111 MMA Kaynağı (Örtülü Elektrot Kaynağı)

Örtülü elektrot kaynağı (proses numarası 111) eritme kaynak yöntemleri arasında sayılmaktadır ve daha çok metal ark kaynak yöntemleri altına düzenlenebilir. ISO 857-1 (1998 baskısı) bu gruptaki kapsamında kaynak işlemleri, İngilizceden çevirisiyle şu şekilde açıklanmaktadır:
Metal ark kaynakları: Bir sarf elektrotunun kullanıldığı ark kaynak işlemi. Gaz koruması olmayan metal ark kaynakları: Dışarıdan verilen bir koruyucu gaz olmayan metal ark kaynağı işlemi ve manüel metal ark kaynağı: Çevrelenmiş bir elektrot kullanılarak el ile uygulanan metal ark kaynakları.
Almanya içerisinde son olarak değinilen yöntem, ark elektrot kaynağı veya kısa örtülü elektrot kaynağı (konuşma dilinde ayrıca elektrot kaynakları) olarak da bilinmektedir. İngilizce konuşulan bölgelerde MMA veya MMAW (Manual Metal Arc Welding) olarak bilinmektedir. İşlem, arkın erimekte olan bir elektrot ve bir kaynak banyosu arasında yanmakta olması ile belirginleşmektedir. Harici bir koruyucu kullanılmaz, atmosfere karşı koruyucu tek etki elektrotla sağlanır. Elektrot bu durumda ark taşıyıcısı ve kaynak sarf malzemesidir. Örtme, oksijen, azot ve hidrojen gibi atmosferdeki gazların erişimine karşı damla ve kaynak banyosu ile koruma sağlayan cüruf ve/veya koruyucu gaz oluşturur.

Akım türü

Ark elektrot kaynakları (örtülü elektrot kaynağı ) için prensipte hem doğru akım hem de alternatif akım kullanılabilir, ancak örneğin ham temel olmayan elektrotlarda olduğu gibi sinüs biçimindeki alternatif akımda çubuk elektrotların tüm örtü tipleri ile kaynak yapılamaz. Doğru akımda kaynak sırasında, çok sayıda elektrot tipinde eksi kutup elektrota ve artı kutup iş parçasına bağlanır. Buradaki bir istisna temel elektrotlardır. Bunlar artı kutupta daha iyi kaynaklanırlar. Aynı durum bazı selülozik elektrot markalarında da geçerlidir. Buna yönelik ayrıntılı bilgiler, elektrot tipleri bölümünde bulunmaktadır. Elektrot, kaynakçının aracıdır. Bunu kaynak derzinde yanan arkına sürer ve bu sırada resim 2'de görüldüğü gibi oluk kenarlarını kaynaklar. Oluk türüne ve ana metal kalınlığına bağlı olarak farklı akım şiddetleri kullanılmalıdır. Elektrotların akım yükleri, çaplarına bağlı ve uzunluklarıyla sınırlı olduğundan, çubuk elektrotlar çeşitli çaplarda ve uzunluklarda mevcuttur. Tablo 1'de DIN EN 759 standartlarındaki ölçüler gösterilmektedir. Çekirdek çubuk çapı arttıkça, daha yüksek kaynak akımları kullanılabilir.

Elektrot tipleri

Çok çeşitli bileşimli kaplamaya sahip çubuk elektrotlar bulunmaktadır. Kaplamanın yapısı, elektrotun erime karakteristiğini, kaynak özelliklerini ve kaynaklanan ürünün kalite değerini belirler (ayrıntılı bilgiler "Hangi amaç için hangi elektrot" bölümünde bulunmaktadır). DIN EN 499 standartları uyarınca alaşımsız çeliklerin kaynaklanmasına yönelik çubuk elektrotlarda çeşitli kaplama tipleri bulunur. Bu kapsamda ana tipler ve karışık tipler arasında ayrım yapılmalıdır. Adlarında kullanılan harfler, İngilizce terimlerle oluşturulmuştur. Bu kapsamda C=cellulose (selüloz), A=acid (asit), R=rutile (rutil) ve B=basic (temel) anlamını taşımaktadır. Almanya içerisinde rutil tip belirleyici bir rol oynamaktadır. Çubuk elektrotlar ince kaplamaya, orta kalınlıkta kaplamaya veya kalın kaplamaya sahip olabilirler. Tüm kaplama kalınlıklarına sahip olan rutil elektrotlarda kalın kaplanmış elektrotların daha kolay anlaşılabilmesi için bu nedenle RR tanımı kullanılmaktadır. Alaşımlı ve yüksek alaşımlı çubuk elektrotlar bu geniş kaplama tiplerinde bulunmamaktadır. DIN EN 1600 standartlarına uygun olan paslanmaz çeliklerin kaynaklanması için kullanılan çubuk elektrotlar sadece rutil elektrotlar ve temel tipler ile birbirlerinden farklıdırlar, aynı şekilde ısıya karşı dayanıklı çeliklerin (DIN EN 1599) kaynaklanması için çubuk elektrotlar da aynı şekilde birbirlerinden ayrılırlar, ancak burada rutil elektrotlarda, üzerinde özel bir şekilde durulmayan rutil-temel karışık tipler de bulunmaktadır. Bu örneğin pozisyon kaynaklarında daha iyi bir kaynak özelliğine sahip olan elektrotlarda söz konusudur. Yüksek dayanıklı çeliklerin (DIN EN 757) kaynaklanması için sadece temel kaplamaya sahip olan çubuk elektrotlar vardır.

Kaplama tiplerinin özellikleri

Kaplamanın bileşimi ve kalınlığı, kaynak özelliklerini büyük ölçüde etkilemektedir. Bu hem arkın dayanıklılığına, hem de kaynak sırasındaki malzeme geçişine, cüruf viskozitesine ve kaynak banyosuna yöneliktir. Özellikle ark içerisinde geçiş yapan damlaların boyutu bu kapsamda çok önemlidir.
Resimde, dört ana kaplama türünün damla geçişi şematik olarak gösterilmektedir: Selüloz (a), rutil (b), asidik (c), temel (d).

Kaplama genelde, ark içerisinde yanan ve bu sırada kaynak yerinin korunması için koruyucu gaz oluşturan organik unsurlardan oluşmaktadır. Selüloz ve diğer organik maddeler dışındaki kaplamalar çok düşük miktarda arka dayanıklı maddeler içerdiğinde, az miktarda cüruf oluşur. Selüloz tipleri özellikle dikey dikiş kaynakları için uygundur, çünkü cüruf akışı endişesi ortadan kalkar.

Kaplaması büyük oranda demir ve manganez cevherinden oluşan asidik tip (A), ark atmosferine büyük miktarda oksijen sağlar. Oksijen kaynaklanan ürün tarafından alınır ve bu şekilde yüzey gerilimini düşürür. Buna bağlı olarak çok hassas, sıçraması önlenmiş bir malzeme geçişi ve ince akışkan bir kaynaklanan ürün elde edilir. Bu nedenle bu tipin elektrotları pozisyon kaynaklarında kaynaklanmaya uygun değillerdir. Ark "mümkün olduğunca sıcaktır", yüksek kaynak hızına sahiptir, ancak kenar oyukları oluşma ihtimali barındırır. Belirtilen dezavantajlar, saf asidik tiplerin çubuk elektrotlarının Almanya içerisinde çok az oranda kullanılmasına sebep olmuştur.

Bunların yerine, asidik ile rutil elektrotların bir karışımı olan rutil-asidik (RA) tipler kullanılmaya başlanmıştır. Elektrotların da buna uygun kaynak özellikleri bulunmaktadır. Rutil tipin (R/RR) kaplaması büyük oranda mineral rutil (TiO2) veya ilmenit (TiO2 . FeO) formunda titan dioksit veya suni titan dioksittir. Bu tipin elektrotları, ince ile orta derecede damlama kapasitesiyle malzeme geçişine, sakin, düşük sıçramayla erime, çok hassas dikiş görünümüne, iyi bir cüruf temizlenme özelliğine ve iyi bir yeniden ateşlenme kabiliyetine sahiptir. Son olarak bu formda sadece rutil elektrotlarda, kaplama içerisinde yüksek oranda TiO2 gözlemlenmiştir. Yani, bir kez erimiş olan elektrotun, kaplama krateri temizlenmeden tekrar ateşlenmesi mümkündür. Krater içerisinde oluşan cüruf tabakası, yeterli TiO2 oranında, yarı iletken kadar iletme özelliğine sahiptir, bu şekilde krater kenarının iş parçasına uygulanması halinde, ana çubuk iş parçasına değmeden, arkın ateşlenmesi mümkün olacak kadar akım iletilebilmektedir. Bu tarz bir ani tekrar ateşleme, örneğin kısa dikişlerde sıklıkla yarıda kesilen kaynak işlemlerinde çok önemlidir.

Saf rutil tipine ek olarak bu elektrot grubunda bazı karıştırılmış tipler de bulunmaktadır. Bu kapsamda, rutilin bir kısmında selülozun kullanıldığı rutil-selüloz tipine (RC) değinilmelidir. Selülozlar kaynak sırasında yandıklarında, daha az cüruf oluşmaktadır. Bu nedenle bu tip dikey yukarıdan aşağıya kaynaklarda (poz. PG) kullanılabilir. Ayrıca diğer bir çok pozisyonda da iyi bir kaynak özelliği ihtiva eder.

Diğer bir karıştırılmış tip rutil bazik tiptir (RB). RR tipine oranla daha ince kaplanmıştır. Bu ve özel cüruf karakteristiği sayesinde kendisi, dikey aşağıdan yukarıya pozisyonda (PF) kaynak için çok uygundur. Bir de temel tip (B) bulunmaktadır. Burada kaplama büyük oranda kalsiyum (CaO) ve magnezyum (MgO) temel oksitlerinden oluşmaktadır ve buna cüruf incelticisi olarak flüorit (CaF2) eklenmektedir. Flüorit yüksek oranlarda alternatif akım kaynak özelliğini kötüleştirir. Saf temel elektrotlar bu nedenle sinus biçimindeki alternatif akımda kaynak için kullanılmazlar, ancak kaplama içerisinde daha az flüorite sahip karıştırılmış tipler mevcuttur ve bunlar bu akım türünde kullanılabilirler. Temel elektrotlardaki malzeme geçişi, orta ile kalın damla arasındadır ve kaynak banyosunun viskozitesi fazladır. Elektrot tüm pozisyonlarda iyi bir şekilde kaynaklanabilir. Ancak oluşan tırtıllar, kaynaklanan ürünün viskozitesinin fazla olması nedeniyle kabarıktır ve geçişi daha kalındır. Kaynaklanan ürünün dayanıklılığı çok yüksektir.

Temel kaplamalar higroskopiktir. Bu nedenle elektrotların itinayla ve kuru ortamlarda depolanmasına dikkat edilmelidir. Nemlenen elektrotların yeniden kurutulması gerekir. Ancak elektrotlar kuru bir şekilde kaynaklandığında kaynaklanan üründe çok düşük hidrojen oranı bulunur. Normal yayılıma (%160 olan çubuk elektrotlar da bulunmaktadır. Bu gibi elektrotlar demir tozu tipleri veya yüksek performanslı elektrotlar olarak tanınırlar. Yüksek dolgu kapasiteleri sayesinde, normal elektrotlara oranla çok çeşitli uygulamalarda ekonomik bir şekilde kullanılabilirler, ancak uygulama genelde yatay (PA) ve dikey uygulama pozisyonlarıyla (PB) sınırlıdır.

DOĞRU ÖRTÜLÜ ELEKTROT KAYNAĞI

Hataların meydana gelmemesi için kaynakçı sadece uygulamaya dönük olarak değil, aynı zamanda ilgili uzmanlık bilgisine yönelik de iyi bir eğitim almış olması gerekir. Almanya Kaynak ve İlgili Kaynak Yöntemleri Derneği (DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.) tarafından oluşturulan eğitim direktifleri dünya çapında tanınmaktadır ve günümüzde Uluslararası Kaynak Derneği (IIW) tarafından da kabul edilmektedir. Kaynağa başlamadan önce genelde iş parçaları puntalanırlar. Birleştirme puntası, kaynak sırasında iş parçalarının aşırı oranda birbirlerine çekilmeyeceği ve birleştirme punlarlarının yırtılmayacağı uzunlukta ve kalınlıkta uygulanması gerekir.

İş parçası
Kaynak dikişi
Cüruf
Ark
Kaplanmış elektrotlar
Elektrot pensesi
Güç kaynağı

Arkın ateşlenmesi

Kaynak işlemi örtülü elektrot kaynağında temaslı ateşleme ile başlatılır. Akım devresini kapatmak için öncelikle elektrot ile iş parçası arasında bir kısa devre oluşturulmalıdır ve elektrot bunun ardından hemen hafifçe kaldırılmalıdır, böylece ark ateşlenir. Ateşleme, hiçbir zaman oluğun dışında gerçekleştirilmemesi, prensip olarak ark yandıktan sonra hemen yeniden eriyen noktalarda uygulanması gerekir. Bunun meydana gelmediği ateşleme noktalarında, hassas iş parçalarında ani ısınmalara bağlı olarak çatlaklar meydana gelebilir. Hatta toplu gözenek oluşumuna yatkın olan temel elektrotlarda, ateşleme kaynak başlangıcının çok önünde gerçekleştirilmelidir. Bunun ardından ark yeniden kaynak dikişinin başlangıç noktasına çekilir ve kaynağın devamında genelde gözenekli olan, uygulanmış ilk damlalar yeniden eritilir.

Elektrotun sürülmesi

Elektrot, sac yüzeyinde dik veya hafif eğimli duracak şekilde tutulur. Kaynak yönüne doğru hafifçe eğilir. Görünen ark uzunluğu, yani krater kenarı ile iş parçası yüzeyi arasındaki mesafenin bu sırada yaklaşık olarak çekirdek çubuk çapıyla aynı olması gerekir. Temel elektrotların çok kısa ark ile kaynaklanması gerekir (Mesafe=0,5 x çekirdek çubuk çapı). Bunu sağlayabilmek için rutil elektrotlara oranla çok daha dik sürülmeleri gerekir. Çoğu pozisyonda dizi tırtıl şeklinde kaynak yapılır veya oluk genişliği yukarı doğru büyüyecek şekilde hafifçe zikzak çizilir. Sadece PF pozisyonunda zikzak tırtıllar, oluğun tüm eni boyunca çekilirler. Normalde sürükleyerek kaynak yapılır, sadece PF pozisyonunda elektrot iterek uygulanır.

Kaynak derzi
Çubuk elektrot
Akışkan kaynak ürünü
Akışkan cüruf
Donmuş cüruf

Manyetik ark üflemesi

Ark üflemesi, arkın kendi orta ekseninde kayarak uzamadığı ve bu sırada tıslama sesi oluşturduğu duruma verilen isimdir. Bu kaymaya bağlı olarak kararsızlıklar ortaya çıkabilir. Bu şekilde kaynak nüfuziyeti yetersiz kalabilir ve cüruf oluşturan kaynak işlemlerinde cürufun kaynak dikişine girmesine bağlı olarak cüruf kalıntıları ortaya çıkabilir. Kayma, çevredeki manyetik alandan gelen kuvvetlerin etkisine bağlı olarak meydana gelebilir. Her akım ileten iletkende olduğu gibi elektrotlar ve ark da daire biçiminde bir manyetik alanla çevrelenmiştir, bu alan arkın bulunduğu bölümde, ana metale geçiş sırasında kayabilir. Buna bağlı olarak iç taraftaki manyetik kuvvet çizgileri yoğunlaşır ve dış tarafa doğru genişler. Ark daha düşük akış çizgisi yoğunluğunun bulunduğu bölgeye doğru atlar. Bu sırada uzar ve artık daha yüksek ark gerilimi mevcut olduğu için tıslama sesi oluşturur. Karşı kutup buna bağlı olarak ark üzerinde itme etkisi uygular. Manyetik alanın ferromanyetik iş parçasında havadan daha iyi yayılım gösterdiği diğer bir manyetik kuvvet de bu kuvvetlere karışır. Ark bu nedenle daha büyük olan demir kütleleri tarafından çekilir. Bu aynı zamanda, manyetik bir iş parçasındaki kaynak sırasında sac uçlarının içeri doğru kaymasıyla da kendisini gösterir. Ark kaymasında, elektrotların eğimli konumuyla da karşılaşılabilir. Doğru akımla kaynak sırasında ark üflemesi çok daha fazla olduğundan, bu durum mümkün olması halinde alternatif akım ile kaynaklama yapılarak engellenebilir veya en azından büyük oranda azaltılabilir. Özellikle kök pasoların kaynaklanması sırasında, çevredeki demir kütleleri nedeniyle yüksek oranda ark üflemesi ortaya çıkabilir. Burada manyetik akış, birbirlerine sık bir şekilde yerleştirilmiş, kısa olmayan birleştirme puntalarıyla desteklenebilir.

Kaynak parametresi

Örtülü elektrot kaynağında sadece akım şiddeti ayarlanır, ark gerilimi ise kaynakçının tuttuğu ark uzunluğuyla ayarlanır. Akım şiddeti ayarında kullanılan elektrot çapının akım yükü dikkate alınmalıdır. Bu kapsamda alt sınır değerleri kök pasoların kaynaklanması için ve PF pozisyonu, buna karşın üst sınır değerleri ise kalan diğer pozisyonlar ve dolgu paso ve son paso için geçerlidir. Artan akım şiddetiyle dolgu kapasitesi ve buna tabi olan kaynak hızı da artar. Aynı zamanda artan akımla birlikte kaynak nüfuziyeti de artar. Belirtilen akım şiddetleri sadece alaşımsız ve düşük alaşımlı çelikler için geçerlidir. Yüksek alaşımlı çeliklerde ve nikel bazlı malzemelerde, ana çubuğun yüksek elektrik direnci nedeniyle daha düşük değerler ayarlanmalıdır.

Elektrot çapına bağlı olarak akım şiddetleri

Akım şiddetinin A cinsinden hesaplanması için aşağıda belirtilen kurallara dikkat etmeniz gerekmektedir:

20-40 x Ø

2,0 mm çapta akım şiddetinin 40-80 A arasında olması gerekir
2,5 mm çapta akım şiddetinin 50-100 A arasında olması gerekir
30-50 x Ø

3,2 mm çapta akım şiddetinin 90-150 A arasında olması gerekir
4,0 mm çapta akım şiddetinin 120-200 A arasında olması gerekir
5,0 mm çapta akım şiddetinin 180-270 A arasında olması gerekir
35-60 x Ø

6,0 mm çapta akım şiddetinin 220-360 A arasında olması gerekir

Başarılı örtülü elektrot kaynakları için gerekli donanımlar:
Güç kaynağı
Elektrot pensesi
Çubuk elektrot
İş parçası mengenesi / şase pensesi
Kaynak takımları
İş güvenliği giyimi