TIG KAYNAK YÖNTEMİ

TIG KAYNAĞI Çok geniş bir uygulama alanına sahiptir. Kaynakçı tarafından kullanılması kolaydır. Prensip olarak gaz eritme kaynağını andırır, yalnız torç biraz değişiktir, yanıcı yakıcı gaz yoktur, ısı enerjisi elektrik arkı tarafından sağlanmaktadır.

Erimeyen bir elektrod kullanıldığı için kıvrık alın kaynak ağzı hazırlanmış ince parçalar, ek kaynak metaline gereksinme göstermeden birleştirilebilir. Gerektiğinde esas metalin eritilerek, ek kaynak metaline olan gereksinmeyi ortadan kaldırması da yöntemin göz önüne alınması gereken üstünlüklerinden bir tanesidir.

TIG kaynağının üstünlüğü TIG kaynak yönteminin diğer bilinen ve endüstride sık uygulanan eritme kaynağı yöntemlerine göre en önemli üstünlüğü, ısı girdisinin ve eriyen ek kaynak metali miktarının birbirlerinden bağımsız oluşudur. Bu önemli özellik yöntemin çok ince parçalara uygulanabilmesine olanak sağlamakta, kök pasoların çekilmesinde, pozisyon kaynaklarında ve tamir işlerinde de kaynakçıya büyük kolaylıklar sağlamaktadır.

TIG kaynak yönteminde ark bölgesi

Kullanım alanları İlk başlarda havacılık endüstrisinde magnezyum alaşımlarının birleştirilmesi. Alüminyum Endüstriyel demirdışı metal ve alaşımları Paslanmaz çelikler.

Karşılaştırma Alışılagelmiş kaynak yöntemlerinde kullanılan korozif örtü ve flakslar, kaynaklı parçaların ancak sınırlı alanlarda kullanılmasına olanak tanıdığından, özellikle hafif metallerin alaşımlarından yapılmış kaynaklı parçaların endüstriyel kullanımını kısıtlıyordu. TIG yönteminin geliştirilmesi sonucu, hafif alaşımlar için yeni kullanım alanları açılmış, korozif flaksların yarattığı olumsuzlukların ortadan kalkması sonucu uçak ve gemi yapım mühendisleri bu alaşımların sunduğu her tür avantajdan yararlanabilir hale gelmişlerdir.

Gaz türbinlerinin hızlı gelişmesinde de TIG Kaynak Yönteminin katkısı oldukça önemlidir, yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımların emniyetli bir biçimde kaynakla birleştirilebilmesi, jet motorlarının özellikle yanma odalarının en optimum biçimde tasarımına olanak sağlamıştır. Kimya, gıda endüstrisi ile alkollü, alkolsüz içki üretiminde, alüminyumun, paslanmaz çeliğin, bronzun ve bakırın kaynağında artık tamamen bu yöntem uygulanmaktadır. Elektrik makinaları üreticileri pek çok yerde cıvata ve somun yerine bu yöntemi kullanmaktadırlar, pek çok transformatörde laminasyon paketi cıvata yerine kaynak bağlantılı olarak yapılmaktadır.

TIG kaynak yöntemi her pozisyonda ve prensip olarak da her kalınlıktaki parçalara uygulanabilirse de, fazla kalın parçalar için işlem süresinin uzaması yöntemin ekonomikliğini yitirmesine neden olmaktadır, bu bakımdan 7 mm'den kalın parçaların kaynağı için önerilmez; bununla beraber yüksek kalite ve kaynak emniyetinin gerekli olduğu uçak ve uzay endüstrisinde çok pasolu kaynak uygulayarak bu olumsuzluğun etkisi azaltılmaya çalışılır.

TIG kaynak donanımı prensip şeması Kaynak hamlacı diye de adlandırılan bir kaynak torcu. Kaynak akım ve kumanda şalter kablosunu, gaz hortumunu ve gerektiğinde soğutma suyu giriş ve çıkış hortumlarını bir arada tutan metal spiral takviyeli, torç bağlantı paketi. Kaynak akımının, gaz akışının ve gerektiğinde soğutma suyunun devreye giriş ve çıkışını, arkın tutuşmasını ve alternatif akım ile çalışma halinde arkın sürekliliğini sağlayan devreleri de bünyesinde toplayan kumanda dolabı. Kaynak akım üreteci. Üzerinde basınç düşürme ventili ve gaz debisi ölçme tertibatı bulunan koruyucu gaz tüpü.

Bu yöntemin ilk uygulamalarında elektrod pozitif kutba bağlanarak kaynak yapılmış ve aşırı ısınan elektrottan tungsten damlacıklarının kaynak dikişine geçtiği görülmüş ve elektrod negatif kutba bağlanarak bu engel ortadan kaldırılmıştır; bu durumda paslanmaz çeliklerin kaynağında başarı sağlanmasına karşın, alüminyum ve magnezyum gibi refrakter bir oksit tabakası ile kaplı metallerin kaynağı problemi ile karşılaşılmıştır. Alternatif akım arkının sürekliliğini sağlayan, yüksek frekans üreten generatör ve devrelerin keşfi sonucu, alternatif akım yardımı ile bu tür metal ve alaşımlarının çok kaliteli bir biçimde kaynağı gerçekleştirilmiştir.

Kaynak Torçları TIG kaynak yönteminde torç, iş parçası ile ucundaki tungsten elektrot arasında kaynak için gerekli olan elektrik arkını oluşturabilmek için, akım kablosundan aldığı akımı elektroda iletmek, koruyucu gazı kaynak banyosunun üzerini örtecek biçimde sevk etmek görevlerini yerine getirmek için geliştirilmiş bir elemandır.

Çekirdek kısmını erimeyen tungsten elektrodun tutucusu oluşturur. Elektrot tutucusu, elektrot tutucusu kovanı diye adlandırılan bir parçanın içine girer ve bu parça da özel bir somun ile torç gövdesine tespit edilir. Torç gövdesinin uç kısmına takılan koruyucu gaz nozulu çeşitli çaplarda üretilir, aynı torca gaz gereksinimine ve kaynak işlemine göre çeşitli büyüklüklerde gaz nozulu takılabilir.

Hava Soğutmalı Torçlar Hava soğutmalı torçlarda, soğutma torcun dış kısmından hava yardımı ile iç kısmından ise akan koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir, bu neden ile bunlar gaz soğutmalı torçlar adı ile de anılırlar.

Su Soğutmalı Torçlar Su soğutmalı torçlar ile daha yüksek akım kapasitelerinde çalışılabildiğinden bunlar daha büyük daha ağır ve daha pahalıdırlar. Bunlar yüksek akım şiddetlerinde su soğutmalı metalsel gaz nozulları ile kullanılmak koşulu ile standard olarak 1000 Amper akım kapasitesine kadar üretilirler; otomatik TIG kaynak sistemlerinde sadece bu tür torçlar kullanılır. Doğal olarak bu tür bir torcun kullanılabilmesi için kaynak donanımının bir soğutma suyu devresine ve birde su soğutma ünitesine sahip olması gereklidir.

TIG Kaynak Elektrodları TIG kaynak yöntemi ile diğer elektrik ark kaynağı yöntemleri arasındaki en önemli fark, ek kaynak metalinin elektrod tarafından sağlanmaması ve elektrodun sadece ark oluşturma görevini üstlenmiş olmasıdır; bu bakımdan burada, erime sıcaklığı 3500°C civarında olan Tungsten, elektrod malzemesi olarak seçilmiştir. Yüksek erime sıcaklığının yanı sıra tungsten çok kuvvetli bir elektron yayıcıdır ve yayınan elektronlar ark sütunu içinde kuvvetli bir elektron akımı oluşturur ve ark sütunundaki atomları iyonize ederek, arkın kararlılığını sağlar. Günümüz endüstrisinde ticari saflıktaki tungsten (% 99.5 W) ile toryum, zirkonyum ve lantanyum ile alaşımlandırılmış elektrodlar kullanılmaktadır. Uygulamada karşılaşılan TIG kaynak elektrodlarını, saf tungsten elektrodlar, alaşımlı elektrodlar ve çizgili elektrodlar olmak üzere üç grup altında toplamak mümkündür. Uygulamada elektrod çapı, elektrodun maksimum akım yüklenebilme kapasitesi göz önüne alınarak seçilmelidir, bu değere yaklaşıldığında arkın ısı yoğunluğu artmakta, daha stabil bir ark ile nüfuziyeti fazla, dikiş yüksekliği az bir dikiş elde edilebilmektedir.

Gösterim şekli DIN 32528'e göre tungsten elektrodlar şu biçimde gösterilmektedir: Elektrod; DIN 32528 1.6 - 75 - WT 10 Burada 1.6 elektrodun mm. olarak çapını, 75 mm. olarak boyunu ve WT 10 da bileşiminde % 0.9 ila 1.2 toryum-oksit bulunduğunu belirtmektedir.

Saf Tungsten TIG kaynak elektrodlar En ucuz elektrod türü olan saf tungsten elektrodlar alternatif akımda alüminyumun kaynağında tercih edilirler. Bu elektrodlar iyi bir elektron emisyon özeliğine sahip olmalarına karşın, toryum alaşımlılara nazaran daha düşük akımda yüklenme kapasitesine sahiptirler, kirlenmeye ve oksitlenmeye daha yatkındırlar.

Kaynak sırasında elektrodun ucu tungstenin erime sıcaklığı olan 3350°C'nin üzerinde bir sıcaklıktadır, bu uç kaynak banyosu veya kaynak dolgu teli ile temas ettiğinde, uca yapışan metalin bir kısmı hemen buharlaşır ve bir kısmı da, elektrodun uç kısmında bir yarım küre biçiminde olan tungsten damlacığını alaşımlandırarak arkın stabilitesinin bozulmasına neden olur. Kirlenmiş elektrod ile yapılan kaynakta arkın stabilitesini kaybetmesine, elektrod ucunun biçiminin değişmesi ile kirletici metalin buharlarının ark yoluna geçmesine neden olmaktadır.

Bu durum karşısında yapılacaklar Elektrodun ucunu kırıp yeniden şekillendirip kullanmak. Bir bakır parça üzerinde, yüksek akım şiddeti ile bir ark oluşturup, kirletici metal buharlaşıp yok oluncaya kadar arkı devam ettirmek.

Alaşımlı Tungsten Elektrotlar Bileşiminde % 1-2 toryum oksit (ThO2) içeren tungsten elektrodlar saf tungsten elektrodlara göre daha yüksek bir akım yüklenme kapasitesine, iyi bir elektron yayınımına, daha uzun bir kullanma ömrüne, kirlenme oksitlenmeye karşı daha büyük bir dirence, daha kolay bir tutuşma ve daha kararlı bir ark oluşturma özeliğine sahiptirler. Toryum-Oksit miktarının % 4'de kadar yükselmesi ile ark karakteristikleri daha da iyi bir duruma gelir.

Üstünlükleri Yüksek akım şiddetlerinde daha küçük çaplı elektrod ile çalışabilme olanağı sağlarlar. İyi bir ark stabilitesi sağladıklarından, daha üniform kaynak dikişleri elde edilir Düşük bir akım direncine ve yüksek bir sıcaklık dayanımına sahip olmaları nedeni ile yüksek bir akım ile yüklenebilme kapasitesine sahiptirler. Kaynak sırasında, elektrodun uç kısmında çok dengeli bir sıvı tungsten damlacığı oluşur ve elektroddan kaynak dikişine damlama ve sıçrama görülmez, kaynak metalinin tungsten ile kirlenmesi olayı ile karşılaşılmaz. Bu elektrodlar ile arkın tutuşması daha kolay bir biçimde gerçekleşir ve kaynak sırasında ark gerilimi değişme göstermez. Bütün metal ve alaşımların kaynağında uygun sonuçlar verir, saf tungsten elektrodlardan daha iyi bir performansa sahiptirler. Alüminyumun kaynağında, elektrod kaynak banyosuna veya ek dolgu metaline değme sonucu kirlenme göstermez.

Elektrod ucunun kirlenmesinin nedenleri Elektrod ucunun kaynak banyosuna değmesi, Elektrod ucunun kaynak dolgu teline değmesi, Koruyucu gaz debisinin yeterli olmaması ve gereken biçimde koruma gerçekleştirememesi, Kaynak biter bitmez elektrod ucu henüz daha kızgın iken koruyucu gaz akımının kesilmesi.

Koruyucu Gazlar TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz kullanmanın tek amacı kaynak sırasında, kaynak banyosunu ve erimeyen tungsten elektrodu havanın olumsuz etkilerinden korumaktır. TIG kaynak yönteminde kullanılan koruyucu gazlar, Helyum ve argon veya bunların karışımı gibi asal gazlar olup, kimyasal bakımdan nötr karakterde, kokusuz ve renksiz monoatomik gazlardır. TIG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak kullanılan asal gazlar veya bunların karışımı kaynak sırasında kızgın durumda bulunan tungsten elektrod ve erimiş kaynak banyosu ile bir reaksiyon oluşturmazlar, kaynak metalinin kalitesine olumsuz bir etkide bulunmamalarına karşın, kaynak hızına ve kaynaklı bağlantının kalitesine önemli etkide bulunurlar.

Tarihsel süreç içinde bu yöntemin ilk uygulamalarında ABD’de helyum kullanılmış ve yöntem Heliark adı ile anılmıştır. ABD'nin doğal gazdan yeterli miktarda helyum elde edebilmesine karşın, Avrupa’da helyumun yokluğu havadan ayrıştırma ile elde edilen argonun bu yöntemde kullanılmasına neden olmuş ve yönteme de Argonark adı verilmiştir.

Aynı akım şiddetinde helyum atmosferi içinde oluşan ark, argon atmosferinde oluşandan daha yüksek bir ark gerilimine sahiptir bu da kaynak ısı girdisini ve dolayısı ile de nüfuziyeti arttırmaktadır. Bu olay özellikle ince kesitli parçalarda argonun, kalın kesitli ve ısı iletkenliği yüksek olan malzemelerin kaynağı ile otomatik kaynak uygulamalarında helyumun tercih edilmesine neden olmaktadır. Argon atmosferinde oluşturulan kaynak arkı, helyuma nazaran daha yumuşak ve daha sakindir, arkın sakinliği ve ısı girdisinin de kaynakçıyı rahatsız etmeyecek mertebede olmasından ötürü manuel kaynak uygulamalarında argon gazı tercih edilir.

Argon ve Helyum gazlarının TIG yönteminde davranışlarının karşılaştırılması

TIG Kaynak Yönteminde Arkın Tutuşturulması Elektrodu değdirerek tutuşturma Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması

Elektrodu değdirerek tutuşturma Sadece doğru akım ile çalışmada uygulanan bu tutuşturma yönteminde kaynak makinesi çalıştırılıp koruyucu gaz akımı başladıktan sonra torç elektrod iş parçasına değinceye kadar yaklaştırılır ve değmeden hemen sonra hafifçe geri çekilerek ark oluşturulur. Bu yöntemin en önemi üstünlüğü basitliği ve kaynak akım üretecinde ek donanımlara gerek yoktur. Bu değdirme sonucu elektrod iş parçası ile temas ettiğinden özellikle saf tungsten elektrodlarda elektrod ucunun kirlenmesi ve elektroddan da iş parçasına tungsten geçişini önlemek mümkün değildir.

Yüksek frekans akımı ile arkın tutuşturulması Yüksek frekans ile tutuşturma gerek doğru akım ve gerekse de alternatif akım uygulamalarında kullanılır. Bu sistemde yüksek gerilim ve yüksek frekansta çalışan bir küçük üreteç seri halde kaynak akım devresinde yer alır. Yüksek gerilim elektrod parçaya birkaç mm kadar yaklaştırılınca yüksek gerilim arkı oluşturur ve bu ark elektrod ile iş parçası arasındaki gazı iyonize eder ve hemen kaynak arkı oluşur. Doğru akım ile çalışmada bu yüksek gerilim arkına sadece arkın tutuşturulması anında gereksinim vardır, alternatif akım halinde ise bu ark kaynak süresince sürekli olarak devrede kalır.

Yüksek gerilim darbesi ile arkın tutuşturulması Elektrod iş parçasına yaklaştırıldığında bir yüksek gerilim akım darbesi elektrod ile iş parçası arasındaki gazı iyonize ederek kaynak arkının oluşmasını sağlar. Bu yöntem genellikle doğru akım ile kaynak yapan otomatik TIG kaynak donanımlarında kullanılır.

Kaynak Ağızlarının Hazırlanması Bu yöntemde kaynak metali uygulanan akımın şiddetine bağlı olmayıp da dışarıdan ark bölgesine sokulduğu için daha çok kıvrık alın, köşe, dik alın, üçlü alın ve küt alın birleştirmeler mümkün olan her yerde tercih edilerek bağlantı ek kaynak metali kullanmadan gerçekleştirilir. 8 mm ve daha kalın parçaların tek taraftan birleştirilmesinde V ağzı tercih edilir. Kalın parçalar halinde U ağzı TIG kaynak yönteminde uygulanır; yalnız TIG yöntemi kalın parçaların kaynağı için ekonomik olmadığından bu tür parçalarda kök paso TIG ile dolgu pasoları diğer uygun bir yöntem ile yapılır.

Kaynak Parametrelerinin Seçimi Kaynak öncesi saptanan parametreler Birinci derecede ayarlanabilir parametreler İkinci derecede ayarlanabilir parametreler

Kaynak öncesi saptanan parametreler Erimeyen elektrotun türü Erimeyen elektrotun çapı Akım türü Koruyucu gazın türü

Birinci derecede ayarlanabilir parametreler Kaynak akım şiddeti Ark gerilimi (ark boyu) Kaynak hızı

İkinci derecede ayarlanabilir parametreler Elektrot açıları Elektrot serbest uç uzunluğu