Pirinç Malzemelerin Kaynak Edilebilirliği 

Malzemelerin kaynak esnasındaki davranışları sadece malzemelerin özelliklerine bağlı olmayıp aynı zamanda kullanılan kaynak yöntemine ve kaynak konstrüksiyonuna da bağlıdır.

Bir malzemenin kaynağa uygun olabilmesi için seçilen malzemenin kaynak sonrası özelliklerinde önemli değişikliklerin olmaması gerekir. Bir metal veya alaşım bir kaynak yönteminde iyi bir şekilde kaynak edilirken bir başka yöntemde kaynak edilemeyebilir. Bu nedenle kaynağa uygunluk kavramı uygulanacak yöntem ile birlikte düşünülmelidir. Kaynağa uygunluk aşağıdaki faktörlerce belirlenir:

a) Kimyasal bileşim
b) Üretim koşullarına bağlı metalürjik koşullar
c) Fiziksel özellikler

Metalik malzemelerin kimyasal bileşimi malzemenin mekanik özelliklerinin yanında sertleşme eğilimini, yaşlanma eğilimini, gevrek kırılma eğilimini, sıcak çatlama eğilimini, iç yapısını, gazların çözünürlüğünü ve difüzyonunu, ergirniş haldeki kaynak banyosunun davranışını etkiler. 

Üretim yöntemi, dezoksidasyon şekli, sıcak ve soğuk şekil verme, kaynak sonrası ısıl işlemlerde malzeme özelliklerine tesir eder. 

Isıl genleşme katsayısı, ısı dedin kabiliyeti, elektrik iletkenliği, alaşımların katılaşma aralığı gibi fiziksel özellikler de kaynağa uygunluğu etkiler. 

Pirinç malzemelerin kaynağında hem alternatif akım hem de doğru akım kullanılabilir. Ama doğru akımda kaynak yapmak pirinç için daha uygundur. Çünkü yüzeyde temizlenmesi gerekli bir oksit tabakası yoktur. Dar bir kaynak dikişi elde edilebilir ki bu durum gerilim ve çarpılmaları azaltır. Bu şekilde sıcak çatlama problemleri bakır ve alaşımlarının WIG kaynağında önlemiş olur. 

Pirinçlerin kaynağı sırasında çinko buharlaşmasından dolayı meydana gelebilecek duman, zehirleyici bir etkiye sahip olup, kaynak esnasında maske takılarak veya kaynak bölgesinde iyi bir havalandırma yaparak çinko dumanından korunulması gerekmektedir. 

Kaynak Parametrelerinin Etkileri 

Kaynak parametreleri kaynak işlemini ve elde edilen kaynak bağlantısının kalitesini belirleyen en önemli unsurlardır. Kaynak parametreleri, kaynak edilen metal veya alaşım ile kaynak edilen metalin türü, boyutları, kaynak ağzı geometrisi, kaynak pozisyonu, ergime gücü ve bağlantıdan beklenen özellikler göz önüne alınarak tespit edilir. 

Bir kaynak işleminden iyi sonuç alınabilmesi için kaynakçı ark ve kaynak banyosunu etkileyen parametreleri iyi tanımak ve bunların hangi şartlarda nasıl değişeceğini bilmelidir. Yumuşak ve sakin yanan bir ark seçilen bütün parametreler birbiriyle dengede olduğu zaman meydana gelir. 

Kaynak parametreleri kaynak öncesi belirlenen ve kaynak süresince değiştirilmesi mümkün olmayan parametrelerdir. Bunlar birinci derece parametreler ve ikinci derece parametreler olmak üzere ikiye ayrılabilir. Birinci derece parametreler, kaynak öncesi seçilen, kaynak dikişini kontrol altında tutan, dikiş biçimini, boyutlarını, ark kararlığını ve kaynaklı bağlantının emniyetini sağlayan parametrelerdir. Akım şiddeti, ark gerilimi ve kaynak hızı bu gruba girerler. 

İkinci derecede ayarlanabilen parametreler de kaynak dikişi biçimini dolaylı olarak etkileyen parametrelerdir. Bunlar torç açısı, ark boyu, kaynak yönü gibi parametrelerdir. 

Kaynak parametreleri ve ortam şartları kaynak özelliklerini direkt olarak etkiler. Bu parametreler: 

• Akım türü ve kutuplama 
• Akım şiddeti, 
• Kaynak hızı,
• Volfram elektrotun durumu, 
• Ark gerilimi, 
• Koruyucu gazın kompozisyonu ve akış debisidir. 
 

Akım şiddeti, ark gerilimi ve kaynak hızı gibi etkenler bu gruba girerler. Akını ve gerilim arasındaki uyum iyi bir kaynak ile yetersiz bir kaynak arasındaki farkı açıkça ortaya koyar. 

Isı Girdisi 

Bir kaynağın kaliteli kabul edilebilmesi için kaynak metali ile esas metal arasında iyi bir birleşme ve bu birleşmenin bağlantı boyunca sürekli olması gerekir. Bir başka deyişle, kaynağın mukavemetinin tam olması için bağlanmalı tüm uzunluğu boyunca her noktada birleşme sağlanmalıdır Bu ise ısı girdisinin, söz konusu parça kalınlığı için gerekli minimum ısı girdisi değerinin üzerinde olacak şekilde daima kontrol edilmesi gerektiği anlamına gelir. Eşitlik 4:1'den ergime için gerekli minimum ısı girişi pratik olarak hesaplanabilir. Bundan sonra sürekliliğin sağlanması uygun elektrot hareket tekniğine ve doğru kaynak hızının uygulanmasına bağlıdır. 

Bir kaynak işleminin başarısı aynı zamanda bağlantıdaki ısı girdisine de bağlıdır. Kaynak yapılacak alana ısı verilir verilmez, metal daha düşük sıcaklıkta olduğu için bu ısı metal yoluyla iletilerek uzaklaşmaya başlar ve sonuçta metal üzerinde farklı noktalarda farklı sıcaklıklar ortaya çıkar. Dolayısıyla ergime elde edebilmek için bağlantıya sağlanan ısı girdisi hızının, esas metale olan ısı iletimi hızından daha büyük olması gerekir. Bu nedenle esas metalin ısıl iletkenliği kaynak şartlarının seçiminde göz önüne alınması gerekli en önemli faktörlerden birisidir. 

İş parçasını kaynaktan önce ısıtmak (yani ön tavlama), kaynak ile levha arasındaki sıcaklık farkını azaltır ve ergime sıcaklığına daha hızlı ulaşmaya yardımcı olur. Metalin ısı iletkenliği artan sıcaklıkta azaldığından, ön tavlama bu durumda ikinci bir işleve de sahip olmuş olur. Levhanın ısıtılarak ısı iletkenliğinin düşürülmesi levhaya olan ısı iletim hızında azalmaya da neden olur. 

Akım Şiddeti 

Kaynakta kullanılan akım şiddetinin, ergime gücüne, kaynak dikişi boyutlarına ve nüfuziyete etkisi diğer bütün parametrelerden daha çoktur. Aşırı yüksek akım şiddeti çok geniş bir kaynak banyosu ve derin bir nüfuziyete neden olduğundan ince parçaların kaynağında delinmelere neden olabilir. Çok düşük aklın şiddeti ise yetersiz nüfuziyete neden olabilmektedir. 

Ark Gerilimi

Düşen karakteristikli akım üreteçlerinde ark gerilimi, elektrot ucu ile iş parçası arasındaki uzaklık ile belirlenir. Bütün şartlarda aynı kaynak dikişini veren sabit bir ark boyu mevcut değildir. Ark boyu, aynı gerilim için helyum ve karbondioksit kullanılması halinde, argonun koruyucu gaz olarak kullanılması haline göre çok daha uzundur. Bütün parametreler sabit tutulmak koşuluyla ark geriliminin artması halinde kaynak dikişi yaygın ve geniş bir biçim alır. 

Uygulamada ark gerilimi, kullanılan koruyucu gaz, elektrot çapı, kaynak pozisyonu, kaynak ağız şekli ve iş parçasının kalınlığı göz önünde bulundurularak belirlenir. Nüfuziyet artan ark gerilimi ile optimum bir değere kadar artar ve bu değerden sonra azalmaya başlar. Küçük ark gerilimi dar ve şişkin kaynak dikişlerinin oluşmasına, çok küçük ark gerilimi ise gözeneklere neden olur. 

Kaynak Hızı

Kaynak hızı, kaynak arkının iş parçası boyunca olan hareketi ya da birim zamanda yapılan kaynak dikişi boyu olarak tanımlanır. Kaynak hızı yarı mekanize yöntemde kaynakçı, otomatik veya tam mekanize yöntemlerde ise makine tarafından ayarlanır. 

Kaynak hızı yavaş olduğu zaman, birim boya yığılan kaynak metali artar. Bu da kaynak banyosunun büyümesine ve nüfuziyetin artmasına neden olmaktadır. Kaynak hızının artması birim boya verilen ısının azalmasına neden olduğundan nüfuziyet azalır. En derin nüfuziyet kaynak hızının optimum değerlerinde elde edilir. 

Hem gerilim hem de akım arktaki ısıtmaya katkıda bulunduğundan bunların herhangi birindeki değişim nüfuziyeti etkileyecektir. Ancak gerilimin kaynak sırasındaki şiddeti başka faktörler göz önüne alınarak saptanır. Kaynak dikişinin genişliği ve yüzey profili ark uzunluğuna bağlı olup bu da gerilimle çok yakından ilişkilidir. 

Genel olarak yüksek gerilimler (yani uzun ark boyu) geniş basık kaynak dikişleri ve ark kararsızlığı riski verir. Aynı zamanda oksijen ve azot ark sütunu içine çekilebilirler. Önerilen makale: argon kaynağı fiyatları hakkında detaylı bilgi almak için ilgili sayfayı ziyaret edebilirsiniz. Diğer taraftan çok düşük gerilimler (yani kısa ark boyu) kaynak ağızlarında Yetersiz ergime olasılığı ile birlikte yüksek profile sahip dar kaynak dikişleri oluşturur. Bu nedenle kaynak esnasında kararlı bir arkın oluştuğu ark boyu ve gerilimi seçilmelidir.
 

Bunlar torç eğimi, elektrot ucunun iş parçası yüzeyine olan uzaklığı, gaz lülesinin iş parçası yüzeyine olan mesafesi, kaynak pozisyonu, koruyucu gaz debisi gibi kaynak dikişi biçimini dolaylı olarak etkileyen parametrelerdir.

Torc Eğimi

Torcun, kaynağı yapılan iş parçasına tam dik olarak tutulması halinde koruyucu gazın, kaynak banyosunu ve elektrotu en iyi şekilde koruması sağlanmış olur. Kaynak banyosunu kontrol altında tutmak amacıyla torca verilecek eğim, kaynak dikişi nüfuziyeti üzerinde önemli ölçüde etkili olur. 

Gaz Lülesi - Malzeme Mesafesi 

Gaz lülesi ucunun iş parçası yüzeyine olan uzaklığı yeterli gaz korumasını sağlayacak kadar kısa, gaz akışını engellemeyecek kadar da uzun olmalıdır. Gaz lülesi iş parçasına uzaksa kaynak banyosu yeterince korunamaz, çok yakınsa kaynakçı kaynak banyosunu göremez. Bu durumda gaz lülesi fazla ısınır ve sıçramaların gaz lülesine yapışma olasılığı artar. 

Kutuplamanın Etkisi 

Nitelik olarak ark, iki elektrotun arasındaki aralık boyunca elektrik geçişidir. Bunun mümkün olabilmesi için aralıktaki atmosferin iyonize olması gerekir. Bunun anlamı ise gaz atomlarının elektron kaybederek pozitif yüklü hale geçmeleridir. Elektronlar katottan (-) anoda (+) doğru hareket ederek akını akışını sağlarlar. Elektrik enerjisinin bir miktarı ark sütununda ısıya dönüşür ve çevredeki havaya radyasyonla yayınır. Ancak önemli bir kısmı elektrotun ucunda ve levha yüzeyinde serbest kalır. 

Arkta sağlanan toplam enerjinin levhayı ergitmek için kullanılan kısmı, esas metalin anot mu yoksa katot mu olduğuna (güç ünitesinin kutuplarına) bağlıdır. Soy gaz koruması altında volfram elektrotun kullanılması durumunda ısının yaklaşık 1/3'ü katotta 2/3'ü anotta oluşur. Genelde WIG kaynağında elektrotlar katot olarak bağlanır. Bu nedenle ısının çoğu kaynak yapılacak metalde (yani anotta) meydana gelir. 

Koruyucu Gaz Debisi 

Koruyucu gaz debisi, akım şiddeti, kaynak pozisyonu ve seçilen gaz lülesinin çapına göre ayarlanır. Çok düşük gaz debisi yetersiz korumaya neden olduğu gibi yeterince iyonize olmamış bir ortam ve kararlı olmayan bir arkın oluşumuna da neden olur. Çok büyük gaz debisi ise koruyucu gazın türbülans oluşturmasına, ergimiş metalin kaynak banyosu dışına savrulmasına ve girdap oluşturarak gözenek oluşmasına neden olabilir.
 

WIG kaynağında sıcaklık elektrotta (katot) yaklaşık 4200 °C'ye ve iş parçasında (anot) yaklaşık 3200 °C'ye ulaşmaktadır. Bu sıcaklıklar hem bakırın (1083 °C/2590 °C) hem de çinkonun (419 °C/907 °C) ergime ve kaynama sıcaklıkların] aşmaktadır. Bununla beraber çinko buharlaşması sonucu ortaya çıkan çinko oksitin ergime sıcaklığı da 1970 °C'dir. Bu sebeple kaynak esnasında esas malzemeden çinko ve bakırın buharlaşması söz konusu olmaktadır. Kaynama sıcaklığı daha düşük olan çinko bakırdan daha fazla buharlaşmaktadır. 

Bu buharlaşmanın sonucu olarak kaynak dikişinde gözenekler ortaya çıkmakta, kaynak dikişi yüzeyinde çinko oksit çökelmekte ve kaynak bölgesinde pirinç sahip olduğu sarımsı rengi kaybederek kırmızımsı bir renk almaktadır. Yüksek sıcaklık süresince çinko buharlaşması ve ayrıca bakırın oksitlenmesi söz konusu olabilmektedir. Bu durumda makroskobik görünümde yüzey gri veya bazen siyah bir renk almaktadır. Bunun sebebi de Zn ve Cu'nun oksitlenmesidir. 

Alaşım içindeki çinko miktarı ne kadar az olursa buharlaşma miktarı o kadar az olmakta ve ergitme kaynağının kalitesi o kadar artmaktadır. Çinkonun buharlaşma hızı sıcaklıktan doğrudan etkilenmekte olup, ergitme kaynağında çinkonun 1000°C civarındaki buharlaşma hızı 10 g/cm².s olarak gerçekleşmektedir. 

Kaynaklı birleştirmeyi en iyi şekilde yapmak için ısı girişinin mümkün olduğunca küçük tutulması gerekir. Bu durum kaynak işleminde çok küçük bir ısı tesiri altındaki bölge (ITAB) oluşmasına ve de kaynak bölgesini, kendisini çevreleyen ortama karşı korumaya yardımcı olmaktadır. Bu amaçla WIG kaynak işlemi birçok kaynak uygulamasında tercih edilir. Çünkü WIG kaynak yönteminde kaynak banyosunda enerji konsantrasyonu düşüktür. 

Kaynak sıcaklığı ve kaynak süresi pirinçlerin kaynağında çok önemli parametrelerdir. Pirinç malzemelerin kaynak işleminin karakteristiği düşük ısı girişi ve kısa kaynak süresi olarak tanımlanabilir. 

Pirinç malzemelerin kaynağında diğer bir problem ise pirincin ısı iletiminin, ısıl genleşmesinin ve büzülmesinin oldukça yüksek olmasıdır. Bu özelliklerinden dolayı hem kaynak esnasında hem de kaynaktan sonra çeki ve bası gerilmelerinin ortaya çıkması söz konusu olmaktadır. Bu bası ve çeki gerilmelerinin sonucunda kaynak dikişinin katılaşması esnasında kaynak edilen malzemelerin çarpılması söz konusu olmaktadır. Uygun bir kaynak yöntemi ve kaynak parametrelerinin seçimi ile kaynaktan sonra ortaya çıkabilecek kaynak gerilmeleri azaltılabilir.