Sürtünme Kaynağının Uygulamaları ve Sınırları. Sürtünme Karıştırma Kaynağı. Sürtünme Karıştırma Kaynağı. Sürtünme Karıştırma Kaynağı

(1)

EUT 231 Üretim Yöntemleri –Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Sürtünme Kaynağının Uygulamaları ve Sınırları

 Uygulamaları:

 Şaft ve borusal parçalar

 Endüstriler: otomotiv, uçak, ziraat makinaları, petrol ve doğal gaz

 Sınırları:

 Parçalardan en az biri dönel olmalıdır

 Yığma çapağı genellikle uzaklaştırılır

 Yığma, parça boylarını kısaltır (tasarım aşamasında dikkate alınması gerekir)

105 EUT 231 Üretim Yöntemleri –Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Sürtünme Karıştırma Kaynağı

UT 231 Üretim Yöntemleri –Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Sürtünme Karıştırma Kaynağı

Bağlantı Tipleri

(2)

Farklı Metallerin Sürtünme Karıştırma Kaynağı ile Birleştirilmesi

Farklı metallerin kaynağı

Çeşitli Sürtünme Karıştırma Kaynağı Uygulama Alanları

Mazda Otomotiv

Ultrasonik Kaynak (Ultrasonic Welding = USW)

İki parçanın birarada tutulduğu ve birleştirmek üzere arayüzeye ultrasonik frekansta titreşimsel kayma gerilmeleri uygulandığı katı hal kaynak yöntemi

 Titreşim hareketi, teması sağlamak üzere yüzeylerde mevcut tabakaları kırar ve metalurjik bağ oluşturur

 Yüzeyler ısınmasına rağmen sıcaklıklar T_m’nin çok altındadır

 İlave metal, dekapan veya koruyucu gaz kullanılmaz

 Genellikle alüminyum ve bakır gibi yumuşak metallerin bindirme tipi bağlantısıyla sınırlıdır

Şekil 31.29 - Ultrasonik kaynak (USW):

(a) Bir bindirme bağlantı için genel ekipman; ve (b) kaynak bölgesinin yakından görünüşü

Kütle

Ultrasonik transdüser

Kaynak yapılacak parçalar

Örs Örs

Sonotrod ucu

Aşağıya doğru kuvvet

Titreşim hareketi Sonotrod ucu

107

Yöntemleri –Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Ultrasonik Kaynağın Uygulamaları

 Elektrik ve elektronik endüstrisi için tel terminalleri ve bağlantıları (lehimlemeye ihtiyacı ortadan kaldırır)

 Alüminyum saç metal panellerin birleştirilmesi

 Güneş panellerinde boruların saçlara kaynağı

 Otomotiv endüstrisinde küçük parçaların birleştirilmesi

Kaynak Kalitesi

Yeterli dayanımda ve hata içermeyen, kabul edilebilir bir kaynaklı bağlantı elde edilmesiyle ve bağlantının kalitesini ispat etmesi için kullanılan muayene ve test yöntemleriyle ilgilidir

 Konu başlıkları:

 Artık gerilmeler ve distorsiyon

 Kaynak hataları

 Muayene ve test yöntemleri

(3)

Artık Gerilmeler ve Distorsiyon

 Eritme kaynağı sırasında yerel bölgelerde hızlı ısıtma ve soğuma, kaynaklı parçada artık gerilmelere neden olan ısıl genleşme ve büzülmelere yol açar

 Bu gerilmeler sırasıyla distorsiyon ve çarpılmalara neden olur

 Kaynak sırasındaki durum karmaşıktır zira:

Isıtma çok yereldir

Bu bölgelerde esas metallerde erime olur

Isıtma ve erimenin konumu hareket halindedir (en azından ark kaynağında)

Kaynaktan sonra Kaynaktan önce Kaynak dikişi

Kaynak çubuğu

Boylamasına gerilme dağılımı Enine gerilme dağılımı

Şekil 31.30 – (a) Alın kaynaklı iki levha; (b) kaynaklı parçada enine büzülme;

(c) enine ve boyuna gerilme dağılımı; (d) kaynaklı parçadaki muhtemel çarpılma

(a) (b)

(c) (d)

111

Distorsiyonu En Aza İndirme Teknikleri

 Parçaları kaynak sırasında fiziksel olarak sınırlayan Kaynak Fikstürleri

 Distorsiyonu azaltmak üzere ısıyı hızlı uzaklaştıran Isı Emiciler

 Sürekli dikiş kaynağından önce rijit bir yapı

oluşturmak üzere bağlantı boyunca pek çok noktadan puntalama

 Kaynak koşullarının, ondülasyonu azaltacak şekilde seçilmesi (hız, kullanılan ilave metal, vs.)

 Isıl gerilmeleri azaltmak için esas metallerin Ön Tavlanması

 Kaynaklı parçanın Uygun Tasarımı

Kaynak Hataları

 Çatlaklar

 Boşluklar

 Katı kalıntılar

 Düzgün olmayan şekil veya kabul edilemez dış görünüş

 Yetersiz erime

 Diğer hatalar

113

Kaynak Çatlakları

Kaynak dikişinde veya kaynağa bitişik esas metalde, ayrılma türü süreksizlikler

 Metalde dayanımı önemli oranda düşüren bir süreksizlik olduğundan, ciddi hata

 Büzülme sırasında yüksek sınırlama ile birleşik, kaynağın gevrekliği veya düşük sünekliği nedeniyle oluşur

 Genel olarak bu hatanın tamir edilmesi gerekir

114 UT 231 Üretim Yöntemleri –Doç.Dr. Murat VURAL (İTÜ Makina Fakültesi)

Şekil 31.31 - Kaynak çatlaklarının değişik şekilleri

Enine çatlak

Boyuna çatlak Esas metal çatlağı Dikişaltı çatlağı

115

(4)

Boşluklar

Dökümdeki hatalara benzer iki hata türü:

1. Gözenek – kaynak metalinin katılaşması sırasında sıkışan gazların oluşturduğu küçük boşluklar

• Atmosferik gazlar, kaynak metalindeki kükürt veya yüzey kirlilikleri neden olur

2. Büzülme boşlukları – katılaşma sırasındaki büzülmenin oluşturduğu boşluklar

Katı Kalıntılar

 Katı kalıntılar – kaynak metalinde sıkışmış metal dışı malzemeler

 En yaygın türü, dekapan kullanılan ark kaynak yöntemlerinde oluşan curuf kalıntılarıdır

Katılaşma sırasında, kaynak metalinin yüzeyinde yüzmek yerine dikişin içinde sıkışırlar

 Kalıntıların diğer şekli, normal halde Al₂O3yüzey kaplamasına sahip alüminyum gibi belirli metallerin kaynağında oluşan metal oksitlerdir

117

Yetersiz Erime

 Erime azlığı olarak da bilinen, erimenin bağlantının tüm kesitinde oluşmadığı bir kaynak dikişidir

Şekil 31.32 - Yetersiz erimenin değişik şekilleri

Yetersiz erime

Ark Kaynağında Kaynak Profili

Kaynaklı bağlantı, dayanımı en yüksek değere çıkarmak ve yetersiz erime veya nüfuziyet azlığından kaçınmak için istenen belirli bir profile sahip olmalıdır

Şekil 31.33 - (a) Tek V-ağızlı kaynak bağlantısı için istenen dikiş profili

Düzgün profil

119

Şekil 31.33 - Farklı kaynak hataları içeren aynı bağlantı: (b) esas metalin bir kısmının eriyerek uzaklaştığı yanma oluğu; (c) dikişin seviyesinin, bitişiğindeki esas metal yüzeyinin altında olduğu eksik dolgu; and (d) kaynak metalinin bağlantıdan esas metal yüzeyine

Ark Kaynağındaki Kaynak Hataları

Yanma oluğu Eksik dolgu Soğuk yapışma

Muayene ve Test Yöntemleri

 Gözle Muayene

 Tahribatsız Değerlendirme (Nondestructive Evaluation)

 Tahribatlı Test

(5)

Gözle Muayene

En yaygın kullanılan kaynak muayene yöntemi

 İnsan denetçi, kaynaklı bağlantıyı aşağıdakiler açısından gözle muayene eder

 Boyutsal özelliklere uygunluk

Ondülasyon

Çatlaklar, boşluklar, yetersiz erime ve diğer yüzey hataları

 Sınırlamalar:

Sadece yüzey hataları tespit edilebilir

İç hatalar tespit edilemez

Kaynak denetçisi, ilave testlere gerek olup olmadığını saptamalıdır

Gözle Muayenede Tespitler

 Dikiş boyut hataları

 Dış görünüş hataları

 Kırma testi ile dikiş kesitindeki hatalar

Boyut kontrolu

Kırma testi

Curuf kalıntısı Başlangıç

yeri

Aşırı kök sarkıklığı

Yanma oluğu

123

Şekil 31.34 – Kaynakta kullanılan mekanik testler: (a) ark kaynaklı parçanın çekme testi; içköşe kırma testi; (c) nokta kaynaklı parçanın çekme-makaslama testi; (d) nokta kaynağı için sıyırma (tear-down) testi

İçköşe kaynağı

Orijinal durum Nokta kaynağı

Sıkıştırma kuvveti Nokta kaynak çekirdeği Sıyırma kuvveti

Tahribatsız Değerlendirme Testleri (Non-Destructive Evaluation = NDE)

 Ultrasonik test– yüksek frekanslı ses dalgaları numuneye yönlendirilir, böylece süreksizlikler (çatlaklar, kalıntılar), ses iletimindeki kayıplarla tespit edilir

 Radyografik test– muhtemel iç hataların fotografik filmini elde etmek için x-ışınları veya gama radyasyonu

 Sıvı penetran ve fluoresan penetran testleri– yüzeye açılan çatlak veya boşluk gibi küçük hataların tespit yöntemleri

 Manyetik parçacık testi– (ferromanyetik malzemeler) parçadaki manyetik alanın bozulması sayesinde, yüzey altı hataları ortaya çıkaracak şekilde demir tozunun kümelenmesi

125

Tahribatsız Deneyler (Non-Destructive Testing = NDT)

Radyografik test Ultrasonik test

Manyetik parçacık testi Sıvı penetran testi

Tahribatlı Deneyler

Kaynağın, ya deney sırasında ya da deney numunesi hazırlarken tahrip edildiği deneyler

 Mekanik deneyler– amaç, çekme deneyi, kesme deneyi vs. gibi geleneksel deneylerle aynıdır

 Fark, deney numunesinin kaynaklı bağlantı içermesidir

 Metalurjik deneyler, metalik yapının, hataların, ITAB’ın genişliğinin ve özelliklerinin ve benzer noktaların incelenmesi için kaynağın metalurjik numunelerinin (örn.

fotomikrografi) hazırlanmasını içerir

127

(6)

Tahribatlı Deneyler - Örnekler

Çekme deney Eğme deneyi Çentik vurma deneyi

Kaynak Kabiliyeti

Bir metal veya metaller kombinasyonunun, uygun şekilde tasarlanmış bir yapı haline kaynak edilmesi ve sonuçta oluşturulan kaynaklı bağlantı(lar)ın, planlanan serviste tatminkar şekilde hizmet etmesi için gerekli metalurjik özelliklere sahip olma kapasitesi

 İyi kaynak kabiliyeti aşağıdaki noktalarla karakterize edilir:

Kaynak yönteminin uygulanma kolaylığı

Kaynak hatalarının olmaması

Kaynaklı bağlantıda kabul edilebilir dayanım, süneklik ve tokluk

129

Kaynak Kabiliyeti Faktörleri – Kaynak Yöntemi

 Bazı metaller veya metal kombinasyonları, bir yöntemle kolayca kaynak edilebilirken diğerleriyle zor kaynak yapılır

Örnek: paslanmaz çelik, çoğu ark ve direnç kaynak yöntemleriyle kolayca kaynak edilebilir ancak oksi-asetilen kaynak yöntemiyle kaynağı zordur

Kaynak Kabiliyetini Etkileyen Faktörler – Esas Metalin Özellikleri

 Erime sıcaklığı, ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme katsayısı

Bazı metaller kolayca erir; örn., alüminyum

Yüksek ısıl iletkenliğe sahip metaller, ısıyı kaynak dikişinden uzağa hızla ileterek problem oluşturur örn. bakır

Metaldeki yüksek genleşme ve büzülmeler, kaynaklı yapıda distorsiyon problemlerine neden olur

Farklı metaller, eğer fiziksel ve mekanik özellikleri çok farklıysa problem çıkarırlar

131

Kaynak Kabiliyetini Etkileyen Diğer Faktörler

 İlave metal

 Esas metal(ler)le uyumlu olmalıdır

 Genel olarak, sıvı halde bir katı çözelti oluşturan elementler, katılaşma sonrasında bir problem oluşturmazlar

 Yüzey koşulları

 Nem, erime bölgesinde gözeneğe yol açar

 Metal yüzeyindeki oksitler ve diğer katı filmler, yeterli teması ve erimeyi engelleyebilir

Kaynakta Tasarım Koşulları

 Kaynağa uygun tasarım - ürün, başlangıcından itibaren, bir kaynaklı yapı olarak tasarlanmalı ve döküm, dövme veya diğer şekillendirilmiş form olarak düşünülmemelidir

 Minimum parça sayısı - kaynaklı yapılar, mümkün olan en az sayıda parçadan oluşturulmalıdır

 Örnek: bir yapıyı basit eğme işlemleriyle oluşturmak, düz levha ve saçlardan kaynakla oluşturmaya göre daha pahalıya malolur

(7)

Ark Kaynağı Tasarım Kılavuzları

 Parçaların birbirine iyi uyumu – boyutsal kontrolu sağlamak ve distorsiyonu en aza indirmek için

Bazen tatminkar uyumu sağlamak için talaşlı işleme gerekebilir

 Yapı, kaynak tabancasının kaynak yapılacak bölgeye ulaşabileceği şekilde tasarlanmış olmalıdır

 Yapının tasarımı, en hızlı ve enuygun kaynak pozisyonu olduğundan, mümkün olduğu kadar yatay kaynakyapılacak şekilde tasarlanmalıdır

Şekil 31.35 - Kaynak pozisyonları (burada alın kaynağı için tanımlanmışlardır): (a) yatay (PA), (b) korniş (ufki) (PC), (c)

dikey (PF ve PG), ve (d) tavan (PE)

Ark Kaynak Pozisyonları

• Yatay kaynak en iyi pozisyondur

• Tavan kaynağı en zor olandır

135

Direnç Nokta Kaynağı Tasarım Kılavuzları

 3,2 mm kalınlığa kadar düşük karbonlu saç, direnç nokta kaynağına uygundur

 Büyük düz saç metallerde ilave dayanım ve rijitlik elde etmek için :

Üzerine takviye parçaları eklemek, veya

Üzerinde flanş ve çıkıntılar oluşturmak gerekir

 Nokta kaynaklı yapılar, elektrodun kaynak bölgesine ulaşmasını sağlamalıdır

 Direnç nokta kaynağında elektrod ucunun uygun teması için saç metallerde yeterli bindirme boyu oluşturulması gerekir.

136