2. 2
ELEKTRİK ARK KAYNAĞI
Tarihçe:1885 yılında erimeyen karbon elektrot kullanarak parça ile elektrot
arasında ilk kez ark teşekkül ettirilmiştir. İlave elektrot kullanılarak ark kaynağı
yapılmıştır. Bu usul Benardos kaynak yöntemi olarak anılır.
1889 yılında Zerener arkı güçlendirmek için çift karbon elektrot kullanmıştır.
1890 yılında Yugoslav Slavianoff hem ark
teşekkül ettiren hem de eriyen elektrot
kullanarak bugünkü ark kaynağının
temelini atmış oldu.
3. 3
Ark Kaynağında Ark Gücü
Güç, enerjinin bir şekilden diğerine dönüşme hızıdır. Bir kaynak arkı göz önüne
alındığında elektrik enerjisinin hemen hepsi ısıya dönüştürülür. Bu ısının sadece
küçük bir oranı arkın yaydığı mor ötesi radyasyonu ve parlak ışığı üretmek için
kullanılır. Akım ve gerilim kolay- lıkla ölçülebildiğinden güç girdisi Watt olarak
saptanabilir.
Ark Güç Girdisi(Watt) = Ark Gerilimi (V) x Ark Akımı (A)
Örneğin; 150A ve 25 V çalışma değerlerine sahip elle yapılan ark kaynağında; 25V x
150A= 3750Watt = 3,75 kW Bu hem doğru hemde alternatif akım için geçerlidir
Güç ile enerji arasındaki ilişki 1 Watt = 1 Joule/s olduğundan yukarıdaki örnekte ark‟a enerji
girdisi 3750 J/s veya 3,75 kJ/s dir. Ancak bunun ark‟a verilen enerji girdisi olduğu
bilinmelidir. Diğer bir deyişle bu bize kaynakçının arkı kullandığı sürece ısının 3,75 kJ/s hızda
üretilmekte olduğunu söyler. Eğer ark sabit tutulsaydı bu, kaynağa tek bir noktadan verilen ısı
girdisi olurdu. Ancak kaynakçı(ark) bağlantı çizgisi boyunca hareket eder. Isı bu nedenle
dağılır ve herhangi bir noktadaki ısı girdisi kaynak hızına(arkın hareket hızına) bağlı olarak
değişir. Ark‟a sağlanan enerji ve kaynak hızı bilindiğinde ısı girdisini hesaplamak ve bu değeri
kaynak pasosunun birim uzunluğu başına düşen ısı miktarı(joule/mm) olarak ifade etmek
mümkündür.
4. 4
Ark Kaynağında Ark Gücü
Bir kaynakçının 1,6 mm bir paslanmaz çelik sac TIG yöntemi kullanılarak alın kaynağı
yaptığını farz edelim. Akım 60 A civarında olurdu ve 2 mm uzunluğunda ark gerilimi argon
koruyucu gaz ile 14
V olurdu. Kaynak hızı, kaynak edilen gerçek elemana bağlı olmakla birlikte çok kullanılan
bir değer olan 120 mm/dak olarak alınsın.
Ark Gücü= 60 A x 14 V = 840 Watt = 840 J/s
1 dakikada kat edilen mesafe 120 mm, 1 saniyede 120/60=2 mm olur.
Bu nedenle ısı girdisi 2 mm için 840 J/s ise, 1 mm için 420 J/mm dir.
Akım (A) x Gerilim V x 60
Isı girdisi (J/mm) =
Kaynak hızı (mm/dak)
Buna göre, ark kaynağı ısı girdisini etkileyen temel faktörler: Ark akımı, ark gerilimi, kaynak
hızı
5. 5
ARK SÜTUNUNDAKİ SICAKLIK DEĞİŞİMİ
• Oluşan arkın gücü belli bir elektrod türü için akım şiddeti ile doğru orantılı
artar buda bize kaynakta erime gücünün arkın şiddeti ile orantılı
olduğunu gösterir.
• Elektrik ark kaynağında genellikle elektrod negatif (katod), iş parçası
pozitif (anot) kutbu oluşturur.
• Bu durumda elektrodun erimesi ve ark sütunu boyunca damlacıklar
halinde hareket ederek iş parçasına geçmesi katodik leke tarafından
üretilen ısı ile, iş parçasının ısınması ise anodik krater tarafından
sağlanır.
Şekil 1. Ark akımının (a) giriş gücü, anoda ısı transferi ve ısı değişim verimliliği, (b) kaynak
penetrasyonunun kesit alanı üzerindeki etkisi.
6. 6
ARK OLUŞUMU
Elektrik arkı gerilimin etkisiyle kızgın olan katottan (elektrod, -) çıkan elektronların büyük
bir hızla anodu (ana malzeme, +) bombardıman etmesiyle oluşur.
Elektrot malzemeye dokunduğunda kısa devre oluşur. Bu kısa devre, boşta çalışma
geriliminden kısa devre akımına ulaşması şeklinde yansır. Temas noktasında, yüksek akım
yoğunluğu nedeni ile açığa çıkan ısı, metalin kaynama sıcaklığına kadar kızmasına ve
katoddan elektron yayılmasına neden olur. Sıcaklık artışı ve katottan anoda elektron
bombardımanı başlar. Akım artar. Bu sırada nötr moleküller de parçalanarak iyon haline
gelir. Sıcaklığın ve akımın artış sebebi bu yüzdendir. Sıcaklık 3600-4000 C‟ ye kadar
yükselir. (+) yüklü iyonların hızı 1m/sn iken (-) yüklü iyonların hızı 100 m/sn dir.
Plazmanın en sıcak bölümü merkezi sütun olup burada hareket en şiddetli durumdadır.
Düzgün bir kaynak yapılabilmesi için ark geriliminin sabit tutulması gerekir. Dolayısıyla
akım şiddeti sabit kalır. Ark geriliminin sabit kalması arkın kararlılığı olarak adlandırılır.
7. 7
ARK SÜTUNUNDAKİ SICAKLIK DEĞİŞİMİ
Çalışma esnasında etrafa yayılan ve kaynak işlemi için kullanılan ısı ile
ark hüzmesi tarafından üretilen ısı denge halindedir.
Tablo 1. Çeşitli tür örtülü elektronların
ark sütunlarındaki ortalama sıcaklık.
Şekil 2. Arkın simüle edilmiş sıcaklık
dağılımı.
8. 8
ARKTAN ÇEVREYE YAYINAN IŞINLAR
• Parlak ışık veya görünür ışık, elektromanyetik spektrumun insan gözü
tarafındann algılanabilen kısmı içindeki elektromanyetik radyasyon.
• Parlak ışık gözleri kamaştırır retina ve göz sinirlerinin yorulmasına
neden olur. Bu bakımdan maske camları ile korunma sağlanmalıdır.
• Arktan yayılan ışınların en tehlikelisi, insan gözünün görme alanı
dışında olan ultraviyole ve enfraruj ışınlarıdır.
%10
%30
%60
Arktan Çevreye Yayılan Işınlar
Ultraviyole Parlak Enfraruj
Şekil 3. Görünür ışığın elektromanyetik tayftaki yeri
Soru-109:
9. 9
ARKTAN ÇEVREYE YAYINAN IŞINLAR
• Derinin korunmamış bölgelerinde yanıklar ve tahrişler oluşturur fakat
en tehlikeli etkileri ise gözleredir.
• Gözün ultraviyole ışınlarına maruz kaldığı durumlarda gözler asit
borikli solüsyonlar ile yıkanarak tedavi edilebilir.
• Enfraruj ışınları gözler için en tehlikeli olan ışınlarıdır. Göz irisinin,
merceğinin, ve retinasının tahribine yol açar bu konuda en sık
karşılaşılan rahatsızlık göz merceğinin saydamlığını kaybetmesi olan
kataraktır. Bu ışınlara aşırı maruz kalma körlüğe neden olabilir.
Şekil 4. Ark kaynağında ışık ve ısı radyasyonu.
10. 10
ARK ÜFLEMESİ
• Kaynakta ark üfleme veya ark dolaşması, arkın istenen yoldan uzağa zorla
yönlendirilmesidir.
• Ark etrafındaki asimetrik manyetik veya termal kuvvetler, ark darbesinin
başlıca nedenleridir.
• Ark üflemesi yalnızca doğru akımla yapılan kaynakta ortaya çıkar.
• Manyetik alan ferromanyetik malzemelerde çok kuvvetli oluştuğundan
özellikle çeliğin kaynağında ark üflemesi daha fazla kendini gösterir.
Şekil 5. Elektrodun ve iş parçasının etrafında oluşan manyetik alan.
Ark
Ark Üfleme yönü
Manyetik Akı
Yönü
İş Parçası Bağlantısı
11. 11
ARK ÜFLEMESİNİN ZARARLARI
Ark üflemesi arkın şeklini ve stabilitesini bozarak yanma çentikleri,
kararsız nüfuziyet, kıvrık tırtıllar, düzgün olmayan genişlikte dikişler,
gözenekler, dalgalı tırtıllar ve aşırı püskürtme gibi kusurlara sebep
olur.
Şekil 6. Manyetik ark üflemesi
12. 12
ARK ÜFLEMESİNİN TÜRLERİ
Şekil 7. 1) İleri ark üflemesi, bağlantının
başlangıç kenarından, çalışma kelepçesinden
veya başka herhangi bir manyetik alandan kaynak
yaparken meydana gelir. Bu tip, erimiş cürufu yay
altına sürükleyerek kusurları kötüleştirir.
Şekil 8. 2) Geriye doğru ark üflemesi,
bağlantının ucuna, çalışma kelepçesine veya eşit
olmayan kalınlığa sahip kaynak iş parçalarına
doğru kaynak yaparken meydana gelir.
Şekil 9. 3) Manyetik hatların kaynak yönünün bir
tarafında yoğunlaştığı, böylece arkın karşı tarafta
saptığı yana doğru ark üflemesi. Çoğu zaman,
ark, bağlantıya açılı olarak ayarlandığında
çalışma kelepçesinden uzaklaşır.
4) Döner ark üflemesi, yüksek amperli veya uzun ark uzunluğunda
kaynak yaparken meydana gelerek asimetrik manyetik alanlar arkı
kendi etrafında dönmeye zorlar.
13. 13
TERMAL ARK ÜFLEMESİ
• Termal ark üflemesi, arkın en sıcak alana doğru bükülmeyi
tercih etmesinden kaynaklanan kaynak arkının istenmeyen
sapmasıdır.
• Isı, arkın izlemesi için daha kolay bir yol sunar. Elektrotun zayıf
kullanımından, ısıyı eklemden uzağa yönlendirebilirsiniz. Sonuç
olarak, yay sıcağa doğru ve soğuk derzden uzağa akacaktır.
• Termal ark darbesi daha az karmaşıktır ve bu kadar ciddi kusurlara neden olmaz.
Yönlerine bağlı olarak manyetik ark darbesiyle birlikte veya ona karşı hareket
edebilir.
• İş parçasının düz olmayan bir yüzeyi, düzensiz bileşimi, kirli lekeleri, çatlakları varsa
veya kaynak hızı çok yüksekse termal ark üfleme artar.
14. Paralel iki iletkendeki akım yönü: Yanyana paralel duran iki iletkenden akım
geçtiği zaman, akım yönü aynı olursa oluşan kuvvet alanları birleşir; akım yönü
ters olursa ayrılır.
Akım geçen bir iletkenin eğimi: Akım geçen bir iletkenin eğik olması halinde,
kuvvet hatları arkın yönünü değiştirir.
Parçadaki akım yönü: kaynak makinasının pozitif kutbunun parçaya bağlandığı
yerin pozisyonu arkın sapma yönünü belirler.
Manyetik iletkenlerin etkisi: Demir, manyetik kuvvet çizgilerini havadan çok daha
iyi iletir.
Birden fazla kaynakçının parça üzerinde çalışması: Birden fazla kaynakçının
aynı parça üzerinde birbirlerine yakın çalıştığında arklar birbirlerine doğru yönelir.
Hava akımının etkisi: arkın sıcaklığı ile ısınan hava yukarıya doğru çıkar ve
bunun yerini aşağıdan gelen soğuk hava alır.
14
ARK ÜFLEMESİNE ETKİ EDEN FAKTÖRLER
15. 15
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Ark üflemesi hatasız kaynak yapma olasılığını kısıtlar. Kaynakçı
cürufun akışına hakim olamaz ve sonuçta cüruf kalıntısı içeren yetersiz
bir birleşme,hatalı dikiş formu, nüfuziyeti az bağlantılar elde edilir.
Kaynak sırasında bir takım önlemler yardımı ile arkın üflemesi
önlenebilir. Bu önlemler şunlardır:
ELEKTRODA UYGUN BİR EĞİMİN VERİLMESİ
Ark üflemesinin zararsız bir hale gelmesi için başvurulacak ilk önlem
elektroda uygun bir eğim vermektir. Böylece, manyetik kuvvet
çizgilerinin etkisiyle arka istenen yönde verilebilmektir
Şekil 11. Elektroda verilecek eğim
Şekil 10. Elektroda uygun meyil
verilmesi
16. 16
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
İLK PASONUN ADIM YÖNTEMİYLE KAYNAK YAPILMASI
Arkın belirli bölgelerde ve bilinen yönlerde üflenmesinden yararlanarak,
ilk paso; belli bir sıra ile, adım adım kaynak yapılır.
1.Paso
2.Paso
1 2 3 4 5
3 2 1 4 5 6
Kısa Kaynak Dikişlerinde
Uzun Kaynak Dikişlerinde
1.Paso
2.Paso
Şekil 12. Kaynak dikişlerinde adım yönteminin uygulanması
17. ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Şekil 13. Bir alın birleştirmesinin adım yöntemi ile kaynatılmasında arkın üfleme yönleri
a) b)
c) e)
a)
f)
2 1
1 1
1
2
1
18. 18
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Şekil 13`de bir (V) alın dikişinin adım yöntemi ile kaynağında, arkın üfleme
yönleri görülmektedir.
a) Yeni dikişin kenarında ark parçaya doğru üflenir.
b) Bu şekilde kaynak yapıldıktan sonra, üfleme ters yöne dönüşür.
[c) ve d)] Burada kaynak yapılmayan iki parça arasındaki hava aralığının,
manyetik kuvvet alanı üzerine etkisi, parçanın başlangıç ve sonuç
noktalarındaki etkinin aynıdır. İki parça arasındaki arasındaki aralık
büyüdükçe, manyetik alan kuvvetleneceğinden arkın üfleme şiddeti artar;
dolayısı ile ilk adım çekildikten sonra, ikinci adım ve daha sonrada diğer
adımlar çekilir.
e) Her adımın uzunluğu yaklaşık 100 mm olmalıdır.
f) Adımın boyu daha da uzun olursa kuvvet hatlarının etkisi ile arkın
üfleme yönü uygun bir biçime dönüştürülebilir.
19. 19
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Yeri Değişebilen Bir Kutup Bağlantısının Kullanılması
Kaynak yaparken, yeri değişebilen bir kutup bağlantısı kullanılması ile, ark
üflemesi uygun bir hale dönüşebilir. Bunun için de parçaya bağlanan kablo
daima yeri kolayca değişebilecek bir düzende bağlanır. Böylece pozitif kutup
istenen noktaya getirilerek kuvvet çizgilerinin kontrol altında tutulması ile ark
üflemesinin yönüne etkide bulunmak mümkün olur
Şekil 14. Kaynak yaparken yeri değişebilen bir kutup
bağlantısının kullanılması.
20. 20
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Kaynak dikişinin puntalanması
Kaynak yapılan parçalar çeşitli yerlerinden puntalarla uygun bir biçimde
bağlandığında hava aralığı küçüleceğinden, ark üflemesi de azalır.
Ancak bu puntalama belirli bir sıralama ile düzgün yapılmalıdır.
Şekil 15. Bir (V) dikişinin puntalanması
Şekil 16. Hatalı ve doğru puntalama
21. 21
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
Kısa Ark Boyu ile Yapılması: Uygulamada uzun ark boyu ile
çalışıldığında, ark üflemesinin, kısa ark boyuna oranla, daha kuvvetli
olduğu görülmüştür.
Alternatif Akım Kullanılması: Alternatif akımda kaynak yaparken,
ark üflemesi doğru akıma oranla çok daha az bir şiddetle,
uygulamada Hissedilemeyecek bir derece ortaya çıkar.
Bir Manyetik Üfleme Donanımı Kullanılması: Bir manyetik üfleme
donanımı ile arkın stabilize edilmesi olasılığı vardır. Örneğin; karbon
elektrodlarla yapılan kaynakta, manyetik bir üfleme donanımı kaynak
pensesine takılarak ark üflemesi ortadan kaldırılmaktadır.
İnce Çaplı Elektrodlarla Kaynak Yapmak: İnce çaplı elektrodlarla
yapılan kaynakta, ark boyunun kısa ve cürufun az olmasından dolayı
kalın çaplı elektrodlara oranla ark daha hafif üflenir.
22. 22
ARK ÜFLEMESİNİ ÖNLEME YOLLARI
İLAVE DEMİR KÜTLELER KULLANILMASI: Önceden belirtilmiş
olduğu gibi manyetik kütleler arkı kendi yönlerine çekmektedir. Örneğin;
kaynak yapılan bir yerin uç kısmında ark, parçanın orta kısmına doğru
üflenmektedir. Bu şekilde kaynak yaparken üfleme yönünün ters tarafına
iri demir kütleleri koyarak ark üflemesi kontrol altına alınabilmektedir.
Şekil 17. İlave demir kütlelerin kullanılması
23. 23
ARKIN KARAKTERİSTİĞİ
Ark boyu artarsa gerilim de artar. Mesela, la= 0,5 cm iken la = 1 cm
olursa, uçlar arasındaki V gerilimi 30 V`dan 49`a çıkar. Ve bu da kaynak
dikişinin kalitesine tesir eder.
Şekil 18-1. a, b ve c ark boyları için V ile l`nin
ölçülmesini şematik olarak gösterilişi
Şekil 18-2. V = f(I) fonksiyonu (Şekil
x.1`deki a, b ve c ark boyları için)
• Bir arkın karakteristiği V = f (I) fonksiyonudur. Yani gerilim ile akım
şiddeti arasındaki bağıntıdır. Buradaki parametre ark boyudur. Ark
boyu arttıkça karakteristiğin orjinden uzaklığı artar.
24. DOĞRU AKIMDA ARKIN KARARLILIĞINA ETKİ EDEN
FAKTÖRLER
Metalsel bir arkın sabit gerilim altında çalışma kararlılığını
sağlamak için yeterli miktarda direnç seri olarak bağlanmakta ve
çok defa bu dirence, akımın hızlı değişmelerine karşı koyacak bir
self ilave etmek gerekmektedir. Kaynak edilecek parçaların üzerleri
çoğunlukla yağ, pas ve boya gibi yabancı maddelerle örtülü
olduğundan; arkın kolayca teşkili bakımından başlangıçta,
çalışmadakinden daha yüksek bir gerilim tatbik etmek
gerekmektedir. Doğru akım ark teşkil etmek için, 40 ila 70 volt
arasında bir gerilim uygulanmaktadır.
24
25. 25
DOĞRU AKIMDA ARKIN KARARLILIĞINA ETKİ EDEN
FAKTÖRLER
a) Metallerin iyonlaşma gerilimleri
b) Metallerin termo-iyonik kabiliyetleri
c) Metallerin ısı geçirgenliği
• Metallerin iyonlaşma gerilimleri ve termo-iyonik kabiliyetleri ne kadar
düşükse ark o oranda kararlıdır.
• Metalin ısı geçirgenliği arttıkça katodik yayınma azalmakta ve bu
sebepten arkın kararsızlığı artmaktadır.
• Mesela bakır pirinç ve alüminyum bronzlarında arkın teşkili zordur. Böyle
durumlarda arkın tutuşmasını ve kararlılığını sağlamak için, elektrodun
örtüsüne uygun maddelerin katılması gerekir. Böylece iyonlaşma gerilimi,
termo-iyonik kabiliyet ve ısı geçirgenliği arzu edilen değerde tutulmuş olur.
Aynı zamanda ark uzunluğuda sabit tutulmalıdır.
26. Şekil 19`da görülen ve alternatif akım arkında gerilim ile akım şiddeti
arasındaki değişimi veren diyağram, alternatif akım arkının dinamik
karakteristiğini belirtir. Pozitif yönde ortaya çıkan tepe noktası, arkın
kararsızlığını gösterir. Arkın kararlılığı arttıkça, tepe noktası ortadan kaybolur.
Tepe noktasının ortaya çıkmasına aşağıdaki faktörler tesir eder.
26
ALTERNATİF AKIMDA ARKIN KARARLILIĞI
a) Akımın frekansı
b) Arkın boyu
c) Devrede bir selfin bulunması
d) Elektrot örtüsünün cinsi
e) Elektrodun cinsi
f) Arkı çevreleyen ortamın cinsi
27. Akımın frekansı ve ark boyunun artması, devrede bir selfin bulunması,
elektrot örtüsünde oksitler ve karbonatlar gibi katkıların bulunması arkın
kararlılığını arttırmaktadır.
27
ALTERNATİF AKIMDA ARKIN KARARLILIĞI (soru-115)
Şekil 19. Alternatif akım arkının karakteristiği
