Kaynağın temel prensipleri

Kaynak, basınç uygulanarak veya uygulanmadan ve dolgu malzemesi kullanılarak veya kullanılmadan uygun bir sıcaklığa kadar ısıtılarak üretilen metallerin birleştirilmesi olarak tanımlanabilir.

Ergitme kaynağında bir ısı kaynağı, gerekli boyutta bir erimiş metal havuzu oluşturmak ve korumak için yeterli ısı üretir.Isı elektrikle veya gaz aleviyle sağlanabilir.Elektrik direnç kaynağı, bir miktar erimiş metal oluştuğundan ergitme kaynağı olarak kabul edilebilir.

Katı faz prosesleri, ana malzemeyi eritmeden ve ilave metal eklemeden kaynak üretir.Basınç her zaman kullanılır ve genellikle bir miktar ısı sağlanır.Sürtünme ısısı ultrasonik ve sürtünmeli birleştirmede geliştirilir ve difüzyon birleştirmede genellikle fırın ısıtması kullanılır.

Kaynakta kullanılan elektrik arkı, genellikle 10-50 voltta 10-2.000 amper aralığında yüksek akımlı, düşük voltajlı bir deşarjdır.Bir yay sütunu karmaşıktır ancak genel anlamda elektron yayan bir katottan, akımın iletimi için bir gaz plazmasından ve elektron bombardımanı nedeniyle katottan nispeten daha sıcak hale gelen bir anot bölgesinden oluşur.Genellikle bir doğru akım (DC) arkı kullanılır, ancak alternatif akım (AC) arkları da kullanılabilir.

Tüm kaynak proseslerinde toplam enerji girişi, bir bağlantının üretilmesi için gerekli olan miktarı aşmaktadır çünkü üretilen ısının tamamı etkili bir şekilde kullanılamamaktadır.Verimlilik, sürece bağlı olarak yüzde 60 ila 90 arasında değişmektedir;bazı özel süreçler bu rakamdan büyük ölçüde sapmaktadır.Isı, ana metalden iletim ve çevreye radyasyon yoluyla kaybolur.

Çoğu metal ısıtıldığında atmosferle veya yakındaki diğer metallerle reaksiyona girer.Bu reaksiyonlar kaynaklı bağlantının özelliklerine son derece zararlı olabilir.Örneğin çoğu metal eriyik halinde hızla oksitlenir.Bir oksit tabakası metalin düzgün şekilde bağlanmasını engelleyebilir.Oksitle kaplanmış erimiş metal damlacıkları kaynakta sıkışıp kalır ve bağlantıyı kırılgan hale getirir.Belirli özellikler için eklenen bazı değerli malzemeler havaya maruz kaldıklarında o kadar hızlı reaksiyona girer ki, biriken metal başlangıçtakiyle aynı bileşime sahip olmaz.Bu problemler akıların ve inert atmosferlerin kullanılmasına yol açmıştır.

Ergitme kaynağında akı, metalin kontrollü reaksiyonunu kolaylaştırmada ve daha sonra erimiş malzeme üzerinde bir örtü oluşturarak oksidasyonu önlemede koruyucu bir role sahiptir.Akılar aktif olabilir ve sürece yardımcı olabilir veya aktif olmayabilir ve sadece birleştirme sırasında yüzeyleri koruyabilir.

İnert atmosferler akılarınkine benzer koruyucu bir rol oynar.Gaz korumalı metal ark ve gaz korumalı tungsten ark kaynağında, inert bir gaz (genellikle argon), torcu çevreleyen bir halkadan sürekli bir akış halinde akar ve arkın etrafındaki havayı değiştirir.Gaz metalle kimyasal reaksiyona girmez, sadece onu havadaki oksijenle temastan korur.

Metal birleştirmenin metalurjisi, bağlantının işlevsel yetenekleri açısından önemlidir.Ark kaynağı bir bağlantının tüm temel özelliklerini gösterir.Bir kaynak arkının geçişinden üç bölge oluşur: (1) kaynak metali veya füzyon bölgesi, (2) ısıdan etkilenen bölge ve (3) etkilenmeyen bölge.Kaynak metali, bağlantının kaynak sırasında eriyen kısmıdır.Isıdan etkilenen bölge, kaynak yapılmamış ancak kaynak ısısı nedeniyle mikro yapısında veya mekanik özelliklerinde değişiklik meydana gelen kaynak metaline bitişik bir bölgedir.Etkilenmeyen malzeme, özelliklerini değiştirecek kadar ısıtılmamış malzemedir.

Kaynak metalinin bileşimi ve donduğu (katılaştığı) koşullar, bağlantının servis gereksinimlerini karşılama yeteneğini önemli ölçüde etkiler.Ark kaynağında kaynak metali, dolgu malzemesi artı erimiş ana metalden oluşur.Ark geçtikten sonra kaynak metalinde hızlı bir soğuma meydana gelir.Tek geçişli kaynak, erimiş havuzun kenarından kaynağın merkezine kadar uzanan sütunlu taneciklere sahip bir döküm yapısına sahiptir.Çok pasolu bir kaynakta bu döküm yapısı, kaynak yapılan metale bağlı olarak değiştirilebilir.

Kaynağa veya ısıdan etkilenen bölgeye bitişik olan ana metal, bir dizi sıcaklık döngüsüne maruz kalır ve yapısındaki değişiklik, herhangi bir noktadaki en yüksek sıcaklık, maruz kalma süresi ve soğuma oranlarıyla doğrudan ilişkilidir. .Adi metal türleri burada tartışılamayacak kadar çoktur ancak bunlar üç sınıfta toplanabilir: (1) kaynak ısısından etkilenmeyen malzemeler, (2) yapısal değişimle sertleşen malzemeler, (3) çöktürme işlemleriyle sertleşen malzemeler.

Kaynak, malzemelerde gerilime neden olur.Bu kuvvetler, kaynak metalinin büzülmesi ve ısıdan etkilenen bölgenin genleşmesi ve ardından büzülmesiyle oluşur.Isıtılmamış metal yukarıdakilere bir kısıtlama getirir ve daralma baskın olduğundan kaynak metali serbestçe büzülemez ve bağlantıda bir gerilim oluşur.Bu genellikle artık gerilim olarak bilinir ve bazı kritik uygulamalarda tüm yapının ısıl işlemiyle ortadan kaldırılması gerekir.Tüm kaynaklı yapılarda artık gerilim kaçınılmazdır ve eğer kontrol edilmezse kaynakta eğilme veya bozulma meydana gelecektir.Kontrol, kaynak tekniği, aparatlar ve fikstürler, imalat prosedürleri ve son ısıl işlemle gerçekleştirilir.