Tozaltı kaynağında ergimeyen kaynak tozları emilerek yeniden kaynak işleminde kullanılır. Emme sonucunda tozların tane büyüklüğü dağılımında, mutlak bir değişim ortaya çıkmasından korunmak için, tüketilen tozun yaklaşık yarısı kadar yeni kurutulmuş toz ilavesi önerilir. Tekrar kullanılmaya alınan tozun cüruf artıklarından ve yabancı elemanlardan tamamen arındırılmış olması gerekir.
Tozaltı kaynağında kullanılan, tane biçimine sahip tozlar örtülü bir elektrotla yapılan kaynakta örtünün sağladığı aynı işi görür. Kaynak işlemine fiziksel ve metalürjik bakımlardan tesir eder. Fiziksel olarak; meydana gelen cüruf kaynak banyosunu havaya karşı korur, dikişe uygun bir form verir ve kaynak banyosunun yavaş soğumasını sağlayarak, zararlı gazların kaynak banyosunu terk etmesi için zaman kazandırır. Metalürjik olarak da, kaynak banyosuna ilave ettiği yardımcı katkı elemanları ile yanma kayıplarını önler veya dengeler. Metalürjik tesire esas metal ile kaynak telinin de tesiri vardır. Esas metal, kaynak teli ve tozun bileşimi, dikişin kimyasal bileşimine tesir eden üç önemli faktördür. Tozun koruyucu tabakası altında yapılan kaynaklar; alışılmadık şekilde iyi işlenebilirlik, korozyon dayanımı ve düşük azot muhtevasına sahiptir.
Kaynak tozlarının kimyasal bileşimi ve atmosfer şartlarına bağlı olarak kimyasal reaksiyonlar sonucu özelliklerinde değişiklikler meydana gelmekte ve uzun süreli depolamalarda bu değişiklikler artmaktadır. Kaynak tozları depolama şartlarına bağlı olarak, atmosferden az çok nem alır. Nem, gözenek oluşumu ve aynı zamanda hidrojen difüzyonu ile soğuk çatlak oluşmasına sebep olur. Bunu önlemek için, kaynak tozu kullanılmadan önce 250°C ± 50 °C' de 2 saat süre ile kurutulmalıdır. Eğer kurutulacak toz aglomere kaynak tozu ise, 350 °C ± 50 °C' de 3 saat kurutulması gerekir. Tozaltı kaynağında kullanılan kaynak tozlarını üretim metotları ve özellikleri yönlerinden aşağıdaki gruplarda sınıflandırmak mümkündür.
A- Kaynağın gayesine göre:
a- Hızlı kaynak tozları,
b- Derin nüfuziyet kaynak tozları,
c- İnce sac kaynağı tozları,
d- Aralık doldurma kabiliyetli tozlar,
e- Dolgu ve kaplama işlemleri için kaynak tozları.
B- Üretim yöntemlerine göre:
a- Ergimiş kaynak tozları,
b- Sinterlenmiş kaynak tozları,
c- Aglomere kaynak tozları.
C- Kimyasal karakterine göre:
a- Asit karakterli tozlar,
b- Nötr karakterli tozlar,
c- Bazik karakterli tozlar.
D- Mangan miktarına göre:
a- Yüksek manganlı tozlar (%30-45 MnO)
b- Orta sevide mangan içeren tozlar (%14-20 MnO)
c- Düşük manganlı tozlar (<%14)
Üretim Yöntemlerine Göre Kaynak Tozları
Üretim Yöntemlerine göre kaynak tozları, ergimiş, sinterlenmiş ve aglomere tozlar olmak üzere üçe ayrılır.
Ergimiş Tozlar
Ergimiş tozlar, suni olarak eritilmiş silikatlar olup, katı durumda kristal karakterli amorf kütlelerdir. Bu tozların üretilmesinde genellikle Kuvarz, Mangan cevheri veya Mangan cürufu, dolamit, kalsiyum bileşikleri ve kil gibi doğal malzemeler uygun oranlarda karıştırılarak, ark erime fırınında bir araya getirilir. Ark fırınındaki ergitme işlemi 1500-1600 °C arasında olur ve kullanılan akım şiddeti de 1000 ile 1100 amper arasında değişmektedir. Ergitmede tane büyüklükleri ve yanma kayıpları göz önünde tutulur. Tozlar, öğütme, kurutma ve eleme işlemlerinden sonra kullanılabilir duruma gelir.
Sinterlenmiş Tozlar
Sinterlenmiş tozların üretiminde uygun bileşimdeki malzeme karışımı ince olarak öğütülerek bir karıştırıcı ile karıştırılır. Daha sonra öğütülmüş tozlar belirli büyüklükte taneler halinde preslenir ve sıcaklığı 1000 ile 1100 °C arasında bulunan alevli fırınlarda sinterlenir. Sinterlenen taneler tekrar ufalanır ve istenen tane büyüklüğünde ayrılır.
Aglomere Tozlar
Aglomere tozların üretiminde, genel olarak Silikatlar, Fluoridler, Demir oksitler ve Karbonatlar ile kaynak işlemi esnasında cüruf oluşumu, vizkozite, arkın iyonizasyonu ve deoksidasyon gibi görevleri yerine getiren hammaddeler kullanılır. Aglomere tozlar; ince öğütülmüş toz halindeki hammaddeye belirli büyüklükte olan hammaddenin katılması ve bir yapıştırıcı ile aglomere edilmesi ile elde edilir. Aglomere olmuş bu karışım daha sonra neminin alınması için tavlama işlemine tabi tutulur. Tavlama işleminden sonra elenerek istenilen tane büyüklüğünde ayrılır. Aglomere tozlar son zamanlarda genişçe kullanılmakta olup, ergimiş tozlara göre üstünlükleri;
a) Manganez ve diğer elemanların ergime sırasında kaynak metaline geçişi, aglomere tozlarda daha fazladır.
b) Alaşımsız kaynak tellerinin kullanılması halinde aglomere tozlar daha iyi bir alaşımlandırma sağlar.
c) Aglomere tozların tüketimi ergimiş tozlara göre daha azdır.
Aglomere tozların ergimiş tozlara göre dezavantajı ise; aglomere tozlar, ergimiş tozlara göre daha büyük özgül yüzeye sahip olduklarından, atmosferden su absorbe etme eğilimlerinin daha fazla olmasıdır.
Kaynak Tozlarının Kimyasal Bileşimleri ve Kaynak Metaline Etkileri
Kaynak tozları, kimyasal bileşimleri ve baziklik ölçeğine göre sınıflandırılmaktadır. Bu sınıflamaya göre sınırlar aşağıda verilmektedir.
Kaynak Tozu |
Asit |
Nötr |
Orta Bazik |
Yüksek Bazik |
Baziklik Ölçeği (B) |
≤ 0,9 |
0,9-1,3 |
1,3-2,0 |
> 2,0 |
Tozların sahip olduğu kimyasal özellikler, özellikle damla hacmi ve frekansına etkiletmektedir. Sabit kaynak parametreleri ile en yüksek damla frekansı nötr, en düşük damla frekansı ise, yüksek bazik karakterli kaynak tozları kullanılmakla elde edilmektedir.
Genel olarak kaynak tozlarının büyük bir kısmını, SiO
2 teşkil eder. SiO
2 kaynak tozunun yüksek akım şiddeti ile yüklenebilmesini temin eder, aynı zamanda iyi bir deoksidandır ve cürufu daha akıcı hale getirir. Tozların içerisinde miktar olarak ikinci büyük kısmı MnO teşkil eder. MnO dikişin emniyeti bakımından önemlidir. Fakat tozun içerisindeki Mn0 miktarı arttıkça, yüksek akım şiddeti ile yüklenebilme kabiliyeti azalır. Bu sebepten yüksek akım şiddeti ile yüklenen tozlarda Mn0 bulunmaz Fakat manganezsiz ve silisyum miktarı yüksek tozlar kir ve pasa karşı çok hassas olduğundan, parçaların kaynak ağızlarının çok iyi temizlenmesi gerekir. Kaynak tozlarında bulunan SiO
2 kaynak sırasında redüklenerek, dikişe Si verir. SiO
2 miktarı arttıkça, dikişe geçen Si miktarı da artar. Silisyum kaynak esnasında kaynak banyosunu deokside ederek, dikişin gözeneksiz çıkmasını temin eder; kükürt ve fosfor segregasyonunu azaltır. Kaynak dikişindeki silisyum ve manganez birbirlerine göre miktarları, dikişin mekanik özellikleri yönünden önemlidir. Manganezin silisyuma oranı en az 2/1 olmalıdır, bu nispet 3/11e kadar çıkabilir.
Bu oran üzerinde seçilen kaynak teli ve tozunun etkisi olduğu kadar, çalışma şartlarının da tesiri vardır. Çalışma şartlarında akım şiddeti yükseldikçe, manganez ve silisyumun yanma oranı artar. Böylece dikişe geçen manganez ve silisyum miktarı azalır. Kaynak hızının artması, ark geriliminin azalması kaynak metalindeki manganez ve silisyum oranını azaltır. Yine kaynak teli çapının ve kaynak ağzı açısının artması, dikişteki manganez ve silisyum miktarların! artırmaktadır.
Kaynak Tozlarının Fiziksel Etkileri
Tozaltı ark kaynağında kullanılan tozların kaynak esnasında bir takım fiziksel tesirleri de mevcuttur. örneğin, kaynak dikişinin şekillenmesinde ergiyen ve cüruf haline geçen tozun rolü büyüktür. Burada, yığılan tozun özgül ağırlığı, tane büyüklüğü, ergime aralığı, viskozitesi ve gaz geçirme kabiliyeti bilhassa büyük rol oynar. Kaynak tozunun, kaynak sırasındaki fiziksel tesirlerini şöyle özetleyebiliriz;
a- Ark bölgesini ve ergimiş banyoyu atmosferin zararlı tesirlerine karşı korur. Kaynak esnasında ergiyerek dikişi örten büyük cüruf banyosu, kaynak metaline azot ve oksijen gibi zararlı elemanların girmesine engel olur.
b- Kaynak sonrası katılaşan cüruf tabakası, dikişin yavaş soğumasını sağlar.
c- Ark bölgesinde dikişe bir dış form verir.
d- Esas metal ile kaynak metali arasında bulunan geçiş bölgesindeki çentik meydana gelmesine engel olur.
Kaynak tozunun fiziksel tesirlerini etkileyen faktörlerin başlıcası tozun tane büyüklüğü ve kaynak esnasındaki yığılma yüksekliğidir.
Kaynak Tozu Tane Büyüklüğünün Tesiri
Ergimiş tozların, aglomere ve sinterlenmiş tozlardan bir farkı da bunların çeşitli tane büyüklüklerinde imal edilmiş olmalarıdır. Hemen hemen bütün kaynak şartlarını aynı tane büyüklüğündeki tozlar gerçekleştirmektedir. Kaynak esnasında çıkan gazların, kaynak metali katılaşmadan önce dikişi terk etmeleri gerekir. Aksi takdirde dikişte kalan gazlar gözeneklere bazen de çatlaklara sebebiyet verebilir. Gazların kaynak metalinden tamamen çıkmasına tesir eden önemli faktörlerden biri de kullanılan tozun tane büyüklüğüdür. Tozların tane büyüklüğü küçüldükçe gazların çıkış kabiliyeti de azalır. Diğer taraftan tane büyüklüğü akım şiddeti ve kaynak hızıyla da yakından ilgilidir. Kaynak hızının yükselmesi halinde orta veya iri taneli bir tozun kullanılması faydalıdır. Zira hızlı yapılan kaynakta ergiyen banyo küçük olup, çabuk katılaşacağından gazların da çok kısa bir sürede dikişi terk etmeleri gerekir. Bu da ancak kullanılan tozun tanesi büyüyünce kolayca sağlanabilir.
Yığılan Kaynak Tozu Yüksekliğinin Tesiri
Kaynak yaparken akan(yığılan) tozun yüksekliği, arkı tam örtecek şekilde ayarlanır. Eğer arkın kıvılcımları ve ultraviyole ışınlar etraftakileri rahatsız edecek şekilde dışarı çıkarsa, bu takdirde yığılan tozun yüksekliği azalır. Sonuçta ark sırasında ortadan kırılma, az nüfuziyet, çatlama ve dikişte gözenek meydana gelir.
Tozaltı ark kaynağı ile ilgili daha fazla bilgiye sahip olmak için aşağıdaki konu başlıklarını okumanızı tavsiye ederiz.
Tozaltı Kaynağında Dikişin Formu
Kaynak Ağızlarının Hazırlanması ve Birleştirme Şekilleri
Tozaltı Ark Kaynağı Yöntemleri