Piyasada birçok tipte manuel metal ark (MMA) elektrotu bulunmaktadır. Akışlarının ana bileşenine bağlı olarak, selülozik, rutil ve bazik olmak üzere üç kategoriye ayrılırlar. Tüm elektrotlar, bir akı ile kaplanmış bir çekirdek telden (tipik olarak 2,5–6 mm çapında) oluşur. Çekirdek tel genellikle düşük kaliteli çevre çeliğinden yapılır ve akılar, kaynak mikro yapısının iyileştirilmesine izin veren birçok element içerir.
Akının bileşimi elektrotların davranışını etkiler. Farklı elektrot türlerinin ana bileşenleri ve her biri için oluşturulan koruyucu gaz Tablo 1’de açıklanmıştır (Bowniszewski, 1979).
Tablo 1 Yanması sonucu oluşan üç olası elektrot ve koruyucu gaz türünün ana bileşeni
| elektrot tipi | ana bileşen | Koruyucu gaz oluşturuldu |
|---|---|---|
| rutil | Titanya (TiO2) | Esas olarak CO2 |
| bazik | Kalsiyum bileşikleri | Esas olarak CO2 |
| selülozik | Selüloz | Hidrojen + CO2 |
MMA elektrotlarının ana özellikleri kapsamlı bir şekilde tanımlanmıştır (Bosward, 1980). Aşağıdaki paragraflar, ilgilenilen genel amaçlı elektrot (rutil ve selülozik) özelliklerinin bir özetidir.
Rutil Elektrot
E6012 ve E6013 elektrotları arasındaki fark, E6012 kaplamasının sodyum içermesi ve E6013 kaplamasının potasyum içermesidir. Her ikisi de doğru akım (DC+) altında çalışabilir, ancak sadece ikincisi alternatif akım (AC) altında çalışmaya uygundur. Kaynakçının elinin dengesizliğini dengelemek için sabit bir akımla çalışma önerilir.
Yüksek oranda titanyum dioksit (titania olarak da adlandırılır) ile rutil elektrot, pürüzsüz bir boncuk yüzeyi, cürufun kolayca çıkarılması ve pürüzsüz bir ark verir. Yanma sırasında, akı kaplaması esas olarak karbon dioksit oluşturacaktır.
Bu akı ayrıca selüloz içerir. Selüloz içeriği bir selülozik elektrottan çok daha düşük olsa da (Boniszewski’ye göre %10’a kadar), nem içeriğiyle birlikte varlığı, bu elektrotların nispeten yüksek seviyelerde hidrojen ürettiği anlamına gelir: 25ml/100gm’ye kadar kaynak metali. Bu, kullanımlarını 25 mm’den daha düşük kalınlığa sahip yumuşak çelikler ve C/Mo ve 1Cr1/2Mo tipi ince kesitli düşük alaşımlı çeliklerle sınırlandırır.
Rutil elektrotlar, dikey aşağı pozisyon dışında tüm pozisyonlarda kaynak yapmak için kullanılabilir. Biriktirme, aynı akımda daha fazla metalin birikmesine yol açan demir tozu ilavesiyle iyileştirilebilir. Ancak demir tozu eklenmiş elektrotlar yalnızca düz bir konumda kullanılabilir.
Rutil elektrotlar orta düzeyde penetrasyona, sessiz arklara sahiptir ve az sıçrama oluşturur (Bosward, 1980). Kaynaktan sonra çok az temizlik gerektiren büyük miktarda kendiliğinden salınan cüruf oluştururlar.
Muhtemelen en yaygın kullanılan genel amaçlı elektrotlardır. Ancak bu elektrotlar yüksek tokluğun gerekli olduğu yapılarda kullanılmamalıdır (Bosward, 1980). Tablo 2, mekanik özelliklerini özetlemektedir.
Tablo 2 E6012 ve E6013 AWS A5.1/A5.1M, 2012 ile elde edilen tipik mekanik özellikler
| Darbe değeri gereksinimi (kaynaklı olarak AWS) | Test sıcaklığı | Akma mukavemeti gereksinimi (MPa) | Tipik çekme gereksinimi (MPa) |
|---|---|---|---|
| E6012 | |||
| Belirtilmemiş | 0°C | 330 | 430 |
| E6013 | |||
| Belirtilmemiş | 0°C | 330 | 430 |
Rutil Kaplı Çubuk Elektrotlar
Rutil elektrot kaplaması, karbon ve karbon-manganez çelik rutil elektrotlarda %50’ye indirgenmiş, esas olarak titanyum dioksit (TiO2) olmak üzere yaklaşık %90 rutil bileşenlerinden oluşur.
Rutil Elektrot Çeşitleri
Rutil elektrotlar, elektrot kaplama kalınlığına ve bileşen karışım tipine göre kategorilere ayrılan çok amaçlı elektrotlardır; başlıca türleri şunlardır:
R tipi – İnce kaplamalı büyük küresel transfer, elektrot iyi bir köprüleme kabiliyetine sahiptir; bu nedenle, R elektrotları sac metal kaynağı için kullanılır.
RC tipi – Orta kalınlıkta kaynak ve iyi viskoz, elektrot dikey aşağı kaynak için uygundur.
RR tipi – Kalın kaplamalı ince sarkık transfer; elektrot, yüksek birikim ve pürüzsüz kaynaklar üretir.
RB tipleri – Kalın kaplamalı orta boyutlu kaba transfer; elektrot, RR tiplerinden daha iyi tokluk ve mukavemet kaynakları, yüksek biriktirme verimliliği sağlar. Genellikle boru hattı yapımında, bağlantıların doldurulması için yapısal çelik mühendisliğinde ve kök kaynağında kullanılırlar.
Rutil Elektrot Özellikleri
- Rutil kaplı çubuk elektrot arkı çok düzgün ve stabildir.
- Rutil kaplı çubuk elektrotlar arkının daha az oksitleyici etkisi vardır; ark atmosferi nötrdür.
- Rutil elektrotlar düzgün bir kaynak profili üretir.
- Rutil elektrotlar, çıkarılması kolay ince cüruf tabakası üretir.
- Rutil elektrotlar, diğer elektrot türleri ile karşılaştırıldığında kullanımı en kolay olanıdır.
Rutil Elektrotlarda Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar
- Rutil kaplı çubuk elektrotlar yaklaşık %10 selüloz içerdiklerinden fırınlanamazlar; bu nedenle, nispeten yüksek nem içerirler ve yüksek hidrojen kaynakları üretirler.
- Üretilen yüksek hidrojen kaynakları nedeniyle çatlama riskinden dolayı yüksek mukavemetli çelik veya kalın çelik kesitlerin kaynağında rutil elektrotlar kullanılmaz.
- Rutil kaplı çubuk elektrotlar, düşük sıcaklıklarda düşük tokluklu kaynaklar üretir.
Rutil Elektrotların Kullanım Alanları
- Rutil kaplı çubuk elektrotlar, düşük mukavemetli alaşımsız çeliğin genel amaçlı üretimi için kullanılır.
- Rutil elektrotlar, kaplamaya demir tozu ekleyerek kaynak üretim hızını artırmak için kullanılır, bu da metal biriktirme oranını arttırır.
- Rutil kaplı çubuk elektrotlar, ince çelik bölümlerin kaynağı için uygundur.
Rutil kaplı çubuk elektrotlar – kutupta doğru akım (DC-), + kutupta doğru akım (DC+) veya alternatif akım (AC) ile kaynaklanır.
Selülozik Elektrot
Rutil elektrotlara benzer şekilde, E6010 ve E6011 selülozik elektrotlar arasındaki farklar, kaynak sırasında kullanılan elektriksel parametreler ve kaplama türleridir. E6010’un kaplaması sodyum içerir; E6011 potasyum içerir. Her ikisi de doğru akım (DC+) altında çalışabilir, ancak sadece ikincisi alternatif akım (AC) altında çalışmaya uygundur. MMA işlemi DCEN, DCEP veya AC’de kullanılabilir, ancak kaynakçının elinin dengesizliğini dengelemek için yine sabit bir akım önerilir.
Selülozik yanma ile üretilen gaz kalkanı hidrojen, karbon monoksit ve karbon dioksit içerir. Kaynakta 30 ila 45 ml hidrojen/100 gm bulunabilir. Bunun iki sonucu vardır: kaynak havuzunun iyi korunması ve kaynak metali ve ısıdan etkilenen bölgede (HAZ) yüksek düzeyde yayılabilir hidrojen. Yüksek hidrojen yüzdesi, bu tür elektrotların iyi bilindiği zımbalı arkın (Clyne, 1984) yaratılmasıyla yüksek birikme hızının ve daha derin penetrasyonun nedenidir.
Gaz kalkanının hidrojen içeriğinin bir başka sonucu, daha yüksek bir voltaj (yaklaşık 70V) gereksinimidir.
Ancak, koruyucu gazdaki yüksek hidrojen içeriği de bu elektrotun ana dezavantajıdır. İyi uygulamalara uyulmaması ve önleyici tedbirlerin alınmaması durumunda, hidrojen çatlamasını (soğuk çatlama olarak da adlandırılır) etkileyen parametrelerden biri olan kaynakta yüksek düzeyde yayılabilir hidrojene neden olur.
Yüksek hidrojen seviyesi, bu elektrotlarla kaynak yapılan herhangi bir çeliğin, hidrojen kaynaklı soğuk çatlamaya karşı çok yüksek bir dirence sahip olması gerektiği anlamına gelir. Bu elektrotlar esas olarak düşük karbonlu, alaşımsız çelikte kullanılır. Yalnızca çelik bileşimi, kısıtlama ve ön ısıtma ihtiyacı dikkate alınarak kullanılmalıdır.
Selülozik elektrotların bir diğer avantajı, dikey aşağı (soba borusu) konumunda kaynak yapabilmeleridir. E6010 elektrotlarına bazen ‘soba borusu elektrotları’ denir. Bu konum kaynağı iyileştirebilir ve cürufun hızlı soğuması sayesinde verimliliği ve üretkenliği artırmaya yardımcı olur.
Bu kaynak yöntemi, sıcak kaynak koşulunu korumak ve hidrojenin kaçmasını sağlamak için kaynakları hızlı bir şekilde arka arkaya yerleştirebilen deneyimli bir kaynakçı tarafından yapılmalıdır. Kalın duvarlı borularda kaynakçı, boyutundaki artış ve arkın aşırı çalışması ve eklemi taşması riski nedeniyle kaynak havuzunu kontrol etmekte zorluk çekebilir (Spiller, 1991). Her türlü selülozik elektrotun yüksek vasıflı bir kaynakçı gerektirdiğine dikkat edilmelidir, bu nedenle özellikle soba boru kaynağı, kaynakçının özeni ve yeterliliği kanıtı olmadan yapılmamalıdır.
Oluşan sıçrama miktarı çok yüksek akım kullanımını sınırlayacaktır (Bosward, 1980). Selülozik elektrotlar tarafından da büyük miktarda duman üretilir (Welding and Cutting, 2013), ancak her kaynaktan sonra çıkarılması gereken cüruf miktarı azdır.
Selülozik elektrotların mekanik özellikleri Tablo 3’te sunulmuştur. Darbe değerleri kaynaklı durumda -30°C’ye kadar mevcuttur.
Tablo 3 E6010 ve E6011, AWS A5.1/A5.1M, 2012 ile elde edilen tipik mekanik özellikler
| Gerekli darbe değeri (kaynaklı olarak AWS) | Test sıcaklığı | Tipik akma dayanımı (MPa) | Tipik çekme mukavemeti (MPa) |
|---|---|---|---|
| E6010 | |||
| 27J | -30°C | 330 | 430 |
| E6011 | |||
| 27J | -30°C | 330 | 430 |
Derin nüfuz etme, yüksek biriktirme oranları ve dikey aşağı konumda kullanılabilme özellikleri, bu elektrotların ana kullanımının, kaynak depolama tankları için daha sınırlı bir ölçüde kullanılmasına rağmen, ülkeler arası boru hattı için olduğu anlamına gelir.
Daha endüstriyel bir ortamda, bu tip elektrotun kullanımı genellikle kaynak prosedürünün kök geçişi ile sınırlıdır. Kök pasodan sonra, kaynak pasosunun soğumasını sınırlamak ve hidrojenin kaçmasına izin vermek için sonraki on dakika içinde bir sıcak pas bırakılmalıdır. Bu sınırlama, kaynak prosedürü şartnamesinde belirtilmelidir.
Yine, bu elektrotlar yetenekli bir kaynakçı gerektirir. Bu, özellikle dış çapı sekiz inç’in altında olan bir boruyla çalışırken önemlidir, çünkü dikey aşağı kaynak konumu zor olabilir.
Bazik Elektrot
Bazik elektrot kaplaması temel bileşenlerin yaklaşık %80’inden, esas olarak kalsiyum karbonat (CaCO 3 ) ve kalsiyum floritten (CaF 2 ) oluşur.
Özellikleri
- Bazik kaplamalı çubuk elektrotların arkı çok az oksijen içerir; bu nedenle alaşım elementlerinin yanması düşüktür.
- Bazik elektrot kaynağının yüksek darbe enerjisi var, özellikle düşük sıcaklıklarda.
- Bazik kaplamalı çubuk elektrotla , düşük kaynak metali akma noktası ile oldukça uzayabilir kaynak sağlar.
- Sıcak çatlama riskini azaltan, kaynağın yüksek metalurjik saflığı söz konusu.
- Soğuk çatlama riskini azaltan daha düşük hidrojen miktarı.
- Bazik kaplamalı çubuk elektrot cürufu, kükürt ve fosfor gibi metal safsızlıklarla reaksiyona girerek kaynak özelliklerini geliştirir.
- Bazik kaplamalı çubuk elektrotlar, mekanik özellikleri, özellikle tokluğu iyileştiren temiz kaynak metali verir.
Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar
- Kaynak gözenekliliğini önlemek için kaynakçı kaynak sırasında kısa bir ark korumalıdır.
- Bazik kaplamalı çubuk elektrotlar cürufu kalın ve viskozdur; bu nedenle, cüruf kalıntıları olmadan kaynaklar üretmek için yüksek kaynakçı becerisi gereklidir.
- Kaynak profilinin şekli dışbükey olduğundan, cürufun çıkarılması temel elektrotlarla daha zordur.
- Bazik kaplamalı çubuk elektrotlar, kaynak metalinde düşük hidrojen seviyelerine sahip olmak için Bazik kaplamadaki nem içeriğini en aza indirmek için fırınlamayı gerektirir.
Bazik Elektrotların Kullanım Alanları
- Düşük kaynak metali akma noktasına sahip yüksek uzayabilir kaynak gerektiren sert yapılar için kullanın.
- Daha yüksek mukavemetli çelikler de dahil olmak üzere farklı çelik kalitelerinin kaynağı için kullanın.
- Kirlenmiş çelik ve yüksek kükürt ve fosfor içerikli çeliği kaynaklamak için kullanın, bazik elektrotlar tüm safsızlıkları cürufa aktarır.
- Düşük çalışma sıcaklığında yüksek kırılma tokluğu gerektiren kaynak uygulamaları için kullanın.
- Parçaları ve bileşenleri küçültmek için kullanın.