Kaynak yöntemlerinin sınıflandırılması kaynak için gerekli enerji sağlayıcısının çeşidine veya kaynak uygulamasının fiziksel özelliğine göre ergitmeli ve ergitmesiz diğer bir ifadeyle basınç (katı hal) kaynak yöntemleri olarak ikiye ayrılırlar. Ergitmeli kaynak yöntemleri; metal ve alaşımlarının ergime sıcaklığının üzerindeki bir sıcaklıkta; kimyasal reaksiyon, elektrik arkı veya yüksek enerjili bir ışından sağlanan enerjiyle ergitilmesiyle ana metal, ilave metal ve koruma yöntemi karışımından oluşan sıvı kaynak banyosunun katılaşması ile elde edilen kaynak yöntemlerini kapsar. Kaynak işlemi için gerekli enerjinin kimyasal reaksiyon ile sağlandığı ergitmeli kaynak yöntemlerine oksi-gaz ve termit kaynağı örnek olarak verilebilir. Kaynak için gerekli ergime enerjisinin elektrik arkıyla sağlanan kaynak yöntemlerine örnek olarak elektrik ark, gaz metal ark, toz altı ark kaynakları gösterilebilir. Ergitme için gerekli enerjinin yüksek enerjili bir ışından sağlanan yöntemlere ise örnek elektron ışın ve lazer kaynakları verilebilir.

Ergitmesiz veya diğer bir ifadeyle; katı hal kaynak işlemi birleştirilecek iş parçalarının ergime-katılaşma sıcaklığının altındaki bir sıcaklıkta, daha ziyade basıncın etkisinin ön plana çıktığı kaynak yöntemleridir. Basınç, direnç, difüzyon, ultrasonik, sürtünme ve patlamalı kaynaklar basıncın ön plana çıktığı katı hal kaynaklarına örnek verilebilir.

Ergitmeli ve ergitmesiz kaynak yöntemleri arasındaki temel farklar basitçe belirtilecek olursa; ergitmeli kaynak yöntemlerinde birleştirme kaynak termal çevriminden daha fazla etkilenir. Birleştirmenin bölümlerinden kaynak metali ve ısı tesiri altındaki bölge (ITAB)’de yapısal dönüşümler meydana gelirken, katı hal kaynak yöntemlerinde ulaşılan sıcaklık düşünüldüğünde ısıdan etkilenen alan daha dar, dolayısıyla yapısal dönüşümler daha sınırlı kalır. Ergitmeli kaynak yöntemleri donanım maliyeti düşük ve temin edilebilirlikleri katı hal kaynak yöntemlerine göre daha kolaydır. Katı hal kaynak yöntemlerinin en önemli avantajları arasında ergitmeli kaynak yöntemiyle birleştirilemeyen farklı cins metal ve alaşımlarının başarıyla birleştirilebilmesine olanak sağlaması yer alır.

Kaynak amacına göre; birleştirme kaynağı ve yüzey kaplama kaynağı diye sınıflandırılabilmektedir. Birleştirme kaynağı birden çok iş parçasının kalıcı olarak bir araya getirme işlemidir. Yüzey kaplama kaynağı ise iş parçasının kaynakla kaplanmasıdır. Ana malzeme ile kaplama malzemesinin aynı olmadığı durumlar için ana malzemenin aşınma direnci daha yüksek bir malzeme ile kaplanmasına sert dolgu işlemi adı verilir. Ana malzemenin kimyasal direnci daha yüksek bir malzeme ile kaplanmasına kaplama denir. Her iki malzeme arasında yük taşıyabilen katman oluşturma işlemine ise tampon tabaka katman uygulaması olarak adlandırılır.

Kaynak işlemleri mekanizasyon derecesine göre sınıflandırıldığında; elle yapılan manuel kaynak uygulaması (m) harfi ile sembolize edilir. Yarı mekanize kaynak (t), tam mekanize kaynak (v), otomotik kaynak ise (a) ile sembolize edilir [5–7]

Kaynak yöntemini seçerken etkili olan unsurlar arasında birleştirilecek iş parçası sayısı, malzemenin ısı iletkenliği ve öz kütlesi, parçaların geometrisi, montaj, çevresel gereksinimler, ekonomik verimlilik, kaynak yerine ulaşılabilirlik ve kaynak pozisyonu sıralanabilir.

Kaynaklı birleştirme yöntemleri insan hayatının her alanında yer almaktadır. Kaynak teknolojisinin uygulandığı çok sayıda sektör vardır. Bu sektörlerin başında otomobil ve konstrüksiyon imalat endüstrisi gelmektedir. Endüstriyel uygulamalarda atmosfer koşullarında, su altında, atmosfer dışında uzay çalışmalarında birçok alanda kaynak teknolojilerinden yararlanılması sebebiyle çalışmada kaynak yöntemleri ve çalışma prensipleri hakkında kısa bilgi verilmesi önem arz etmektedir.

Günümüzde birçok ergitmeli kaynak çeşidi bilinmekte ve kullanılmaktadır. Bunların içerisinde en eski olan alev kaynağıdır. Neredeyse geçen yüzyılın sonundan bugüne kadar yüzyıldır kullanılmaktadır. İş parçalarının kaynatılacak bölümü fluks malzemesi kullanarak veya kullanılmaksızın oksi-asetilen aleviyle ilave metal kullanılarak veya kullanmaksızın ergitilerek birleştirilir.

Kaynak çeşitleri içerisinde en yaygın kullanılanları içerisinde elektrik arkının enerji kaynağı olarak kullanıldığı ark kaynak teknolojileridir. Bunların içerisinde klasik olan örtülü elektrot kullanılarak elle yapılan ark kaynağıdır. Günümüzde ark kaynak işlemi argon, helyum gibi soy gaz veya gaz karışımıyla korunarak yapılabilmesinin yanısıra karbondioksit gibi aktif gaz ve gaz karışımıyla gaz koruması altında yapılabilmektedir. Kendisi ergimediği kabul edilen tungsten elektrot ile iş parçası arasında oluşturulan ark ısısıyla yapılan TIG (argon kaynağı) ve kaynak bölgesine sürekli olarak gönderilen görevi hem arkı başlatmak hem de eriyerek depozit metal oluşturmak olan bir çıplak elektrotla yapılan MIG-MAG kaynak yöntemleri gaz korumalı ark kaynaklarındandır. Diğer bir ark kaynak yöntemi olan toz altı ark kaynağında, ark erimiş bir cüruf altında oluşturulmaktadır. Ayrıca ilave kaynak metali olmadan veya ilave kaynak teliyle ark içerisinden geçirilen gazların iyonize olmasıyla elde edilen enerjiyle plazma ark kaynağı da yapılmaktadır. Bununla birlikte, plazma ark kaynağı, elektron ışın ve lazer kaynağını da içeren enerji yoğunluklu kaynak yöntemleri grubu içerisinde yer alır. Bu durumda ısı iş parçası ile enerji kaynağı arasındaki fiziksel etkileşimle oluşur. İlave metalde kaynak banyosu içerisine verilebilir. Çok kalın malzemeleri birleştirmek için ısının elektrik arkı tarafından değil, erimiş iyonize cüruf içinden elektrik akımının geçişi ile üretildiği elektro cüruf kaynağı adı verilen kaynak yöntemi kullanılır.

Diğer kaynak yöntemleri veya ergitmesiz kaynak yöntemleri içerisinde difüzyon, ultrasonik, sıcak veya soğuk basınç, direnç, patlamalı ve sürtünme katı hal kaynakları yer alır. Elektrik direnç kaynak yönteminde ısı yüksek elektrik direncine sahip bir malzeme üzerine temas eden elektrot üzerinden elektrik akımı geçirerek elde edilir. Direnç kaynak yöntemleri içerisinde nokta direnç, bindirme, nokta ve dikiş kaynağının yanısıra projeksiyon kaynağı vardır. Metallerin seramik malzemelerle veya camla ve hatta seramik malzemelerin karşılıklı olarak kombinasyonları şeklinde, pratik olarak tüm malzemelerin kaynak edilebileceği çeşitli kaynak yöntemlerinin bir dereceye kadar geliştirildiği belirtilmelidir. Bu durumlarda tek sorun işlemlerin maliyetidir. Bu nedenle, örneğin kaynaklı birleştirmeler için kolayca ve kısıtlama olmaksızın kaynak edilebilecek malzemeleri seçmek için farklı bir yaklaşım benimsenmelidir. Ancak, kaynağın ekonomik yönü de kaynak mekanizmalarının her koşulda optimum kaynak parametrelerini koruyabilen sensörler ve işlemci sistemleriyle donatılmasıyla kaynak otomasyonu ve robotik kaynak uygulamalarıyla yavaş yavaş çözülmektedir. Bu yöntemlere ileri seviye kaynak işlemleri denir.

 

KAYNAKLAR

1. Aydın, M., Gavas, M., Yaşar, M., and Altunpak, Y., „Üretim Yöntemleri ve İmalat Teknolojileri“, 5. Ed., Seçkin Yayıncılık, 560 (2022).
2. Norrish, J., „Advanced Welding Processes“, Woodhead Publishing, Cambridge, UK, 279 (2006).
3. Granjon, H., „Fundamentals of Welding Metallurgy“, Woodhead Publishing, 210 (1991).
4. Uzun, H., „Sert Lehimleme Prensipleri“, Değişim Yayınları, 251 (2002).
5. Selahaddin ANIK, „Kaynak Tekniği El Kitabı“, Gedik Eğitim Vakfı Kaynak Teknolojisi Eğitim Araştırma Ve Muayene Enstitüsü, 222 (1991).
6. U. Dilthey, „Welding Technology 1 Welding and Cutting Technologies“, Aachen University, 26 (2005).
7. Dilthey, U., „Welding Technology 2, Welding Metallurgy“, (2005).
8. Norrish, J., „Welding automation and robotics“, Advanced Welding Processes, Elsevier, 218–246 (2006).
9. Singh, R., „Welding automation“, Applied Welding Engineering, Elsevier, 187–201 (2020).
10. Singh, R., „Codes, specifications, and standards“, Applied Welding Engineering, Elsevier, 385–402 (2020).
11. F. Eichhorn, „Aspects of Mechanisation, Automation and Utilisation of Robot Welding“, Automation and Robotisation in Welding and Allied Processes, Pergamon, (1985).
12. Lübbert, U., „Automation of wig-welding“, IFAC Proceedings Volumes, 10 (13): 87–90 (1977).
13. Tapıcı, U. Ç., „Robotla kaynak uygulaması için fikstür tasarımı ve kaynak distorsiyonlarının analizi“, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, (2006).
14. Yumurtacı, S. and Mert, T., „Robotik kaynak sistemleri ve gelişme istikametleri“, Kaynak Teknolojisi IV. Ulusal Kongresi, 44 (526): 32–40 (2003).
15. Rong, Y. K. and Zhu, Y., „Computer-Aided Fixture Design“, CRC Press, 496 (1999).
16. Rong, Y., Huang, S., and Hou, Z., „Advanced Computer-Aided Fixture Design“, Academic Press, 414 (2005).
17. Jeffus, L., „Welding and Metal Fabrication“, Cengage Learning, 800 (2011).
18. Larry Jeffus, „Welding Principles and Applications“, 5. Ed., Cengage Learning, 904 pages (2002).
19. Jeyaprakash, N., Haile, A., and Arunprasath, M., „The Parameters and Equipments Used in TIG Welding: A Review“, The International Journal Of Engineering And Science, 2319–1813 (2015).
20. Internet: Right, R. D., „Benefits of Automating TIG Welding with Robots“, https://robotsdoneright.com/Articles/benefits-of-automating-tig-welding-with-robots.html (2023).
21. Xu, Y., Yu, H., Zhong, J., Lin, T., and Chen, S., „Real-time seam tracking control technology during welding robot GTAW process based on passive vision sensor“, Journal Of Materials Processing Technology, 212 (8): 1654–1662 (2012).
22. Chen, S. B., Zhang, Y., Qiu, T., and Lin, T., „Robotic welding systems with vision-sensing and self-learning neuron control of arc welding dynamic process“, Journal Of Intelligent And Robotic Systems: Theory And Applications, 36 (2): 191–208 (2003).
23. Shen, H. Y., Ma, H. B., Lin, T., and Chen, S. B., „Research on weld pool control of welding robot with computer vision“, Industrial Robot: An International Journal, 34 (6): 467–475 (2007).
24. Smith, J. S. and Lucas, J., „A vision-based seam tracker for butt-plate TIG welding“, Journal Of Physics E: Scientific Instruments, 22 (9): 739–744 (1989).
25. Yu, J.-Y. and Na, S.-J., „A study on vısıon sensors for seam trackıng of heıght-varyıng weldment. Part 1: mathematıcal model“, Mechatronics, 7 (7): 599–612 (1997).
26. Yu, J.-Y. and Na, S.-J., „A study on vision sensors for seam tracking of height-varying weldment. Part 2: Applications“, Mechatronics, 8 (1): 21–36 (1998).
27. Chen, S. B., Lou, Y., Wu, L., and Zhao, D., „Intelligent methodology for sensing, modeling and control of pulsed GTAW : Part 1 : Bead-on-plate welding“, Welding Journal, (2000).
28. Kuo, H.-C. and Wu, L.-J., „An image tracking system for welded seams using fuzzy logic“, Journal Of Materials Processing Technology, 120 (1–3): 169–185 (2002).
29. Shen, H., Lin, T., Chen, S., and Li, L., „Real-Time Seam Tracking Technology of Welding Robot with Visual Sensing“, Journal Of Intelligent & Robotic Systems, 59 (3–4): 283–298 (2010).
30. Ttulankar, R. W. and Dehankar, S. S., „Automation in Sheet Metal Tig Welding Process: A Case Study“, International Journal Of Engineering Trends And Technology, 4 (July): (2013).
31. Baghel, P. K. and Nagesh, D. S., „Pulse TIG welding: Process, Automation and Control“, Journal Of Welding And Joining, 35 (1): 43–48 (2017).
32. Sudhakar, R., Sivasubramanian, R., and Yoganandh, J., „Effect of automated MIG welding process parameters on ASTM A 106 Grade B pipe weldments used in high-temperature applications“, Materials And Manufacturing Processes, 33 (7): 749–758 (2018).
33. Sholokhov, M. A. and Buzorina, D. S., „Calculation of mode parameters of wall bead deposition in downhand multi-pass gas-shielded welding“, The Paton Welding Journal, 7: 61–65 (2013).
34. Skuba, T. G., Dolinenko, V. V, Kolyada, V. A., and Shapovalov, E. V, „Algorithm of technological adaptation for automated multipass mig/mag welding of items with a variable width of edge preparation“, The Paton Welding Journal, 1: 14–20 (2013).
35. Tsaryuk, A. K., Ivanenko, V. D., Moravetsky, S. I., Gavrik, A. R., Strizhius, G. N., Nimko, M. A., Mazur, S. I., Trojnyak, A. A., Derkach, O. V, and Kuran, R. I., „Technology of repair welding of boiler unit assemblies without postweld heat treatment“, The Paton Welding Journal, 9: 37–43 (2012).
36. Vereshchago, E. N. and Kostyuchenko, V. I., „Instability of mode in circuit with capacity and electric arc supplied by direct current source“, The Paton Welding Journal, 8: 42–46 (2014).
37. Li, Z., Zhang, Q., Li, Y., Yan, X., and Srivatsan, T. S., „An analysis of gas metal arc welding using the lyapunov exponent“, Materials And Manufacturing Processes, 28 (2): 213–219 (2013).
38. Narwadkar, A. and Bhosle, S., „Optimization of MIG Welding Parameters to Control the Angular Distortion in Fe410WA Steel“, Materials And Manufacturing Processes, 31 (16): 2158–2164 (2016).
39. Devakumaran, K. and Ghosh, P. K., „Thermal Characteristics of Weld and HAZ during Pulse Current Gas Metal Arc Weld Bead Deposition on HSLA Steel Plate“, Materials And Manufacturing Processes, 25 (7): 616–630 (2010).
40. Smith, P., „Fabrication, Assembly, and Erection“, The Fundamentals of Piping Design, Elsevier, 171–189 (2007).
41. Naidu, D. S., Ozcelik, S., and Moore, K. L., „Gas Metal Arc Welding: Modeling“, Modeling, Sensing and Control of Gas Metal Arc Welding, Elsevier, 9–93 (2003).