Bakır ve alaşımlarının kaynağı, yüksek termal iletkenlikleri ve çatlama eğilimleri nedeniyle benzersiz bir zorluktur. Bu makale, bakır ve alaşımlarında başarılı kaynaklar elde etmek için gerekli olan çeşitli kaynak tekniklerini, malzemeleri ve hazırlık yöntemlerini kapsamaktadır. Okuyucular belirli kaynaklanabilirlik sorunları, kaynak öncesi hazırlıklar ve uygun kaynak yöntemleri ve malzemelerinin seçimi hakkında bilgi edineceklerdir. Bu faktörlerin anlaşılmasıyla, çok sayıda endüstrideki uygulamalar için çok önemli olan bakır kaynaklarının performansı ve güvenilirliği artırılabilir.
Bakır ve bakır alaşımları, olağanüstü özellik kombinasyonları nedeniyle endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler üstün elektrik ve ısı iletkenliği, oksidasyona karşı yüksek direnç ve tatlı su, tuzlu su, alkali çözeltiler ve organik kimyasallar dahil olmak üzere çeşitli ortamlarda mükemmel korozyon direnci sergiler. Bununla birlikte, oksitleyici asitlerdeki korozyona karşı kırılganlıklarını not etmek önemlidir.
Bakır alaşımları, hem soğuk hem de sıcak işleme süreçlerinde mükemmel şekillendirilebilirlik ve saf bakıra kıyasla daha fazla mukavemet gösterir. Çok yönlülükleri, elektrik ve elektronik, kimyasal işleme, gıda üretimi, enerji üretimi, ulaşım, havacılık ve savunma sanayileri gibi kritik sektörlerde yaygın olarak benimsenmelerine yol açmıştır.
Bakır ve bakır alaşımlarının endüstriyel üretimi, tipik olarak kimyasal bileşime göre sınıflandırılan çok çeşitli malzemeler ortaya çıkarır. Birincil kategoriler şunları içerir:
1. Saf Bakır: Kaynak yapıları için yumuşak tavlanmış saf bakır tercih edilir. Yaygın kaliteler arasında T1, T2, T3, T4 ve TU1 ve TU2 gibi oksijensiz bakır varyantları bulunur.
2. Pirinç: Bu bakır-çinko alaşımları güç, süneklik ve korozyon direnci arasında bir denge sunar. Yaygın olarak kullanılan kaliteler arasında H62, H68, H96'nın yanı sıra kurşun pirinç (HPb59-1) ve kalay pirinç (HSn62-1) gibi özel alaşımlar bulunur.
3. Bronz: Başlangıçta bakır-kalay alaşımlarına atıfta bulunan bu terim, artık çinko veya nikelin birincil alaşım elementi olmadığı bakır alaşımlarını kapsamaktadır. Önemli türleri şunlardır:
4. Beyaz Bakır (Cupronickel): Bu bakır-nikel alaşımları, özellikle deniz ortamlarında dikkate değer bir korozyon direnci sergiler.
Bu bakır bazlı malzemelerin her biri, mühendislerin ve tasarımcıların belirli uygulamalar için en uygun alaşımı seçmelerine olanak tanıyan benzersiz özellik kombinasyonları sunar. Yeni bakır alaşımlarının ve işleme tekniklerinin sürekli olarak geliştirilmesi, ileri teknolojilerde ve zorlu ortamlarda potansiyel kullanım alanlarını genişletmeye devam etmektedir.
Bu kaynaklanabilirlik Bakır ve bakır alaşımları nispeten zayıftır, bu da düşük karbonlu çeliğe kıyasla kaynak yapılmasını çok daha zor hale getirir. Ana zorluklar aşağıdaki hususlarda gözlemlenmektedir:
(1) Zayıf kaynak oluşturma kabiliyeti:
Bakır ve çoğu bakır alaşımı kaynaklanırken, füzyon elde etmede zorluklar, eklemin tam olarak nüfuz etmemesi ve zayıf yüzey oluşumu eğilimi gösterir. Bunun başlıca nedeni bakırın yüksek termal iletkenliğidir; bakırın ve çoğu bakır alaşımının termal iletkenliği sıradan karbon çeliğinden 7 ila 11 kat daha fazladır.
Sonuç olarak, ısı hızlı bir şekilde kaynak bölgesi. İş parçası ne kadar kalın olursa, ısı dağılımı da o kadar şiddetli olur. Bakır, demire kıyasla daha düşük bir erime noktasına ve özgül ısı kapasitesine sahip olmasına rağmen, kaynak bölgesinde erime sıcaklığına ulaşmak hala zordur, bu da ana metal ve dolgu metalinin kaynaşmasını zorlaştırır.
Ek olarak, bakırın mükemmel termal iletkenliği daha geniş bir ısıdan etkilenen bölgeye yol açar, bu da iş parçası düşük sertliğe sahip olduğunda önemli deformasyona neden olabilir. Tersine, rijitlik yüksek olduğunda, iş parçası içinde önemli kaynak gerilimine neden olabilir.
Bakır ve bakır alaşımlarında zayıf yüzey oluşumu, esas olarak erime sırasında yüzey geriliminin çeliğin üçte biri olmasına ve akışkanlığın çeliğinkinden 1 ila 1,5 kat daha fazla olmasına ve erime sırasında metal kaybına daha duyarlı olmasına bağlanmaktadır.
Bu nedenle, saf bakır ve en yüksek iletkenliğe sahip bakır alaşımlarının kaynağında, yüksek güç ve yüksek enerji yoğunluğu kullanmanın yanı sıra kaynak yöntemleri̇Ayrıca, değişen derecelerde ön ısıtma da gereklidir. Tek taraflı kaynağın desteksiz kullanılmasına izin verilmez ve tek taraflı kaynak yapılırken, kaynak bağlantısının oluşumunu kontrol etmek için bir destek plakası eklenmelidir.
(2) Kaynaklarda ve ısıdan etkilenen bölgelerde ısı çatlamasına karşı yüksek hassasiyet:
Kaynaklarda ısıl çatlama eğilimi, kaynaktaki safsızlıkların etkisiyle ilgilidir ve ayrıca kaynak sırasında oluşan gerilmelerden de etkilenir. kaynak süreci. Oksijen bakırda yaygın olarak bulunan bir safsızlıktır ve kaynaklarda ısıl çatlama eğilimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Yüksek sıcaklıklarda bakır havadaki oksijen ile reaksiyona girerek Cu2O. Cu2O sıvı bakırda çözünür ancak katı bakırda çözünmez ve düşük erime noktalı bir ötektik oluşturur. Bakır ve bakır alaşımlarındaki Bi ve Pb gibi safsızlıklar düşük erime noktalarına sahiptir.
Kaynak havuzunun katılaşma süreci sırasında, dendritler arasında veya tane sınırlarında dağılan ve bakır ve bakır alaşımlarında önemli termal kırılganlığa neden olan düşük erime noktalı ötektikler oluştururlar. Kaynak katı-sıvı fazdayken, ısıdan etkilenen bölgedeki düşük erime noktalı ötektikler kaynak gerilmelerinin etkisi altında yeniden eriyerek ısı çatlakları.
Bakır ve bakır alaşımları nispeten yüksek doğrusal genleşme katsayılarına ve büzülme oranlarına sahiptir ve ayrıca güçlü termal iletkenlik sergilerler. Kaynak yaparken, yüksek güçlü ısı kaynakları gereklidir, bu da daha geniş bir ısıdan etkilenen bölge ile sonuçlanır. Sonuç olarak kaynaklı bağlantılar bakır ve bakır alaşımlı kaynaklarda çatlamaya yol açan bir başka faktör olan önemli iç gerilmeler yaşar.
Ayrıca, saf bakırın kaynağında, kaynak metali tek fazlı bir yapıdan oluşur. Saf bakırın yüksek termal iletkenliği nedeniyle, kaynak iri taneler oluşturma eğilimindedir. Bu da ısı çatlaklarının oluşumunu daha da kötüleştirir.
Bu nedenle, füzyon kaynağı kullanılırken ısı çatlaklarının oluşmasını önlemek için kaynak bakır ve bakır alaşımları için aşağıdaki metalürjik önlemler alınmalıdır:
1) Bakırdaki safsızlıkların (oksijen, bizmut, kurşun, sülfür vb.) içeriğini sıkı bir şekilde kontrol edin.
2) Kaynak teline silikon, manganez, fosfor vb. alaşım elementleri ekleyerek kaynağın deoksidasyon kapasitesini arttırın.
3) Seçiniz kaynak malzemeleri̇ Düşük erime noktalı ötektik filmlerin sürekliliğini bozan ve sütunlu tanelerin yönünü değiştiren dubleks bir yapı elde edebilir.
4) Kaynak gerilimlerini azaltmak, kök boşluğu boyutunu en aza indirmek ve çatlak oluşumunu önlemek için kök paso boyutlarını artırmak için ön ısıtma ve yavaş soğutma gibi önlemler uygulayın.
(3) Porozite oluşumuna yatkınlık:
Bakır ve bakır alaşımlarının füzyon kaynağında, düşük karbonlu çeliğe kıyasla porozite oluşumu eğilimi çok daha belirgindir. Bakır kaynaklarında gözenekliliği azaltmak ve ortadan kaldırmak için ana önlemler hidrojen ve oksijen kaynaklarını azaltmak ve erimiş havuzun var olma süresini uzatmak için ön ısıtma yapmak ve gazların kaçmasını kolaylaştırmaktır.
Alüminyum gibi güçlü oksijen gidericiler içeren kaynak tellerinin kullanılması, titanyum) veya bakır alaşımlarına alüminyum ve kalay gibi elementlerin eklenmesi deoksidasyon açısından iyi sonuçlar verebilir.
(4) Azaldı kaynak bağlantısı performans:
Bakır ve bakır alaşımlarının füzyon kaynak işlemi sırasında, kaynak bağlantılarında ciddi tane büyümesi, alaşım elementlerinin buharlaşması ve yanması ve ayrıca safsızlıkların sızması meydana gelir ve bu da kaynaklı bağlantıların mekanik özelliklerinde, elektrik iletkenliğinde ve korozyon direncinde bir azalmaya yol açar.
1) Süneklikte önemli ölçüde azalma:
Kaynak ve ısıdan etkilenen bölge tane irileşmesi yaşar ve tane sınırlarında çeşitli kırılgan düşük erime noktalı ötektikler ortaya çıkar, metalin bağlanma mukavemetini zayıflatır ve eklemin sünekliğini ve tokluğunu önemli ölçüde azaltır. Örneğin, saf bakır kaynak elektrotları kullanıldığında ark kaynağı veya tozaltı kaynağında, birleşme yerinin uzaması ana malzemenin sadece yaklaşık 20% ila 50%'si kadardır.
2) Elektriksel iletkenlikte azalma:
Bakıra herhangi bir elementin eklenmesi elektrik iletkenliğini azaltacaktır. Bu nedenle, kaynak işlemi sırasında safsızlıkların ve alaşım elementlerinin erimesi, bakırın elektrik iletkenliğini bir dereceye kadar bozacaktır. bakırın elektriksel iletkenliği Eklemler.
3) Korozyon direncinde azalma:
Bakır alaşımlarının korozyon direnci, çinko, manganez, nikel, alüminyum vb. elementlerle alaşımlama yoluyla elde edilir. Eritme kaynağı işlemi sırasında bu elementlerin buharlaşması ve oksidasyonu, bağlantının korozyon direncini bir dereceye kadar azaltacaktır. Kaynak gerilmelerinin oluşması da gerilme korozyonu riskini artırır.
Birleştirme performansını iyileştirmeye yönelik önlemler temel olarak kirlilik içeriğinin kontrol edilmesini, alaşım yanmasının azaltılmasını ve kaynağın mikro yapısını değiştirmek için ısıl işlem uygulanmasını içerir. Kaynak sırasında ısı girdisinin en aza indirilmesi ve kaynaktan sonra gerilim giderme işleminin uygulanması da faydalıdır.
Bakır ve bakır alaşımlarının kaynağı, malzemenin olağanüstü termal iletkenliği nedeniyle benzersiz zorluklar sunar. Her biri farklı uygulamalar için belirli avantajlara sahip çok çeşitli kaynak teknikleri mevcuttur. Yaygın yöntemler arasında gaz kaynağı, korumalı metal ark kaynağı (SMAW), tungsten inert gaz (TIG) kaynağı, gaz metal ark kaynağı (GMAW/MIG) ve tozaltı ark kaynağı (SAW) bulunmaktadır.
En uygun kaynak yönteminin seçimi birden fazla faktöre dayanmalıdır:
Bakırın üstün termal iletkenliği (çeliğin yaklaşık 6 katı), yüksek güç yoğunluğuna ve konsantre ısı girişine sahip kaynak yöntemlerini gerektirir. Bu, hızlı ısı dağılımının üstesinden gelmeye yardımcı olur ve uygun füzyonu sağlar. Daha yüksek termal verimlilik ve odaklanmış enerji birikimi sunan teknikler genellikle tercih edilir.
Bakır malzemenin kalınlığı, kaynak yönteminin seçimini önemli ölçüde etkiler:
Gelişmekte olan teknolojiler lazer kaynağı ve hibrit lazer-ark kaynağı, yüksek hassasiyet ve minimum ısıdan etkilenen bölgeler sunarak bakır kaynağı için ilgi görmektedir.
Bakır ve alaşımlarında optimum kaynak kalitesi elde etmek için dolgu metallerinin, koruyucu gazların ve kaynak öncesi/sonrası ısıl işlemlerin doğru seçimi çok önemlidir. Ek olarak, bakırın oksidasyon ve kirlenmeye karşı hassasiyeti nedeniyle sıkı temizlik ve yüzey hazırlığı şarttır.
1) Kaynak Teli:
Bakır ve bakır alaşımları için kaynak teli seçerken, yalnızca genel proses ve metalürjik gereklilikleri karşılamak değil, aynı zamanda safsızlık içeriğini dikkatlice kontrol etmek ve deoksidasyon yeteneklerini geliştirmek de çok önemlidir. Bu, bakır kaynağında yaygın sorunlar olan ısı çatlakları ve gözeneklilik oluşumunu önlemek için gereklidir.
Saf bakır kaynağı için tel tipik olarak Silikon (Si), Manganez (Mn) ve Fosfor (P) gibi deoksidasyon elementleri ile alaşımlandırılır. Bu elementler kaynak havuzundaki oksijenin temizlenmesine yardımcı olarak gözeneklilik riskini azaltır ve genel kaynak kalitesini iyileştirir. Yaygın olarak kullanılan bir seçenek de yüksek saflıkta bakır kaynak teli HSCu'dur. Bu tel çok yönlüdür ve çeşitli kaynak işlemlerinde kullanılabilir:
2) Kaynak Elektrotları:
Bakır uygulamaları için ark kaynağı elektrotları iki ana tipte sınıflandırılabilir: bakır ve bronz. Bunlar arasında bronz elektrotlar, üstün performans özellikleri nedeniyle daha sık kullanılmaktadır.
Bakır elektrotlar, özellikle çinko içerenler (pirinç alaşımlarında olduğu gibi), ark kaynağı işlemlerinde nadiren kullanılır. Bunun başlıca nedeni, kaynak sıcaklıklarında çinkonun aşırı duman oluşumuna, gözenekliliğe ve tutarsız ark davranışına yol açabilen yüksek buhar basıncıdır.
Bronz elektrotlar ise daha kararlı bir ark ve daha iyi kaynaklanabilirlik sunar. Özellikle bakırın kendisine veya diğer bakır alaşımlarına kaynağında etkilidirler. Bu kategoride yaygın olarak kullanılan iki elektrot tipi şunlardır:
Elektrotları seçerken, optimum kaynak sonuçlarını sağlamak için ana metal bileşimi, gerekli mekanik özellikler ve özel uygulama gereksinimleri gibi faktörler dikkatle değerlendirilmelidir.
Bakır ve bakır alaşımlı kaynaklar için ön işlem gereklilikleri, malzemelerin yüksek termal iletkenliği ve oksidasyona yatkınlığı nedeniyle katıdır. Kaynak öncesi temizliğin birincil odak noktası, optimum kaynak kalitesi ve performansı sağlamak için kirletici maddelerin ve oksit filmlerinin giderilmesidir.
Aseton veya izopropil alkol gibi uygun bir çözücü kullanarak kaynak bağlantısını ve çevresindeki alanı (her iki tarafta yaklaşık 30 mm) iyice yağdan arındırarak başlayın. Bu adım, kaynak bütünlüğünü tehlikeye atabilecek yağların veya organik kirleticilerin giderilmesi için çok önemlidir.
Yağ alma işleminin ardından iki aşamalı bir kimyasal temizleme işlemi uygulayın:
Mekanik oksit giderme için, bakır için özel olarak tasarlanmış paslanmaz çelik tel fırça veya tekerlek kullanın. Pnömatik aletler verimliliği artırabilir, ancak aşırı malzeme kaldırılmasını veya yüzey kirlenmesini önlemek için dikkatli olunmalıdır. Düzgün, parlak bir metalik parlaklık elde edilene kadar fırçalamaya devam edin.
Dolgu metalleri de benzer dikkat gerektirir. Kullanmadan hemen önce yüzey oksitlerini gidermek için kaynak tellerini tüy bırakmayan bir bez veya ince aşındırıcı kağıt kullanarak mekanik olarak temizleyin. Daha büyük operasyonlarda, tutarlı kaliteyi korumak için otomatik tel temizleme sistemlerini göz önünde bulundurun.
Temizlik sonrası, yeniden oksitlenmeyi önlemek için hazırlık ve kaynak arasındaki süreyi en aza indirin. Hemen kaynak yapmak mümkün değilse, hazırlanan bileşenleri düşük nemli kontrollü bir ortamda saklayın ve yüzeyleri kaynak işlemiyle uyumlu uygun oksidasyon önleyici bileşiklerle koruyun.
Kimyasallarla çalışırken uygun kişisel koruyucu ekipman (KKE) ve yeterli havalandırma dahil olmak üzere uygun güvenlik önlemlerini uygulayın. Kullanılmış temizlik solüsyonlarının bertarafı için yerel çevre düzenlemelerine uyun.
Gaz Kaynağı:
Gaz kaynağı, ince bakır bileşenleri birleştirmek, bakır parçaları onarmak veya kritik olmayan yapıları kaynaklamak için uygundur. Çok yönlülüğü onu özellikle bakım ve onarım işlemlerinde kullanışlı kılar.
1) Kaynak öncesi ön ısıtma:
İç gerilimleri azaltmak, çatlamayı önlemek, gözenekliliği azaltmak ve tam nüfuziyet sağlamak için saf bakırın gaz kaynağı için ön ısıtma şarttır. İnce saclar ve küçük kaynak parçaları için 400-500°C (752-932°F) ön ısıtma yapın. Kalın ve büyük kaynaklar için ön ısıtma sıcaklığını 600-700°C'ye (1112-1292°F) yükseltin. Pirinç ve bronz alaşımları, farklı termal özellikleri nedeniyle tipik olarak biraz daha düşük ön ısıtma sıcaklıkları gerektirir.
2) Kaynak parametrelerinin ve tekniğinin seçimi:
Bakırın yüksek termal iletkenliği göz önüne alındığında, kaynak için alev enerjisi karbon çeliği için kullanılandan 1-2 kat daha yüksek olmalıdır. Saf bakır kaynağı yaparken nötr bir alev elde etmek çok önemlidir.
Oksitleyici bir alev, kaynak oksidasyonuna ve alaşım elementlerinin kaybına yol açarak bağlantı bütünlüğünü tehlikeye atabilir. Tersine, karbonlama alevi kaynaktaki hidrojen içeriğini artırarak porozite oluşumunu teşvik eder.
İnce saclarda, tane büyümesini en aza indirmek için soldan kaynak tekniğini kullanın. 6mm'den (0,24 inç) daha kalın iş parçaları için, daha yüksek ana metal ısıtmasını kolaylaştırdığı ve daha iyi eriyik havuzu görünürlüğü sağlayarak operasyonel verimliliği artırdığı için sağ kaynak yöntemi tercih edilir.
Her bir kaynak dikişinde rastgele kesintilerden kaçınarak kaynak torcunun hızlı ve sürekli hareketini sağlayın. İdeal olarak, homojenliği sağlamak ve kusur riskini azaltmak için her kaynak dikişini tek bir geçişte tamamlayın.
Uzun dikişleri kaynaklarken, kaynaktan önce büzülme için uygun payları ekleyin ve doğru konumlandırmayı sağlayın. Deformasyonu ve artık gerilmeleri en aza indirmek için kaynak sırasında segmentli geri adımlama yöntemini kullanın.
Gerilim taşıyan veya kritik bakır kaynaklar için kaynak sonrası işlemler uygulayın:
Bu kaynak sonrası işlemler, tane yapısını iyileştirmeye, artık gerilmeleri gidermeye ve genel kaynak kalitesini iyileştirmeye yardımcı olarak kaynaklı bakır bileşenlerin optimum performans göstermesini sağlar.
Oksijeni giderilmiş bakır TU1'den yapılmış bir elektrot su ceketi vardır. Elektrot bağlantısı MIG kaynağı kullanılarak kaynaklanır ve spesifik kaynak işlemi Tablo 5-37'de gösterilmiştir.
Tablo 5-37 TU1 Eklemi için Kaynak İşlem Kartı
| Birleştirme Kaynağı için Kaynak İşlem Kartı | Sayı | |||
Ortak Diyagram: | Temel Malzeme Malzemesi | TU1 | TU1 | |
| Taban Malzemesi Kalınlığı | 15mm | 15mm | ||
| Kaynak Pozisyonu | Düz Kaynak | |||
| Kaynak Tekniği | Düz Kaynak Yolu | |||
| Ön Isıtma Sıcaklığı | 500℃ | |||
| Geçişler Arası Sıcaklık | ≥500℃ | |||
| Nozul Çapı | Φ26mm | |||
| Koruyucu Gaz | Ar | Gaz Akış Hızı (L/dak) | Ön: 25~30 Arkaya: | |
| Kaynak Sırası | |
| 1 | Yiv boyutlarını ve yüzey kalitesini kontrol edin. |
| 2 | Yiv ve çevresindeki yağ veya kiri temizleyin. 30~40°C sıcaklıkta 10% NaOH su çözeltisi kullanarak gresi temizleyin, ardından temiz su ile durulayın ve kurutun. Paslanmaz çelik tel çark ile taşlayarak oksit filmini çıkarın, ardından alkali su ile durulayın, ardından temiz su ile durulayın ve kurutun. |
| 3 | Dış konumlandırma kaynak tekniğini kullanarak ilk katman için punta kaynağı yapın. Uzunluk 100 mm olmalı ve kaynak noktaları arasındaki mesafe 300 mm'yi geçmemelidir. Yapıştırma kaynağı dikişinde çatlaklar görülürse, bunları giderin ve yeniden kaynak yapın. |
| 4 | Elektrotları özel olarak tasarlanmış bir fikstür üzerinde birleştirin. İş parçasını 500°C ön ısıtma sıcaklığı ile elektrikli ısıtma kullanarak önceden ısıtın ve ara katman sıcaklığının 500°C'den düşük olmadığından emin olun. |
| 5 | Kaynak dikişinin iç kısmında kaynak boncuklarının oluşmasını önlemek için kaynağa dışarıdan başlayın. Kaynak dikişinin yuvarlaklık elektrot iç çemberinin ve iç yüzeyin pürüzsüzlüğü. |
| 6 | Görsel inceleme gerçekleştirin. |
| 7 | Gerekirse düzeltin. |
| 8 | Kaynak sonrası ısıl işlem gerçekleştirin. |
Kaynak Spesifikasyon Parametreleri
| Geçer | Kaynak Yöntemi | Kaynak Malzemesi Sınıfı | Kaynak Malzemesi Özellikleri | Akım Türleri ve Polarite | Kaynak Akımı (Amper) | Ark Gerilimi (Volt) | Kaynak Hızı (mm/geçiş başına) | Açıklamalar |
| 1~2 | MIG (Yarı Otomatik) | HSCu | 1.6 | DCEP | 350~400 | 30~35 | 250~300 |
MachineMFG'nin kurucusu olarak, kariyerimin on yıldan fazlasını metal işleme sektörüne adadım. Kapsamlı deneyimim, sac metal imalatı, talaşlı imalat, makine mühendisliği ve metaller için takım tezgahları alanlarında uzman olmamı sağladı. Bu konular hakkında sürekli düşünüyor, okuyor ve yazıyorum, sürekli olarak alanımın ön saflarında kalmaya çalışıyorum. Bilgi ve uzmanlığımın işiniz için bir değer olmasına izin verin.
TR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO