Plazma Ark Kaynağı Donanımı
Elle ya da mekanize olarak uygulanabilen plazma ark kaynak yönteminde kullanılan kaynak donanımı aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır;
• Akım üreteci
• Kaynak torcu
• Kontrol ünitesi
• Plazma ve koruyucu gaz sağlama sistemi
• Su soğutma ünitesi
Plazma ark kaynağı akım üreteçleri
Plazma ark kaynak yönteminde, genellikle TIG yönteminde olduğu gibi düşen tür volt-amper karakteristikli doğru akım veren kaynak akım üreteçleri kullanılır. Bunlar 0.1 A’den 400 A’e kadar akım şiddetleri verecek şekilde yüzde 60 dan yüzde 100 devrede kalma oranlarında üretilirler.
Plazma ark kaynağında, ergimeyen tungsten elektrod torç içinde memenin gerisinde durmaktadır ve bu yöntemde TIG yönteminde olduğu gibi elektrodu dokundurarak veya yüksek frekans sargısı üzerinden ark başlatması yoktur. Bu nedenle, arkın başlatılması bir pilot ark ark yardımıyla gerçekleştirilir, bu da ünite içerisine yerleştirilen yardımcı bir küçük akım üreteci ile sağlanır. Pilot arkı başlatmak için yardımcı üreteç 5A’e ayarlanır. Düşük akımlı plazma ark kaynaklarında pilot ark oluşturulan kaynak arkıyla desteklenir ve 10A’in üzerindeki bir değere çıkıldığında pilot ark söner.
Plazma ark kaynağında argon veya yüzde 7’ye kadar hidrojen içeren argon- hidrojen gaz karışımlarının kullanılması durumunda redresör türü akım üreteçlerinin boşta çalışma gerilimleri 65-80V arasında olmalıdır; ancak, helyum ya da yüzde 7’den daha fazla argon- hidrojen gaz karışımları kullanılması durumunda arkın başlayabilmesi için daha yüksek boşta çalışma gerilimine gereksinim duyulmaktadır. Bu da, ancak iki kaynak redresörünün seri bağlanması ile gerçekleştirilebilir.
Bazı plazma ark kaynağı uygulamalarında darbeli akıma gereksinim duyulur, bu açıdan aynen TIG kaynağında olduğu gibi darbe generatörlü kaynak akım üreteçleri kullanılır, bu amaçla son yıllarda inverter türü kaynak akım üreteçleri geliştirilmiştir.
Alüminyum ve alaşımlarının plazma ark kaynağı, kare akımlı değişen kutuplamalı alternatif akım veren kaynak akım üreteçleri ile gerçekleştirilir. Bu tür kaynak makinalarında, elektrod ve iş parçasının kutuplaması belirli bir frekansta değişir, bu olay özellikle refrakter alüminyum oksit filminin kırılmasını sağlayarak kaynağın problemsiz ve daha kaliteli yapılmasını sağlar.
Plazma ark kaynak torçları
Bu yöntemde el ile kullanılan kaynak torçları, TIG kaynağında kullanılanlara göre daha karmaşık bir yapıya sahip olduklarından dolayı daha ağırdırlar. Ayrıca, mekanize plazma ark kaynağı için kullanılmak üzere makina torçları da geliştirilmiştir.
Elle kaynak torçları (Şekil 4), eğik bir kaynak kafası ve tutma sapından oluşurlar ve TIG torçlarına nazaran daha büyük çaplıdırlar. Bu torçlarda, tungsten elektrod çok iyi merkezlenmiş olmalıdır; bu durumda meme (nozul) ve elektrod arasındaki radyal açıklığın çok düzgün olması sağlanır. Elektrod ile meme arasındaki eksenel uzaklık mastar yardımıyla ayarlanır.Bu uzaklık, ±0,1 mm’lik bir sapma ile sınırlandırılmıştır. Elle kullanıma uygun plazma ark kaynak torçları 70° ve 90°’lik açılarda eğimli kaynak kafasına sahip olarak tasarlanırlar. Bu torçlar doğru akım doğru kutuplama (DAEN) ile 225 A’e kadar kaynak akım şiddetleriyle ya da doğru akım ters kutuplamayla (DAEP) 70 A’e kadar akım şiddetlerinde kullanım için üretilirler. DAEP kutuplama alüminyumun kaynağında tungsten ya da su soğutmalı bakır elektrod kullanılarak sınırlı olarak kullanılır.
Mekanize kaynak uygulamaları için geliştirilen plazma ark kaynak torçları, 50 ile 500A akım şiddetlerinde kullanılacak şekilde hem doğru akım ters kutuplama hem de doğru akım doğru kutuplama veya kare dalgalı değişen kutuplamalı alternatif akımda kullanıma uygun olarak üretilirler.
Torçların soğutulması oldukça önemli bir konudur, zira bu yöntemde oluşan ark çok sıcak olduğundan iyi bir soğutma, hem tungsten elektrodun hem de meme ve koruyucu gaz nozularının ömrü üzerinde etkilidir. Torç içindeki geçişlerin dar olması üreticinin etkin soğutma sistemi tasarlamasını gerektirir.
Plazma arkı ile kaynakta kullanılan ergimeyen elektrodlar
Plazma arkı ile kaynak yönteminde, TIG kaynak yönteminde olduğu gibi ergime sıcaklığı 3370°C olan saf tungsten elektrodlar kullanılabildiği gibi DAEN kutulamada kullanılabilen toryum veya zirkonyum ile alaşımlanmış ergimeyen elektrodlar da kullanılır. Bu yöntemde kullanılan ergimeyen tungsten elektrodlar EN 26848 ve AWS A5.12 standardlarına göre sınıflandırılmışlardır. AWS standardında EWTh-2 olarak simgelendirilen (EN’ye göre WT 20) ve yüzde 1.7-2.2 ThO2 içeren ergimeyen elektrod en yaygın kullanılan türdür ve uç rengi kırmızıdır. Boylar, TIG kaynağında kullanılanlara göre daha uzundur. Uygulamada, genellikle 2.4 mm çapındaki elektrodlar 150A’e kadar olan kaynak işlerinde 150A’in üzerindeki işlerde de 5 mm çapındaki elektrodlar tercih edilirler.
Kullanılan kutuplama türüne bağlı olarak elektrodların ve memelerin biçimleri de değişir. DAEN kutuplama durumunda konik uçlu sivri elektrodlar kullanılır. Konik elektrodlar torç üreticisine bağlı olarak 20- 60°‘lerde koni açısına sahip olarak farklı çaplarda üretilirler, DAEP kutuplama ve kare dalgalı alternatif akım ile kaynakta, küresel ya da düz uçlu elektrodlar tercih edilir. Önerilen elektrod biçimi elektrodun ucunun aşırı ısınmasını önlemek ve daha fazla akım yüklenebilme kapasitesi sağlamak amacı ile hazırlanır. Elektrodların aşınma durumlarında tekrar hazırlanmalarında bu amaç için özel olarak tasarlanmış taşlama cihazlarının kullanılması gerekir. Taşlama, tam ölçüsünde yeni bir elektroddan hazırlanan mastara göre yapılmalıdır.
Gaz nozulu
Plazma ark kaynağı nozulları (memeleri) bakırdan üretilmiştir. Ömrü başlangıçta ark oluşum sayısı ile etkilenmesinin yanısıra elektrod ucunun merkezlenmesiyle de sınırlıdır. Nozul deliğinin çapına bağlı olarak doğru akım kullanılması da çok önemlidir (tersi durumda çift ark oluşacak ve nozulun hasarına neden olacaktır). Soğutma işlemi de nozul ömrü üzerinde etkilidir. Şekil 5‘te tek ve çok delikli plazma ark kaynak nozulları verilmektedir.
Plazma ark kaynağında kullanılan gazlar
Plazma ark kaynağında kullanılacak gazın seçimi kaynak edilecek malzemeye bağlıdır. Özellikle, plazma gazının asal (soy) karakterde olması gereklidir, aksi takdirde tungsten elektrodun çabuk tükenmesi problemi ile karşılaşılır. Koruyucu gazlarda genellikle soy gaz olmaktadır. Aktif koruyucu gazlar kaynak metali özeliklerine ters etkide bulunduklarından kullanılamazlar. Birçok plazma ark kaynağı uygulamalarında genellikle, koruyucu gaz ile plazma gazı aynıdır. Tablo 1 ve Tablo 2‘de yüksek ve düşük akımlı plazma ark kaynağında kullanılacak gazların seçimi gösterilmektedir.
Plazma ark kaynağında plazma gazı olarak genelde argon kullanılır. Helyumun kullanıldığı uygulamalarda arkta daha yüksek sıcaklıklar elde edilmesine karşın torç elemanlarının aşınması (tükenmesi) daha fazladır. Bu durum da çok önemlidir, zira sürekli olarak yedek parça gerekeceğinden bunların sağlanması ve değişimlerinde de zaman kaybı işin yapım süresini etkileyerek maliyeti artırır.
Plazma ark kaynağında elektrodu çevreleyen memenin çapına ve kullanılan akım şiddetine bağlı olarak gereken gaz akış debileri Tablo 3’de verilmiştir.
Plazma gazı kaynak edilecek malzemelere göre değişik karışımlarda oluşturulabilir, gaz seçiminde başlıca etken kaynak bağlantısından istenen nufuziyet ve kaynak dikiş kalitesidir. Karbonlu çelikler veya ince taneli yapı çeliklerinin (yüksek mukavemetli az alaşımlı çelikler) kaynağında plazma gazı olarak argon gazı kullanılır. Bazı metal ve alaşımlarının kaynağında argona eklenen az miktardaki hidrojen ile plazma ark kaynağında iyi sonuçlar alınmaktadır. Özellikle, ostenitik paslanmaz çeliklerin, nikel alaşımlarının, bakır- nikel alaşımlarının kaynağında argona, yüzde 1-5 arasında hidrojen eklenir.
Koruyucu gaz kullanımı durumunda, düşük akım şiddetli plazma ark kaynak uygulamalarında 10- 15 l/dak, yüksek akım şiddetli uygulamalarda 15- 30 l/dak ve biraz daha yüksek debiler önerilir.
Plazma ark kaynağı uygulamalarında kaynak bağlantısının kök kısmını da korumak gerektiği durumlarda kök gazı kullanılabilir, kök gazı olarak ta kaynak edilecek malzemeye bağlı olarak argon, helyum ya da azot kullanılabilir.
