şekil 32. Tozaltı kaynak donanımı.
Tozaltı kaynak kafası denilen,
toz hunisi, nozul, tel ilerletme mekanizması ve ayar kumanda grubu,
özel raylar veya palet üzerinde hareket eden bir arabaya monte edilmiştir;
arabanın hızı kaynak işlemi boyunca sabit tutulur.
Hızın sabit olmaması durumunda, dikiş homojen olmaz ve çoğu durumda kaynak hataları meydana gelir.
Çünkü akım şiddeti, ark gerilimi, toz miktarı ve kaynak hızı birer bağımsız parametre değildir. Bunlar birbirlerine bağlıdır, iyi bir dikiş bunların birlikte ayarlanması ile elde edilir.
Uygulama Örnekleri:
Tozaltı kaynağı otomatik bir kaynak yöntemidir.
Bazı tozaltı kaynak uygulamalarında ergime gücünü arttırmak için, iki veya daha fazla elektrod aynı anda kaynak ağzına sürülebilir.
Elektrodların, kaynak banyosuna sürülmesi yan yana (twin arc) veya
kaynak banyolarının birbirinden bağımsız katılaşmasını sağlayacak kadar uzaklıkta arka arkaya şeklinde olup,
yüksek kaynak hızı ve yüksek metal yığma hızına ulaşılabilir.
Şekil 32'de ise bir tozaltı kaynak donanımı gösterilmiştir.
2. Tozaltı Kaynağının Uygulama Türleri
Tozaltı kaynağı genellikle tam mekanize şekilde uygulanır. Tam mekanize kaynakta kaynak kafasının veya parçanın hareket düzeneği çok önemlidir.
Şekil 33'de tozaltı kaynağının uygulama türleri verilmiştir.
Şekil 33. Tozaltı kaynağının uygulama türleri
3. Kaynak Telleri
Tozaltı kaynak telleri esas olarak Mn içeriklerine göre gruplandırılır. Ancak başka alaşım elemanları da içerebilirler.
Çapları 1,2 mm'den 8 mm’ye kadardır. En yaygın kullanılanları 2,5; 3; 4 ve 5 mm’dir.
Alaşımsız çeliklerin ve ince taneli çeliklerin kaynağında kullanılan dolu teller EN 756'da standartlaştırılmıştır.
Tozaltı kaynağında özlü teller ve bant elektrodlar da kullanılmaktadır.
Özlü teller genellikle düşük alaşımlı metal tozları içerir.
Bant elektrodlar ise kaplama amacıyla kullanılır.
4. Kaynak Tozları
Tozaltı kaynak yönteminde kullanılan kaynak tozları,
örtülü elektrodlardaki örtünün görevini üstlenir ve ayrıca kaynak işlemine fiziksel metalürjik etkide bulunur.
Fiziksel olarak oluşan cüruf,
kaynak banyosunu havanın kötü etkilerine karşı korur, dikişe uygun bir form (görünüş) verir ve
kaynak dikişinin yavaş soğumasını sağlayarak sıcak ve soğuk çatlakların oluşmasını önler.
Metalürjik olarak,
yanma kayıplarını telafi ederek,
ana metal ile kaynak metalinin homojen bir yapıda olmasını sağlar.
Alaşımlı çelikleri kaynak yaparken kullanılan kaynak tozlarında, kaynak metalinin kimyasal kompozisyonunu dengeleyen alaşım elementleri bulunabilir.
DIN 32522 ve EN 760'da tozaltı kaynağında kullanılan (alaşımsız, az alaşımlı ve yüksek alaşımlı çelikler için) kaynak tozlarını çeşitli bakımlardan sınıflandırılmış ve standartlaştırılmıştır.
İyi bir kaynak tozu aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır.
- Kaynak işlemi sırasında arkın kararlılığını sağlamalıdır.
- Kaynak banyosunu ve esas metali havanın zararlı etkilerine karşı korumalıdır.
- İstenen kimyasal bileşim ve mekanik özelliklere sahip bir kaynak dikişi vermelidir.
- Parçadan ısının dışa yayılmasını yavaşlatmalıdır.
- Çeşitli kaynak hatalarının oluşmasına neden olabilecek organik maddeleri içermemelidir.
- Kaynak sırasında katı, sıvı ve gaz fazları arasındaki bütün reaksiyonları kaynak metali katılaşıncaya kadar geçecek kısa süre içinde oluşmasını sağlamalıdır.
Bu standartlara (EN 760) göre tozlar türlerine göre 5, mineral yapılarına göre 10 gruba ayrılmıştır. Tablo 5'de kaynak tozlarının görevleri verilmiştir.
Tablo 5. Kaynak tozlarının görevleri
Arkın iletkenliğinin iyileştirilmesi ve bu sayede - daha iyi tutuşma
- daha kararlı ark Cüruf oluşturarak - ark haznesi oluşturma
- damlaların ve kaynak banyosunun atmosferden korunması - kaynak metalini metalürjik olarak etkileme
- banyoya form verme
-dikişin hızlı soğumasını engelleme
Deoksidasyon ve alaşımlama etkileri için - cüruf oksitleri içerme (metal-cüruf reaksiyonları) - ferroalaşımlar içerme (sadece aglomere tozlarda)
Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak tozları, ergitme, sinterleme veya aglomerasyon yöntemiyle üretilen mineral karışımlarıdır.
Ergimiş tozlarda, herbir bileşen karıştırıldıktan sonra ark ocağında veya kupol ocağında birlikte ergitilir.
Katılaştıktan sonra kırılır ve istenen tane büyüklüğüne elenir.
Bileşimi ve soğuma hızı, ergimiş tozların amorf veya kristalin olmasını etkiler.
Üretimi sırasında yüksek sıcaklığa maruz kaldıklarından, ergimiş tozlarda metal bileşen bulunmaz.
Kaynak tozlarının büyük kısmını (SiO2) teşkil eder. Tozların bileşiminde bulunan diğer önemli bir madde de (MnO) dir. (MnO) bilhassa erimiş tozlarda dikişin emniyeti bakımından önemli bir rol oynar, genel olarak tozun terkibindeki (MnO) miktarı yükseldikçe, akım yüklenebilme kabiliyeti de azalır. Mesela manganezi gayet az fakat silisyum miktarı yüksek tozlar kire ve pasa karşı çok hassastır.
Bunun için kaynak yapılacak ağızların gayet iyi bir şekilde temizlenmesi icap eder. Diğer taraftan yüksek manganezli tozlar pas ve kire karşı pek hassas değildir.
Kaynak tozlarını terkiplerine göre tablo 4'deki gruplara ayırmak mümkündür.
Tozaltı kaynağında manganezin yanında silisyum da önemli bir metalürjik tesire sahiptir.
Silisyum kaynak esnasında kaynak banyosunu deokside eder. Böylece dikişin gözeneksiz olmasını sağlar ve ayrıca gazı alınmış bir kaynak banyosunu meydana getirdiğinden fosfor ve kükürt segrasyonu da azalır.
Kaynak esnasında silisyumun redüksiyonu tozdaki miktarına bağlıdır. Tozdaki (Si02) miktarı artınca kaynak dikişinin de silisyum miktarı yükselir. Aglomere tozlarda bu husus ferrosilisyumla ayarlanır. Diğer taraftan büyük tesir icra eder. İlave kaynak metalinin (tel ve toz) seçiminde daima kaynak yerindeki manganezin silisyuma nispetinin asgari 2:1 olmasına dikkat edilmelidir. Bu nispet 3:1'e kadar da çıkabilir.
Arktaki reaksiyonlar büyük çapta çalışma tekniğiyle ilgilidir. Akım şiddeti, ark gerilimi, kaynak hızı, tel çapı ve kaynak ağzı açısı gibi önemli faktörler, manganez ve silisyumun tozdan kaynak yerine geçişine belirli sınırlar dâhilinde tesir eder. Alaşım elementlerinin cins ve yoğunluğu, ilk planda toz, tel ve esas metalin kimyasal bileşimiyle ilgilidir.
Kimyasal reaksiyonları en fazla etkileyen faktörler ise akım şiddeti, ark gerilimi ve kaynak hızıdır.
Akım şiddeti yükseldikçe manganez ve silisyumun yanma nispeti artar; diğer taraftan kısa ark boyu ile kaynak yapıldığında, uzun ark boyuna nazaran daha az toz cüruf haline geçer ve dolayısıyla kaynak banyosu daha az alaşımlanır.
5. Yöntemin Uygulanışı
Tozaltı kaynağı donanımının ayarlanmasında iki ayar düzeneği gerekir. Bunlar kullanılan akım üretecinin karakteristik formuna göre belirlenir.
Sabit gerilimli kaynak akım üreteçlerinde,
akım şiddeti, tel ilerleme hızı tarafından ayarlanır, ark gerilimi ise seçilen karakteristik eğrisine bağlıdır.
Nüfuziyet derinliği her şeyden önce ayarlanan akım şiddetine bağlıdır. Akım şiddetinin ayarı, parça kalınlığına ve kaynak ağzı şekline göre seçilir.
Tozaltı kaynağında kaynak banyosunun emniyeti için çeşitli altlıklar kullanılır. Şekil 33'de en çok kullanılan altlıklar gösterilmiştir.
Şekil 33. Tozaltı kaynağında kullanılan altlık düzenleri
6. Tozaltı Kaynağında Karşılaşılan Kaynak Hataları
Tozaltı kaynağında kaynak banyosu hacmi büyük ve katılaşma hızı yavaş olduğundan, diğer kaynak yöntemlerine göre gaz ve cüruf kalıntısı olasılığı daha düşüktür.
Yüksek karbonlu çeliklerin kaynağında CO gözeneği olasılığı vardır (Şekil 34).
Şekil 34. Tozaltı kaynak dikişlerinde görülen tipik hatalar.
Katılaşma çatlakları (lunker ve sıcak çatlak), özellikle dar ve derin kaynak dikişlerinde ortaya çıkar.
Bu tip hatalar, uygun kaynak ağız formu ve doğru kaynak parametreleriyle önlenebilir.
Bunun için dikişin form faktörü (dikişin genişliğinin dikiş derinliğine oran) 1'i geçmemelidir.
ÖZET olarak yöntemin Avantajları :
1. Düz ve silindirik parçaların kaynağında, her kalınlık ve boyuttaki boruların kaynaklarında ve sert dolgu kaynaklarında kullanılabilen yüksek kaynak hızına ve yüksek metal yığma hızına sahip bir yöntemdir.
2. Hatasız ve yüksek mekanik dayanımlı kaynak dikişleri verir.
3. Kaynak esnasında sıçrama olmaz ve ark ışınları görünmez bu nedenle kaynak operatörü için gereken koruma daha azdır.
4. Diğer yöntemlere göre farklı kaynak ağzı açılarını kaynak yapmak mümkündür.
5. Tozaltı kaynağı kapalı ve açık alanlarda uygulanabilir.
Dezavantajları:
1. Tozaltı kaynak tozları havadan nem almaya eğilimlidir, bu da kaynakta gözeneğe neden olur.
2. Yüksek kalitede kaynaklar elde edebilmek için ana metal düz, düzgün olmalı, ana metal yüzeyinde yağ, pas ve diğer kirlilikler olmamalıdır.
3. Cüruf kaynak dikişi üzerinden temizlenmelidir, bu bazı uygulamalarda zor bir işlem olabilir. Çok pasolu kaynaklarda, kaynak dikişine cüruf kalıntısı olmaması için cüruf her paso sonrası temizlenmelidir.
4. Tozaltı kaynağı 5 mm’den ince malzemelerde yanma yapabileceği için genellikle uygun değildir.
5. Yöntem özel bazı uygulamalar hariç, düz, yatay pozisyondaki alın kaynakları ve köşe kaynakları için uygundur.
6. Her metal ve alaşım için uygulanabilen bir yöntem değildir.
Kaynaklar:
1. http--www.mkn.itu.edu.tr-~vuralmu-
2. http:/www.gedikwelding.com/TR/pdf/library_6.pd 3. http:/www.gedinkwelding.com/TR/pdf/libary_9.pdf 4. http://kutuphane.uludag.edu.tr
5. http://tigris.marin.ntnu.no/byggeteknikk/start/technology/Welding/WeldingMetho ds/
