Tozaltı Kaynağı Nedir ?

Tozaltı kaynağı karakteristik özellikleri, kaynak süreci boyunca arkın örtülü bir ortam içinde oluşumu, işlemin sürekliliği, yüksek ergime verimi, kaynak dikiş kalitesinin göreceli yüksekliği ve uygulamalarda işlem parametreleri yönünden oldukça geniş bir çalışma serbestliğine sahip olunduğu şekilde belirtilir. Tozaltı kaynağı yönteminde kullanılan elektrot, kaynak tozu içerisinde erir.

Bu kaynak yöntemi SAW – Submerged Arc Welding olarak literatürde yerini almıştır. Wikipedia’nın ilgili bağlantısına aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.

http://www.wikizero.biz/index.php?q=aHR0cHM6Ly9lbi53aWtpcGVkaWEub3JnL3dpa2kvU3VibWVyZ2VkX2FyY193ZWxkaW5n

Tel Besleme – Toz Süpürücü – Kaynak Torcu

Tozaltı Kaynağı Sınır Değerleri Nelerdir ?

Tozaltı kaynağı yönteminde kullanılan kaynak akım şiddeti 100 ile 5000 Amper arasında değişmektedir.

Bu yöntemde kullanılan ark gerilimi 20 – 70 Volt arasındadır. Kaynak hızı ise, saatte 10 metre ile 300 metre arasında değişebilmektedir. Akım yoğunluğu ise, 1 mm2 alanda 20 ile 200 Amper arasında değişmektedir.


Tozaltı Kaynağı Makineleri

Tozaltı Kaynağı Makineleri

Yukarıdaki şekilde de görüldüğü üzere, tozaltı kaynağı makineleri belli başlı cihazlardan oluşmaktadır. Bunlar,

  • Güç Devresi
  • Tel – Toz Beslemesi
  • Toz Geri Emmesi
  • Kaynak Hız ve Yörüngesini Belirleyen Araba

Yöntemin temel prensibi olarak, tel ve toz bir arada erimektedir. İstenen tel-toz kombinasyonun seçilmesi büyük önem arz etmektedir. İstenen kaynak dikişinin sağlanması için tel ve tozun birlikte kullanılması gerekmektedir. Telde eksik olan bir alaşım elementi, tozdan tamamlanır.

Bir yandan kaynak yapılacak parça üzerinde tel ve toz bulunur. Diğer yandan kaynak devam ederken kullanılmayan fazla toz süpürge aracılığı ile kaynak üzerinden temizlenir.

Tozaltı kaynağı yönteminde kaynak ağızlı veya kaynak ağızsız birleştirmeler yapılabilmekte ancak; yöntemin özelliklerinin dikişe yansıması açısından uygulamaların oluk pozisyonunda yapılması gerekmektedir.

Tozaltı Kaynağı Makine Kontrol Paneli

Tozaltı Kaynağı Bazı Özellikleri


Bu yöntem diğer yöntemlerle kıyaslandığında özellikle verim açısından öne çıkmaktadır. Diğer yöntemlere nazaran daha verimli bir kaynak yöntemidir.

Elektrottan malzeme geçişi, damla şeklinde olmaktadır. Geçen damla hacmi ve frekansı uygulanan kaynak parametrelerine ve kullanılan toza bağlı olarak ortaya çıkmakta ve kontrol altında tutulmaktadır.

Kaynak dikişi üzerinde oluşan sert kabuk ( kaynak tozlarından dolayı ) kaynağın yavaş soğumasına neden olmaktadır. Bu şekilde sert fazların oluşması engellenmiş olur. Bu nedenle dikiş üzerinde oluşan kabuk, kaynak sonrasında hemen kaldırılmamalıdır.

Tozaltı kaynağı makineleri tam veya yarı otomatik olarak seçilebilmektedir. Yöntemde kaplama ve eritme amacı ile yapılan kaynak işlemlerinde band ilave malzeme eklenebilmesi ayrıca bir üstünlük ortaya çıkarmaktadır.

Tozaltı Kaynağı Çalışma Tekniğine Bakış

Bu kaynak yöntemi ark esaslı bir uygulamadır. Geniş bir çalışma serbestliği vardır. Ayrıca, en geniş nüfuziyet derinliklerine tozaltı kaynağı yönteminde ulaşılabilir.

En derin nüfuziyetlere ulaşılabilmesindeki en temel etken, çok yüksek akım şiddeti değerlerine çıkılabilmesidir. Bu uygulamada, akım şiddeti belirlenirken, parçanın kalınlığına, kaynak ağzı tipine, kullanılan tel ve toza ayrıca malzeme alaşımına dikkat edilmesi gerekmektedir.

Uygulama Alanları

Tozaltı kaynağı, sahip olduğu yüksek hız ve derin nüfuziyeti sayesinde, basınçlı kap imalatlarında çok sık kullanılmaktadır. Özellikle aşağıdaki resimde görülen, çevresel kaynaklarda genellikle tozaltı kaynağı kullanılmaktadır.

Basınçlı kap imalatı ile ilgili videoyu aşağıdaki linkten inceleyebilirsiniz.

Basınçlı Kaplar

Uygulamaları;

  • Basınçlı Kaplar
  • Yakıt Tankları
  • Gemi İnşaat Sanayi
  • Çelik Konstrüksiyon
  • Kazanlar
  • Basınçlı Tüp Yapımları
  • Ağır Taşıtlar
Yakıt Tankı

Yöntemin uygulanmasında yüksek ergime gücü ve nüfuziyet nedeniyle 4 mm’den ince parçalarda problem teşkil eder. Yani genellikle 4 mm’den kalın parçalarda uygulanmalıdır.

Nispeten ince parçaların kaynak uygulaması esnasında, bakır altlık kullanılması, akım şiddeti ve ark gerilimin optimum seçilmesi, kaynak tellerinin küçük seçilmesi, pozitif ters kutuplama, iri taneli toz kullanılması tavsiye edilmektedir.

Kalın parçaların tozaltı kaynağı ile kaynak yapılabilmesi için;

  • Gerilim yüksek, akım şiddetinin düşük seçilmesi
  • İnce taneli toz kullanılması
  • Kaynak öncesi ve sonrasında tavlama yapılması gerekebilir.

Tozaltı Kaynağı Yönteminde Enerji Besleme Çeşitleri

Tozaltı kaynağında doğru akım ( DC ) ve alternatif akım ( AC ) kullanılabildiği gibi, DC de elektrod negatif veya pozitif kutuba bağlanması mümkündür.

DC Akım – Elektrod Pozitif Kutup

Doğru akım besleme pozitif kutuplamada arkın düzgün kararlılığı görülmektedir. Başlangıçta damla oluşumu düzenli bir şekilde olmaktadır. Devreden fazla güç çekildiğinde elektromanyetik beslemenin etkisi ile damla yüzeyinin sınır gerilimi azalmakta bu da arkın kararlılığını etki altında tutmaktadır.

Düşük kaynak hızlarında, arkta yönlenen metal damlacıkları kaynak yönüne doğru gitme eğilimindedirler. Kaynak hızı arttıkça tam tersi bir durum söz konusu olur.

Nötr ve asit karakterli toz kullanılınca damla çapı küçülmekte, bazik ve yüksek bazik karakterli toz kullanıldığında ise damla çapı büyümektedir.

Yüksek akım yoğunluklarında küçük damlaların oluşmasıyla damla frekansı büyür. Elektrod ( + ) kutba bağlanınca sıvı fazdaki metal damlaların yüzeyi süreç boyunca negatif akımları taşır. Bu nedenle damlaların aşırı derecede ısınmaları ortaya çıkar. Damlalardaki bu aşırı ısınma ergiyik banyosunun sıcaklığının yükselmesine neden olmaktadır ve sonuç olarak daha derin bir kaynak dikişine neden olur.

DC Akım – Elektrod Negatif Kutup

Bu durumda elektrot arkından iletilen ısı miktarı pozitif kutuplamaya karşın daha küçüktür. Bu olay elektrod yayınmasının yükselmesi nedenine dayanmakta dolayısıyla eşit miktarda kaynak teli ergitmek için daha yüksek akım şiddetlerinde çalışma gerekmektedir.

Negatif ( – ) kutuplamada katot noktası çok sık değişmesi sebebiyle ergiyik metal damlaları Pozitif ( + ) kutuplamadaki kadar çok aşırı ısınamamaktadır. Bu tür kutuplamada damla frekansının düşüklüğü ortalama hacimsel dalga büyüklüklerinin artmasına sebep olur.

Büyüyen damlaların ergiyik banyosuna teması sonrasında yeni damlaların oluşması ve büyümesi nedeniyle doğan ark kuvvetlerinin de pozitif ( + ) kutuplamaya göre daha şiddetli olduğu görülmektedir.

Bu oluşum içerisinde sıvı fazdaki elektrod ucunun ergiyik banyosu ile temas ettiği anlarda patlamalı bir şekilde malzeme göçüm köprüsünde kesiklik meydana getirmektedir. Bu durum kaynak akımına dinamik değişim olarak yansır.

AC – Alternatif Akım ile Tozaltı Kaynağı

AC – Alternatif akım beslemede eşit işlem parametreleri kullanmak koşuluyla DC – Doğru akım ( + ) kutuplama yöntemine uymaktadır. Artan akım şiddeti ile gerilim ile metalsel damla hacimleri küçülmekte ve damla frekansları yükselmektedir.

Alternatif akım kullanımında damla hacimini ve frekansını etkileyen bir diğer etken de kullanılan tozdur. Bu yöntemde de, DC – Doğru akımda olduğu gibi;

  • Asit ve Nötr toz kullanımı frekansı arttırırkeni damla hacmini azaltır.
  • Bazik ve Yüksek bazik toz kullanımı, frekansı azaltırken, damla hacmini arttırır.

Bu yöntemde ark kararlılığını kaynak tozu ve kaynak telinin sahip olduğu özellikler etkilemektedir. İkisinin seçimi, düzgün bir kaynak dikişi çekmek için çok önemlidir.

Tozaltı Kaynağı Akım Üreteçleri

Yöntemin uygulamadaki yeri bakımından önemli bir özellik beklentisi de devrede kalma oranının % 100 olarak öngörülmesidir. Çoğunlukla yatay olamak üzere düşey karakteristikli üreteçler de kullanılmaktadır. Düşey karakteristiklide ark gerilimi önemli ölçüde değiştiğinde, akım değişimi çok az olmaktadır.

Ark boyunun kaynak donanımı tarafından ayarlandığı ve sabit tutulduğu bu yöntemde ark boyunun değişmesi durumunda ark boyunun eski duruma gelmesi için kaynak makinesi üzerinde bulunan bir ayarlama ile tel sürme hızı da değiştirilmelidir.

Yatay karakteristikli üreteçlerde ise, ark boyu dolayısıyla ark gerilimini az miktarda değişmesine karşın, akım şiddetinde yani elektrod ergime gücünde değişim fazla olur. Bu tip üreteçler iç ayar özelliği ile ek denetim gerektirmeden kendiliğinden oluşan bir ark boyu ayarlama özelliğine sahiptir. Bu üreteçlerde ark gerilimi ve tel hızı bunlara bağlı olarak akım şiddeti ayarlanır. Dolayısıyla tel hızı ve tel ilerleme motoru devri sabittir.

Kaynak Tozları

Kaynak Sırasında Kaynak Tozları

Tozaltı kaynağı yönteminde kullanılan tane biçimine sahip tozlar, örtülü elektrolarda örtünün yaptığı görevleri üstlenmiştir. Tozların görevleri aşağıdaki gibidir;

Örtülü Elektrot ile İlgili Yazımız İçin ; https://www.metalurjimalzeme.net/ortulu-elektrot/

  • Oluşturulan toz ve curuf tabakası ile kaynak banyosunun, atmosfer gazlarının olumsuz etkisine karşı koruması
  • Tozun içerdiği elementlerin, oluşturulan kaynak dikişi metalurjisini etkilemesi,
  • Kolay iyonize olan elementler vasıtasıyla kararlı ark oluşumu,
  • Uygun viskozite ve yüzey gerilimli olarak oluşturulan curuf ile kaynak dikişi üst biçiminin şekillendirilmesi.
Kaynak Sonrasında Tozun Oluşturduğu Curuf

Kaynak Tozları Üretim Metotları

Tozaltı kaynağı yönteminde kullanılan kaynak tozlarının üretim metotları basit olarak aşağıdaki gibidir.

1- Üretim Yöntemlerine Göre;

  • Ergimiş
  • Aglomera
  • Karışık

2- Kimyasal Bileşimine Göre;

  • Asit
  • Bazik
  • Nötr

3- Viskozitelerine Göre;

  • Yüksek viskozite ( çok pasolu kaynaklarda )
  • Orta viskozite ( oluk pozisyonlu kaynaklarda )
  • Düşük viskozite ( ince malzeme birleştirmelerinde )

Kaynak tozları uygulama alanlarına göre 5’e ayrılmaktadır. Bunlar;

  • Yüksek kaynak hızları için
  • Derin Nüfuziyet için
  • Aralık Doldurma Kabiliyeti İyi Olanlar,
  • İnce Malzeme Kaynağı için,
  • Dolgu, kaplama ya da zırhlama için.

Kaynak Telleri

Kaynak Teli – ( Kangal )

Tozaltı kaynağı yönteminde kullanılan kaynak telleri elektrik ark ocaklarına üretilen, yüksek Mn ( MANGAN ) içeren özel çeliklerdir. Yüzeyleri temiz olmalıdır. Temas yüzeyinin elektrik iletkenliğini arttırmak amacıyla bakır ile kaplanmaktadır. Çapları genellikle 1.2 mm – 12 mm arasında değişmektedir.

Kaynak tellerinde bulunan P – Fosfor ve Kükürt – S miktarları % 0.03’ten az olmalıdır.

https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-submerged-arc-welding

Tozaltı kaynağı yönteminde oluşabilecek hataların minimize edilebilmesi için faydalı bilgiler içeren bir site.

http://weldingsource.org/minimizing-defects-in-submerged-arc-welding/

Yazar : Murat KULAÇ

Metalurji ve Malzeme Mühendisi – Uluslararası Kaynak Mühendisi