Kaynak İşleminde Isı Oluşumu Kaynak tekniklerinin pek çoğunda birleştirme işlemi, oluşturulan kaynak ısısı sayesinde gerçekleştirilir. Kaynak ısısı, hem birleştirilecek parçaların yüzeylerinin hem de ilave dolgu metalinin ergitilmesini sağlar. Kaynak ısısı, kaynak tekniğinin türüne bağlı olarak aşağıda ifade edildiği gibi farklı tarzda oluşturulur. 1) Kaynak ısısı, elektrot ile iş parçası arasında meydana gelen ark sayesinde oluşur. Örneğin, elektrik ark kaynak tekniği. 2) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçalardan elektrik akımının geçirilmesi sonucu, iş parçalarının elektrik akımına karşı gösterdiği direnç neticesinde elde edilir. Örneğin, elektrik direnç kaynak teknikleri. 3) Kaynak ısısı, yanıcı ve yakıcı iki gazın bir torç ucunda karıştırılıp yakılmasıyla oluşturulan yüksek sıcaklığa sahip alev sayesinde meydana gelir. Örneğin, oksi-gaz kaynağı. 4) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçaların birbirlerine sürtünmeleri sonucu meydana gelir. Örneğin, sürtünme kaynağı. 5) Kaynak ısısı, birleştirilecek parçalar üzerinde patlayıcı patlatılması sonucu meydana gelir. Örneğin, patlamalı kaynak tekniği. 6) Kaynak ısısı, ekzotermik reaksiyonlar sonucu oluşturulur. Örneğin, termit kaynak tekniği. 7) Kaynak ısısı, yüksek enerjiye sahip elektron demetinin hızlandırılarak bir noktaya gönderilmesi sonucu meydana gelir. Örneğin, elektron ışın kaynağı. 8) Kaynak ısısı, belli bir enerjiye sahip atomların enerji düzeylerinin değiştirilmesi sonucu ortaya çıkan ışının belirli bir noktaya odaklanması ile elde edilir. Örneğin, lazer kaynak tekniği. 9) Kaynak ısısı, bir gazı elektrik arkından geçirerek elde edilen iyonlaşmış ışıklı gazın belirli bir noktaya odaklandırılması sonucu elde edilir. Örneğin, plazma kaynak tekniği. Elektrik arkı, kaynak ısısını oluşturmada en yayın kullanılan metottur. Elektrik arkının sıcaklığı, 5000- 20000˚C arasındadır. Kaynak ısısı, parçaların birleştirilmesinde gerekli olmasına rağmen, eğer önlem alınmazsa birleştirilen parçalar üzerinde zararlı etkilere de yol açar. Bu zararlı etkilerden bazıları şunlardır: 1) Malzemede bölgesel bir ısıtma sonucu meydana gelen kalıntı gerilmeler, parçaların şekil değiştirmesine sebep olabilir. 2) Isıdan tesiri altında kalan bölge içerisinde sertlik artışı meydana gelmesinden dolayı, çatlama oluşumu söz konusu olabilir. 3) Isıdan tesiri altında kalan bölgenin sünekliğinin azalması sonucu, malzemenin mekanik özellikleri zayıflayabilir. 4) Soğuk şekillendirme ile mukavemeti arttırılmış ve tavlanmış malzemelerin birleştirilmesinde, ısıdan tesiri altında kalan bölgede (ITAB) mukavemet kaybı meydana gelebilir. Kaynak işleminde ısı girdisi, zaman ve sıcaklık arasındaki ilişkilerin net bir şekilde belirlenmesi oldukça zordur. Çünkü bu ilişkiyi etkileyen pek çok faktör vardır. Bu faktörlerin etkilerini aynı anda değerlendirip, bu ilişkiyi açıklamak çok zordur. Bununla birlikte kaynak parametreleri, kaynak tekniği ve malzeme özellikleri biliniyorsa, kaynak ısı girdisi hakkında bazı tahminler ve hesaplamalar yapılabilir. Kaynak işleminde mutlaka ilave dolgu metalinin ergitilebilmesi için, yeterli ısı miktarının oluşturulabilmesi gerekir. Bir çeliğin birleştirilmesinde meydana gelen kaynak banyosunun sıcaklığı 1930 ˚C cıvarındadır. İlave dolgu metalinin ve birleştirilecek parça yüzeylerinin ergitilebilmesi için mutlaka ilave bir ısıya gerek vardır. Bundan dolayı birleştirme işleminde ısı girdisinin miktarı kontrol altında tutulmalıdır. Her bir kaynak yönteminde ısı girdi miktarı farklı olduğu için, ısı girdisini kontrol etmek ve en uygun ısı girdi miktarını tespit edebilmek, kaynak yönteminin seçiminde oldukça önemlidir. Koruyucu gaz kaynak yöntemi ile elektro-curuf kaynak yöntemi karşılaştırıldığında, her iki yöntemde de ısı artış oranı, ulaşılan maksimum sıcaklık değeri, maksimum sıcaklığa ulaşma zamanı ve soğuma hızı birbirinden farklıdır. Koruyucu kaynak yöntemi ile yapılan birleştirmelerde, maksimum sıcaklığa çok kısa zamanda ulaşıldığı ve çok kısa zamanda da metalin soğuduğu görülmektedir. Buna karşılık elektro-curuf kaynak yönteminde ise, maksimum sıcaklığa daha uzun bir zamanda ulaşılır ve metalin soğuma hızı da oldukça yavaştır. Kaynak Arkı Oluşumu ve Kaynak Bölgesindeki Isı Girdisi Kaynak esnasında malzemeye verilen ark ısısını daha iyi anlayabilmek için elektrik arkı, ark esnasında meydana gelen toplam ark ısı enerjisi ve kaynak esnasında kullanılan ark ısısı hakkında bilgi vermek gerekir. Şekil 1.1’de gösterildiği gibi, elektrik arkında elektrotlar arasındaki gerilim dağılımını; 1) katodik düşüş, 2) anodik düşüş ve 3) ark sütunundaki düşüş olmak üzere üç bölgeye ayırabiliriz. Anot ve katot uçlarına komşu olan bölgeler, soğuk olduğundan gerilim düşüşü hızlıdır. Ark demetinde ise hemen hemen doğrusaldır. Yani gerilim düşüşü çok azdır. Anodik düşüş, katodik düşüşe göre daha büyük olduğundan, anotta ısıya dönüşen enerji daha fazla olmaktadır. Bu nedenle anodun sıcaklığı katoda göre daha yüksektir. Metal arkında, anotta sıcaklık 3600 ˚K (Kelvin = 273 + ˚C) civarında iken katottaki sıcaklık 3000 ˚K seviyesinde olduğu tespit edilmiştir. Anot ve katot arasındaki ark sütununun sıcaklığı ise 5500 ˚K civarındadır. ark esnasında meydana gelen toplam ark ısı enerjisi (Qt) Kaynak arkının oluşturulmasında yüksek akım şiddeti ve düşük gerilim g e r e klidir. Elektrotlar arasında (anot ile katot arasında) kaynak gerilimine (V) ve çekilen akım şiddetine (I) bağlı olarak, ark esnasında meydana gelen toplam ark ısı enerjisi (Qt) şu şekilde ifade edilir: Qt (Watt) = V (Volt) . I (Amper) kaynak esnasında kullanılan ark ısısı Kaynak yöntemine bağlı olarak elektrik arkından elde edilen toplam ark ısı enerjisinin (Qt) belli bir kısmı, kaynak esnasında kullanılmaktadır. Buna göre malzemeye verilen yani kaynak esnasında kullanılan ark ısısı şu şekilde ifade edilir: Qe (Watt) = V . I . η Burada; V: kaynak gerilimi (Volt) I : kaynak akımı (Amper) η : ark verimi (sabit katsayı)