KAYNAK TEKNOLOJİSİ

ERİMEYEN ELEKTROD İLE GAZALTI ARK KAYNAK

YÖNTEMLERİ

Gaz Tungsten Ark Kaynağı (TIG - Tungsten Inert Gas)

TIG kaynak yönteminde ergimeyen tungsten elektrod ile kaynak edilen parça arasında elektrik arkı oluşur.

Kaynak banyosu genellikle argon olan bir soy gaz ortamı tarafından korunur.

Kaynak işlemi kaynak edilen parçaların sadece kendi aralarında ergitilmesi ya da ana metal ile benzer yapıya sahip çubuk şeklindeki bir ilave katkı metalininkullanılması ile gerçekleştirilebilir.

TIG ismi ABD’den gelir ve Tungsten Inert Gazın kısaltmasıdır.

Almanya’da bu metod WIG kaynak olarak bilinir ve W wolfram anlamına gelir.

Tungsten – wolfram da denir – füzyon (erime) noktası 3300ºC’den yüksek olan, yani normalde kaynaklanan metallerin iki katı füzyon noktasına sahip olan bir metaldir.

Inert Gaz aktif olmayan gaz yani başka elementlerle karışmayan gazdır.

TIG kaynak uluslararası standartlandırılmış bir tanımdır. DS/EN 24063’e göre bu kaynak işleminin numarası 141’dir.

TIG kaynağının prensibi

TIG kaynak elektrik arkın kaynak parçası ve tungsten elektrot arasında yanarak erime gücü ortaya çıkarttığı bir elektrik ark kaynak işlemidir.

Kaynak işlemi sırasında elektrot, ark ve kaynak havuzu inert koruma gazı ile atmosferik havaya karşı korunurlar.Kaynağın başlangıcında, kaynakçının her şeyden önce doğru tungsten elektrodu, doğru elektrod çapını ve elektrod çapına uygun koruyucu gaz debisini seçebilmesi gerekir. Ayrıca ayarlanan koruyucu gaz debisi, kutup ve akım ayarı da kontrol edilmelidir.

Gaz nozulu ile koruma gazı kaynak alanına iletilir ve buradaki atmosferik havayı ortadan kaldırır.

TIG kaynak diğer ark kaynak işlemlerinden kullanılan elektrot ile ayrılır çünkü bu işlemde MIG/MAG ve MMA gibi diğer kaynak işlemlerindeki gibi elektrot tüketilmez.

Eğer dolgu maddesi kullanmak gerekliyse, dolgu teli çıplak tel gibi otomatik ya da manuel olarak eklenir.

AvantajlarTIG kaynak işlemi sahip olduğu avantajlara bağlı olarak birçok uygulama şekline sahiptir:

• Kaynak parçasına konsantre ısıtma sağlar• İnert koruma gazı sayesinde kaynak havuzuna efektif koruma sağlar.• Dolgu malzemesinden bağımsız olabilir.• Dolgu malzemeleri eğer alaşım doğruysa iyi hazırlanmış olmak zorunda değillerdir.• Cüruf ya da çapak oluşumu olmadığı için kaynak parçasını yeniden temizlemeye ihtiyaç yoktur.• Ulaşılması zor olan bölgeler bile rahatça kaynaklanabilir.

Uygulama alanlarıTIG kaynağı genelde yüksek kalitede kaynak sonuçları gereken işlemler için kullanılır:

• Birleşik ısı ve güç alanları• Petrokimya sanayii• Gıda sanayii• Kimya sanayii• Nükleer sanayii

TIG kaynağı için malzemelerEn önemli uygulama alanı:• Paslanmaz çelik ince malzemelerin kaynağı• Aluminyum• Nikel• Nikel alaşımlar

Aşağıdaki tablo hangi malzemelerle TIG kaynağı yapılabileceğini ve uygun polaritelerini gösterir.

Kısaltmalar: = DC, ~ AC, - negatif, + positif

TIG kaynakta malzemelerin çoğu için doğru akımda negatif polariteli elektrot kullanılır.

Aluminyum ve magnezyumun doğru akımla kaynağı pek mümkün değildir. Bunun nedeni yüksek füzyon noktasına bağlı olarak oluşan ve malzemeleri kaplayıp kaldırılması da oldukça zor olan kalın oksit tabakasıdır.

Böylece aluminyum, magnezyum ve onların alaşımları genelde bu oksit tabakasını ortadan kaldırabilecek alternatif akım ile kaynaklanırlar.

TIG Kaynak Ekipmanı

TIG kaynak ekipmanı temelde aşağıdaki malzemeleri içerir:

• Kaynakçının arkı kontrol etmek için kullanacağı TIG torçu• Kaynak akımı için temelde gereken güç kaynağı• Kaynak akımı, ark ateşlemesi gibi ayarların kontrol sistemlerini kapsayan bir TIG ünitesi• Basınç azaltıcı valfli ve akışmetreli koruma gazı tüpü

1 Kaynak akımı kablosu2 Kaynak akımı kablosu3 TIG ünitesi için kontrol kablosu4 Koruma gazı5 TIG torçu için kaynak kablosu6 TIG torçu için kontrol kablosu7 + polariteli şase kablosu

Birçok TIG kaynak makinası bu şekilde üretilmiş olduğundan hem güç kaynağı hem de TIG ünitesibir gövde halindedir.

TIG Torçu

TIG torçunun ana görevi kaynak akımını ve koruma gazını kaynak bölgesine taşımaktır.

TIG torçu kaynak kabzası ve elektronik izolasyon malzemesi ile örtülmüş torç boynundan oluşur.

Torç kabzası genelde kaynak akımını ve koruma gazını açıp kapatan bir tetiğe sahiptir.

Elektrot iğnesi, elektrot kepi sıkıştığında elektrotun etrafında baskı uygulayarak sıkıca sarabilmek için parçalı bir yapıya sahiptir.

Elektrotun üzerindeki çok ağır akım yükünü engellemek için torç, elektrota yapılan akım transferinin elektrot noktasına çok yakın bir yerde yapılmasınısağlayacak şekilde geliştirilmiştir.

Torç kısıtlı ve zor alanlarda kullanılacaksa resimde görülen uzun torç kepi kısasıyla değiştirilebilir. Ancak kep genelde normal uzunluktaki bir elektrotusarmak için çok uzundur.

TIG torçları ihtiyaç olan maksimum akım yüklerine ve istenilen sonuçlara göre farklı ebatlarda ve dizaynlarda mevcuttur. Bazı yeni TIG torçlarında torç kabzası üzerinde kaynak sırasında akım ayarının yapılmasını sağlayan bir tetik vardır.

Torçun ebatı kaynak sırasındaki soğutma kapasitesine de bağlıdır.TIG Torçunun SoğutulmasıBazı torçlar da torçu soğutan koruma gazı olması durumuna göre geliştirilmiştir. Ancak, torç aynı zamanda çevreleyen havaya ısı verir. Diğer torçlar soğutma tüpleri ile üretilir. Su soğutmalı torçlar genelde yüksek akım yoğunlukları ve AC kaynak için uygundur. Genelde aynı akım yoğunluğu için üretilen bir su soğutmalı torç hava soğutmalı torçtan daha büyüktür.

Gaz Nozulu

Gaz nozulun görevi koruma gazını kaynak alanına iletip atmosferik havanın kaybolmasını sağlamaktır.

Gaz nozul TIG torçuna vidalanmıştır böylece gerektiğinde değiştirilmesi mümkündür.

Genelde seramik bir malzemeden yapılmıştır ve ısıya da dayanıklıdır.

Gaz nozulun ebatı genelde orifisin iç çapı ile belirtilir 1/16”.

ÖrnekBir gaz nozulu no. 4’ün iç çapı 4/16” yani 6.4 mm.

Normal gaz nozul Gaz lensli gaz nozul

Gaz LensBir diğer gaz nozzle cinsi de gaz lensidir ve koruma gazının tel olukları içinden geçip gaz akışının daha uzun mesafede daha sabit ve düzgün olmasını sağlayan bir sisteme sahiptir.

Uzun gaz akışının avantajı elektrotun daha uzun çıkıntıya sahip olması ve böylece kaynakçının daha güzel bir görüntü sağlayabilmesidir. Gaz dağıtıcı ile koruma gazı sarfiyatı da azaltılabilir.

Güç Kaynağı

TIG kaynak güç kaynakları genelde 70-80V açık devre voltajına sahip olurlar.

Doğru akım ile kaynak yapmak için 400V şebeke voltajının alternatif akımını TIG işlemi için uygun bir çıkışa doğrultan ve aynı zamanda akım yoğunluğunu kaynakçının makina üzerinden ayarladığı değerlere göre değiştiren bir güç kaynağı kullanılır. Modern kaynak makinaları DC modunda ve hatta hem AC hem DC modunda kaynak yapma yeteneğine sahiptir.

• DC (doğru, sürekli) akım çelik ve paslanmaz çelikler başta olmak üzere birçok metalin TIG kaynağında kullanılır.• AC (dalgalı, değişken) akım ise alüminyum ve yüzeyinde ısıya dayanıklı oksit tabakası bulunan diğer malzemeler üzerinde gerçekleştirilen TIG kaynağı uygulamalarında kullanılır.

TEMEL ÖZELLİKLER

Aşağıdaki temel özellikler bütün makinelerde bulunmaktadır.

Lift-TIG ve HF Başlangıç (HF-TIG)Lift-TIG ile ark başlangıcında, kaynakçının tungsten elektrodu iş parçasına değdirip kaldırması sonucu TIG arkı oluşturulur. Bu işlem sırasında herhangi bir sürtme işlemi uygulanmadığı için kaynak dikişinde tungsten kirliliği meydana gelmez. Örtülü elektrod kaynağı için geliştirilen “S” serisi invertörlü kaynak makinelerinde bu özellik standart olarak bulunmaktadır. Lift-TIG yöntemi endüstriyel olmayan ortamlarda ya da elektromanyetik alanlara karşı hassas olan ve yüksek frekansın sorun yaratabileceği donanımların yakınında gerçekleştirilen TIG kaynağı uygulamalarında yoğun olarak kullanılır.

Yüksek frekanslı (HF) ark başlangıcında ise tungsten elektrod iş parçasına değdirilmez. Ark oluşan yüksek voltaj kıvılcımı sayesinde tutuşturulur. Bu nedenle kaynak dikişinde tungsten kirlenmesi riski ile karşılaşılmaz. Yüksek frekans (HF) özellikle metalurjik açıdan yüksek kaliteye sahip olması istenilen ve yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda kullanılır.

Ayarlanabilir Ark Sönümü (Down-slope)Kaynak işleminin sonunda kaynak akımı değerinden krater doldurma (sönüm) akımı değerine doğru akım seviyesi yavaşça düşer. Bu sayede kaynak dikişinin düzgün bir şekilde bitirilmesi sağlanırken bitiş noktasında krater oluşması riski de engellenir.

Ayarlanabilir Son-Gaz AkışıBu özellik sayesinde kaynak banyosunun gaz korunmalı bir ortamda soğuması sağlanır. Bunun yanında son-gaz akışı sayesinde tungsten elektrodun oksitlenmesi de önlenir.

GELİŞMİŞ ÖZELLİKLER

Darbeli (Palslı) TIGKaynak akımı, 0.25 ile 25 Hz’lik bir frekans içerisinde, tepe ve taban akımı olmak üzere iki ayarlanabilir değer arasında otomatik olarak değişir. Düşük ısı girdisi sağlayan bu yöntem paslanmaz çeliklerin ve ince plakaların kaynağı için idealdir. Darbeli (palslı) TIG kaynağı yöntemi farklı kalınlıktaki parçaların birbirleri ile kaynak edilmesine de olanak sağlar. Yöntem ayrıca kaynak işleminin kontrol edilmesi ve daha düzgün, kusursuz ve güzel görüntüye sahip kaynak dikişlerinin elde edilmesi konularında da kaynakçıya yardımcı olur.

Yüksek Frekanslı Darbe (Pals)Kaynak akımı “Darbeli (Palslı) Akım” ile aynı forma sahiptir. Ancak “Darbe Tekrarlanma Frekansı” genellikle 20 - 500 Hz arasında olup daha yüksek bir değere sahiptir. Kaynak arkı daha yoğun ve dar olduğu için ısıl değişime uğrayan bölge daha dardır.

Başlangıç/Krater AkımıBazı uygulamalarda, kaynak başlangıcındaki ve/veya kaynak banyosunun bittiği bölgelerdeki dikiş özelliklerini geliştirmek ve iyileştirmek amacıyla “Başlangıç” ve “Krater (Sönüm)” akımı ayarlanabilir.

TIG kaynak için elektrotlar

TIG kaynak için kullanılan elektrotlar genelde tungstenden yapılır.

Saf tungsten çok yüksek ısı rezistansına sahip olan bir malzemedir ve füzyon noktası yaklaşık 3380 oC’dir.

Tungsteni metal oksit ile alaşımlamakla elektrotun iletkenliği arttırılabilir ve böylece yüksek akım yüklerine dayanıklı hale gelir.

Bu nedenle alaşımlı tungsten elektrotlar daha uzun ömre ve saf tungsten elektrotlara göre daha iyi tutuşma özelliklerine sahip olur.

Tungsteni alaşımlamak için en sık kullanılan metal oksitler:

• Toryum oksit ThO2• Zirkonyum oksit ZrO2• Lantanyum oksit LaO2• Seryum oksit CeO2

Saf tungsten elektrotlar ve farklı alaşımlananlar aynı görünseler de aralarındaki farkı söylemek imkansızdır.

Bu nedenle her tip elektrot üzerinde belirli bir renk göstergesi kullanılmaktadır.

Elektrotlar son 10mm’de belirli renklerle işaretlenirler.

Tungsten Elektrotlardaki Renk Göstergeleri

En çok kullanılan tungsten elektrotlar:

• Saf tungsten yeşil ile işaretlenmiştir. Bu elektrot genelde aluminyum ve aluminyum alaşımlarının AC kaynağında kullanılır.

• %2 toryumlu tungsten kırmızı ile işaretlenmiştir. Bu elektrot alaşımsız / az alaşımlı çeliklerin ya da paslanmaz çeliklerin kaynağında kullanılır.

• %2 lantanyumlu tungsten mavi ile işaretlenmiştir. Bu elektrot TIG ile kaynaklanabilen bütün malzemelerin kaynağında kullanılmak için uygundur.

DIN 32528 de TIG kaynak elektrodlarının çapları 0.5, 1.0, 1.6, (2.0), 2.4, (3.0), 3.2, 4.0, (5.0), (6.0), 6.4 ve 8.0 mm - boyları ise 50, 75, 150, 175 mm olarak belirlenmiştir.

Elektrot Ebatları

Tungsten elektrotlar 0.5 – 8mm arasında farklı çaplara sahiptir.

TIG kaynak elektrotları için en sık kullanılan elektrot çapları 1.6 - 2.4 - 3.2 ve 4 mm.

Elektrot çapı; akım yoğunluğu, ne tip elektrota ihtiyaç duyulduğu ve AC ya da DC olması baz alınarak seçilir.

Elektrot uç şekli ve Bileme

TIG kaynakta iyi sonuç alınmasının başka bir şartıda tungsten elektrotun doğru bir şekilde bilenmişolmasıdır.

DC ve negatif polariteyle kaynak yaparken elektrot noktası daha dar ve daha derin nüfuziyet profili sağlanması için daha konsantre bir arka sahip olunabilmesi açısından konik olmalıdır.

Küçük noktalı açı dar kaynak havuzu ve daha büyük noktalı açı daha geniş kaynak havuzu sağlar.

Elektrotu bilerken ucu bileme diskinin yönünde olmalıdır. Böylece bileme izleri elektrotun uzunluk yolunda bulunacaktır.

TIG Kaynak – Koruma Gazı

Koruma gazının birçok fonksiyonu vardır. Bunlardan biri atmosferik havayı ortadan kaldırmak ve böylece kaynak havuzuyla temasını engellemek ve tungsten elektrotun akkor haline gelmesini önlemektir.

Dahası, koruma gazı arktaki akım ve ısı transferinde de önemli rol oynar.

TIG kaynak için iki inert gaz kullanılır. Bunlar argon (Ar) ve helyum (He) olup argon daha sık kullanılmaktadır.

İki inaktif koruma gazı birbiriyle karışabilir veya her biri azaltıcı etkisi olan başka bir gazla karışabilir.

Gazın azalması demek oksijenle birleşmesi demektir.

TIG kaynakla bağlantılı olarak iki azaltıcı gaz hidrojen (H2) ve nitrojen (N2) kullanılır.

Basınç Azaltıcı Valf ve DebimetreÇelik silindirlerdeki basınç 200 – 300 bar arasındadır.Koruma gazı kullanabilmek için yüksek basınç uygun çalışma basıncına kadar azaltılmalıdır.Basınç azaltıcı valf basıncı azaltmak için kullanılır.Basınç azaltıcı valf asıl silindir basıncının okunabileceği bir ölçü sistemiyle donatılmıştır.

A: Helyum gazı kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesitiB: Argon gazı kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesitiC: Karbondioksit kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesitiD: % 99 Argon arkı % l Oksijen kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesitiE : % 95 Argon arkı % 5 Oksijen kullanılarak elde edilen kaynak dikişi kesiti

TIG Nokta Kaynağı İnce bir sacın kalın bir levhaya birleştirilmesinde, birleşim bölgesine tek taraftan ulaşılması durumunda TIG kaynağının nokta kaynakları oluşturmak için kullanılan şeklidir. • Modifiye bir TIG kaynak torcu kullanılır.

Plazma Ark Kaynağı (PAK)

Sınırlanmış bir plazma arkının kaynak bölgesine yönlendirildiği, TIG kaynağının özel bir şeklidir.• Tungsten elektrod, yüksek hızlı bir inert gaz (Argon) demetinin, yoğun sıcak bir ark demeti oluşturmak üzere ark bölgesine odaklandığı bir nozul içinde kullanılır.• PAK içindeki sıcaklıklar, küçük çaplı ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip bir plazma jetinin oluşturduğu sınırlanmış ark sayesinde 28000°C’ye ulaşır.

Plazma Ark Kaynak Torçlarının Türleri

Çoğu plazma ark kaynak torcunda, torç içindeki plazma gazını ısıtan ve iyonize eden küçük bir indirekt ark (pilot ark) kullanılır. İyonize olan gaz, esas direkt ark için iyi bir iletken yol oluşturur. Bu tür ark, çok daha kararlıdır.

Plazma Ark Kaynağının Üstünlükleri ve Eksiklikleri

• Üstünlükleri:– İyi ark kararlılığı– Ark kaynağına göre daha iyi nüfuziyet kontrolu– Yüksek ilerleme (kaynak) hızları– Mükemmel dikiş kalitesi– Hemen tüm metallerin kaynağında kullanılabilir

• Eksiklikleri:– Yüksek ekipman maliyeti– Diğer ark kaynak yöntemlerine göre daha büyük torç boyutu – bazı bağlantı konfigürasyonlarına ulaşmayı zorlaştırma eğilimi taşır

Elektrik Arkı ile Kesme

• Teorik olarak elektrik arkı ile tüm metaller kesilebilir. Bu yöntemlerin tümünde malzeme, arkın yoğun ısısı ile eritilir ve kesme yarığından veya kanalından atılır.

• Başlıca arkla kesme yöntemleri:

– Karbon ark ve elektrik ark kesme yöntemi– Havalı karbon ark kesme (Arcair)– Oksijen ark kesme– MAG kesme– TIG kesme

Havalı Karbon Ark Kesme• Ark, karbon elektrod ile parça arasında tutuşturulur; yüksek hızlı hava jeti, elektrod pensindeki delikten kesme kanalına üflenir.

Plazma Ark Kesme

• Plazma ark kesmede indirekt ark türü torçlar tercih edilir. Sıcaklık 16.500 °C civarındadır. Her türlü metal ve alaşımı eriterek kesilebilir.• Diğer kesme yöntemlerine göre daha ekonomiktir. Mekanikleştirilebilir veya robotla uygulanabilir.