Mühendislik

Kaynak Teknolojileri ve Metalurji, Malzeme Mühendisliğinin yükselişi!

Kaynak Teknolojileri

Kaynak Teknolojileri ve Metalurji, Malzeme Mühendisliğinin yükselişi | Metalurji, Malzeme Mühendisliği ve Kaynak Teknolojileri ile üretilen malzemeler tartışmasız tarihin en önemli bilimlerinden birinin ürünleridir.

Metalurji modern mühendisliğin en önemli bilimlerinden biridir. Özellikle, metallerin bulunduğu cevherlerden çıkarılması ve metali daha yararlı hale getirmenin bilimidir.

Metalurji bilimini fizik, kimya ve biraz da mühendisliğin bir kombinasyonu olarak düşünebilirsiniz.

Bu bilim dalını ve nasıl ortaya çıktığını anlamak için Metalurji tarihine bir göz atalım.

Kaynak ve metalurji!
Kaynak ve metalurji!

Metalurji tarihi ve kaynak teknolojileri !

 

Metaller, modern dünyada bu vazgeçilmez konumlarına kolay gelmediler. Aslında, metallerle bu kadar doğru çalışabilme yeteneğimiz yaklaşık 7.000 yıllık gelişimin bir sonucudur.

Keşfedilen ilk metaller altın, gümüş ve bakırdır ve hepsi doğal metalik hallerinde bulunabilirler. Bu, eski kültürlerin bu metalleri bulup onlarla çok az değişiklikle çalışmaya başlayabildikleri anlamına gelir.

Altın özellikle soğuk dövme ve çekiçleme yoluyla daha büyük bir parça plakaya dönüştürülebiliyordu. Bu, altını üzerinde çalışmak için oldukça kolay bir metal yaptı. Metal çağında uygarlıklar bakırın eriyebileceğini de fark ettiler İ.Ö 4.

Bu süre zarfında bakır eksenlerin ön plana çıktığını görmeye başladık.

Metal işleme prosesi artık soğuk çekiçleme, döküm ve dövmenin ötesinde bir süreç haline geldi. Metallerinin eritilmesinin keşfinin ardından bazı metallerin minerallerden ayrılabileceği de tespit edilmiş oldu.

Metalurji tarihi!
Metalurji tarihi!

Mineraller içinde gizlenen metalik olmayan bileşiklerden metalinin ayrılarak keşfedilmesi bir dönüm noktasıydı!, Bakırın 700°C’nin üzerinde sıcaklıklara kadar ısıtılmasını içeren eritme işlemi bu keşfini yavaş yavaş ortaya çıkarmış olacaktı. Bu süreç aynı zamanda antik uygarlıkların metalurji süreçlerini değiştirerek yeni mineraller ve elementler tanımaya ilk kez başladıkları zamanlardı.

Dökümün ve dövmenin keşfi!

Özetlemek gerekirse, metalurji tarihini gelişen bir süreç olarak düşünmek en iyisidir. İlk olarak, ısı olmadan şekil verilebilen metalik malzemeler keşfedildi. Daha sonra metallerin erime ve sertleştirme işlemiyle dökülebileceği keşfedildi.

Daha sonra uygarlıklar, metallerin minerallerden kurtarılabileceğini fark ettiler. Son basamak taşı metal katkı maddelerinin veya alaşımlarının keşfi oldu. Bu da bizi ilk alaşımlardan birinin tarihine bakmaya itiyor: bronz.

Bronz;

Bronz ilk olarak M.Ö. 3000 ile 2500 arasında bakır alaşımı olarak keşfedilmiş gibi görünmektedir. Bu metal, yaklaşık yüzde 12 kalay ile bir bakır alaşımıdır. Bronz, uygarlıkların metalürjik süreçlerde elementleri karıştırmayı denemeye başlamasıyla, keşfedilen ilk alaşımlardan biriydi.

Kalay, işlenebilir bir metal olarak bronz oluşumuna yol açan birincil keşifti. İlk başta bu metalin küçük yerlerde yapıldığına inanılıyor ama daha sonra bu metalin bilgisi Ortadoğu ve Avrupa’daki ticaret sayesinde yayıldı.

Tunç Çağı boyunca bronzun yükselişi ve hakimiyeti devam etti ve sonunda Demir keşfedildi ve bu yeni bir çağa yol açtı: Demir Çağı.

Demir Çağı:

Bronz ve demir çağı arasında somut bir dönüm noktası yoktu aslında ama kademeli bir geçişten bahsedebiliriz. Şimdiye kadar keşfedilen en eski demir parçalarından biri Hollanda’da bulunmuştur ve tarihi M.Ö. 1350’ye kadar uzanır. Geleneksel olarak, bu zaman dilimi bronz çağının ortası olarak kabul edilirdi, bu yüzden her iki metalin de bir süre birlikte üretildiği görülmektedir.

Demir yaklaşık olarak M.Ö. 1000’lerde hakim hale geldi. Bu dönemde büyük ölçekli silahlar halinde imal edilip kullanılıyordu. Demire geçiş ise muhtemelen M.Ö. 1200 civarında başladı. Bu yıllar genellikle Demir Çağı’nın başlangıcı olarak kaydedilmiştir.

İlk uygarlıklar demir oksidin kömürle erime sürecini geliştirdiler. Ancak, o zamanlar metal işçileri tamamen eritmek için gerekli olan 1.540 °C’lik yüksek sıcaklıklara ulaşamadılar. Bu süreç, sıvı benzeri bir cüruf ile karıştırılmış süngerimsi bir metal kütlesi yarattı. Metal işçileri, daha uygulanabilir bir demir ürünü olan ferforjeyi yaratana kadar düşük sıcaklılarda eritme işlemini tekrarlandı. Arkeologlar Demir Çağı’nı incelerken demiri güçlendirmek için karbon ekleme sürecinin tam olarak ne zaman başladığını saptamaya odaklandılar.

Erken dönemde metalurji teknikleri düşük sıcaklıklar içerdiğinden, kömür ile demir yakılması sonucu düşük mukavemetli saf demir oluştu. Zamanla fırınlar ilerledikçe ve sıcaklıklar arttıkça, ister istemez daha fazla karbon demire emildi. Bu sonuç tutarlı değildi çünkü çok fazla demir çok farklı oranlarda karbon ile birleşmekteydi.

Metalurji ve Kaynak Teknolojileri!
Metalurji ve Kaynak Teknolojileri!

Metallerin Rafine Edilmesi:

Demir işçiliği daha rafine hale gelince, karbonun demir üzerindeki etkisinin bilgisi de daha da iyi anlaşılmaya başladı. Karbon emiliminin anlaşılmasıyla demir daha sert ve mukavemetli bir metale dönüştü.

Bunlarla birlikte Erken Demir Çağı’nda, demirin gerçek gücünden yararlanmak için hem sertleştirilmesi hem de temperlenmesi için gerekli işlemlerin gerçekleştirildiğine dair çok az kanıt vardır.

Arkeologlar, sertleştirme ve yumuşatma sürecinden ziyade, demir çağı metal işçilerinin metali güçlendirmek için soğuk dövme işlemi uyguladıklarını gördüler.

Demir çağından itibaren metallerin dövülerek rafine edilmesinin modern çağa kadar devam ettiği konusunda önemli ip uçları bulunmuştur.

Farklı metalürjik süreçler hakkında daha fazla bilgi edinmek için, bu videoyu izleyebilirsiniz!

Buraya kadar metalurji tarihini ve yükselişini ele aldık. Bütün dünyamızı saran endüstriyel metallerin nasıl üretildiğini kabaca anlamaya çalıştık! Şimdi modern metallere, özellikle de kaynak alanında kullanılan bazı malzemelerin birleştirme tekniklerine ve yani kaynak teknolojileri hakkında neler biliyoruz bir göz atalım.

Kaynak Teknolojileri !

 

Kaynak yüzlerce Metali ve binlerce özel malzemelerin birleştirme yöntemlerini kapsayan çok önemli bir imalat sürecidir. Tüccar, kaynak mühendisi veya bir kaynakçı olmasanız da çeşitli malzemelerin nasıl birleşebileceğini anlamak, mühendislik mesleğinde önde olabilmek için çok önemlidir.

Kaynak süreçlerini anlamaya başlamak için, bir sürü kısaltma ve terimi anlatmamıza izin verin sonrasında daha derin süreçlere dalabiliriz.

Ana kaynak süreçleri: örtülü metal ark kaynağı (SMAW), gaz tungsten ark kaynağı (GTAW / TIG) gaz metal ark kaynağı (GMAW / MIG), özlü tel ark kaynağı (FCAW), toz altı ark kaynağı (SAW), elektro cüruf kaynak (ESW) ve son olarak direnç kaynak vardır.

Hepsini anladınız değil mi?

Bunlar sadece temel kaynak yöntemleridir. Sürtünme kaynağı, patlatma kaynağı, lazer hatta elektron ışınları kullanarak uygulanan kaynak teknikleri ile birlikte birçok farklı varyasyonlar vardır…

Her kaynak yöntemi özellikle farklı metaller ve farklı koşullar için tasarlanmıştır. Biz bu blog yazısında tüm kaynak süreçlerinin kapsamlı bir inceleme kapmamızın maalesef yolu yoktur. Ama muhtemelen yeterince dikkatli okuduğunuzda, kendinizi bu kaynak yöntemlerinden birinin içinde bulduğunuzda kaynak hakkında konuşmaya devam edebilirsiniz.

Ark kaynakları!

Tüm kaynak süreçleri bazı enerji kaynağı ile füzyon neden olur; başka bir deyişle baz metal bir şekilde eritilir. SMAW gibi süreçler, hem baz metal üzerinde füzyon uyguluyor hem de birleşme için dolgu metali görevi görebilen bir elektrot kullanır. GTAW, ya da TIG kaynakları ile bilmeniz gereken, bir tungsten elektrot ve bir inert gaz (helyum) baz metali kaynatmak için kullanılır.

Yukarıda belirtilen tüm süreçler arasında ortak nokta, bir tel veya elektrot kullanılması ve füzyon reaksiyonu için ise enerjinin ark ile aktarılmasıdır. Bu yüzden tüm kısaltmalarda “A” harfini görüyorsunuz . Yukarıdaki listede tek istisna direnç kaynakdır. Bu yöntemde tel veya elektrot kullanılmaz, iki örtüşen metal elektriğe olan direnci ile ısı üretilmekte ve bu ısı, iki metal kenarını eriterek birbirine kontunu olarak kaynatmaktadır.

Ark kaynağı en yaygın olandır ama aynı zamanda gaz kaynağı ve enerji ışın kaynaklarının da önemli olduğunu unutmayın. Bu proseslerde akım ve gerilim yerine malzemeyi ısıtmak için gaz veya enerji ışınımı kullanılır. Gaz ve enerji yöntemleri, değişken olsa da temel mekaniği anlamak oldukça basittir.

Her farklı ark tekniği farklı bir elektrot ve kaynak flux’ı uygulayarak farklı bir kurulum kullanır. Flux, kaynak bağlarının düzgün yapısını korumaya yardımcı olan bir ajandır aynı zamandan mukavemeti de artırır.

Farklı kaynak teknolojileri;

Kaynak tekniklerinin çoğu için, onların adlarından nasıl çalıştıklarını çıkarabilirsiniz. Ne de olsa biz mühendisiz, değil mi? Özlü tel ark kaynağında tahmin edebileceğiniz gibi özünde flux bulundurun bir tel ile ark elde edilir.

Düşündüğünüzün aksine, toz altı ark kaynağı bir sualtı işlemi değildir. Bu yöntemde, ark toz bir battaniye altında yakılır ve tel elektrot sarf edilir. Bu sayende ark ve metal atmosferden etkilenmez buna daldırma yöntemi de diyebiliriz. Şimdi, tüm çeşitli kaynak tekniklerinin bazı arka planları olduğunu gördük ve artık çeşitli metallerin kaynaklanmasını anlamaya başlayabilirsiniz.

Farklı metallerin kaynağını kapsayan tonlarca metin yazmak yerine, kullanabileceğiniz işlemlerle uyumlu birleşen metali gösteren hızlı bir kılavuzu aşağıda bulabilirsiniz:

Steel: SMAW, MIG, FCAW, TIG (DC), Direnç kaynağı

Stainless Steel: SMAW, MIG, FCAW, TIG (DC), Direnç kaynağı

Aluminum: SMAW, MIG, TIG (AC)

Cast Iron: SMAW

Copper/Brass: TIG (DC)

Magnesium Alloy: TIG (AC)

Titanium: TIG (DC)

Muhtemelen fark ettiğiniz gibi, demir bazlı metaller çeşitli tekniklerle kaynaklanabilir ancak daha az uyumlu tane yapılarına sahip diğer metaller kaynak için özel teknikler gerektirir. Çeliğin geniş teknik yelpazesinin ve diğer metallere özgü tekniklerin olmasının ardındaki neden tane yapısı, faz değişiklikleri, erime noktaları ve diğer birçok faktörlerle ilgilidir.

Demir ve demir dışı kaynak!

Eğer iki farklı metalleri kaynatmak istiyorsanız örneğin; çelik alüminyum bu durumda kaynakçılar kendi teknikleri konusunda yaratıcı almak zorundadır. Farklı metaller ya da metal alaşımları birbirleri ile uyumlu olmadığında kaynak için en yaygın yol; her ikisi ile uyumlu bir dolgu metali kullanmaktır. Alüminyum ve çelik kaynağı durumunda, çinko bir geçiş metali olarak kullanılabilir ya da özel geçiş telleri imal edilebilir.

Metalurji ve kaynak teknolojileri!
Metalurji ve kaynak teknolojileri!

Eğer farklı metallerin kaynak hakkında bilgi edinmek istiyorsanız bunlar malzeme birleştirme teknikleri, ileri kaynak teknikleri magazinlerinde bulunabilir. Çığır açan araştırma sürekli devam etmektedir. Sürtünme kaynağı, lazer kaynak, patlatmalı kaynak, soğuk geçme kaynağı gibi alanlarda Google’a başvurun pişman olmayacaksınız! 

Kaynağın temel mantığı kavramak için inanılmaz basit bir şeydir. Fakat aynı zamanda sonsuz karmaşıklık ve bilimsel veriler ile dolu bir süreçtir. Kaynak her gün içinde olduğunuz bir iş olsun ya da hiç kullanmayın, kaynakta hemen hemen her mühendislik disiplinin bir yönü vardı. Ve eğer severseniz, kesinlikle sıkıcı mühendisleri bile güldürecek kadar zevkli bir iştir!

 

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir