Sıcak gaz kaynağı - Hot gas welding
Sıcak gaz kaynağı , termoplastik malzemeleri birleştirmek için manuel bir plastik kaynak işlemidir . Sıcak havayı hem bağlantı yüzeyine hem de kaynak çubuğuna yönlendirmek ve malzemeleri yumuşama sıcaklıklarına ısıtmak için bir sıcak gaz torçu kullanılır. Isıtılmış kaynak çubuğu üzerindeki bağlantı yüzeyine basınç uygulanması, tamamlanmış bir kaynak oluşturmak için malzemeleri birbirine bağlar. Bu teknik kolayca otomatikleştirilmez ve esas olarak küçük veya karmaşık bileşenlerin onarımları veya bireysel üretim ihtiyaçları için kullanılır.
Kaynak teknikleri
Sıcak gaz kaynağında kullanılan iki yaygın kaynak tekniği vardır: el kaynağı ve hızlı kaynak. Gerçek kaynak işlemini gerçekleştirmek için bileşenleri konumlarına ayarlamak için punteriz kaynağı kullanılabilir.
El kaynağı
El kaynağı, kaynak çubuğunun doğrudan kaynakçı tarafından ek yerine uygulandığı bir tekniktir. Bu aynı zamanda serbest el kaynağı veya fan kaynağı olarak da adlandırılır . Sıcak gaz torcu, hem kaynak çubuğunu hem de bağlantı yüzeylerini hızlı bir şekilde sarkaç şeklinde ısıtmak için bir elle hareket ettirilir. Kaynak çubuğuna basınç uygulanır ve nozul yardımı olmadan elle kontrol edilir. Bu teknik, çoğu konfigürasyon için uygundur ve kaynak çubuğunun uygulanması yalnızca ulaşılabilir kaynak pozisyonlarıyla sınırlı olduğundan, dar, kısıtlı alanlar veya karmaşık bağlantı tasarımlarında kaynak yapmak için yararlı olabilir.
Hızlı kaynak
Hızlı kaynak, sıcak gaz torçunun ve kaynak çubuğunun tek bir kohezif sistem olmasını sağlayan özel olarak tasarlanmış bir nozul kullanır. Nozül, kaynak çubuğunun bir besleme borusu aracılığıyla bağlantıya uygulanmasını kolaylaştırır. Nozül, kaynak çubuğu malzemesini eşit şekilde ısıtır ve kontrollü bir basınç uygulamasına izin verir. Nozulun tabanı, bağlantı yüzeyini ısıtmak ve kaynak çubuğunu oluğa yönlendirmek için tasarlanmıştır. Besleme borularının belirli kaynak çubuğu şekillerine ve boyutlarına uyması için nozullar üretilir ve ortak boyutlardaki yuvarlak veya üçgen çubuklar için mevcuttur. Hızlı kaynak kullanımı, nozulun boyutu ve sistemin manevra kabiliyeti nedeniyle basit bağlantı tasarımı ve yönlendirme uygulamalarıyla sınırlıdır.
İşlem parametreleri
Gaz sıcaklığı, uygulama basıncı, kaynak ilerleme hızı, gaz akış hızı ve torç oryantasyonunun tümü, bitmiş kaynağın bütünlüğünü ve mekanik özelliklerini etkiler. Gaz sıcaklığı ve akış hızı, sistem girdilerine dayalı kontrol edilebilir parametrelerdir. Uygulama basıncı, kaynak hareket hızı ve torç oryantasyonu, kaynağı gerçekleştiren operatöre bağlıdır. Bu parametreler birbiriyle ilişkilidir ve tümü kaynağın nihai kalitesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Gaz sıcaklığı ve akış hızı
Gaz sıcaklığı, kaynak işlemine başlamadan önce doğruluk açısından izlenmesi gereken kontrollü bir giriştir. Sıcak gaz sıcaklıkları, malzemenin erime veya cam geçiş sıcaklığının üzerindeki değerlerde seçilir . Bir malzeme aktivasyon enerjisinin üstesinden gelmek için yeterli sıcaklık gereklidir, bu da viskozitede bir azalmaya ve kaynak arayüzü boyunca difüzyonu desteklemek için akışkanlıkta bir artışa neden olur . Malzeme üreticisinin tavsiyelerini aşan yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalma oksidasyona, distorsiyona veya moleküler bozulmaya neden olabilir ve bu da bağlantı arızasına yol açabilir. Çıkışın kalibrasyonu ve doğrulaması, kaynak tabancasında gaz sıcaklığı stabilize olduktan sonra yapılmalıdır. Hızlı uçlu nozullar, ısıyı doğrudan belirli bir bölgedeki bağlantı noktasına odaklayarak kaynak yüzeylerine etkili ısı aktarımı sağlar. Yeterli kaynak hareket hızı korunmazsa, bu kaynak bölgelerinde camın üzerinde önerilen kaynak sıcaklıkları veya malzemenin erime sıcaklığı aşılabilir ve kusurlara yol açabilir.
Kaynak işleminden kaynaklanan termal genleşme , parça bileşenleri uygun şekilde sabitlenmemişse, bozulmaya ve kaynak kusurlarının gelişmesine neden olabilir. Eklem yüzeylerinin yetersiz ısınması nedeniyle penetrasyon eksikliği veya füzyon eksikliği ile sonuçlanabilecek ısı kayıplarını önlemek için çalışma yüzeyi malzemesi de dikkate alınmalıdır.
Kaynak çubuğu ve bağlantı yüzeylerinin yeterli ve eşit ısınmasını sağlamak için yeterli sıcak gaz akış hızı gereklidir. Akış hızı, bir üfleyici veya bir hava kompresörü kullanılarak kontrol edilebilir. Kaynak kirlenmesini önlemek için, tedarik edilen sıcak gaz nemsiz olmalı ve yabancı maddeler içermemelidir. Ayrı kaynak tabancasına entegre edilmemişse, birden fazla sıcak gaz torçu için uygun boyutta bir üfleyici veya kompresör kullanılabilir.
Kaynak enerjisi
Sıcak gaz kaynağı sırasında kaynak yüzeyine verilen kaynak enerjisi, bitmiş bağlantının toplam mukavemetini tahmin etmek için kullanılabilir. Kaynak enerjisi ( E w ), aşağıdaki ilişki kullanılarak gaz sıcaklığı ve akış hızı kullanılarak belirlenir:
burada sıcak gaz parametreleri özgül ısı ( c p ), başlangıç ve son sıcaklık ( sırasıyla T 1 ve T 2 ), hacimsel akış hızı ( q v ) ve yoğunluğu ( ) içerir. Bu özellikler kaynak hareket hızına ( S w ) bölünür . Yarı kristal malzemeler üzerinde yapılan çalışmalar, yüzeydeki kaynak enerjisi girişi ne kadar yüksekse, bağlantı mukavemeti o kadar yüksek olduğu sonucuna varmıştır. Yüksek bir kaynak enerjisi, daha düşük bir kaynak yüzeyi viskozitesi ile ilişkilendirilmiştir. Daha az viskoz bir yüzey, daha güçlü bir kaynakla sonuçlanan kaynak arabirimi boyunca artan difüzyona izin verirken, daha yüksek bir viskozite, difüzyonu bu kadar kolay desteklemez ve daha düşük bağlantı mukavemetine neden olabilir.
Sıcak gaz özellikleri, kaynak için kullanılan ortamın türüne bağlı olarak değişir. Çoğu uygulamada hava kullanılır. Bazı durumlarda, malzeme üreticisi, diğer kaynak koşulları altında potansiyel bir sağlık ve güvenlik riski mevcut olduğunda, karbondioksit veya nitrojen gibi diğer sıcak gaz türlerinin kullanılmasını tavsiye edebilir.
Basınç
Uygulama basıncı, genel kaynak penetrasyonunu ve bağlantı kalitesini etkiler. Basınç manuel olarak doğrudan kaynak çubuğu yoluyla veya hızlı uçlu nozul üzerine uygulanır. Kaynak tekniği ve bağlantı tasarımı, kaynağa çevrilen basınç miktarını etkiler.
Yetersiz basınç, kaynak arayüzü gözenekliliğine, zayıf ıslatılabilirliğe ve füzyon kusurlarının olmamasına neden olabilir. Sıcak gaz, kaynak çubuğu ile bağlantı yüzeyi arasında sıkışarak gözenek oluşumuna neden olabilir. Gözeneklerin varlığını azaltmanın bir yolu, bağlantı tasarımının bir parçası olarak sıcak gazların kaçabileceği bir kök boşluğu oluşturmaktır. Kaynağın kaynaşmamış bölgeleri ve gözeneklerin varlığı, eklemin genel gücünü önemli ölçüde azaltabilir.
El kaynağında basınç uygulaması, bir hız ucu kullanmaya kıyasla daha az etkili olabilir; ancak her ikisi de operatörün becerisine bağlıdır. Çift-V bağlantı tasarımları, tek V bağlantılara kıyasla daha yüksek etkili kaynak basıncı taşımak için çok uygundur ve füzyon eksikliklerine daha az eğilimlidir.
Kaynak hareket hızı
Kaynaklanan bileşenlerin malzeme özellikleri, sıcak gaz sıcaklığı, kaynak çubuğunun boyutu ve kullanılan tekniğin tümü kaynak hareket hızını etkiler. Sıcak gaz kaynağının manuel doğası nedeniyle, bu işlem tipik olarak diğer termoplastik kaynak yöntemlerinden daha yavaştır. Bir hız ucu kullanılarak daha yüksek kaynak hareket hızı elde edilebilir. Kaynak yüzeyinde yüksek sıcaklıkta gazın lokalizasyonu, termoplastiklerin daha hızlı ısınmasını ve daha kolay akmasını sağlar, bu da yetenekli kaynak hızında bir artışa neden olur. Kaynak hızının çok hızlı olması kaynak çubuğunu gerebilir, eklemi eşit olmayan bir şekilde doldurabilir ve toplam kaynak mukavemetini tehlikeye atabilir. Hız çok yavaşsa, uzun süreli yüksek sıcaklığa maruz kalma nedeniyle kaynak hasarı meydana gelebilir.
Torç yönü
Kaynak torçunun ve kaynak çubuğunun yönelim açısı kaynak tekniğine, çubuk malzemesine ve bağlantı tasarımına bağlıdır.
Hızlı kaynak
Hızlı uç kaynağı sırasında bağlantı oluğuna doğru hizalamayı korurken tutarlı bir basınç oluşturmak için, kaynakçının tutuşunu sıcak gaz tabancasının altına yerleştirmesi önerilir. Yeterli nüfuziyet ve kaynak kalitesi, kaynak çubuğu besleyici borudan beslendiği için hafifçe bastırıldığında ve kaynak geçişi boyunca sabit bir ilerleme hızında aynı anda aşağı doğru bir çekme hareketi korunduğunda elde edilir.
El kaynağı
El kaynağı uygulamalarında kaynak çubuğunun oluğa yönelimi malzemeye bağlıdır. Eklemde kusurlar veya ek gerilimler oluşturmadan uygun penetrasyon elde etmeye dayalı malzemeler için önerilen kaynak çubuğu açıları belirlenmiştir. Doğru konumlandırma , kökte görünür bir " yay dalgası " etkisine neden olur ve bu da kaynak arabirimi boyunca yayılmanın gerçekleştiğini gösterir. Yanlış açı, dengesiz ısınma ve kaynak kusurlarına veya güçlü bir bağlantı oluşturmak için yetersiz basınca neden olabilir.
Kaynakçı nitelikleri
Endüstriyel uygulamalarda, sıcak gaz kaynağı işlemleri, EN 13067 veya AWS B2.4'te ayrıntıları verilen süreçte sertifikalandırılmış eğitimli ve kalifiye operatörler tarafından başarıyla yürütülür. EN 13067, sıcak gaz kaynak tekniklerini ve işlemlerini içeren termoplastik kaynaklı montajlar için kaynakçıların kalifikasyonu için uluslararası standarttır. American Welding Society (AWS) termoplastik kaynak prosedürleri ve performans için yeterlilik için bir Amerikan standart olarak AWS B2.4 yayınladı. Bu standartlar, çeşitli kaynak durumları için kullanılacak uygun teknik ve bağlantı tasarımını detaylandırmaktadır.