Manufacturing Methods-How the Arc Forms_Plasma, Slides von Mechanische Verfahrenstechnik

Nur auf Docsity: Lade Manufacturing Methods-How the Arc Forms_Plasma und mehr Slides als PDF für Mechanische Verfahrenstechnik herunter!

İMAL USULLERİ II

MAK 3028

Doç. Dr. Fatih KAHRAMAN

Dr. Öğr. Üyesi Gökçe Mehmet GENÇER

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİLSİĞİ BÖLÜMÜ

İÇERİK  Kaynaklı İmalat  Kaynak İşleminin Tanımı ve Kaynağın Sınıflandırılması  Ergitme Kaynağı – Elektrik Ark Kaynağı  Elektrik arkı, Plazma, Ark Karakteristikleri, Elektrik Arkı Stabilitesi, Arka etki eden kuvvetler  Kaynak Makinaları  Kaynak makinalarının sahip olması gereken öz., Kaynak makinalarını kontrol ve ayarı  Kaynak Yöntemleri  Ergitme Kaynağı Yöntemleri A. Ark Kaynağı Yön. – Örtülü Elektrod Kaynağı MIG/MAG Kaynağı, TIG Kaynağı, Plazma Kaynağı, Tozaltı Kaynağı, Elektro Cüruf Kaynağı, Saplama Kaynağı B. Gaz Kaynağı Yön. C. Kimyasal Kaynak Yöntemleri Termit Kaynağı D. Işın Kaynağı Yöntemleri – Elektron Işın Kaynağı, Lazer Kaynağı  Basınç Kaynağı (Katı Hal Kaynağı Yön.), A. Soğuk Basınç Kay. Yön - Patlamalı Kaynak B. Sıcak Basınç Kay. Yön. – Direnç Nokta Kay., Direnç Dikiş Kay., Direnç Alın Kay., Yanmalı ve Döner Yanmalı Alın Kay., Sürtünme Kay., FSW, Difüzyon Kay., Ultrasonik Kay.,  Kaynak Bölgesinde Oluşan İçyapı, Kaynak Hataları  Lehimleme

1.1. Kaynak İşleminin Tanımı

 Kaynak işlemini makroskopik ve mikroskobik olmak üzere iki

şekilde tarif etmek mümkündür.

Makroskopik olarak kaynak

• İki veya daha fazla parçayı aralarında malzemenin sürekliliğini sağlayarak , birbirleriyle birleştirmektir. Süreklilik birleşme bölgesinde süreksizliğin bulunmamasıdır. Süreksizlikler nelerdir? Mikroskopik olarak kaynak
• Birleştirilecek parçaların atomlarının karşılıklı çekme bölgelerine getirilmesidir. Atomlar nasıl birbirlerinin çekim bölgesine getirilir?
• Bu işlem, dışardan kaynak yerine belirli bir enerji vermek suretiyle ve ihtiyaca göre bir katkı malzemesi ile veya bir katkı malzemesi olmaksızın yapılabilir.

1. 1. Kaynağın Sınıflandırılması

 Kaynak işleminde gerekli

enerji, kaynak yerine, pratikte:

şeklinde verilir.

ISI, BASINÇ veya ISI+BASINÇ

ISI BASINÇ veya ISI+BASINÇ

1.2. Kaynağın Sınıflandırılması ve Elektrik Ark Kaynağı

 Diğer bir sınıflandırma, enerjinin kaynak yerine veriliş şekline göre

yapılmaktadır.

 Günümüzde pratikte uygulanan kaynak yöntemleri sayısı 116 ’yı bulmaktadır. Ergitme Kaynağı Yöntemleri genel olarak

1. Ark kaynağı yöntemleri
2. Gaz Kaynağı Yöntemleri
3. Kimyasal Kaynak Yöntemleri
4. Işın Kaynağı Yöntemleri Pratikte en çok kullanılan kaynak tipi ergitme kaynağının bir parçası olan elektrik ark kaynağı dır. Metal kaynak yöntemlerine ait genel sınıflandırma

1. Ergitme Kaynağı  Kaynağı yapılacak parçalar ve varsa dolgu maddesi kaynak yerini kapatacak miktarda ergitilip, katılaştırılır.  Kaynak dolgusunu oluşturan metal ergimiş halde iken, atomlar serbest hareket kabiliyetine sahiptirler. Malzeme katılaşırken atomlar birbirlerinin çekim alanlarına gelerek kristal kafes yapıyı oluştururlar ve birleşme işlemini gerçekleştirirler.  Pratikte en yaygın kullanılan ergitme kaynağı yöntemleri ark kaynağı yöntemleridir.

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

KAYNAK ARKI NASIL OLUŞUR?

1. Anod-katod arasına tatbik edilen

elektriki gerilimin oluşturduğu

elektrik alanı önce elektrik alan

emisyonu ile katodtan elektron

çıkarır, elektron emisyonu sağlar.

EMİSYON: katı kütleden elektron veya

iyon çıkarma işlemine denir

𝑬 = 𝑼 𝒅

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

KAYNAK ARKI NASIL OLUŞUR?

1. Anod→Katod yönündeki elektrik alan şiddeti ( 𝐸 ),katod önünde serbest hale gelen elektronlara Elektrik Alan Kuvveti uygular. Katodtan anoda doğru giden elektronlar, katod-anod arasındaki gaz atomlarına çarpıp, onları çarpışma yolu ile iyonize ederler ( Çarpışma İyonizasyonu ). İYONİZASYON: BİR GAZ ATOMUNDAN ELEKTRON ÇIKARMA İŞLEMİNE DENİR Böylece, anod-katod arasında eksi yüklü elektronlar haricinde bir de artı yüklü iyonlar da oluşur. 𝑭

= 𝒆 ∗ 𝑬

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

 Elektrik arkı içerisinde akım taşıma işinin büyük bir kısmını elektronlar

sağlar. Neden?

 Bir parçacığın kinetik enerjisi hıza bağlı olarak ve ideal gaz yasasında

sıcaklığa bağlı olarak bulunabilir. Bunlar eşitlenirse

k= 1,38.10- K WS (Bo1tzmann Sabiti) m= Parçacığın kütlesi T= Gazın sıcaklığı W= Parçacığın enerjisi Yukarıdaki eşitlikten parçacığın ortalama hızı v= m kT 3 olarak bulunur. Azot gazı için: miyon = 48. 10 -^24 gr (bir elektron kaybetmiş bir azot iyonu için) ve melektron = 9. 10 -^28 gr. dır. Elektronun kütlesi iyonunkine nazaran çok küçüktür. Bu nedenle hızları da çok farklıdır. Bir elektron ile bir iyonun gaz içerisindeki ortalama hızları oranı (gaz partiküllerinin sabit hızı olmadığından gaz partiküllerinde ortalama hızdan bahsedilebilir) 𝑉𝑒𝑙 𝑉𝑖𝑦𝑜𝑛 = 100 ...... 1000 dır.

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

2. 2. PLAZMA

 Plazma maddenin dördüncü halidir.

 Plazma; elektron , iyon , nötral atom , uyarılmış atom , molekül ve

foton lardan oluşmaktadır.

 Maddenin bir enerji konumundan diğerine geçişi tersinirdir, geri

dönüşlüdür.

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

2. 2. PLAZMA

 Nötr bir atoma, dışardan o atoma özgü iyonizasyon enerjisi kadar bir

enerji verilirse, o atomdan bir elektron (atomun en dışındaki elektron)

atomu terk eder. Bu olaya iyonizasyon , bir elektronunu kaybetmiş

atoma da iyon denir.

Burada EiN1 EiN2 EiN3 ‘tür

 Bir atoma (elektrona) dışardan verilen

enerji, o elektronu atomdan

koparmaya yetmeyecek bir enerji ise,

elektronlar atomu terk etmez. Bir veya

birkaç elektron bir iç yörüngeden (bir

alt enerji seviyesinden) bir üst

yörüngeye (bir üst enerji seviyesine)

sıçrarlar. Bu durumdaki atoma

uyarılmış atom denir.

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

PLAZMANIN ÖZELLİKLERİ

a. Plazmaya elektrik ve manyetik alanla etki edilebilir.

 Elektrik alan kuvveti yüklü parçacıkları anod-katod arasında hareket ettiren

kuvvettir. Dolayısıyla parçacığın hızına etki eder dolayısıyla enerjisine etki

eder , ark akımını oluşturur. Ancak parçacığın yönüne etki etmez.

 Lorentz kuvveti daima hızın yönüne diktir. Bu nedenle elektrik alanının

aksine, magnetik alan yüklü parçacığın enerjisine etki etmez. Sadece

yüklü parçacığın hızının yönünü değiştirir. Hızın büyüklüğüne bir etkisi olmaz.

𝑭 = 𝒒 ∗ 𝑬 + 𝒒 ∗ (𝑽 × 𝑩) Elektrik ve manyetik alan içindeki yüklü parçacığa etkiyen kuvvet.

Elektrik alan Kuvveti Lorentz Kuvveti

Magnetik alanla plazmanın yönünün değiştirilmesi

1. Elektrik Arkı ve Kaynak İşlemi

PLAZMANIN ÖZELLİKLERİ

b. Plazma, yüksek sıcaklığa sahip olup, sıcaklığı eksenden radyal

yönde dışa doğru hızla azalır.

 Plazmada enerji transferi yapan yüklü parçacıklar anod-katod doğrultusunda hareket ettikleri için bu doğrultuda ısı transferi yaparlar.  Bunların radyal yönde bir hareketi olmadığından plazmada radyal yönde bir enerji (ısı enerjisi) transferi de olmaz. Dolayısıyla plazmada radyal yönde (içten dışa doğru) sıcaklık gradyenti (sıcaklık düşümü) yüksektir. Ör: TIG kaynağı plazmasının merkezinde 22. 000 O K üzerinde sıcaklık varken, dış kabuğunda yaklaşık 100 O C civarında sıcaklık vardır.