1

T.C.

SÜLEYMAN DEMĐREL ÜNĐVERSĐTESĐ SENĐRKENT MESLEK YÜKSEKOKULU

MAKĐNA – RESĐM – KONSTRÜKSĐYON BÖLÜMÜ

BĐTĐRME ÖDEVĐ

LASER VE PLAZMA KAYNAĞI VE UYGULAMALARI

YÖNETEN Mak. Yük. Müh. H. C. BAYRAKLI

HAZIRLAYANLAR D. GÜNAY 0009 D. ÖZKAN 0010 S. ŞENTÜRK 0035

ISPARTA – 2001

i

ÖNSÖZ

Bitirme ödevi projemizde kaynak yöntemlerinden lazer ve plazma Kaynağı ve

uygulamaların anlatmaya çalıştık. Projeyi hazırlarken S. ANIK’ın “Plazma Tekniği ve 1000

Soruda Kaynak Yöntemleri” adlı kitaplarından yararlandık. Bu çalışmamızın bizden sonraki

arkadaşlarımıza faydalı olmasını dileriz.

Çalışmalarımız sırasında bize yardımlarını esirgemeyen sayın hocamız; Makine

Yüksek Mühendisi H. C. BAYRAKLI’ya teşekkürlerimizi sunarız.

D. GÜNAY

S. ŞENTÜRK

D. ÖZKAN

ii

ĐÇĐNDEKĐLER

ÖNSÖZ ........................................................................................................................................ i ĐÇĐNDEKĐLER ........................................................................................................................... ii ŞEKĐLLER LĐSTESĐ ................................................................................................................. iii 1. LAZER VE PLAZMA KAYNAĞI TEKNĐKLERĐ ............................................................... 1

1.1. Birleştirme Tekniklerinin Gelişimi ................................................................................. 1 1.2. Kaynak Hakkında Genel Bilgiler .................................................................................... 3 1.3. Işınla Kaynak ................................................................................................................ 4

1.3.1 Delik açma ................................................................................................................. 5 1.3.2. Plazma-Ark sistemleri ............................................................................................. 7

1.3.3. Elektron ışını ile kaynak ........................................................................................... 8 1.3.3.1 Elektron tabancası ........................................................................................... 9 1.3.3.2 Vakum odası .................................................................................................. 10 1.3.3.3. Bağlantının hareket ettirilmesi ..................................................................... 11 1.3.3.4. Uygulamalar ................................................................................................. 11

1.3.4 Lazer sistemleri ....................................................................................................... 13 1.3.4.1. Lazer kaynağı ................................................................................................ 16

2. PLAZMA KAYNAĞI .......................................................................................................... 26 3. YÜKSEK GÜÇ PLAZMA BĐRLEŞTĐRME KAYNAĞI .................................................... 36

3.1. Prensibi .......................................................................................................................... 36 3.2. Özellikleri ..................................................................................................................... 38 3.3. Kullanım Alanları .......................................................................................................... 40

4. MĐKROPLAZMA KAYNAĞI ............................................................................................ 41 4.1. Prensibi .......................................................................................................................... 41 4.2. Özellikleri ...................................................................................................................... 41 4.3. Kullanım Alanları .......................................................................................................... 42

5. PLAZMA DOLGU KAYNAĞI ........................................................................................... 42 5.1. Prensibi .......................................................................................................................... 42 5.2. Özellikleri ..................................................................................................................... 43 5.3. Kullanım Alanları ......................................................................................................... 44

6. SONUÇ ............................................................................................................................... 45

iii

ŞEKĐLLER LĐSTESĐ

Şekil 1.1. Cıvata bağlantılı kaynaklı kiriş .................................................................................. 2 Şekil 1.2. Delik Açmanın Prensipleri ........................................................................................ 5 Şekil 1.3. Elektron Işını Đle Kaynağın Enine Kesiti. .................................................................. 6 Şekil 1.4. Plazma-Ark Kaynağı .................................................................................................. 8 Şekil 1.5. Bir Elektron Işını Đte Kaynak Makinasının Temel Elemanları .................................. 9 Şekil 1.6. Kaynak için kullanılan elektron ışını tabancasının temel elemanları ........................ 9 Şekil 1.7. Talaş kaldırarak işlenmiş pompa elem. elektron ışını ile kaynağa ait bir örnek. ..... 12 Şekil 1.8. Büyük bir elektron ışını ile kaynak odası. ................................................................ 13 Şekil 1.9. Lazer Kaynağı .......................................................................................................... 14 Şekil 1.10. Bir YAĞ Lazerinin Prensibi. ................................................................................. 15 Şekil 1.11. Bir CO2 Lazerinin Diyagramı ............................................................................... 16 Şekil 1.12. 10 mm kalınlığında bir çelikte tipik bir lazer kaynağı profili. .............................. 17 Şekil 1.13. Lazer Kaynağı Đçin Tel Besleme Cihazı ............................................................... 17 Şekil 1.14. Đki Pasolu Lazer Kaynağının Makro Kesiti............................................................ 18 Şekil 1.15. Laser’in Çalışma Prensibi ...................................................................................... 20 Şekil 1.16. Katı Hal Laserinin Prensibi .................................................................................... 21 Şekil 1.17. CO2 Laserinin Prensibi........................................................................................... 22 Şekil 2.1. Plazma Kaynağında Prensip Ve Dikiş Formu .......................................................... 26 Şekil 2.2. TIG-WIG ve Plazma Arkındaki Sıcaklık Profili ...................................................... 28 Şekil 2.3. TIG-WIG ve Plazmada Sıcaklık Dağılımı ............................................................... 31 Şekil 2.4. Akış Delikli Plazma Kaynağının Şematik Gösterilişi .............................................. 32 Şekil 2.5. Plazma – Toz – Doldurma Yöntemi ........................................................................ 33 Şekil 3.1. Yüksek güç plazma birleştirme kaynağı prensibi ve karşılaştırılması. .................... 37 Şekil 3.2. Üz Gazlı Plazma Kaynağı Üfleci Prensip Şeması ................................................... 37 Şekil 3.3. Bazı Gazlara Ait Sıcaklığa Bağlı Olarak Isı Yoğunluğu ......................................... 38 Şekil 3.4. Yüksek Güçlü Plazma Üfleçlerinde Memenin Radyal Soğutulma Seması ............. 39 Şekil 3.5 Plazma kaynağının Güç Yönünde Alternatifleri Đle Karşılaştırılması ..................... 40 Şekil 4.1. mikroplazma kaynağı prensip şeması ...................................................................... 41

1

1. LAZER VE PLAZMA KAYNAĞI TEKNĐKLERĐ

1.1. Birleştirme Tekniklerinin Gelişimi

Metaller insanlar tarafından binlerce yıldan beri kullanılmakla birlikte, ilk yararlı metalin

nasıl üretildiğini kimse kesin olarak bilmemektedir. Meteoritlerle yer yüzeyine gelen metal

parçacıklarının yararlı özelliklere sahip olduğunun keşfedilmiş olması mümkündür. Bakır içeren

minerallerin bulunduğu bir yörede yaşayan insanların bilmeden bu filizleri kamp ateşinde

ısıtmış olması ihtimali daha da fazladır. Uygun şartlar altında, bu olay çekiçle

şekillendirilebilen ve saf olmayan bakır parçacıklarının üretimine neden olmuş olabilir.

Orijinleri ne olursa olsun, metallerin erken çağlarda kullanılmış olduğu bakır alaşımından

(bronz) yapılmış aletlerin ortaya çıkartılması ile kanıtlanmıştır. Đlkel yerleşim merkezlerinden

baltalar, mızrak uçlan ve süs eşyaları çıkartılmış ve arkeologlar bunların şimdi bronz çağı olarak

adlandırdığımız dönemde üretilip kullanıldığını göstermişlerdir.

Bronz, bakır ve kalay alaşımı olup bu alaşımın özelliklerinden biri de, iyi bk kesici uç

oluşturabilecek tarzda şekillendirilebilmesidir. Bu özellik, çakmak taşından baltalar ve

mızraklarla avlanmak zorunda kalan geç taş devri avcılarına çok çekici gelmiş olabilir.

Bronzun ev aletlerinin yapımında da kullanılması, özellikle ahşaba dayalı inşaat

tekniklerinde gelişmeler olduğu anlamına da gelmektedir.

O zaman mevcut olan tekniklerle tamamen bronzdan yapılmış büyük parçaların

üretimi mümkün olmadığından, yeni bulunan bu metalin kullanım alanları sınırlıydı. Balta ve

mızrak saplan kullanım bakımından ahşap gibi esnek bk malzeme gerektirdiğinden, bu durum

balta ve mızrak yapımına bk engel teşkil etmiyordu. Baş kısmın sapa birleştirilmesinde

kullanılan ve o zamanın ihtiyaçlarına cevap veren çeşitli yöntemler bulunmuştu. Metalin metale

uygun bk şekilde birleştirilme yöntemi ise henüz bulunmamıştı. Milâttan önce 1400 yıllarında

Suriyeliler'in bulduğu söylenen demirci kaynağındaki gelişmeler bk yana bırakılırsa, küçük

metal parçacıkların birleştirilerek daha büyük ve daha karmaşık parçalan üretmedeki

yetersizlik, mühendislikteki gelişmeyi 19.cu yüzyılın başlarına kadar engellemiştir. Đtiraf

etmek gerekli ki döküm teknikleri çanların ve toplamı üretiminde olduğu gibi son haddine

kadar kullanıldı. Ancak elde edilen metal gevrektir ve mukavemeti demircinin çekici

altındaki dövme parçaların mukavemetine nazaran çok daha düşüktü. Ancak dövme parçalar

da küçük boyutlarda üretilebiliyordu ve bu nedenle de birleştirilmelerine ihtiyaç vardı.

Gelişmelerin çoğu askeri gereksinimlerden doğmuştur.

2

Buna en güzel örnek şövalye zırhlarının perçinlenmesidir. Bu sayede zırhtaki hasara

uğramış zırh parçalarının değiştirilebilmesi sağlanmıştır. Cıvatalama, perçinleme, lehimleme ve

son olarak da kaynak gibi birleştirme tekniklerinin ticari boyutlarda ortaya çıkışı ancak

makinaya bağlı endüstriyel devrimin gerçekleşmesiyle mümkün olmuştur.

Bugün çok sayıda kullanılabilir birleştirme tekniği vardır ve günümüzdeki sorun

birleştirmenin nasıl yapılacağı değil, en iyi birleştirme yönteminin nasıl seçileceğidir. Bronz

çağı insanı birleştirme yöntemi olarak sadece kama kullanma veya deri şeritle bağlama

arasında seçim yapmak zorunda iken, günümüzde bk tasarım mühendisi, aynı derecede uygun

dört veya beş değişik birleştirme tekniğinin olduğu durumlarla kolaylıkla karşılaşabilir. Her

yöntemin kendine has özellikleri vardır ve en uygun seçim için bir çok hususun

değerlendirilmesi gerekir. Mukavemet, üretim kolaylığı, maliyet, ömür, korozyon

dayanımı ve görünüş gibi faktörlerin göreceli önemi büyük ölçüde gözönüne alınan

uygulamaya bağlıdır.

Bir köprü tasarımcısı, köprü platformunda hareket eden vasıtaların oluşturduğu

değişken yükleri taşıyacak levhaları birbirine birleştirecek yöntemler arar. Birleştirme

işlemlerini mümkün olduğu kadar çabuk yapmak her ne kadar arzulanır ise de, bu her

uygulama için birinci derecede öneme haiz bir husus değildir. Gerçekte bazı

bağlantıların yerinde yapılması zorunlu bir faktör olarak karşımıza çıkabilir. Bu

nedenden dolayı köşe kaynağı kirişlerin atölyedeki imalatında sıkça kullanılırken; bu

kirişlerle ilgili kritik bağlantılar, daha iyi bir kalite kontrolü ve zor yerlerde çalışma

kolaylığı sağlamak gibi yararlarından ötürü yerinde yapılan cıvata bağlantısı ile

gerçekleştirilir (Şekil l.1).

Yerinde yapılan Atölyede yapılan civata bağlantısı kaynaklar

Şekil 1.1. Cıvata bağlantılı kaynaklı kiriş

3

Buna karşılık, köprüden geçen otomobillerin imalatçısı ise üretim hatunda

kullanılabilmeye uygun güvenirlilik, tekrarlanabilirlik ile birlikte yüksek üretim hızına

sahip birleştirme tekniklerini araştırır. Genellikle büyük iş gücü gerektiğinden bu

yöntemler mümkün olduğunca yan kalifiye operatörler tarafından uygulanmaya müsait

olmalıdır. Bu ise, üretim düzeninin kurulması, kontrolü veya izlenmesi için uzman

personel gerektirir.

1.2. Kaynak Hakkında Genel Bilgiler

Kaynak, çözülemeyen bağlama elemanlarındandır. Đki veya daha fazla

malzemeleri birleşme belgelerine ısı veya basınç veya her ikisini birden kullanarak,

bir ilave kaynak malzemesi kullanarak veya kullanmadan çözülmez bir bütün

halinde birleştirmektir.

Zamanımızda kaynak bağlantıları çelik kirişler, tank, kazan, dökme ve dövme

makinalarında perçinin verini almış, çatlak ve kırılmalarda, tamir maksadıyla çok

taraflı yama yapılmasında, aşınmış yerlerin doldurulmasında, takviye ve dolgu

kaynağı olarak kullanılmaktadır. Ayrıca kaynak bağlantıların ayrılmasında,

delinmesinde, kesilmesinde ve şekillendirilmesinde de kullanılmaktadır.

Kaynağın uygulandığı malzemeler metal, plastik, cam ve bakalit malzemeler

gibi farklı özellikte elan her türlü malzemeye uygulanabilir, teknikte en çok

uygulandığı malzemeler çelik, çelik döküm, pik, karbon alaşımlı çelikler, Alimünyum

ve alaşımları, Magnezyum alaşımları, Nikel, Çinko, Kurşun malzemelerin bağlanması

gibi metal malzemelerin yanında, termoplastik Malzemelerde de geniş bir uygulama

alanına sahiptir.

Kaynak bağlantısı perçine nazaran %20 hafif ve daha mukavemetlidir.

Kaynağın yapılması, ballanacak parçalar ergime sıcaklığına kadar ısıtılır ve

iki malzeme birbirine ya doğrudan yada ara dolgu malzemesiyle kaynatılır. Dikkat

edilecek en önemli nokta bağlantı yapılacak malzemelerin ve dolgu maddesinin özel-

liklerinin aynı veya bir birine çok yakın olması mukavemeti artırmaktadır.

4

Kullanılan Kaynak Metodları;

1. Ateş kaynağı,

2. Gaz ergitme kaynağı,

3. Elektrik Ark kaynağı,

4. Elektrik direnç kaynağı,

5. Al+Demiroksit altında termik kaynak ,

6. Koruyucu gaz altında kaynak,

7. Laser Kaynağı,

8. Plazma Kaynağı.

Kaynak Dikiş Şekilleri;

1. Alın kaynağı dikişleri,

2. Köşe kaynağı dikişleri.

Kaynak Kalitesine Etki Eden Faktörler;

1. Malzeme,

2. malzemenin hazırlanması,

3. Kaynak yapım şekli,

4. Kaynak dolgu malzemesi seçimi,

5. kaynak işçisinin ustalığı,

6. Kontrol.

Kaynağın kalitesini bu faktörler belirler. 6 özelliğin arandığı kaynak 1. sınıf, ilk beş

özelliğin arandığı kaynak 2. sınıf, bu özelliklerin aranmadığı kaynak ise 3. sınıf kaynaktır.

1.3. Işınla Kaynak

Ark eritme kaynağında yüzeyde kaynak banyosunun genişliği genellikle 5 ilâ 10 mm

arasındadır. Bu ise arkta elde edilen ısının gerilime, akım şiddetine ve kaynak hızına bağlı olarak

40 ilâ 180 mm2'lik bir alan aralığında dağıldığı anlamına gelir. Isı bağlantıya doğru aktıkça,

kaynak banyosu karakteristik fincan tabağı şeklindeki profilini alır. Kaynak dikişinin

oluşturulmasında kökten farklı diğer bir yaklaşım, daha modem bir grup işlemin kullanılmasıdır.

Bunlardan en önemli üçü: Plazma ark, elektron ışını ve lazer kaynak yöntemleridir. Bunların

her birinde erime ve bağlantı oluşumu yüksek enerjili ısıran kullanıldığı "delik açma" denilen

bir teknikle gerçekleştirilir.

5

1.3.1 Delik açma

Delik açmanın nasıl çalıştığını bir metal levhanın yüzeyine doğrultulmuş bir ışını

gözönüne alarak görebiliriz (Şekil 13.1). Işın çok küçük bir çapa sahiptir; bu sayede levha

yüzeyinde l veya 2 mm çapındaki bir nokta üzerine odaklanabilir. Işın aynı zamanda çok yüksek

bir kinetik enerjiye sahiptir ve bir katı cisme çarptığında bu enerjiyi serbest bırakır. Başardı

bir kaynağın gerçekleştirilebilmesi için serbest bırakılması gereken enerji miktarı l O

kW/mm2'ıün üzerinde olmalıdır.

Şekil 1.2. Delik Açmanın Prensipleri

Işının çarpma noktasında metalin sıcaklığı küçük bir alanda hızla yükselir. Metal

erir ve bir kısmı da buharlaşır. Erimiş metal kenarlara doğru itilir ve bir krater oluşarak

daha önce meydana gelmiş olan küçük banyonun dibindeki kati metal ortaya çıkar. Işın

bundan sonra kah haldeki metale çarpar ve böylece biraz daha enerji serbest kalır.

Ortaya çıkan yeni metalde de erime oluşturur; yeni bir krater meydana gelir ve bu

çevrim, ışın tüm levha kalınlığı boyunca nüfuz edinceye kadar devam eder. Bu aşamada

levha kalınlığı boyunca devam eden bir silindirik boşluk veya bir delik oluşur. Bu

deliğin cidarı, ışın ekseninden dışarıya doğru zorlanarak atılmış, erimiş metalle kaplıdır.

6

Bu metal, yüzey gerilimi ve delikte mevcut metal buharının basıncı sayesinde

yerinde kalır.

Böylece ışın, çok az bk enerji kaybıyla, delik boyunca ilerleyerek levhanın diğer

tarafına ulaşır. Bununla beraber, ışını bir tarafa doğru hareket ettirecek olursak, deliğin

cidarına temas eder ve enerjisini salar. Delik geçici olarak uzamış hale gelir. Işının terk

ettiği alandan ısı kaybı olur ve deliğin arka cidarındaki metalin bir kısmı katılaşır. Ön

taraftan eriyen metal, yüzey geriliminin etkisiyle, dairesel kesiti yeniden oluşturmak

üzere deliğin çevresine doğru akar. Işın levha boyunca hareket ederken, bu sıvılaşma ve

katılaşma olayları deliğin şeklini üniform halde tutacak tarzda düzenli olarak ilerler.

Hareketin tamamlanmasından sonra, ışının hareket doğrultusu ve levha kalınlığı

boyunca ince bk döküm metal bandı oluşur.

Tanımlanan bu işlemler dizisine "delik açma" adı verilir. Karşılıklı yüzeyleri

arasında küçük bk aralıktan başka bir şeyi olmayan bir küt alın bağlantısında, bağlantı

çizgisi boyunca ışını hareket ettirerek, delik cidarlarını kaplayan erimiş metal

yardımıyla ara yüzeyde bk köprü oluşturduğundan, “delik açma” kaynağa uygun bk

tekniktir. Diğer eritme kaynağı sistemlerinde olduğu gibi, arka cidardaki erimiş metalin

sürekli katılaşması bağlantının iki elemanını birbirine birleştirir.

Delik açmayla yapılan kaynaklar 20/1 gibi yüksek değerlere ulaşılabilen büyük

derinlik/genişlik oranlan ile karakterize edilirler (Şekil 1.3.).

Şekil 1.3. Elektron Işını Đle Kaynağın Enine Kesiti.

7

Katılaşmanın erime sınırından merkeze doğru geliştiği ve iri tanelerin oluştuğu geleneksel ark

eritme kaynağında, katılaşmada bu kadar yüksek derinlik/genişlik oranında bir kaynak dikişi

oluşturulabilseydi, kaynakta mutlaka çatlama görünürdü. Katılaşma daima erimiş ince metni

tabakalarında oluştuğundan, delik açmayla başarılı sonuçlar elde etmek olanağı vardır. Katılaşmada

küçük taneler oluşur ve kaynak metali yüksek sıcaklıklarda iyi bir mukavemete sahiptir. Katılaşma

kaynak kalınlığı boyunca düşey bir şekilde olmayıp kaynak ilerleme doğrultusunda olduğundan,

kaynak metalindeki çekmenin oluşturduğu boşluğu doldurmak için yeterli sıvı metal takviyesi

sağlama problemi daha kolay çözülür hale gelmiştir.

Delik açma yöntemi iki büyük üstünlük sağlar: Üniform nüfuziyetli kaynaklar

kolaylıkla elde edilir ve kaynağın paralel kenarlı olması, çok az veya hiç distorsiyonsuz üniform bir

"çekme" oluşturur. Delik açma için bir kaç çeşit mümkün enerji kaynağı önerilmiş olmakla birlikte

halen sadece üç sistem kullanılmaktadır: Plazma ark, elektron ışını ve laser.

1.3.2. Plazma-Ark sistemleri

Plazma terimi iyonlaşmış bir gaz kütlesi anlamına gelir. Bir gaz, pozitif iyonlarıyla negatif

yüklü elektronlarına ayrışmaya yeterli yükseklikte bir sıcaklığa ısıtıldığında plazma oluşur. Bu

ayrışmayı oluşturmak için bir enerji gerekir ve kaynakta bu enerji arktan sağlanır. Ark sütununun

merkezindeki gaz, oluşan sıcaklıklarda ayrışır ve plazma yaratır. Bu gaz, ark sütunundan uzağa doğru

akarken nötr atomlar oluşturmak üzere yeniden-birleşir ve bu sırada ortama ısı enerjisi salar.

TIĞ kaynağında kullanılan tungsten arklarında elde edilen sıcaklıklar 11.000 0C

mertebesindedir. Ark sütunu çan şeklindedir (Şekil 1.3.3) ve gaz koruması atanda serbestçe

hareket edebilir. Ark, su soğutmalı bir bakır meme tarafından sanlı ise daralır ve ark sütunundaki

sıcaklık 20.000 °C civarına yükselir.

Plazma daralmış ark boyunca harekete zorlanırsa, alışılagelmiş kaynak arklarından elde

edilebilenden çok daha yüksek sıcaklıklara yükselir. Bu nedenle plazma gazı hızla genleşir

ve daralmış meme ağandan sıcaklığı yüksek bir gaz jeti olarak çıkar. Diğer bir deyimle, delik

açma için gerekli olan yüksek enerjili bir çeşit ışın elde edilmiş olur.

Bunu kullanarak 3-15 mm kalınlıktaki malzemelerdesin kaynağını 100 - 300A akım

şiddetiyle bir pasoda gerçekleştirmek olanaklıdır. Hızlar TIĞ kaynağında benzer

bağlantılarda gerçekleştirilen hızlardan % 40 ilâ % 80 arasında daha yüksektir.

8

Bu yöntem, uygulama aralığı sınırlı olduğundan geniş ölçüde kullanılmamaktadır.

Ancak, delik açmaya özgü çok iyi nüfuziyetli dikiş profillerinin üstünlüğünden yararlanan boru

kaynağı teknikleri geliştirilmiştir.

Tungsten elektrot (negatif)

Ark sütunu memedeki Delikte daralır. Sığ geniş Kaynak banyosu Derin dar

deliği

Geleneksel Ark plazma (veya daraltılmış) TIĞ kaynağı

Şekil 1.4. Plazma-Ark Kaynağı

Plazma-ark kaynağının mikro-plazma kaynağı olarak bilinen düşük akünü bir

çeşidinin başarılı bir şekilde kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu sistem 0,1 - 10 A

arasındaki akım değerlerinde çalışmakta ve plazma ark kaynağında gerekli olandan çok daha

basit bir meme kullanılmaktadır. Mikro-plazma kaynağı düşük akımlarda kararlı bir çalışma

olanağı sağladığından, özellikle l mm'den ince metallerin kaynağında çok kullanışlıdır. TIĞ

kaynağında bunu gerçekleştirmek güçtür. Kaynak dikişleri küçük olup alışılmış ark

kaynaklarında elde edilenlere çok benzerdir. Çok ince saçlarda plazma jeti kullanılarak delik

açm'a yönteminin etkin bir şekilde çalışabilmesi olanaklı görülmemektedir.

1.3.3. Elektron ışını ile kaynak

Elektron ışını ile kaynak makinası 3 temel elemana sahiptir (Şekil 1.5):

a) Kontrollü elektron ışını oluşturan bir tabanca,

b) Gerekli pompa ile donatılmış bir vakum odası,

c) Işını bağlantı çizgisi boyunca hareket ettiren veya iş parçasını tabanca alanda hareket

ettiren bir ünite.

9

Şekil 1.5. Bir Elektron Işını Đte Kaynak Makinasının Temel Elemanları

1.3.3.1 Elektron tabancası

Elektron ışını ile kaynaktaki ticari donanımlar içinde çeşitli tipten tabancalar kullanıma

sunulmuştur. Ancak bunların hepsi de televizyon cihazlarında bulunan termoiyonik valfler ve

katot ışını tüplerindeki prensiplere benzer prensiple çalışmaktadır. Elektron membaı, elektron

akışını kontrole yardımcı olan, kap şeklindeki bir elektroda monte edilmiş, ısıtılmış bir tungsten

filamandır (Şekil 1.6).

Şekil 1.6. Kaynak için kullanılan elektron ışını tabancasının temel elemanları

10

Anot, merkezinde delik bulunan bir disk şeklindedir. Bu yöntemde iki gerilim aralığı

kullanılır. Düşük gerilimli sistemlerde anot ile katot arasındaki gerilim farkı 15-30 kV; iken yüksek

gerilimli makinalarda bu fark 70 - 150 kV'tur. Her iki sistem için de çeşitli çalışma üstünlüklerinin

olduğu ileri sürülmüştür; ancak sonuçta elde edilen kaynak dikişleri temelde benzerdir.

Tabancalarda kullanılan gerilim değerlerinde elektronlar katottan, bir kısmının toplandığı

anoda doğru hızlı hareket eder. Diğerleri anodun merkezindeki delikten geçerek kata bir cisimle

karşılaşıncaya kadar hareketlerine devam ederler; karşılaşma sonucunda kinetik enerjileri ısıya

dönüşür.

Anottaki delikten çıkan elektronlar aynı doğrultuda hareket etmezler ve bu nedenle

elektron ışını, tepesi anotta ve tabanı iş parçası üzerinde olan bir koni şeklini almaya çalışır.

Bunun olmasına imkan verilirse elektronlar yüzey üzerinde büyük bir alana yayılır ve delik

açmak için gerekli olan yüksek enerji yoğunluğuna erişme olanağı olmaz. Tabanca bu nedenle,

elektronları ışın eksenine doğru saptıran bir manyetik sargı içerir. Sargıdan geçen akımın ve

sonuçta da manyetik alanın şiddetini kontrol ederek, ışın yaklaşık 0,5 mm çapındaki alana

odaklanabilir.

Böyle küçük çaplarda ışının bağlantıya hassas bir şekilde yönlendirilmesi çok

önemlidir. Bu amaçla vakum odasının cidarlarına gözlem pencereleri yerleştirilebilir. Çok daha

başarılı bir yöntem ise, bir teleskopik oküler ve açılı aynalar kullanarak ışının ekseni doğrultusunda

nişan almaktır.

1.3.3.2 Vakum odası

{Elektronlar havada gönderilecek olursa, hava içinde mevcut oksijen ve azot atomları

ile çarpışmaları nedeniyle enerjilerini yitirirler. Işının herhangi bir mesafe katetmesi için, 10-4 ile

l 0-2 Tor (0,013 ilâ 1,3 N/m2) arasındaki basınçta vakum içinde çalışması |gerekmektedir.

Vakum odası, iş parçası ve tabancayı içine alacak kadar yeterli büyüklükte olmalı ve

personeli radyasyon tehlikesine karşı koruyucu bir şekilde tasarlanmalıdır. Elektron ışını is

parçasının yüzeyine çarptığından, açığa çıkan enerjilerin bir kısmı X ışınlarına dönüşür. X

ışınları çevrede çalışanlara zarar verebileceğinden bu ışınların odadan kaçmalarına izin

verilmemelidir. Bu nedenle odaya kurşun astar uygulayarak ışınların kaçması önlemi.

11

1.3.3.3. Bağlantının hareket ettirilmesi

Bağlantı küçükse, iş parçasını hareket ettirmek yerine ışını hareket ettirerek

kaynak tamamlanabilir. Böyle bir iş için mekanik bir hareket sistemi gerekmediğinden, bu

yöntem bir üstünlüğe sahiptir. Burada ışın, ekseninden manyetik sargılar vasıtasıyla

saptırılabilir. Sargılarda akan akım, ışını önceden planlanmış bir yörüngede hareket edecek

şekilde programlanabilir. Bununla birlikte maksimum saptama göreceli olarak küçüktür ve

uygulamaların çoğunda tabancanın ve is parçasının birbirlerine göre hareket ettirilmesi gerekir.

Genel olarak odanın dışına monte edilmiş bir motor kullanarak iş parçasını hareket

ettirmek daha kolaydır. Hareket dişlileri vakumda çalıştığından normal gres ve yağların

buharlaşması ve odayı kirletmesi nedeniyle, kuru yağlayıcılar kullanılmalıdır.

1.3.3.4. Uygulamalar

Elektron ışını ile kaynak, titan ve zirkon gibi çok reaktif metallerin

birleştirilmesinde özellikle yararlıdır. Bunların kirlenmesi vakum sayesinde engellenir.

Bununla birlikte yöntem bu malzemelerle sınırlı değildir ve bu özel delik açma yönteminin

kendine özgü diğer niteliklerini kullanan birçok uygulama vardır:

a) 75 mrn kalınlığa kadar levhaların alın kaynağının bir pasoda gerçekleşmesini

sağlayan nüfuziyet,

b) Levhanın nötr ekseni etrafındaki üniform çekme ve dar ısı tesiri altındaki

bölgenin çok: az distorsiyon oluşturması nedeniyle elemanların kaynaktan sonra işlenmesine

gerek; olmaması.

c) Vakum sayesinde kaynak metalinden gazların uzaklaştırılması: Örneğin

hidrojen düzeyi, sertleşebilen çeliklerin kaynağını ısı tesiri alandaki bölgede çatlaklar oluşmaksızın

başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilecek, değerlere düşer.

Vakum odalarının yüksek maliyeti, elektron ışını ile kaynağın büyükçe parçalarda

kullanılmasını sınırlar. Bu yöntem, endüstriyel uygulamada, geleneksel eritme kaynağına;

günümüze kadar önemli bir rakip olmamıştır. Ancak özellikle makina imalatında yeni

olanaklara yol açmıştır. Aktarma sistemlerindeki dişli grupları, korozyona dirençli

alaşımlardan yapılmış karmaşık supap düzenekleri ve basınç kapsülleri, işlenme öncesi

şartlarda boyutsal toleranslarda önemli bir kayıp olmaksızın, kaynak edilebilen

elemanlara ait birkaç örnektir.

12

Bu elemanlar, benzer işlerin ark eritme kaynağında yapılması halinde gerek duyulan

kaynak sonrası ısıl işlem ve işleme operasyonlarına gerek olmaksızın kaynak yapılarak

kullanılabilir.

Şekil 13.6'da gösterilen eleman tek parçadan talaş kaldırarak elde edilmesi zor ve pahalı

olan bir tasarıma ait örnektir. Bu tasarım tek bir parça yerine üç parçadan meydana gelecek

şekilde düzenlenirse bu üç parça talaş kaldırma yoluyla elde edildikten sonra birbirlerine elektron

ışını ile kaynatılarak imalat çok daha kolay bir hale getirilebilir. Eleman uygulamaya alınmadan

önce kaynakların dış yüzeylerindeki fazla metalin giderilmesi için çok az miktarda talaş

kaldırmaya ihtiyaç vardır.

→Elektron Işını Đle Kaynak

Şekil 1.7. Talaş kaldırarak işlenmiş pompa elemanından elektron ışını ile kaynağa

ait bir örnek.

Elektronik endüstrisi elektron ışını ile kaynağı yoğun ölçüde kullanmaktadır.

Küçük kaynaklan hassas bir şekilde istenen yerde gerçekleştirebilme kabiliyeti

izolasyon kapsüllerinde önemli bir üstünlüktür. Şüphesiz bir çok uygulamadaki en

önemli husus kullanılan malzemeye sağlanan korumadır: Vakum alanda kaynak yan

iletkenlerin çalışmasını bozabilen oksidasyon riskinin olmayacağı anlamına gelir.

Uygulamanın diğer ucunda, oda ve tabanca tasarımındaki gelişmeler kalın

malzemelerden yapılmış büyük elemanların kaynak edilebilmesini de mümkün

kılmıştır. Şekil 1.7; 75 kW'lık bir tabanca ile çalışan ve 7m x 3.6 m faydalı çalışma

hacmine. sahip bir odayı göstermektedir. Bu odanın basıncı çalışma basıncı olan 5.10-2

Torr'a (7 N/m2) yaklaşık 35 dakikada düşürülmektedir ve burada 150 mm kalınlığa

kadar çelikler kaynak edilebilmektedir. Bu kalınlıkta 3 metre uzunluğunda alın kaynağı

yaklaşık 20 dakikada tamamlanmaktadır.

13

Şekil 1.8. Büyük bir elektron ışını ile kaynak odası.

1.3.4 Lazer sistemleri

Yoğunlaştırılmış ışık ışınlarının ısıtma etkisi çok iyi bilinmektedir. Güneş ışınlarının

büyüteçle bir nokta üzerinde odaklanarak bir kağıdı yakması mümkündür. Bütün ışınlar tek bir

noktaya yönlendirilerek enerji yoğunluğu arttırılır ve kağıt ateşleme sıcaklığına yükselir.

Bu şekilde devreye sokulabilecek enerji miktarı sınırlıdır. Bir parça kağıdı ateşlemek

göreceli olarak kolaydır ancak bir parça çelik üzerindeki etki ihmal edilebilecek

mertebededir. Çelikte ısı hızla etrafa iletilir ve sıcaklık sadece birkaç derece artar.

Görünür ışık farklı dalga boylarda çok sayıda radyasyondan meydana gelmiştir.

Dalgalar tesadüfi doğrultularda hareket eder ve aynı fazda değildirler. Metali eritmek için gerekli

yüksek enerji yoğunluklarına ulaşmadan evvel radyasyonlar bir lazer kullanılarak aynı dalga

boyuna çevrilmeli ve aynı faza getirilmelidir.

Lazer ismi "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" kelimelerinin

baş harflerinden oluşmuştur. Basit bir laserde (Şekil 1.3.8) beyaz ışık darbeleri YAĞ

kristaline yönlendirilir. YAĞ, Ytrium Alüminyum Gamet kelimelerinin baş harflerinden

meydana gelmiştir.

14

Şekil 1.9. Lazer Kaynağı

15

YAĞ kristali enerjiyi absorbe eder ve bunu birkaç mm çapındaki tek dalga boylu

kızılötesi ışık demetine dönüştürür. YAĞ lazerinin çıkışı yüksek ortalama! güçlerde çalışma

yeteneği olmadığından sınırlıdır. Günümüzde kullanılan ticari! ekipmanlar da ortalama güç -

100 "h sınırlanmıştır ve bunlarla l mm'lik kaynak nüfuziyeti elde edilir. Daha fazla

nüfuziyetli kaynakta çok daha yüksek seviyedeki güçlerde (15 k W" a kadar) sürekli çalışma

gerekir.

Kaynakla kullanılan yüksek güçlü ticari lazerlerde YAĞ kristalinin yerine CO2, azot ve

helyum gazlarının karışımıyla doldurulmuş bir tüp almıştır (Şekil 1.3.9). Tüp içine

yerleştirilen elektrodlar arasında oluşan yüksek bir gerilim gazı floresan hale getirir.. Deşarj

içinde yükseltilen kızılötesi ışınlar tüpün sonundaki aynalar tarafından yansıtılır ve hasıl olan

lazer demeti iş parçası üzerindeki bir noktaya odaklanır. CO2 lazerleriyle 20 kV’a kadar çıkış

güçleri elde edilebilmektedir.

Şekil 1.10. Bir YAĞ Lazerinin Prensibi.

16

1.3.4.1. Lazer kaynağı

Birçok açıdan lazer kaynağı elektron ışını ile kaynağa benzerdir. Işın parça yüzeyine

çarptığında kindik enerji salınır ve bir kaynak banyosu oluşur. Düşük güç seviyelerinde kaynak

banyosu fincan tabağı şeklindedir ve bir ark kaynağındakine benzerdir. Elektronik

endüstrisindeki nokta kaynağı için özellikle tellerin düz yüzeylere birleştirilmesinde ve kenar

birleştirilmelerinin sağlamlaştırılmasında düşük güçte lazerler kullanılmaktadır 1.5 kWın

üzerindeki güç seviyelerinde delik açma meydana gelebilir ve kaynaklar elektron ışını ile

kaynakla ortaya çıkana benzer karakteristik bir profil oluşturur (Şekil 1.9). Bu tip kaynaklar

ticari olarak mevcut olan lazerler ile 10 mm kalınlıklara kadar parçalarda gerçekleştirilebilir.

Ancak 6 mm. ‘nin üzerindeki kalınlıklarda hareket hızı l m/dak'nın altına düşürülür ve bu

düşük hızlarda kaynak banyosunda stabilite problemleri ortaya çıkar. Bunu ortadan

kaldırmanın bir yolu, çok pasolu kaynak yapmak ve bu amaçla ikinci paso için dolgu metali sağlayan

bir tel besleme cihazı kullanmaktır (Şekil 1.11).

Şekil 1.11. Bir CO2 Lazerinin Diyagramı

17

Şekil 1.12. 10 mm kalınlığında bir çelikte tipik bir lazer kaynağı profili.

Elektron ışını ile kaynağın tersine lazer ışını havada kolaylıkla hareket ettiğinden bir

vakum odası gerektirmez. Bu önemli bir avantaj olmakla birlikte buradan kaynağın

atmosferik kirlenmeye manız kalacağı anlamı çıkar. Erimiş metal TIĞ kaynağındakine benzer

şekilde bir helyum veya argon gazı ile korunmalıdır (Şekil 1.13.).

Şekil 1.13. Lazer Kaynağı Đçin Tel Besleme Cihazı

18

Şekil 1.14. Đki Pasolu Lazer Kaynağının Makro Kesiti.

Lazer kaynağı endüstride yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Elektronik

endüstrisi bu tekniği geniş ölçüde kullanmaktadır ve nükleer reaktörlerin elemanlarının

başarılı lazer kaynağı örnekleri mevcuttur. Yakın zamanda otomobil ve diğer mutfak

eşyaları üreticileri üretim hatlarına lazerleri de sokmaya başlamışlardır. Otomobil

endüstrisinde lazer kaynağı transmisyon elemanlarının kaynağı için elektron ışını ile

kaynağın yerine kullanılmaktadır: Lazer kaynağında bir vakum odasının olmayışı

kayıp zaman azaltmaktadır. Yakıt enjektörleri ve filtreler gibi küçük üniteler de lazerle

kaynak edilmektedir.

Elektron ışını ile kaynakta olduğu gibi lazer tekniklerinin en çekici tarafları

ısıtma etkilerinin sınırlı oluşudur. Kalbin atış hızını ayarlayan cihazların imalatında

bunu çok iyi görmek mümkündür. Buradaki pil ve elektronik elemanlar çok yüksek

sıcaklıklara çıkarıldıklarında hasara uğrayacaklarından, elemanları ısıtılmış alandan

uzakta tutmak için lehimli muhafazalar gerekli boyutlarından çok daha büyük

boyutlarda yapılırlar. Lazer kaynağında ısının göreceli olarak çok az yayılması

muhafazların boyutlarının, hastanın yararına, önemli ölçüde azaltılabileceği anlamına

gelir.

19

Laser Işını ile Kaynağın Önemi ve Prensibi

Montaj parçalarının sürekli olarak küçülmesi, birleştirme tekniğinin daha küçük

boyut alanlarına yayılmasını gerekli kılmaktadır. Küçük boyutları kapsayan alanda,

klasik kaynak usulleri (elektrik direnç kaynağı müstesna) kullanılamaz. Bu durum;

termokompresyon, ultra-sonik, elektron ışını ve laser ışını ile kaynak gibi yeni

birleştirme usullerinin gelişimini teşvik etmiştir. Bunlardan laser ışını ile kaynak,

aşağıdaki avantajlara sahiptir:

a-) Birkaç mikron mertebesindeki bölgelere odaklanabilme kabiliyeti ve 108 W/cm2'nin

üzerindeki yüksek güç yoğunluğu sebebiyle; tungsten gibi yüksek ergime sıcaklığı

(3400°C) olan metaller kendiliklerinden erirler ve ısıya duyarlı civar bölgeler üzerindeki

etki minimuma iner.

b-) Laser ışını temassız olarak çalışır, yani takım ile iş parçası arasında hiçbir mekanik

kontakt oluşmaz ve iş parkasının istenmeyen alaşımlanması veya distorsiyonu önlenmiş

olur.

c-) Kaynak süresi; iri taneli olma, tekrar kristalleşme ve segregasyon gibi uygun olma-

yan iç yapı değişmelerine engel olacak ve hızlı üretimi sağlayacak kadar kısadır.

d-) Laser ışının üretin; mikroplazma kaynağındaki gibi koruyucu gazların kullanılması-

nı, elektron ışını ile kaynaktaki gibi vakumun sağlanmasını gerektirmez. Bu sebepten

bilhassa seri imalat için, üretim hızı, otomatize edilebilmesi imkanı gibi üstünlükleri

vardır.

Laser adı, "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"

kelimelerinin baş-harflerinden oluşmuştur (Uyarıcı Radyasyon Emisyonu ile Işın

Amplifikasyonu).

Bir cismin (kristal, gaz, sıvı) birden fazla sabit enerji konumu var ise, bu cisme

enerji verilerek veya alınarak bir enerji konumundan diğerine geçilebilir. Bir cisme

dışarıdan enerji verilmesi, elektromanyetik ışınlar olarak veya elektriksel, kimyasal

veya ısı enerjisi şekline olabilir. Cismin enerji seviyesi belirli bir üst eşik değerine

ulaştığında, her laser ortamı için karakteristik olan bir λ dalga boyuna sahip

elektromanyetik ışınlar yayılmaya, yani enerji dışarı verilmeye başlar.

20

Laser sistemini oluşturan elemanlar

Laser sistemi esas olarak, optik resonatör (Laser kafası) ve kumanda düzeni

enerji menbaında meydana gelir. Laser kafasının içerisine sevk edilen enerjinin bir

bölümü, laser aktif madde (ortam) tarafından hacim ve zamana bağlı olarak

elektromagnetık bir ışına çevrilir. Aktif madde katı, sıvı veya gaz şeklinde olabilir. Sıvı

hal laseri, malzeme işlemek üzere şimdiye kadar hiç kullanılmamıştır. Lazerler sürekli

veya darbeli olarak çalışırlar. Farklı laserler, farklı dalga boylarında ışın ortaya

çıkarırlar.

Katı Hal Laserlerinin Yapısı

Bu amaçla kullanılan rubin (yakut) kristali bir AI203 -kalesi ve bu kafes içinde

Al'un yerlerini almış yaklaşık % 0,05 C3+ (aktif) -iyonlarından oluşur. Rubin kristaline

dışarıdan elektromanyetik ışın şeklinde (görünür ışık) enerji sevk edilirse, elektronlar

yüksek ve kararsız bir enerji seviyesine "pompalanır", sonra bu konumdan hızla ve ışın

yaymadan yarı kararlı ikinci bir enerji konumuna düşerler. Laser ortamındaki enerji

dönüşümü, bu yarı kararlı konumdan temel enerji seviyesine inerken gerçekleşir ve

koheran bir ışın açığa çıkar.

Kararsız konum

Metastabil konum

Enerji Enerji yayınımı Temel konum

Şekil 1.15. Laser’in Çalışma Prensibi

Abs

orbs

iyon

21

Şekil 16'da bir katıhal laserinin yapısı görülmektedir. Laser malzemesinin

çevresi helisel bir ışık menbaı ile çevrilmiştir. Burada kullanılan laser malzemesi,

örneğin 5 mm çapındaki bir rubin silindiridir. Uçlardaki birbirine paralel iki yüzeyin biri

yansıtıcı diğeri ise kısmen geçirgen olacak şekilde hazırlanmıştır. Böylece optik bir

rezonatör (titreşen sistem) ortaya çıkar.Rezonatörün içinde bir duran dalga oluşur ve bu

dalga, yeni Cr-iyonların emisyonuna neden olur. Eşik değerine ulaşıldığında yarı

geçirgen yüzeyden bir ışık darbesi çıkar. Böylece dar bir demet halinde çıkan, paralel ve

koheran bir ışık huzmesi elde edilir. (Şekil 16)

Elde edilen ışık huzmesi, bir optik mercek yardımıyla çok küçük bir alana

yoğunlaştırılarak enerji menbaı olarak kullanılır, işlenecek parça ötelenerek veya

döndürülerek, ışık huzmesi arzulanan kaynak pozisyonuna getirilir.

Rubin laserinin verimi % 0,1'dir. Kaynak işleri için YAG-Laseri (Yitrium

Alüminyum Granat) daha uygundur. Bu laserin verimi % ü,2-3 arasındadır. Katıhal

laserleri darbeli olarak Çalışır.

YAG-Laserinin teknik özellikleri:

- Darbe enerjisi 0,3... 103 J

- Darbe frekansı 5.104 Hz’e kadar

- Darbe süresi 10-5 ... 3 msan

- Dalga boyu 1,06 mm

- Verim %0,2 ...3

Şekil 1.16. Katı Hal Laserinin Prensibi

22

Gaz Laserlerinin (Co2 Laseri) Yapısı

CO2 Laseri kaynak ve kesme yöntemlerinde yaygın olarak kullanılır (Şekil 17).

Bura optik resonatör Laser kafası), içinden CO2, N2 ve ve He gazlarının karışımı geçen

bir borudur. Laser ortamının basıncı yaklaşık 40 mbar’dır. 8 kV’luk bir doğru gerilim

uygulayarak elektrik boşalmaları sağlanır. Laser sadece 200 0C’nin altında verimli

çalıştığı için, elektrik boşalmaları sırasında oluşan ısı uzaklaştırılmalıdır. Işık çıkaran

elektriksel boşalmalar ile CO2 uyarılır. Bu düzende elde edilen laser ışınının gücü, birim

rezonatör uzunluğu için 700 W/m’dir. Çok uzun rezonatörlere gitmeden yüksek ışın

güçleri elde etmek için boru katlanabilir.

Şekil 1.17. CO2 Laserinin Prensibi

Daha yüksek laser güçleri için bir Transversal (Enine)-Laser'den yararlanılabilir.

Burada laser gazı rezonatörün içinden enlemesine geçmektedir.

CO2 - laserınin teknik özellikleri:

-Işın gücü 10... 2K104W

- Dalga boyu 10,6 mm

-Verim % 5... 20

23

Laser Işını ile Kaynak Yapımı

Laser ışını ila kaynak, bir eritme kaynağıdır. Güç yoğunluğu, malzeme kuvvetle

buharlaşmadan eriyecek şekilde ayarlanmalıdır. Teorik olarak ilave metal kullanılmadan

kaynak yapıldığı için, parçalar birbirlerine tam olarak yaklaştırmalıdır. Ağızlar

arasında», açıklığın miktarı, erimiş banyo (genişliğinin 1,'5'i kadar olmalıdır. Erimiş

banyo genişliği ise, 100 mikron civarındadır. Laser kaynağı, aşağıdaki üstünlüklere

sahiptir:

a. Enerji şevkini ve zamana bağlı kumandanın basitliği sebebiyle, hemen hemen

bütün malzemeler birbiriyle kaynak edilebilirler.

b. Đyi bir şekilde otomatize edilebilir.

c. Đş parçasının üzerine, hiçbir kuvvetin tesiri yoktur.

d. Atmosferde çalışma imkanı vardır.

e. Hiçbir takım aşınması yoktur.

f. Büyük çalışma aralıkları imkan vardır.

g. Isının tesiri altındaki bölgeler dardır.

h. Zor ulaşılan yerlerde kaynak yapma imkanı vardır.

CO2 - Laseri Đle Kaynağın Prensipleri

Eritme kaynağında CO2 - Laser ışını ile kaynağın uygulanma sınırları, bazı

kaynak usulleriyle beraber mukayeseli olarak Şekil 243 de verilmiştir. Şimdiye kadar

yapılan uygulamalarda CO2 - Laser ışını kaynağı, 3 mm'nin altındaki kalınlıklarda

bulun;,,! levhaların alın kaynağında kullanılmıştır. Bu uygulamalarda, küçük termik

zorlamaların meydana gelmesi laser ışını ile kaynağın avantajıdır. Fakat ağızların hassas

olarak hazırlanması ve çok konsantre edilmiş ışın gönderilmesi gerekil. Optimum güçler

şekil 244'de gön emektedir. Laser gücünün artmasıyla, nüfuziyet derinliği artmaktadır.

24

Şekil 1.18. CO2 – Laser Işını Đle Kaynağın Uygulama Alanı Sınırları

Şekil 1.19. CO2 – Laseri Đle Optimum kaynak Đçin Gerekli Minimum Güç

Katı Hal Laseri Đle Kaynağın Prensipleri

Katı hal laseri, mm ölçülerindeki, hassas ve mikrokaynaklar için kullanılır.

a-) 0,1 ila 1,0 mm ölçülerindeki, hassas ve mikro kaynaklar için,

b-) Alın, T ve bindirme birleştirmelerinde temassız nokta ve dikiş kaynaklarında,

c-) Kaynak kabiliydi çok düşük malzemelerin kaynağında,

d-) Tamamen işlenmiş hassas parçaların kaynak işlemlerinde,

25

e-) Çok farklı kalırlıklardaki levhaların birleştirilmelerinde,

f-) Zor ulaşılan yerlerdeki kaynaklar için,

g-) Birçok noktanın aynı anda kaynağı için,

Laser Işını Đle Kaynağın Uygulama Alanları

Yüksek hassasiyette monte edilmiş yapı gruplarında; elektrik, mağnetik ve

mekanik özellikler bozulmadan laser ışını ile kaynak mümkündür. Laser kaynağının

uygulamaları, aşağıdaki tabloda görülmektedir.

Tablo 1-Laser Kaynağının Uygulama Alanları

UYGULAMA Malzeme veya Malzeme Kombinasyonları

Genel Elektroteknik

Aşırı sıcaklık şalterinde kontakt Ölçme cihazları için spiral yayların nokta kaynağı Eksenet bağlantı bir daldırma termometrenin termo modeli Bağlama teli helezoni rezistansın nokta kaynağı Bağlama teli elektrik fişinin kontakt yayı Küçük çıkıntıların (soğutma kanatçıkları, elektronik çevre elemanlarının bağlantı çıkıntıları) Ana malzemeye bağlantı noktaları Teyp temas parçalarının birleştirilmesi. Taşıyıcı malzeme üzerindeki ikili altın kapılı kontaktların nokta kaynağı Ampul endüstrisinde ince tellerin alın kaynağı Televizyon tüpü parçalarının nokta kaynağı Termo elemanlarda nokta kaynağı

Bimetal/yay bronzu, çelik veya pirinç/ Yay bronzu veya termobimetal Termo bimetal/çelik veya yeni gümüş Çelik/krom - nikel çeliği Yay bronzu/pirinç Alüminyum Konstarıtap Duraterm/altın kaplama çelik j Tungsten (Wolfram) Nikel alaşımı Nikel/konstantan

Elektroteknik Kılıf içindeki yarı iletkene zarar vermeden diodların nokta kaynağı Fişlerin bir solar (güneş) hücresi ile kontaktı

Gümüş/gümüş

Saatçılık Oynak yayın makara üzerine nokta kaynağı

Bronç/pirinç Paslanmaz çelik/demir-nikel alaşımı

Cihaz tekniği tıp Nükleer teknolojide kovanların sızdırmaz dikiş kaynağı. Kalp pili kılıfının dikiş kaynağı. Cam imalatında kıvrık dikiş kaynağı Dişçilik takımlarının imali.

Krom-nikel çeliği Krom-nikel çeliği Krom-nikel çeliği

26

2. PLAZMA KAYNAĞI

Genelde tüm elektrik ark kaynağı yöntemlerinde plazma mevcuttur ve bunlar

plazma kaynağıdır. Ancak plazmanın özelliklerinden tam yararlanılarak yapılan kaynak

plazma kaynağıdır.

Plazma Yöntemlerinin Sınıflandırılması

Plazma yöntemleri, başlıca birleştirme, doldurma ve kesme plazma yöntemleri

olarak gruplandırılır.

Birleştirme Doldurma Kesme

Mikro plazma kaynağı

Plazma kaynağı

Akış delikli plazma kaynağı

Plazma kutup kaynağı

Alternatif akımla plaz. kay.

Plazma MIG kaynağı

Plazma toz doldurma kaynağı

Plazma sıcak tel dold. Kay.

Plazma MIG doldurma kay.

Plazma püskürtme

Ar. H2, N2 plazma kesme

Havalı plazma ile kesme

Su altında plazma ile kesme

Plazma arkının başlıca özellikleri

. Plazma arkı, şerbetçe yanan bir arktan farklı olarak, çok iyi bir şekilde su ile soğutulan

bir bakır memenin içinde daralan bir arktır. Ark genellikle erimeyen bir elektrod ile

parça arasında yanar. Plazma mermisi akımsızdır. Meme deliğinin içenden, ark içinde

yüksek sıcaklığa erişen, soy bir gaz (genellikle argon) akar. Plazma memesinin şekli ve

plazma miktarı sayesinde ark, değişik kaynak işleri için geniş sınırlar içinde optimize

edilebilir (Şekil 2.1).

Şekil 2.1. Plazma Kaynağında Prensip Ve Dikiş Formu

27

Tablo 2. Yöntemlerin Kısa Tanıtımı

Yöntem Uygulama Akım Şiddeti Malzeme Notlar

Mikro plazma yöntemleri

Folyelerin, sacların, boruların, tellerin vs. birleştirilmesi; kalınlık 0,1 – 1 mm.

0,2 – 20 A Doğru akım Elektrod (-) kutup

CrNi Çelikleri Ni alaşımları sakinleştirilmiş yapı çelikleri özel malzemeler

Elle ve makinize kaynak, ince parçalarda çok itinalı bağlama tertibatları gerekir çoğunlukta ilave metal kullanılmaz.

Plazma birleştirme kaynağı

3mm’ye kadar parçaların birleştirilmesi

20 ile 200 A doğru akım elektrod (-) kutup

Yukarıdaki gibi Đlave metali veya metalsiz, elle ve mekanize kaynak mümkün

Akış delikli Plazma kaynağı

3-9 mm kalınlıklarda sac ve boruların birleştirilmesi

100 ila 300 A Doğru veya alternatif

Yukarıdaki gibi Sadece mekanize kaynak yapılabilir. Akış deliği etkisiyle ilave metalle veya metalsiz, iyi kök oluşumu, iyi ağız hazırlığı

Al – esaslı malzemelerin plazma kaynağı

0,5 ila 10 mm’lik parçaların birleştirilmesi

20 ila 200 A Doru akım elektrod (+) kutupta veya alternatif akım

Al ve Al alaşımları Normal plazma ve akış delikli teknik mümkün

Plazma MIG 3 ila 10 mm’lik parçaların birleştirilmesi

3-300 A toplam akım

Esas olarak Al ve Al alaşımları

Sadece mekanize kaynakta yüksek verim elde edilebilir.

Plazma- sıcak tel doldurma kaynağı

Korozyona ve aşınmaya dayanıklı tabakaların büyük yüzeyli doldurulması

Plazma 450 A sıcaklık 150-400 A

Cr-Ni çelikleri, yapı çelikleri, Cu, Cu alaşımları, Ni, Ni alaşımları, özel malzemeler sert dolgular

Esas olarak büyük parçalar için, örneğin reaktör basınç teknikleri

Plazma –toz doldurma kaynağı

Küçük parçaların üzerine aşınmaya dayanıklı ve sert dolgu

300 A. ‘e kadar Yüksek alaşımlı malzemeler, karbür, toz halinde stelit.

Mekanize yöntemler; esas metal ile karışım oranı çok düşüktür

Plazma ile püskürtme

Đnce tabakaların doldurulması

600 A’e kadar Birçok metal alaşımı, metal oksitleri seramikler

Çok büyük yüzey gücü; yüzey iyi hazırlanırsa püskürtme tabakasında yüksek tutunma elde edilir.

Plazma ile kesme

100 mm üzerindeki kalınlıkta elektrik iletkenlikli malzemelerin kesilmesi

100-500 A Cr-Ni çelikleri, Al, Al alaşımları, yapı çelikleri, özel malzemeler

Üfleç genellikle mekanize olarak hareket ettirilir. Yüksek kesme hızı, kaliteli kesme kenarı elde edilir.

28

Plazma arkı ile TIG arkı arasındaki Fark

Bir TIĞ / WIG arkı, erimeyen bir tungsten elektrod ile parça arasında serbestçe

yanar. Nüfuziyet, kaynak banyosunu örtmek üzere kullanılan gaza bağlı olarak değişir.

Burada en önemli faktör, gazın iletkenliğidir. He, Ar"a göre 1000-10.000 0K

sıcaklık aralığında, 5, 10 kat daha yüksek bir ısıl iletkenliğe sahiptir. Isıl iletkenliği

yüksek olan gaz (helyum) arkta oluşan enerjinin daha büyük bir kısmını çevreye ısı

olarak yayar. Bir gaz içinde, ancak bu gazın iyenize olması .halinde akım taşınabilir. Bu

teknikte, termik bir plazma söz konusu olup yüksek sıcaklıkta iletken hale gelir. Yüksek

sıcaklığa sahip bir ark çekirdeği oluşur. Sıcaklık dışarıya doğru radyal yönde düşer. Bu

sıcaklık düşüşü, kullanılan gaza bağlı olarak değişir. Isıyı iyi ileten bir gazda bu değer

düşüktür. Kötü ileten bir gazda ise daha kuvvetli bir sıcaklık düşmesi oluşur. TIĞ / WIG

arkındaki düşüşü ve tipik nüfuziyet formu ile karşılaştırılırsa, her ikisinin de benzer

biçimde olduğu görülür.

Plazma arkından ark çekirdeğinden dışarıya doğru olan sıcaklık düşüşü, su ile

soğutulan bakır meme ile çok kuvvetlendirilmiştir. Örneğin 3 mm' lik bir plazma meme

çapında, ark merkezindeki yaklaşık 20 000 °K iken, radyal olarak 1,5 m.T. dışarıda, bu

sıcaklık yaklaşık 1300 0K'e düşer. Meme borucu üzerindeki sıcaklık daha yüksek olsaydı,

bakır meme erirdi.

Şekil 2.2. TIG-WIG ve Plazma Arkındaki Sıcaklık Profili

Plazma TIG/WIG-He

29

Plazma Arkının Tutuşturulması

1. Elektrod (-) Kutupta

Çoğu uygulamada elektrod negatif (katod) kutba bağlanır. Bu durunda parça

pozitiftir (anod); tıpkı TIĞ / WIG ' deki gibi. Bir TIG/WIG arkının tutuşması, ya

elektrodun parçaya temas etmesiyle veya hatta daha iyi olarak, yüksek gerilim impulsları

yardımıyla temassız olarak gerçekleştirilir. Plazma üflecindeki elektrod meme ile örtülü

olduğundan. elektrod ile parça arasındaki esas arkın tutuşturulmasın! emniyet altına

alacak yardımcı bir ark'a gerek vardır. Yardımcı ark (pilot ark) yüksek frekans impulsları

sayesinde, elektrod ve meme arasında tutuşur (akım şiddeti 10 A). Bu yardımcı ark,

memeden çıkan plazma gazının sıcaklığını yükseltir ve iyonize eder. Kaynak akımının

devreye girmesiyle bu ark, elektroddan parça üzerine sıçrar.

2. Elektrod (+) kutupta

Yüksek sıcaklıkta eriyen oksitlere sahip (Al ve Al alaşımları) malzemelerin

kaynağında, elektrod pozitif kutba bağlanmalıdır. Yüksek hızlı iyonlar, sac yüzeyine

çarpar ve oksit tabakasını parçalar. Kaynak işlemi ancak bu tabakanın parçalanmasından

sonra yapılabilir.

Esas arkın tutuşması, yüksek frekans impulsları yardımıyla doğrudan doğruya

elektroddan parçaya doğru meydana gelir. Negatif kutuplamalı kaynağa göre pozitif

kutuplamada tutuşma biraz daha güç oluşur. Bu zorluk, dış koruyucu gazın cinsine göre

değişir. Argon - iyi; Helyum - kötü.

Makina tarafından hareket ettirilen üfleçte, bu nedenle daha çok argonla

tutuşturma yapılır ve arkın yanmasından sonra helyuma geçilir.

Plazma üfleçlerinin yapısı

Plazma üfleçleri, el ve mekanı % üfleçler olarak piyasadan temin edilebilir.

Negatif kutba; bağlanan elektrodlu üfleçler, uzun yıllardır kullanılmakta ve çok yüksek

performans göstermektedir. Pozitif kutba bağlanarak da kaynak yapılabilme özelliğine

sahip (elektrodun yüklenmesi 8 kat daha fazla) üfleçler, sadece birkaç firma tarafından

imal edilmektedir.

Elle kaynak üfleçleri TIG / WIG üfleçlerine benzer. Eğik bir üfleç kafası ve tutma

sapından oluşur. Plazma üfleçleri, TIG / W1G üfleçlerine göre daha büyük çaplıdır.

30

Tungsten elektrod, çok iyi merkezlenmiş olmalıdır bu sayede meme ve elektrod

arasıdaki radyal aralığın çok düzgün olması sağlanır. Elektrod ile meme arasındaki

eksenel uzaklık mastarlarla ayarlanır ve ±0,1 mm' lik bir sapmayla sınırlanmıştır.

Elektrodları Başlıca Karakteristikleri

Elektrod, TIG / WIG kaynağında çok fazla akımla aşırı yüklenirse yanar. Ancak

hasar büyük olmaz. Buna karşın bir plazma üfleci aşırı! yüklenirse, çoğunlukla hasar

daha büyük olur meme erir, elektrod deforme olur. Sonuçta üfleç gövdesi kullanılınız

hale gelir. Bu nedenle verilen max. akım şiddeti aşılmamalıdır. Meç bir üflece görü,

farklı elektrod ve memeler vardır. (+) kutba bağlanmış elektrodlu meme, (-) kutba

bağlanan elektrodlu memelere göre farklıdır.

Genel: Negatif kutba bağlanmış elektrod : - elektrod sivridir.

- meme iç boşluğu koniktir.

Pozitif kutba bağlanmış : - elektrod yarı küreseldir.

- meme içi, yarı kura biçiminde açılmıştır.

Tungsten elektrotların tekrar taşlanması, bir taşlama makinası aracılığıyla, tam

ölçüsünde bir mastara (yani bir elektrot) göre yapılmalıdır. Plazma huzmesinin üfleç

içinde küçük bir merkezden kaçıklığı üflecin tek taraflı yanmasına ve üfleç ömrünün

büyük miktarda düşmesine neden olacağından, elektrotların elle taşlanmasında

problemler çıkabilir. Tungsten elektrot ile m ne arasındaki mesafe tutuşma özelliklerini

ve memenin soğuma şartlarını kuvvetli şekilde etkilediğinden, tungsten elektrodun ayar

mastarı ile ayarlan naşı özenli bir şekilde yapılmak zorundadır.

Plazma tekniğinde başlıca ayar parametreleri

Plazma akım şiddetleri:

Sac kalınlığı, Malzeme (ısıl iletkenlik), Biçim ve kaynak altlığının malzemesi

(altlık olmayan kaynakta düşük akım şiddetleri - Cu altlıklı kaynakta yüksek akım

şiddetleri). Dikiş formu.

Plazma memesi iç yapısı:

Plazma akım şiddetleri (Sınır değerler), Sac kalınlığı, Dikiş formu

Plazma gazının miktarı: Meme çapı minimum ölçülere dikkat edilmelidir. Akım

şiddetleri - Akım şiddetleri arttıkça, plazma gazını miktarı da arttırılmalıdır. Dikiş

formu - Alın dikişlerine göre koşa dikişlerinde daha yüksektir.Teknoloji - Akış delikli

(Stichloch) teknikte, daha yüksek plazma gazı miktarı gerekir.

31

Plazma ile birleştirme kaynağında kaymak parametreleri

Plazma ile birleştirme oynağında başlıca kaynak parametreleri Tablo 3' da

verilmiştir.

Tablo 3. Çalışma Bölgesi

Birleştirme

Akım şiddetleri A Mikroplazma kaynağı Plazma kaynağı ve Plazma

Akış Delikli kaynak

0,1 ...10 Folyeler 0,05 ... 0,2 mm ----

1 ... 20 Đnce saclar 0,2 ... 0,5 mm ----

5 ... 4C Đnce saclar 0,5 ... 1 mm ----

40 .. 100 Đnce saclar 1 .... 2 mm Plazma kaynağı 0,5 ... 1,5 mm

100... 200 Plazma kaynağı 1,5 ... 3 mm

100....350 Plazma Akış delikli kaynak

3... 10 mm

TIG Kaynağıyla Plazma birleştirme Kaynağının Karşılaştırılması

TIG Kaynağına göre plazma ile birleştirme kaynağının avantaj ve dezavantajları:

Avantajları:

Yoğunlaştırılmış ark, ark boyu değişimlerinden etkilenmeme, Ark çok düşük

akım şiddetlerinde bile kararlıdır. Yüksek kaynak hızlarına ulaşılabilir. Ark kararlıdır.

Düşük ısı girdisi ve uyum dikiş formu oluşur.

Şekil 2.3. TIG-WIG ve Plazmada Sıcaklık Dağılımı

Dezavantajları

Personelin iyi eğitilmiş olması gerekir. Cihazlar ve yedek parçaları pahalıdır.

32

Akış delikli plazma kaynağı

Akım şiddetinin 100 A' den büyük olduğu plazma kaynağında plazma gazı

miktarı artarsa, üfleçten çıkan plazma jeti, kaynak ağzındaki erimiş kaynak metalini

yana doğru iter ve sacda delik açar. Eğer bu delme olayından sonra üfleç dikiş

yönünde öne doğru hareket ettirilirse, yanlara doğru sıkıştırılmış kaynak metali, akış

deliğinin (anahtar deliği, keyhole, kaynak ağzı) arkasına akarak tekrar birleşir. (Şekil

2.4).

Şekil 2.4. Akış Delikli Plazma Kaynağının Şematik Gösterilişi

Akış delikli plazma kaynağının avantajları

Emniyetli kaynak sağlar, kök dikişinin homojen olmasını temin eder.

3 - 9 mm CrNĐ - çeliğinde ilave metalsiz 1 alın birleştirmeleri yapılabilir.

4 - 6 mm yapı çeliğinde ilave metalsiz l - alın birleştirmeleri yapılabilir. 5-7 mm

Al - alaşımlarında ilave metalsiz l - alın birleştirmeleri yapılabilir.

Kalın saclarda kök pasosu, akış delikli - plazma yöntemiyle, dolgu pasoları ise

başka bir yöntemle yapılabilir.;

Isı girdisi düşüktür.

Çarpılma azdır.

Çok yüksek kaynak hızlarına ulaşılabilir.

Dikiş kalitesi yüksektir.

33

Akış delikli plazma kaynağının dezavantajları

Kaynakçının iyi eğitilmesi gerekir (ayar parametreleri kritiktir).

Cihazlar ve yedek parçaları pahalıdır.

Sadece tam mekanize kaynak mümkündür.

Kaynak ağzının iyi hazırlanması gerekir (aralık sac kalınlığının max. 1/10' u)

Sakinleştirilmemi yapı çeliklerinde ilave telsiz çalışma gözenek tehlikesi yaratır.

Plazma MIG kaynağının esası

Bu yöntem, hem birleştirme hem de doldurma amacıyla kullanılır. Al - esaslı

malzemelerde yüksek kaliteli kaynak bağlantıları oluşturulabilir. Bu yöntemin avantajı,

plazma arkı sayesinde kaynak bölgesinde yüksek ön tavlama sıcaklığı elde

edilebilmesinde yatar. Bu şekilde ilave metal (MIG) kullanımı sırasında, hiçbir

başlangıç hatası meydana gelmez. Yüksek maliyeti ve zor uygulanabilmesi, bu yöntemi

özel uygulamalarla sınırlamaktadır (Şekil 2.4).

Soru 246: Plazma Toz Doldurma Kaynağının Esası

Tel şeklinde çok güç olarak imal edilebilen veya edilemeyen metalsel toz

malzemeler için özel yöntemler. Esas metalle karışım oranı çok azdır.

Şekil 2.5. Plazma – Toz – Doldurma Yöntemi

Soru 247 : Plazma ile püskürtmenin esası

Püskürtme işlemi, esasen bir kaynak yöntemi değildir. Toz tanecikleri, sadece

yüzey üzerinde erir ve parçaya “sinterlenerek” tutunur. Plazma memesinden akan

plazma jeti akım iletmez.

34

Toplam enerji (40 kW a kadar) püskürtme tabancasında, elektrod Đle meme

arasında dönüşür.

Püskürtme işlemi, büyük miktarda toksik tozlar oluşturduğundan ve yüksek

seviyede gürültü çıkardığından, günümüzde genellikte robotlarla yapılmaktadır.

Tablo 4 . Plazma Püskürtme Yöntemi Đçin Malzemeleri

Oksitler

Alüminyum oksit, Berilyum oksit, Magnezyum Zirkonyum oksit, . Silisyum dioksit, Toryum oksit Zirkonyum oksit

Karbür, nitrür

Bor karbür. Niyobyum kari ur, Tantal k»rb yum karbür, silisyum nitrür, TiC - BC ir, Titan karbür, Tungsun karbür, zirkon-

Borür

Molibden borür. Titan borür -Titan diborür Zirkonyum borür

Elementler

Berilyum, Kadmiyum, Krom, Molibden, Nikel, Silisyum, Titan, Tungten.

Alaşımlar

Krom nikel

Sermetler

Krom ve nikelli titandiborr, ve zirkonyum diborür, demir, krom, nikel, alüminyum silisyum ve Molibdenli Tungsten karbür

2.1. Termik Kesme Usulleri

Oksijenle Kesme Đşleminin Esası

Oksijenle kesme, termik bir ayırma yöntemidir. Oksijenle kesilecek malzeme,

yerel olarak oksijenle reaksiyona gireceği bir sıcaklığa (tutuşma sıcaklığı) ısıtılır ve

daha sonra oksijen huzmesi ile yakılır. Üflec tarafından verilen ve yanma sırasında

oluşan ısı, malzemenin oksijen huzmesi içinde yanmasının sürekli olmasını sağlar. Bu

sayede yanma olayı, parça kalınlığı ve üflecin ilerleme «ünü boyunca devam eder.

Yanma sırasında oluşan cüruf, oksijen huzmesi tarafından uzaklaştırılır. Bu şekilde bir

kesme aralığı ortaya çıkar.

35

Oksijenle Kesme Đşleminin Alanı

Oksijenle k,esme, 3 ila 300 mm parça kalınlıklarında ekonomik olur. Doğrusal

ve eğri şekilde hassas kesmeler yapılabilir. Sac ve borularda kaynak ağızlarının

hazırlanmasında yaygın olarak kullanılır.

Oksijenle Kesme Đşlemiyle Đlgili Büyüklükler

Oksijenle kesme işle,mi ile ilgili olarak tanımlanan büyüklükler ve oksijenle

kesme işleminin şematik gösterilişi Şekil 2.6' da verilmiştir.

Şekil 2.6.Oksijenle Kesme Đşleminin Şeması ve Tanımlanan Büyüklükler

Oksijenle Kesme Đşleminde Kullanılacak Yanıcı Gazlar

Oksijenle kesme işlerini başlatmak ve sürdürmek içti, güçlü bir aleve ihtiyaç

vardır. Alevle kesmede kullanılan yancı gazlar, aşağıdaki özellikleri bakımından

birbirinden farklılıklar gösterir.

36

3. YÜKSEK GÜÇ PLAZMA BĐRLEŞTĐRME KAYNAĞI

3.1. Prensibi

Bu kaynak metodunda direk kısa arklı bir plazma üflecinde sıkıştırılmış ve

enerji yoğunluğu büyük bir plazma elde edilir. Şekil-26'da prensip şeması verilen

plazma üflecinde çift gaz kullanılmaktadır. Bunlardan volfram katod çevresinden

(içten) verilen gaz, plazma gazı adını alır. Bu gaz hem volfram katod, bakır memeyi

korur ve hem de iyenize olup plazmanın, iletkenliğini ve stabilitesini temin eder.

Plazma gazı olarak asal gaz, genellikle argon) kullanılır,

Đkinci gaz koruma gazı olup, daha dıştan is parçası ile üfleç arasına, plazmayı

çepeçevre sarar şekilde verilir. Bunun görevi ise, plazmayı dıştan termik olarak

sıkıştırarak odaklama {silindir şekline getirmek), enerji yoğunluğunu artrımak ve gerek

plazma ve gerekse kasnak yerini atmosferden korumaktır. Bu gaz genelde Argon ve

moleküler bir gaz (H2 veya N2) karışımıdır. Burada şekilde görüldüğü gibi plazma iş

parçasını bir çivi gibi delip geçer. Kaynak yerinde ergiyen malzeme (kaynak banyosu)

plazma ilerledikçe plazmanın arkasında yüzey gerilimi nedeniyle kolayca katılaşır ve

böylece belirli kalınlıklarda (2.5-8.0 mm arası) parçalar: hiç dolgu malzemesi

kullanmadan, tek pasoda kaynatmak mümkün olur, Diğer tir üfleç da, üç gazlı (plazma,

odaklama ve koruma gazı) olan üfleç olup, bu üfleç ile hiç dolgu maddesi kullanmadan,

tek pasoda 15 mm'ye kadar kaynatmak mümkündür (Şekil-27). Böylece bu yöntemle

anahtar deliğine benzer (anahtar deliği etkisi) bir dikiş elde edilir..

Argon gazlı plazmanın enerji yoğunluğu ye termik verimi relatif olarak

düşüktür, Şunun Đçin odaklama gazına moleküler gaz karıştırılır. Şekil-28'cie Argon, H2

ve N2 gazlarının sıcaklığa bağlı olarak enerji yoğunlukları verilmiştir. Buna göre aynı

sıcaklıkla H2 ve N2 gazlarının argon gazına göre enerji yoğunlukları kat kat fazladır.

Argona moleküler gaz karıştırılması plazmayı sıkıştırır, stabilize eder ve iş parçasına

daha fazla enerji taşır. Plazmada sıkışma, eğer diş. kısandaki gazın ısı iletkenliği ve

iyonizasyon enerjisi plazma gazınınkinden. büyük ise, o zaman meydana gelir. Çünkü

büyük disosyasyon ve iyonizasyon enerjisine sahip olan gazın plazmadan aldığı enerji

büyük olur ve bu büyük enerjiyi iş parçasına götürüp verir. Kullanılan gazların enerji

yönü yanında, kaynak banyosuna etkisi oldukça önemlidir. Bu nedenle moleküler

gazların seçimi kaynağı yapılacak malzemeye göre yapılmalıdır. Örneğin saf Argon Cr-

37

Ni çeliklerde yanma olduğu (çentik) yapar. Bunu önlemek için odaklama ve koruma

gazına H2 N2 katılır. Azot gazı ise ostenit yapıcıdır, N2 ve H2 karışımında kısmen d-

Ferdi yapar.

Şekil 3.1. Yüksek güç plazma birleştirme kaynağı prensibi ve kaynak dikişinin

alternatif kaynak yöntemleriyle karşılaştırılması.

a. Prensip (1 plazma gazı, 2. Koruma gazı, 3. Ateşleme cihazı, 4. Ön direnç. 5. Sıvı metal. 6. Kaynak dikişi üstten görünüşü. 7. Kaynak dikişi enine kesiti. 8. Odaklama gazı).

b. Plazma kaynağı dikişi ile elektron ışını ve WIG kaynağı dikişinin karşılaştırılması (1 elektron ışını kaynağı, 2 Plazma kaynağı, 3 WIG kaynağı).

Şekil 3.2. Üz Gazlı Plazma Kaynağı Üfleci Prensip Şeması

1. Plazma gazı. 2. Odraklama gazı. 3. Koruma gazı. 4. Odaklama gazı yokken oluşacak ışın formu

38

Şekil 3.3. Bazı Gazlara Ait Sıcaklığa Bağlı Olarak Isı Yoğunluğu

3.2. Özellikleri

Plazma kaynağına alternatif olabilecek kaynak yöntemi WIG kaynağı olabilir.

Şekil 3.4’te elektron ışını, WIG ve plazma kaynağı dikişleri karşılaştırılmalı olarak

gösterilmiştir. Görüldüğü gibi WIG kaynağına göre, plazma kaynağında malzeme daha

dar bir bölgede ergimeye uğramaktadır. Buda gerek kaynakta sarf olunan enerji, gerekse

kaynatılan malzemelere kaynak esnasında yapılan olumsuz etki yönünden avantajlıdır.

Diğer özellikleri şu şekilde sıralayabiliriz.

- Đş parçası yakınındaki plazmada, anot memesinin termik sıkıştırması sayesinde

kesme üflecine yakın bir plazma kesiti elde edilebilir.

- Plazmanın sıkıştırılması anot memesinden anod çapı kadar uzaklıkta mümkün olup,

anod memesi kaynak banyosuna mümkün olduğunca yakın (3-6 mm) tutulmalıdır.

- Plazma gazı debisi relatif olarak küçük olmalıdır. Zira fazla gaz ergimiş kaynak

banyosunu üfleyip kaynak yerinden uzaklaştırılabilir.

- Gaz debisinin az oluşu, memenin daha fazla soğutulmasını gerektirir. Bu da radyal

soğulma prensibi ile mümkündür.

39

Şekil 3.4. Yüksek Güçlü Plazma Üfleçlerinde Memenin Radyal Soğutulma Seması

a) Prensip, b) Soğutmalı kaynak üfleci kalasının aksiyal koşul. 1 Đnce tabaka su soğulması, 2 meme, 3 Plazma

- Anot memesinin şiddetli soğutulmasına rağmen, katodun gazla soğutulması

sayesinde katodda ark !ek noktada toplanmayıp burada saf termik elektron

emisyonu vardır.

- Kaynak yerinde mümkün olduğu kadar geniş bir gazla korunmuş belge olmalıdır.

Bu, üflecin dış kısmına açılan deliklerle sağlanır.

Kendine alternatif VVIG kaynağına göre plazma kaynağının şu averajları vardır:

- Kaynak dikişi üstünde düşük dolgu malzemesi fazlalığı.

- Düzgün dikiş koku.

- Mateme sıçraması yok.

- Rahatsız edici oksidasyon yok.

- Kaynak dikişi kaynak sonrası işlemeye çok müsaittir (şekil verme gibi).

- Aynı dikiş boyu ve kalitesi için daha az güç gereksinimi ve bu sayede küçük dikiş

eninde daha hızlı kaynak (Şekil 3.5).

40

Şekil 3.5- Plazma kaynağının Güç Yönünde Alternatifleri Đle Karşılaştırılması

a) Yüksek alaşımlı çelik, b) Paslanmaz çelik. Pel verilen güç. S malzeme kalınlığı, Vs kaynak hızı 1- elle elektrod kaynağı, 2. Mikroplazma kaynağı 3. Yüksek güç plazma kaynağı. 4. WIG kaynağı.

3.3. Kullanım Alanları

- 0,7 – 3 mm kalınlığında ince sac kaynağı.

- 2 - 8 mm kalınlığındaki sacların alın kaynağı ile batma deliği etkisi, şeklindeki

kaynağı.

- Büyük kalınlıklardaki alaşımlı çeliklerin ve titan gibi özel metallerin kaynağı.

- WIG kaynağına göre 1,2 ile 3 kat hızlı kaynak yapılabilir.

- 25-300 Amper arasında akım şiddetlerinde kaynak yapılabilir.

Genelde WIG kaynağı ile yapılabilen tüm kaynak işlemleri plazma kaynağı ile

yapılabilir. Örneğin Cr-Ni çelikler, titan, Nikel ve yüksek ergime sıcaklığına sahip

Volfram, molibden gibi metallerin kaynağıyla, alüminyum ve bakır gibi yüksek ısı

iletkenliğine sahip malzemeler de plazmanın yüksek enerji yoğunluğu sayesinde iyi

kaynatılabilir.

41

4. MĐKROPLAZMA KAYNAĞI

4.1. Prensibi

Mikroplazma kaynağı prensip olarak yüksek güç plazma kaynağının aynıdır,

güç olarak 1,2 kat daha küçük güçlüdür. Buna bağlı olarak da mikroplazma üfleci

küçüktür. Üfleç burada da direk arkla çalışır. Özellik ve alternatif kaynak yöntemlerine

göre avantaj bakımından da yüksek güç plazma kaynağına benzerdir. Şekil 31’de

mikroplazma üfleci prensip şeması görülmektedir.

Şekil 4.1. mikroplazma kaynağı prensip şeması

4.2. Özellikleri

Mikroplazma kaynağında özellikle belirtilmesi gereken özellikler şunlardır:

- Mikroplazma anot memesi ve koruyucu gaz sıkıştırması altında 1 mm2 kesittedir.

- Kaynak gücü 0,1 – 3 kW, akım şiddeti 0,1-20 A arasında değişir.

- Küçük güçlerdeki üfleçlerin elektrod ve anot memelerinin soğutulması problemsiz

olduğundan, mikroplazma üfleci ince yapılabilmekte ve girilmesi zor

konstrüksiyonlarda bu üfleçle kolayca kaynak yapılabilmektedir.

- Dış koruma gazı memesi termik zorlamaya maruz kalmayacak şekilde izolasyon

maddesinden (seramik) yapılabilir).

42

4.3. Kullanım Alanları

Mikroplazma kaynağının kullanım alanı çok yönlü olup, bu yöntem yumuşak ve

sert lehim, nokta kaynağı ve kondensatör kaynağına alternatiftir. Malzeme olarak

alaşımsız,alaşımlı çelikler, demir dışı metaller kaynatılabilir. Branş olarak aşağıdaki

imalatlarda tatbikat bulur.

- Đnce, hassas işler.

- Elektronik endüstrisi.

- Ölçü aletlerinin yapımı.

- Metal endüstrisi, ince sac ve tel örgü endüstrisi.

- Ev aletlerinin imali.

- Paketleme endüstrisi.

- Havacılık ve uzay endüstrisi.

- Atom endüstrisi gereçleri imali.

Bu yöntemle pilot arkın sürekli yanması ve esas arkın kısa süreli ve impuls

şeklinde yanmasını sağlayacak özel bir akım üretici gereklidir. Plazma gazı olarak

Argon, koruyucu gaz olarak Argon ve N2 veya H2 karışımı kullanılır.

5. PLAZMA DOLGU KAYNAĞI

5.1. Prensibi

Metal veya seramik gibi aşınmaya dayanıklı malzemelerin 1-10 mm

kalınlığında tabakalar halinde ana metal parça üzerine, aşınmayı önleme gayesiyle,

taşınıp kaynak edilmesi plazma dolgu kaynağıdır. Buradaki dolgu maddesinin

özellikleri ana metal özellikleriyle aynı da olabilir, farklı da olabilir. Isı kaynağı olarak

direk arklı ve yüksek güçlü bir plazma üfleci kullanılmaktadır. Dolgu maddesinin

özelliğine bağlı olarak, dolgu maddesinin plazma içine veriliş şekil ve buna bağlı olarak

da plazma üfleci tipi değişmektedir. Şekil 32’de muhtelif dolgu kaynağı tipleri

görülmektedir. Pratikte dolgu maddeleri pasta, toz çubuk ve tel şeklinde kaynak

banyosuna verilebilir.

43

Şekil 5.1. Plazma dolgu kaynağı prensip şemaları ve farklı dolgu maddeleri

a. Dolgu macunlu 1 b. Dolgu telli 2 c. Dolgu tozlu 3 (4 toz dozaj aleti, 5 enjektör), toz üfleç içinden veya üfleç dışından verilir d. Đki üfleçli vakum yöntemi

5.2. Özellikleri

Plazma dolgu kaynağı üfleci kaba işletme şartlarına uyabilmesi için mümkün

olduğunca basit yapılmalıdır.

- Metodda çalışma gazı (plazma gazı) ve transport (toz transportlu) gazı olarak

Argon, koruyucu gaz olarak Ar + H2 kullanılır.

- Kullanılan çalışma akım şiddeti, plazma birleştirme kaynağındakinden yüksek olup,

60-600 Amperdir.

- Üflecin anot memesinin soğutulması basit ve memenin yarıçapı büyük (4-8 mm)

alınarak, memenin plazmayı sıkıştırması kasıtlı olarak küçük tutulur, dolayısıyla

ana malzemenin kaynak esnasında ergiyen miktarı azaltılır.

- Pratik olarak kaynak esnasında ergiyen kısmın yüzde 5-40’lık bir kısmı ana

metaldendir.

- Ana malzemenin erime miktarını azaltmak ve mümkün olduğunca büyük yüzeyli

kaynak banyosu elde edebilmek için plazma üflecine kaynak esnasında salınım

hareketi verilir.

44

5.3. Kullanım Alanları

Genel kullanım yeri aşınmaya maruz parçaların kaplanma ve tamiridir. Çalışma

ile ilgili büyüklükler (akım, gerilim, gaz miktarı gibi) ve dolgu maddesinin bileşimi,

kaplanan parçanın kullanım yerine bağlıdır.

Süpap parçaları, gaz türbini ve yüksek basınçlık buhar tesisleri valfleri, kesici

makine bıçakları, çekiçli değirmenler, toprak işleme aletleri, yataklar, çeneler, el

aletleri, saban demirleri gibi parçalar bazı kullanım alanlarıdır.

Bu metoda, alevle CO2 ile dolgu yöntemleri alternatiftir. Ancak plazma dolgu

kaynağı iş hızı ve kalitesi açısından tercih edilir. yalnız pahalı bir yatırım gerektirir.

Bu metodda argon gazı kullanıldığından 42 voltun altında bir gerilim yeterli olup, akım

kaynağı olarak alalade bir kaynak akım üretici yeterlidir.

45

6. SONUÇ

Plazma kaynağı, plazmanın yüksek enerji yoğunluğundan faydalanılarak

gerçekleştirilen bir kaynak yöntemi olması nedeniyle, kaynak için, kaynak yerine

verilen enerji dar bir bölgeye verilmektedir. Bu sayede kaynak için gerekli enerji küçük

tutulabilmektedir ve neticede kaynak işlemi esnasında iş parçasına yapılan olumsuz etki

azalmakta, dolayısıyla kaynak dikişi kalitesi artmaktadır. Plazma kaynağında plazmaya

istenilen şeklin verilebilmesi ile, bu kaynak yöntemine ergime kaynağından basınç

kaynağı alanlarına kadar geniş bir tatbikat sahası yaratmıştır. Hatta tüm avantajları göz

önüne alınırsa birçok alanda alternatifsizdir.