I GEV Gedik Eğitim Vakfı Kaynak Teknolojisi E ğitim Araştırma ve Muayene Enstitüsü Yayın No: 3 GAZALTI ARK KAYNAĞI (TIG • MIG • MAG) Prof. Dr. Selâhaddin ANIK Doc. Dr. Murat Vural II ÖNSÖZ Günümüzde kaynak teknolojisi, son derece yaygınlaşmış, kaynak yöntemlerinden birini veya birkaçını kullanmayan herhangi bir atölye, fabrika, şantiye vs. görmek hemen hemen imkâns ız hale gelmi ştir. Gazaltı ark kayna ğı ise, eritme esasl ı kaynak yöntemleri arasında en çok kullan ılan kaynak yöntemi haline gelmiş ve kullanım oranı gün geçtikçe artmaktadır. Bu kitap, gazaltı ark kayna ğı konusunda ihtiyaç duyulan teorik ve pratik bilgileri içerecek tarzda hazırlanmış oldu ğundan, endüstriyel işletmelerde hem mühendis kademesinde hem de kaynakç ı kademesinde kullanılabilecek bir yapıya sahiptir. Ayrıca kaynak teknolojisi ile ilgili derslerin mevcut oldu ğu her kademeden eğitim kurumunda ve kaynak kurs merkezlerinde de bşavurulacak bir ders ve kurs kitaıb niteliğindedir. Gedik Eğitim Vakfı'nın yayınladığı üçüncü kitap olan "Gazaltı Ark Kaynağı - TIG -MIG - MAG" adlı bu eserin konu ile uğraşanlara faydaıl olmasını dileriz. S. ANIK - M. VURAL III İÇİNDEKİLER 1. BÖLÜM - GAZALTI ARK KAYNAK YÖNTEMLERİ 1.1. Giri ş 1 1.2. Yöntemlerin Tarihçesi 1 1.3. Yöntemlerin Sınıflandırılması 2. BÖLÜM - İLAVE (DOLGU) METALLER VE KORUYUCU GAZLAR 2.1. Elektrodlar 6 2.2. TIG Kaynağında Kullanılan Kaynak Telleri ve Çubuklaır 6 2.3. TIG Kaynak Çubuklaır Hakkında İpuçları 7 2.4. Tel Elektrodlar 9 2.4.1 Üretim 9 2 .4.1.1. Masif Tel Elektrodlaırn Üretimi 9 2.4.1.2. ÖzlüTel Elektrodlaırn Üretimi 13 2.4.2. Alaşımsız ve Düşük Alaşımlı Yapı Çelikleri İçin Tel Elektrodlar 15 2.4.2.1 Masif Tel Elektrodlar 15 2.4.2.1. Özlü Tel Elektrodlar 15 2.4.2.2. Çeşitli Standartlara Göre Masif ve Özlü Tel Elektrodlar 15 2.4.3. Yüksek Alaşımlı Çelikler İçin Tel Elektrodlar 24 2.4.4. Dökme Demirlerin Gazaıl tKaynağı İçin Kaynak Çubukları 31 2.4.5. Demirdışı Metal ve Alaşımlarının Gazaltı Kaynağı İçin Kaynak Telleri ve Çubuklaı r 32 2.4.5.1. Alüminyum ve Alaşımları İçin 32 2.4.6. Uygun Tel Elektrodun Seçimİiç in Kriterler 37 2.5. Koruyucu Gazlar 37 2.5.1. TIG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar 39 2.5.2. TIG kaynağında Kökün Korunması için Gazlar 41 2.5.3. MIG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar 41 2.5.4. MAG Kaynağında Kullanılan Koruyucu Gazlar 43 2.5.4.1. Geleneksel Yöntemlerde 43 2.5.4.2. T.I.M.E. Proses 44 2.5.4.3. Diğer Yöntemlerde 45 2.6. Tel - Koruyucu Gaz Bilşeimi 46 2.6.1 Kaynak Metalinin Kimyasal Bilşeimi 46 2.6.2. Mekanik-Teknolojik Özellikler 47 IV 3. BÖLÜM - GAZALTI TUNGSTEN ARK (TIG) KAYNAĞI 3.1 Giriş 50 3.2 Elle TIG Kaynağında Kullanılan Ekipman 52 3.2.1. TIG Torcu 52 3.2.1.1. Tungsten Elektrodlar 52 3.2.1.2. Su Soğutmalı TIG Kaynak Torcu 54 3.2.1.3. Gaz Merceği 56 3.2.2 TIG Kaynğaında Kullanılan Kaynak Makinalaır 57 3.2.2.1 Kontrol Üniteleri 60 3.2.2.1.1. TIG Kaynağında Elektrodun Tutuşturulması 62 3.2.2.1.2. Krater Doldurma Tertibatlaı r 65 3.2.2.2. Akım Türü ve KutuplamaŞ ekli 65 3.3. TIG Kaynağında Kaynak Ağız Şekilleri ve Ağız Hazırlığı 69 3.4. TIG Kaynağında Çalışma Tekniği 73 3.4.1. Puntalama 73 3.4.2. Arkın Tutuşturulması 73 3.4.3. Torcun Tutuluşu ve İlerletilişi 73 3.4.4. Kaynakİ lave Telinin Görevleri 74 3.4.5. Kökün Korunması 75 3.5. Kaynak Parametrelerinin Etkileri 78 3.5.1. Koruyucu Gaz Aıkş Debisi 78 3.5.2. Elektrodun Durumu 80 3.5.3. Ak ım Türü ve Kutuplamanın Etkisi 84 3.5.4. Ak ım Şiddeti, Ark Gerilimi ve Kaynak Hızını Etkisi 84 3.5.5. Ak ım İmpulslarıyla Kaynak 85 3.6. TIG Kayna ğındaki Hatalar 86 3.7. TIG Orbital - Kayna ğı 95 3.7.1. Yöntemin Esas ı 95 3.7.2. Orbital Kaynak Donanımı 95 3.7.2.1. Kaynak Kafası 95 3.7.2.2. Akım Üreteçleri 97 3.7.2.3. Tel İlerletme Ünitesi 98 V 3.7.2.4. Kaynakİ şlemi 98 3.7.2.5. İşlemin Ekonomiklğii 98 4. BÖLÜM - GAZALTI METAL ARK (MIG/MAG) KAYNA ĞI 4.1. Giri ş 99 4.2. Yöntemin Prensibi 99 4.3. MIG/MAG Kaynağında Kullanılan Kaynak Akım Üreteçleri 102 4.3.1. Ark Karakteristi ği 102 4.3.2. MIG/MAG Kaynak Makinalarının Karakteristğii 103 4.3.3. MIG/MAG Kaynak Donanım Türleri 106 4.3.4. MAG-CP veya Transpuls Kaynak Makinaları 115 4.3.4.1. Girşi 115 4.3.4.2. MAG-CP ve Transpuls Kaynak Makinalıanrın Karşılaştırılması 116 4.3.4.2.1. CP-Akım Üreteçleri 116 4.3.4.2.2. Transpuls Ayar Elemanlaı r 116 4.3.4.3. Tek Anahtardan Kontrol 11 7 4.3.5. Uygun Güçte Kaynak Makinası Seçimi 119 4.4. Tel ilerletme Cihazlar ı 120 4.5. Kontrol ünitesi 126 4.6. Hortum Paketi 128 4.7. MIG/MAG Kaynak Torçlar ı 130 4.7.1. Torçlar ın Yapıları 131 4.7.1.1. Kontak Borusu 131 4.7.1.2. Koruyucu Gaz Memesi 134 4.7.1.3. Sıçramaların Yapışmasını Önleyen Ayırıcı Maddeler 139 4.7.2. Torçlar ın Türleri 142 4.8. Bas ınç Düşürme Manometresi ve Debimetre 146 4.9. Arkta Malzeme Geçi şi 150 4.9.1. Kısa Ark-Orta (Ara) Ark Bölgesi 151 4.9.2. Orta (Ara) Ark Bölgesi 151 4.9.3. Orta (Ara) Ark - Sprey Ark (MAGM) Sınır Bölgesi 151 4.9.4. Orta (Ara) Ark - Uzun Ark (MAGC) Bölgesi 152 4.9.5. İmpuls Ark Bölgesi 152 4.9.6. Karışım Gazlarda Kritik Sınırların Aşılması 153 VI 4.9.7. Çal ışma Bölgeleri Aracılığıyla Eğitim 153 4.9.8. Özet 153 4.10. Pinch-Effekt 154 4.10.1. Pinch Kuvveti ve Pinch Etkisi 154 4.10.2. Ara (Orta) Ark Durumunda Pinch Kuvveti 155 4.10.3. Sprey Ark Durumunda Pinch Kuvveti 156 4.10.4. İmpuls Ark Durumunda Pinch Kuvveti 156 4.10.5. Geri Darbe Durumunda Pinch Kuvveti 157 4.10.6. Değerlendirme 157 5. BÖLÜM - MIG/MAG KAYNAĞINDA ÇALIŞMA TEKNİĞİ 5.1. MIG/MAG Kaynak Donan ımının Ayarlanması 158 5.2. Kaynak Parametreleri İçin Doğru Değerler 159 5.3. Tel Elektrod Çap ı 159 5.4. Elektrod İlerleme Hızı ve Kaynak Akımı 160 5.5. Bo şta Çalışma Gerilimi ve Kaynak Gerilimi 166 5.6. Çal ışma Tekniği 167 5.7. Elle Kaynak 167 5.8. Torcun Tutulu şu 172 5.9. Puntalama 180 5.10. Yukar ıdan Aşağıya ve Aşağıdan Yukarıya Kaynak 181 5.11. Tavan ve Korni ş (Ufki) Pozisyonunda Kaynak 184 5.12. Boru Birle ştirmelerinde Pozisyon Kaynağı 185 5.13. Tam Mekanize Kaynak 185 5.14. Kal ın Saçların Kaynağı 190 5.15. Banyo Emniyeti ve Parça Kenarlar ının Birbirine Uyumu 193 5.16. MIG/MAG Kayna ğında Kaynak Dikşilerinde Görülen Hatalar 195 5.16.1. Gözenek Oluşumu 196 5.16.1.1. Azot Nedeniyle Gözenek Olşuumu 196 5.16.1.2. Hidrojen Nedeniyle Gözenek Oşluumu 196 5.16.1.3. Karbonmonooksit Nedeniyle Gözenek Oşluumu 197 5.16.2. Çatlak Oluşumu 198 5.16.2.1. Kaynak Metalindeki Çatlaklar 198 5.16.2.2. Isının Tesiri Altındaki Bölgedeki (ITAB'daki) Çatlaklar 198 5.16.3. Yetersiz Nüfuziyet 198 VII 5.16.4. Birleşme Hatası 200 5.16.5. Cüruf Kalıntıları 201 5.16.6. Yanma Olukları (Yanma Çentikleri) 202 5.16.7. Sıçrama 204 5.16.8. Düzensiz Dikiş Profili 206 5.16.9. Dikişin Görünüşü 209 5.17. Çe şitli Malzemelerin Gazalıt Kaynağı 209 5.17.1. İnce Taneli Yapı Çeliklerinin Kaynağı 209 5.17.1.1. Isının Tesiri Altındaki Bölge - ITAB 210 5.17.1.2. Çizgisel Enerji E (J/cm) 210 5.17.2. Paslanmaz ve Yüksek Alaşımlı Çeliklerin MIG/MAG Kaynğaı 214 5.17.3. Alüminyum ve Alaşımlarının TIG - MIG Kaynağı 218 5.17.4. Titanyum esaslı malzemelerin TIG kaynağı 222 6. BÖLÜM - ÖZLÜ TEL ELEKTRODLA ARK KAYNA ĞI 6.1. Giri ş 224 6.2. Yöntemin Temel Prensipleri 224 6.3. Kaynak Donan ımı 226 6.3.1. Yar ı Mekanize Kaynak Donanımı 227 6.3.2. Tam Mekanize Kaynak Donan ımı 230 6.4. Koruyucu Gazlar 232 6.4.1. Karbondioksit 232 6.4.2. Kar ışım Gazlar 232 6.5. Kaynak Yap ılabilen Malzemeler 233 6.6. Özlü Tel Elektrodlar 233 6.7. Yöntem Karakteristikleri 235 6.7.1. Kaynak Ak ımı 235 6.7.2. Ark Gerilimi 235 6.7.3. Serbest Elektrod Boyu (Kontak Borusu Mesafesi) 235 6.7.4. Kaynak H ızı 236 6.7.5. Koruyucu Gaz Ak ışı 236 6.7.6. Elektrod Aç ısı 236 6.8. Ba ğlantı Tasarımı ve Kaynak Prosedürü 237 6.9. Kaynak Hatalar ı ve Nedenleri 241 6.10. Özlü Telle Ark Kayna ğının Avantaj ve Dezavantajları 242 VIII 7. BÖLÜM - MIG/MAG KAYNA ĞINDA EKONOMİKLİK 7.1. Giri ş 244 7.2. Tam Mekanizasyona ve Otomatizasyona Uygunluk 244 7.3. Eritme Gücü 245 7.4. Yan Süreler ve Devrede Kalma Süresi 245 7.5. Distorsiyon (Çekme ve Çarp ılma) 246 7.6. Güç Kar şılaştırması 247 7.7. Kaynak Metali Miktar ı 247 7.8. Malzeme Maliyetleri 249 7.9. Uygulanabilirlik 250 7.10. MIG/MAG Kayna ğında Maliyet Hesabı 251 8. BÖLÜM - GAZALTI ARK KAYNAĞINDA SAĞLIK VE GÜVENLİK 8.1. Giriş 254 9. BÖLÜM - GAZALTI ARK KAYNA ĞI İÇİN AYAR DEĞERLERİ 265 FAYDALANILAN ESERLER 284 1 1. BÖLÜM GAZALTI ARK KAYNAK YÖNTEMLERİ 1.1. Giri ş Bugün bir konstrüksiyon elemanının kaynağında - örneğin bir çelik köprü, boru hattı, biçerdöver, otomobil veya mobil kren -, bilinen eritme kaynak yöntemlerini kullanmaktıazy. Bu yöntemler aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir: - geleneksel yöntemler; günümüzde, belirli talepleri karşılamak amacıyla halen yaygın şekilde uygulanan gaz eritme kaynğaı, - yine günümüzde, belirli uygulama alanlaınrda öncelikle kullanılan, bilinen örtülü çubuk elektrodlarla yapılan elektrik ark kaynağı, - birle ştirme yöntemlerinin nispeten yeni bireyi olan koruyucu gaz alt ında ark kayna ğı; kısaca gazaltı ark kaynağı. Koruyucu gaz, "ç ıplak tel" ile kaynak yapt ığımızda, eriyik halindeki kaynak banyosu ile çevresindeki hava atmosferinin temasını keser. Kaynak banyosunun bu şekilde örtülmesi, gaz eritme kaynağında nötr oksi-asetilen aleviyle, elektrik ark kaynağında ise çubuk elektrodun gaz haline geçen örtüsüyle sağlanır. Doğal olarak şu soru akla gelebilir: Gazaltı ark kaynağı, eski kaynak uygulamaları arasında hangi oranda uygulanmaktadır? Günümüzde eritme kaynak yöntemleriyle birşletirilmiş yapı çeliklerinin en az % 60'ı "gazaltı ark kaynaklı" dır. Yaklaşık % 10'u tozaltı ark kaynaklıdır ve kalanı da örtülü çubuk elektrodlarla kaynak yapılmaktadır- bu gruplandırmada gaz eritme kaynağını ihmal edebiliriz . 1.2. Yöntemlerin Tarihçesi Eriyik halindeki kaynak banyosunun bir gazla korunmaıs fikri oldukça eskidir. İlk defa 1926 yılında ortaya atılan Alexander usulünde kaynak dikşii metanol gazı ile korunmuş ve daha sonraları 1928'de de Arcogen usulü geliştirilmiştir. Bu usulde hem bir elektrod hem de oksi-asetilen alevi birlikte kullanılmıştır. Burada üfleç alevi, dikişi havanın etkisinden korumaktaydı. Bugün bu usullerin her ikisi de terkedilmşitir. Diğer taraftan, kaynak metalinin atmosferin etkilerine kar şı korunmas ı, sistemli bir şekilde incelenmiş ve yine 1926 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde Weinmann ve Langmuir taraf ından hidrojen'in bir koruyucu gaz olarak kullan ılmasıyla arkatom usulü uygulama alanına girmiştir. 2 Koruyucu gaz olarak inert bir gazın kullanılması, ancak 1930 yılında Amerika Birleşik Devletlerinde Hobart ve Devers tarafından patent olarak alınmış ve 1940 yılında da Nortrop Aircraft Company Inc. firması tarafından, uçak inşaatında magnezyum ve alaşımlarının kaynağında kullanılmıştır. Burada önce helyum gazı kullanılmış ve daha sonra da 1942 yılında Linde Air Product Company ve Union Carbide and Carbon Corporation tarafından hem helyum ve hem de argon gazlar ı kullanılarak hafif metal ve ala şımlarının kayna ğı yap ılmıştır. Inert gazlardan ba şka kaynak yerinde karbondioksit gibi aktif bir gazın kullanılması konusundaki ilk çalışmalara 1952 yılında başlanmıştır. Bugün çeşitli inert gaz ve aktif gazların kullanıldığı, donanımı aynı ancak gaz kar ışımları farklı olan çeşitli gazaltı ark kaynak yöntemleri mevcuttur. 1.3. Yöntemlerin Sınıflandırılması Gazaltı ark kaynak yöntemleri, elektrod, koruyucu gaz ve ark türüne göre sınıflandırılabilir. Tablo 1.1, bu prensiplere göre gazalıt ark kaynak yöntemlerinin sınıflandırılmasını göstermektedir. İlk büyük sınıflandırma, elektrod türüne göre yapılmıştır. Burada yöntemler, erimeyen ve eriyen elektrod olarak gruplandırılabilir. Erimeyen elektrodlar tungsten'den mamuldür ve yöntem gruplaı rbu nedenle Gazaltı Tungsten Ark Kayna ğı (GTAK) olarak adlandırılmıştır. Eriyen elektrodlar ise hem ark taşıyıcı hem de ilave metal görevi yapt ığından ve genellikle kaynak yapılan metalle aynı kimyasal bileşime sahip olduğundan, bu yöntemG azaltı Metal Ark Kaynağı (GMAK) olarak adlandırılır. Bu iki ana grubun alt gruplaı,r kullanılan koruyucu gaz türüne göre yaıplabilir. Gazaltı Tungsten Ark Kayna ğında bazı durumlarda Argon-Hidrojen kar ışımları, ancak ço ğu uygulamada da inert (soy) gazlar kullanılır. İnert, eski grekçe bir kelimedir ve "reaksiyona isteksiz" anlamına gelmektedir. Bütün soy gazlar bu gruba dâhildir. Yüksek sıcaklıkta diğer maddelerle bileşik oluşturmazlar; ayrıca, kaynak sırasında da nötr özelliklerini korurlar. Sözü edilen inert gazların tümü, Plazma Kaynağında (PK) kullan ılırken, Tungsten Inert Gaz kayna ğında (TIG) bunlardan sadece argon, helyum veya ikisinin kaırşımı kullanılmaktadır. Tungsten hidrojen kaynağında (THK) ise kaynak sırasında çevre atmosferi hidrojen gazı ile uzaklaştırılmaktadır. Ark türüne göre plazma ark kaynağı, plazma huzme kaynağı (PHK), plazma ark kayna ğı (PAK) ve plazma huzme-plazma ark kayna ğı (PHAK) olarak alt gruplara ayırlabilir. Gazaltı metal ark kayna ğında hem inert hem de aktif gazlar kullan ılabilmektedir. Bu nedenle gazaltı metal ark kaynağı, Metal Inert Gaz (MIG) kaynağı ve Metal Aktif Gaz (MAG) kaynağı olarak ayrılır. Nüfuziyet formu, diki şin görünüşü ve sıçrama oluşumu, kullanılan aktif gaz türünün eritme gücüne bağlı olan Metal Aktif Gaz kaynağı, koruyucu gaz türüne göre, eğer aktif gaz (CO ve O ) 2 2 bileşenleri olan argon esaslı bir koruyucu gaz kullanılıyorsa MAG-M kaynağı ve kaynak karbondioksiti (CO ) kullanılıyorsa MAG-C kaynağı olarak alt gruplara ayırlır. 2