kaynak elektrodları
Kaynak İşlemlerinde Kullanılan Elektrod Malzemeler
1. Giriş
Metalsel malzemelerin ham, yarı mamul veya mamul durumuna dönüştürülmelerinde, döküm, dövme, haddeleme ve püskürtme gibi talaşsız yapım tekniklerinden yararlanılmaktadır. Bu ürünlerin yüzey kalitelerinin yükseltilmesi ve boyutsal ölçülerinde daha yüksek hassasiyetlere ulaşması için ise, talaşlı şekil verme işlemlerine başvurulmaktadır. Günümüzde, son boyutlara ulaşmak kaynak ile mümkün olabilmektedir. Yapım tekniklerinin ekonomiklik koşulları içinde, olabilirlik sınırlarını genişletmesi bakımından, kaynak tekniği ayrı bir anlam taşımakta ve uygulama alanlarını giderek genişletmektedir [1]
Genel olarak kaynak olayını, parçaların ısı veya basınç uygulaması ile yada her ikisinin de yardımıyla birleştirilmesi veya yüzeylerin ilave bir malzeme ile örtülmesi olarak tanımlamak mümkün olmaktadır (Şekil 1).
Bu işlemlerin yapılmasında ilave ve yardımcı malzemelerin kullanıldığı veya kullanılmadığı uygulamalar bulunmaktadır. Metalsel malzemeler, kaynak işlemi ile şekillendirmeye aynı derecede yatkın bulunmamaktadır. Kaynağa elverişlilik olarak tanımlanabilecek bu teknolojik kavram, bir birleştirme veya dolgu işleminde seçilen malzeme, uygulanılan yöntem ve konstrüksiyon ile kalınlık faktörlerinin bir arada düşünülmesiyle anlam kazanmaktadır.
Bu makalede, kaynak işlemlerinde yardımcı malzeme olarak kullanılan elektrod malzemeler hakkında bilgiler verilmiştir.
2. Elektrodlar
Kaynak işlemi esnasında çeşitli ilave malzemeler kullanılmaktadır. Bu malzemeler, kaynak bölgesini ortamdaki havanın olumsuz etkisinden korumasının yanısıra kimi zamanda kaynak bölgesinde alaşımlama yaparak kaynağın mekanik özelliklerinde iyileştirmeler sağlamaktadırlar. Bu açıdan büyük öneme sahip olan ilave malzemelerin seçimine etki eden faktörler şunlardır;
A- Esas metal,
B- Kaynak metalinden beklenen mekanik özellikler,
C- Esas metalin hangi şartlarda olduğu ve temizliği,
D- Kaynaklı bağlantının çalışma şekli veya varsa şartname talepleri,
E- Kaynak pozisyonu [3].
Kaynaklı birleştirme işlemleri, çok değişik özeliklere ve biçimlere sahip metallere uygulanabilir. Bu nedenle işlemlerin gerçekleştirilmesinde kullanılan elektrodlar da çeşitlenmiştir. Ancak çeşitliğin fazlalığı, elektrodları kesin çizgiler ile birbirinden ayırıp guruplandırmayı güçleştirmektedir. Buna rağmen, elektrodların birbirinden farklı özellikleri 3 grup altında toplanmasını mümkün kılmaktadır.
• Kaynağın amacına göre,
• Kaynatılacak malzeme türüne göre,
• Ergiyip ergimediğine göre,
Elektrotlar, elektrik ark kaynağında kesme, birleştirme ya da dolgu amacı ile kullanımaktadır. Bu şekilde yapılan elektrod sınıflandırması ile kaynak işlemi sonucunda beklenen amacı belirlemiş olmaktadır. Birleştirme işleminde kullanılan elektrodların oluşturduğu kaynak metalinin, yüksek dayanım değerine sahip, tok ve sünek olması istenirken, dolgu kaynağında kullanılan elektrod kaynak metalinin ise, sert ve aşınmaya karşı dayanıklı olması beklenir. Çünkü dolgu kaynağı, aşınan yüzeylerin, eski haline geirtirilmesi amacı ile uygulanır.
Elektrik ark kaynağının, değişik çelik malzemelerin birleştirilmesinde çokça kullanıldığı bir gerçektir. Diğer bir çok metalin kaynaklı birleştirilmesi içinde geliştirilmiş elektrod türlerinin bulunması ikinci bir sınıflandırmayı gerekli kılar. Böylece elektrodlar, kullanıldıkları malzeme cinsine göre sınıflandırılmış olur. Buna göre elektrod çeşitleri ;
• Çeliklerin kaynağında kullanılan elektrodlar,
• Dökme demirlerin kaynağında kullanılan elektrodlar,
• Yüksek alaşımlı çeliklerin kaynağında kullanılan elektrodlar .
Bu guruba paslanmaz çelikler, ısıya, korozyona ve aşınmaya karşı dayanıklı çeliklerin kaynağında kullanılan elektrodlar girmektedir. Elektrodların sınıflandırılmasında kullandığımız son özellik ; elektrodun kaynak işlemi sırasında ergiyip ergimediğidir. Genel olarak kullanılan elektrodlar, kaynak esnasında ergiyerek kaynak alanına iç yapılarında bulunan metali ilave ettiklerinden ergiyen elektrodlar olarak adlandırılır. Ergimeyen elektrodlar ise kaynak işlemi sırasında kaynak dikişine ilave bir metal katkısında bulunmazlar.
Ergimeyen elektrodlar, sadece kaynak arkının oluşmasına olanak tanıdıkları için, kaynak metali ilave bir tel aracılığı ile kaynak alanına verilir. Bu işlem, ergimeyen elektrodlar ile yapılan kaynağın bir bakıma oksi-gaz kaynağına benzetilmesine neden olabilir. Elektrik ark kaynağında kullanılan ergimeyen elektrodlar tungsten yada karbondan yapılır ve yapıldıkları malzemeye göre adlandırılır. Özellikle karbon elektrodlarla oyuk açma ve kesme işlemlerinde karşılaşma olanağı vardır. Ergiyen elektrodlar ise hem ark oluşturma, hem de ergiyerek kaynak metali meydana getirme özellikleri ile, daha sık karşımıza çıkan bir guruptur. Ergiyen elektrodlar da özlü ve örtülü olarak kendi aralarında sınıflanmaktadır.
Özlü elektrodlar boru şeklinde olup, iç kısmı kaynak alanını koruyan bir öz ile doludur. Dış kısmı ise, kaynak alanı için gerekli olan kaynak metalini oluşturma işlemini gerçekleştirir. Genel olarak çubuk şeklindeki özlü elektrodlar, özel dolgu işlemlerinde kullanılmaktadır. Örtülü elektrodlar çubuk şeklinde olup, ark sırasında eriyip kaynak metalini meydana getiren çıplak bir tel üzerine örtü maddesinin, ekstrüzyon yöntemiyle kaplanması ile üretilmektedir. Elektrodun kaynak pensine takılan kısmı çıplaktır. Diğer ucu ise arkın kolaylıkla oluşmasını sağlayacak yapıdadır. Elektrodun çekirdeğini oluşturan ve örtü maddesi dışında kalan kısmı, kaynağı gerçekleştirilecek gerecin özelliklerine en yakın değerlerde olmalıdır. Bunun anlamı kaynatılacak olan malzeme, örneğin nikel ise, çekirdek metalinin de nikel seçilmesidir.
Örtülü elektrodların ortak özellikleri de bulunmaktadır. Bu özellikler bir bakıma elektrodun fiziki özellikleri olarak görülebilir. Çünkü ilk bakışta ancak bir elektrodun kalın yada ince olduğu, bu özelikleri ile açığa çıkmaktadır. Elektrod çekirdeği silindirik kesitlidir. Kesitin çapı, elektrodun anma çapına karşılık gelmekte, elektrodlar bu çapa göre de anılmaktadır. Piyasada en çok kullanılan örtülü elektrod çekirdek çapları: 2-2,5 - 3- 3,25 - 4 - 5 - 6 mm, boyları ise 250 - 350 - 450 mm dir. Elektrodların çekirdek çapına göre anılmasının temel nedeni, örtü kalınlıklarının ihtiyaca göre değişiyor olmasıdır. Örtülü elektrodların örtü kalınlıkları üç çeşittir; ince, orta ve kalın, her çekirdek çapına göre üretilmiş değişik örtü kalınlığına sahip elektrod bulunur.
Kaynaklı birleştirmede oluşturulan kaynak dikişinin tüm özellikleri, elektrod örtü maddesinin yapısı ile derinden ilgilidir. Buna göre elektrod örtü maddesinin bileşimi ile kaynak dikişinin; biçimi, yüzey düzgünlüğü, bir dereceye kadar bileşimi ayarlanabilir. Dolayısıyla ark kaynağında örtü maddesinin önemi büyüktür.
Elektrod örtüsünün, kaynak işlemine sağladığı yararlar şu şekilde sıralanabilir:
• Arkın tutuşmasını ve oluşumunu kolaylaştırmak .
• Kaynağın doğru yada dalgalı ( alternatif) akımda yapılabilmesini sağlamak .
• Ark oluşumu sırasında meydana gelen sıçramaların az düzeyde olmasını sağlamak.
• Ark sırasında eriyen metal damlalarının yüzey gerilimlerini ve akışkanlıklarını etkileyerek, değişik pozisyonlarda kaynak yapılabilmesini sağlamak.
• Koıuyucu bir gaz atmosferi sağlayarak kaynak dikişini havanın olumsuz etkilerinden kurumak .
• Kaynak işleminin sonunda, dikişin yüzeyini bir cüruf tabakası ile örterek, dikişin yavaş soğumasını sağlamak .
• Gerektiği hallerde kaynak dikişinin olumlu yönden alaşımlanmasını sağlamak.
Yukarıda sıralanan her maddenin, kaynak işleminde ayrı bir önemi vardır. Elektrod örtü maddesinin tüm bunları gerçekleştirebilmesi için iç yapılarına değişik maddeler ilave edilir. Bu maddelerin her birinin ayrı görevi vardır. Örtülü elektrotlar, örtülerinin içerdikleri ana bileşenlerinin türüne, cüruflarının asitlik yada bazlık durumuna göre aşağıda verildiği gibi gruplandırılabilir;
• Rutil elektrodlar,
• Asit elektrotlar,
• Oksit elektrotlar,
• Bazik elektrotlar,
• Selülozik elektrotlar,
• Demir tozlu elektrotlar,
• Derin nüfuziyet elektrotları.
Örtü cinslerinin özelliklerine geçmeden önce, bu sıralama içerisinde ele alınan elektrotların nasıl tanınacağı konusunda tüm bilgiler, elektrod paketleri üzerindeki etiketlerde bulunmaktadır. Ancak bilgilerin çoğu uluslararası nitelik taşıdığından eğitimli her kaynakçının anlayabileceği rakamsal ifadeler haline dönüştürülmesi gerekmiştir. Etiket dikkatlice gözden geçirildiğinde, elektrod ile ilgili bilinmesi istenilen bilgilerin bulunduğu kolaylıkla görülmektedir.
2. 1 Rutil elektrodlar
Örtü ağırlığının yaklaşık yüzde 35'ini titandioksitin oluşturduğu ve değişik örtü kalınlıklarında üretilen elektrodlardır. Ergiyen kaynak metali, örtü kalınlığı arttıkça incelen damlalar halinde iş parçasına geçer (Şekil 2.). Örtü kalınlığının fazla olması kaynak dikişinin mekanik özelliklerini de olumlu yönden etkilemekte ve aralık doldurma kabiliyetini arttırmaktadır. Rutil türdeki örtüye sahip elektrodlar, dikişi tamamen örten, oldukça kalın, rengi kahve renginden siyaha kadar değişen, çabuk katılaşan bir cüruf oluştururlar. Meydana gelen cürufun özellikleri, örtüyü oluşturan maddelerin miktar ve türüne bağlıdır. Rutil tip elektrodlar ile hem doğru hemde dalgalı akımda kaynak yapılabilir. Ayrıca bu türdeki elektrodlar, her kaynak pozisyonu için elverişlidir. Oluşturdukları ark yumuşaktır. Bu özellikleri, sakin bir kaynak yapılmasını olanaklı kılar. Rutil elektrodlar, rutil asit, ince örtülü rutil ve kalın örtülü rutil gibi çeşitlere sahiptir.
2. 2 Asit elektrodlar
Genelde kalın örtülü olarak üretilen asit tipli elektrodlar, ark oluşumu sırasında kaynak metalinin geçişi örtü kalınlığı arttıkça incelir. Diğer yandan meydana getirdikleri cürufun katılaşma aralığı geniştir. Çabuk akan ve düzgün dikişler veren bir elektrodtur. Çabuk akma özellikleri nedeni ile, yukarıdan aşağıya doğru yapılan kaynak pozisyonu dışında kalan tüm uygulamalar için önerilir. Rutil elektrodlarda olduğu gibi hem doğru hemde dalgalı akım ile kullanılabilmektedir. Asit tipli elektrodların aralık doldurma kabiliyetleri iyi olmadığından bu tür elektrod ile birleştirilecek iş parçalarının, birbirine iyi bir şekilde alıştırılma zorunluğu vardır ( Şekil 3. ).
2. 3 Oksit elektrodlar
Güzel görünüşlü ve düzgün kaynak dikişlerinin elde edilmesinin, ön plana çıktığı işlemlerde kullanılan bir elektrod türüdür. Ancak kaynak metali ve cüruf çok akıcı olduğundan oksit tip elektrodların sadece yatay ve oluk pozisyonlarda kullanılması görülmektedir. Arkın oluşturduğu yüksek sıcaklıklar nedeni ile aralık doldurma kabiliyeti düşük olan bu elektrotların diğer bir sakıncası ise dikiş üzerinde çatlama ihtimali olmasıdır.
2. 4 Bazik elektrodlar
Kaynak dikişinde hidrojen oluşmaması, sağlıklı kaynak yapabilmenin ön şartıdır. Hidrojen, kaynak dikişinde ince çatlakların oluşmasına, dolayısıyla da kaynak dikişinin dayanıksız olmasına neden olur. Bazik elektrod örtüleri, dikişin hidrojen kapma olasılığını, aza indirecek bir yapıya sahiptir. Bu özellikleri, diğer elektrodlara göre daha üstün oldukları anlamına gelmektedir. Bazik elektrodlar bütün kaynak konumlarında kullanılabilir. Aralık doldurma kabiliyetleri fazladır. Kaynak metali, büyük damlalar halinde geçiş yapar (Şekil 4.). Sonuçta elde edilen kaynak dikişinin mekaniksel özellikleri oldukça iyidir. Ayrıca bir çok elektrod türü ile sonuç alınmasının zor olduğu, 0°C sıcaklıklar atında çalışan makine parçalarında da bile iyi sonuç almak mümkündür. Bazik elektrodun kullanma alanları şu şekilde sıralanabilir:
• İç yapısı bilinmeyen, karbonlu ve az alaşımlı çeliklerin kaynağı,
• Yüksek miktarda karbon, kükürt, fosfor ve azot içeren çeliklerin kaynağı,
• Farklı miktarlarda karbon içeren çeliklerin kaynağı,
• Kalın kesitli parçaların kaynağı.
Bazik türdeki elektrodlardan beklenen sonuçların alınabilmesi için şu hususlara dikkat edilmesi gerekir:
• Elektrodların kuru yerlerde depolanması gereği vardır. Her hangi bir nedenle rutubet kapmış elektrodlar kaynak işlemi öncesi 250 °C de 30 dakika kurutulmalıdır.
• Rutil ve asit karakterli elektrodlarda, kaynak işlemi sırasında elektrod ile işparçası arasındaki açı yaklaşık 45° dir. Bazik elektrodlar da ise bu açı 85°-90° arasındadır.
2. 5 Selülozik elektrodlar
Elektrod üreticisi firmalar, endüstrinin her türlü elektrot ihtiyacına cevap verebilecek elektrodları geliştirmiştir. Bu elektrodlara en güzel örnek olarak, selülozik elektrodlar gösterilebilir. Özellikle de yukarıdan aşağıya konumda çok iyi neticeler vermesi, selülozik elektrodların bu konum için geliştirildiği kanısını yaratmaktadır. Gerçekte de örtüsü, yandığı zaman gaz haline geçen organik maddelerden meydana gelmektedir. Bu özellikleriyle, çok ince bir cüruf tabakası oluşturabilme yeteneğine sahiptirler. Dolayısıylada yukarıdan aşağı kaynak konumunda büyük bir sorun yaratan örtünün, kaynak banyosunun önüne geçmesi en az düzeye indirilmişitir. Ayrıca örtü içerisine katılan maddeler sayesinde, cüruf kolaylıkla kalkar ve dikişlerde gözenek oluşumu önlenebilir. Yaklaşık yüzde 30 oranında selülozik maddelerden oluşan örtü maddesinin arkın etkisi ile gaza dönüşmesi cürufun az olmasına, bu da sıçramaların fazlalaşmasına neden olmasına karşın ( Şekil 5) elektrodun aralık doldurma kabiliyeti ve nufuziyeti oldukça fazladır.
2. 6 Demir Tozlu Elektrodlar
Örtü bileşimi olarak büyük oranlarda demir tozu kullanılan elektrodlar bu grup içersinde yer almaktadır. Örtü maddesi olarak kullanılan demir tozu, elektroda ismini vermekte olup demir tozu miktarı, bazı durumlarda örtü ağırlığının yarısına kadar ulaşabilmektedir. Bir çok elektrod türüne önemli miktarlarda ilave edilen demir tozu, bu türdeki elektrodlarda daha fazla oranlardadır. Demir tozu,
• Örtüyü iletken hale getirme,
• Dikişe geçerek ergime verimini yükseltme,
• Elektrodun yüksek verimli olmasına olanak tanıma gibi elktrod üzerinde olumlu katkılara neden olmaktadır.
2. 7 Derin Nufuziyet Elektrodları
Kalın parçaların birleştirilmesinde kaynak ağızı açma zorunluluğu vardır. Kaynak ağızı açma işlemi, gerek zaman gerekse kullanılacak donanımın giderleri açısından dikiş maliyetini artırmaktadır. Bu olumsuzlukların önüne geçilebilmesi için geliştirilmiş elektrodlar derin nufuziyetleri ile tanınır. Yaklaşık 10mm kalınlığa sahip iki sac, kaynak ağızı açılmadan, bu türdeki elektrodlar kullanılarak birleştirilebilir. Derin nufuziyet elektrodları kalın örtülü olarak üretilir. Örtü maddesi ; Bazik, Rutil. Selülozik, Asit ve Oksit türlerden olabilir. |
|
