Onur BAŞARAN ESOGÜ - İmalatta CNC

İmalatta CAD/CAM Sistemlerinin Fonksiyonları ve Kullanılması

1980’lerde bilgisayarın NC (Numerical Control) kontrol üniteleri (entegre devreler) yerine kullanılmaya başlaması ile CNC (Computer Numerical Control) sistemleri daha kullanışlı bir hale gelmiş ve doğru parça üretimini sağlamıştır. Grafik ekranda tasarlanmak istenilen parçanın analitik modeli oluşturulup gerekli manipulasyonlar yapıldıktan sonra, değişik şekillerde üretimi yapılabilmektedir. Bu şekilde ürün tasarımında kısa geliştirme zamanları ve düşük maliyetler elde etmek mümkün olabilmektedir. Bunun yanında bilgisayar ortamında analiz ve simulasyon imkanları kullanılarak daha doğru ve güvenilir tasarımlar yapılabilmektedir.
Bilgisayar sistemlerinin imalatta, primitifler kullanılarak nesneler yaratma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılması CAD (Computer Aided Design) olarak adlandırılır. Bu sistemler yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım olarak, parçaların gerilme-uzama analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi modüller olabilir. CAM (Computer Aided Manufacturing), bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün direk veya endirek bilgisayar arayüzeyi kullanılarak yapılması gibi işlemler için imalatta kullanılmaktadır.
CAD/CAM sistemleri imalatta, tasarım, analiz, işlem planlama, parça programlama, program doğrulama, parça işleme, ve muayene gibi fonksiyonları etkin ve doğru bir şekilde yerine getirebilmektedir. Bu çalışmada bilgisayarın kullanıldığı imalat metodlarından en önemlileri incelendi. İmalat ile CAD/CAM sistemlerinin entegrasyonunun nasıl yapılabileceği ve imalatın, uygulanan metoda göre hangi aşamasında ve ne şekilde kullanılabileceği araştırıldı. CAD/CAM fonksiyonlarının ilgili imalat metoduna uygulanmasının hangi aşamalarda yapılabildiği incelendi. İncelenen imalat metodları; plastik enjeksiyon, dövme, ekstrüzyon, sac şekillendirme ve hızlı prototip imalatı. Bu uygulama alanlarında CAD/CAM sistemleri, karmaşık parçaların kolay bir şekilde tasarlanması, analizin yapılabilmesi ve doğru bir şekilde kalıp imalatının yapılabilmesini sağlamaktadır.
NC ve CNC Sistemlerinin Temelleri Sayısal Kontrol (Numerical Control-NC)
II. Dünya savaşı sırasında, karmaşık ve daha doğru parça üretiminin sağlanabilmesi artan ihtiyaca cevap verebilmek için metal kesme endüstrisi hızla gelişmiştir. 1952 yılında ilk olarak üç eksenli bir makina (Cincinnati Hydrotel Milling Machine) geliştirildi. Dijital kontrollü bu tezgah ve teknolojisi NC olarak adlandırıldı. İlk gözlenen avanlajları, karmaşık parçaların daha doğru imali ve kısa üretim zamanları idi
NC Gelişimi

İlk NC kontrolörü için 1950 �lerde vakum tüpler kullanıldı. Bunlar oldukça büyük parçalardı. 1960 �larda dijital kontrollü transistörler kullanıldı. Üçüncü gelişme olarak da NC kontrolörü olarak entegre devre çipleri (chip) kullanılmaya başlanıldı. Bunlar, daha az pahalı, güvenilir ve küçük elemanlardı. En önemli gelişme, kontrol üniteleri yerine bilgisayarın kullanılması oldu (1970 �lerde). Böylelikle CNC (Computer Numerical Control) ve DNC (Direct Numerical Control) sistemleri ortaya çıktı.
CNC, DNC
CNC, basit NC fonksiyonlarını sağlayabilen ve bir karar veren bilgisayar sistemi bulunduran tek makinalardan oluşan sistemdir. DNC, bazı işleme sistemleri tek bir bilgisayardan kontrol edilir. CNC çok daha yaygın hale gelmiştir. Çünkü, Esnek olması ve daha ucuz yatırımlar gerektirmesi. Uygulama alanları; işleme, kaynak ve laser ışını ile kesmedir.

Donanım
Servoamplifier�lar, transducer �ler, devreler ve arayüzey yazılımlarından oluşur.
CNC Sistem Yazılımları Parça Programı Servis Programı Kontrol Programı Parça Programı: Genel olarak parça geometrisi ve teknolojik bilgileri içerir. Parçanın geometrisini yani takım yolunu ve kesme şartlarını tanımlar. Dönme hızı, ilerleme hızı, kesme hızı ve soğutma sıvılarını ve takım seçimlerini kapsar.
Servis Programı: Kontrol, düzeltme ve parça programını düzeltme gibi işlemleri yapıldığı ortamdır.
Kontrol Programı: Parça programını giriş bilgileri olarak alıp bunları sinyal halinde hareket elemanlarına iletme işini yapar. CNC kontrolleri özellikle 1980 �lerde daha güçlü ve kullanımı kolay bir hale gelmiştir. Test ve simulasyon gibi modüllerin eklenmesi ile daha güvenli işlem yapabilme olanağı sağlanmıştır. Modern makina konrolleri yerel ağlarla (Local Area Network-LAN) diğer sistemler ile bilgi alış-verişi yapabilmektedir. Bu şekilde esnek imalatlar sistemlerin gelişmesi kolaylaşmıştır.

NC sistemleri, tornalama, frezeleme, delme, taşlama, delik genişletme ve EDM makinalarında başarı ile uygulanmaktadır.
Genel olarak kullanım alanları üç ana grupta toplanabilir.
İşleme Merkezi: Birkaç iş aynı tezgahta yapılabilmektedir. Freze, delme ve delik genişletme gibi.
Tornalama Merkezi: Otomatik takım değiştirme sistemini de kapsayan tornalam işlemlerinin yapıldığı tezgah.
Diğer NC makinalar: kaynak makinaları, çizim makinaları, muayene sistemleri, EDM, Laserle kesme gibi.
NC �nin Temelleri
Tipik bir NC ve CNC sistemi parça programına ihtiyaç duyar. Bu program bloklar halinde düzenlenir. Her blok sayısal bilgi içerir. Bu bilgiler parça geometrisi ve teknolojik bilgileri içerir.
Klasik işleme ile NC sistemi karşılaştırıldığında;
Kasik yöntemde, bir oparatör parçayı istenilen şekilde işler. Kesme işlemi oparatörün görmesi ve karar vermesi ile gerçekleştirilir. NC sistemde tecrübeli bir oparatöre ihtiyaç yoktur. Yalnızca işlemlerin monitörden izlenmesi gereklidir. Bunun yanında parçanın tezgaha bağlanması ve alınması gereklidir.

Parça programı manuel olarak veya bilgisayar destekli bir dilde (Automatically Programmed Tool Language-APT) yapılabilir.
NC ve CNC makinalarda her eksen hareketi ayrı bir tahrik devresi ile kontrol edilir. Tahrik için bir DC motor, hidrolik aktuatör veya step motor kullanılabilir. Bunların seçimi istenilen güce göre değişir.
Her hareket ekseninin ayrı bir kontrol çevrimi vardır. CNC sistemlerde iki tür kontrol devresi vardır.
Kapalı kontrol devresinde mevcut pozisyon ile istenilen pozisyon karşılaştırılıp aradaki hata 0 (sıfır)�a getirmeye çalışır. Bu negatif bir geribesleme türüdür. Kontrol ünitesinden çıkan sinyaller, bir komparatör yardımıyla motora verilir; motor ve iletim sistemi kızakla birlikte harekete geçer. Sezgi elemanı sürekli olarak kızağın gerçek konumunu ölçer ve komparatöre geri gönderir, burada gerçek değer ile istenilen konum karşılaştırılır. Farka göre motor yavaşlatılır ve ya hızlandırılır.
Açık kontrol devresinde motora verilen sinyaller, motora ve buna bağlı olan ilerleme sistemini harekete geçirir ve kızak istenilen konuma gelir. Burada hareketi kontrol eden bir sezgi elemanı yoktur. Kızağın tam olarak istenilen konuma gelmesi bu sistemde ancak step motor ile mümkündür
NC Sistemlerinin Avantajları
NC sisteminde insan faktörü azaltılarak hatalar minumum seviyeye indirilebilir. Bu sistemde bir oparatör bir kaç makineye bakabilir.
Klasik metotda bir adımdan diğer adıma geçerken bir duraklama yaşanır. Çünkü oparatör kesmenin doğru olup olmadığını anlamak için ölçüm yapmak zorundadır. Oparatörün yorulması ile üretim hızı düşer. NC sistemde böyle bir problem yoktur. Çünkü doğruluk her zaman numerik kontrolle sağlanır.
NC sisteminde yüksek doğrulukta parça üretilebilir. Karmaşık parçalar kolay ve doğru bir şekilde üretilebilir.
Tam bir esneklik Yüksek doğruluk Karmaşık parçaların imali Kısa üretim zamanı Yüksek verimlilik Programlama Elle manuel olarak yapılan G-kodu çıkarma APT gibi programlama dilleri Grafik etkileşime dayanan CAM Modele dayanan sayısal (digitizing) tekniği Diyalog sistemi gibi yöntemler Manuel veya APT kullanılarak yapılabilir. Programlama işlemi şu an kullanılan CAD/CAM sistemlerinde otomatik olarak gerçekleştirilir.
APT dili (Automatically Programmed Tools): Bir NC program elde etmek için bilgisayar dilinde yazılan ve bilgisayar tarafından işlenen talaş kaldırma işleminin bir ifadesidir. APT dili günümüzde kullanılan CAD/CAM sistemlerinin temelini oluşturmaktadır.
APT programı esasen CLDATA (CL=cutter location) denilen ve takım yolunu belirten genel bir çözüm verir. Bu çözüm postprosesör denilen bir işlemle, çeşitli kontrol sistemlerine sahip CNC tezgahlarına uygulanır.
APT programlama dili şu kısımlardan oluşur.
Program komutları Geometrik komutlar Teknolojik komutlar Takım hareket komutları Matematiksel komutlar Yardımcı komutlar Postprosesör komutları 600 kelimeden fazla kelime içerir. Bunlar kullanılarak parça tanımlanır. Bazıları şunlardır; POINT, PLANE, CIRCLE, CYLINDER, ELLIPS, HYPERB, CONE ve SPHERE.
Program satırları genel olarak komut kelimesi ve konum bilgilerini içerirler.
APT dilinde programlamanın üç dezavantajı vardır.
Programcı APT dilinin yapısını ve komutlarını öğrenmek zorundadır. Programcı mühendislik çizimlerini okuyabilmek ve parça geometrisini APT dili için tanımlamak zorundadır. Programcı programladığı takım yolunu kafasında canlandırmalıdır. Sistem Yapısı - Kontrol Tipleri CNC sistemleri PTP (Point to Point) ve CP (Continuous Path/Contouring Systems) olarak ikiye ayrılabilir.
Tipik bir PTP sistemi CNC delme makinasında görülebilir. Delme operasyonunda, makinanın tablası delinecek nokta tam olarak takımın altına gelene kadar hareket eder ve sonra delik delinir. Takım sayısal olarak tanımlanan noktaya hareket eder durur. Adım bittiğin noktaya haraket eder.
CP ve CNC makinalarda, eksen hareketi gerçekleştirilirken takım işleme devam eder (frezede olduğu gibi..). Tüm eksenlerin hareketi eş zamanlı ve farklı hızlarda hareket edebilir.
Adaptif Kontrol (Adaptive Control-AC)
Bazı CNC tezgahların donatıldığı AC sistemi; tezgahı belirli bir parametreye göre optimum şekilde çalıştırır. Ek bir kontrol sistemi olan AC sınırlayıcı ve optimal olmak üzere iki gruba ayrılır. Sınırlayıcı adaptive kontrol (AC Constrain -ACC) sisteminde, talaş kaldırma işlemini etkileyen bir faktör, belirlenen bir değerde sabit tutulmakta aynı anda diğer faktörler sınırlanmaktadır.
Sabit tutulan faktör: kesme kuvveti, motor gücü, yüzey kalitesi vb. olabilir. Bu değer sistem için reserans değerdir. Optimal Adaptif Kontrol (ACO) sisteminde maksimum verimlilik veya minumum işleme maliyeti gibi faktörere bağlı olarak belirlenen optimum kesme hızı, optimum takım ömrü veya aşınması gibi bir kriter tayin edilir ve tezgahın çalışması bu kitere göre gerçekleştirilir.
Metal kesme işlemleri için AC sistemi CNC�nin mantıksal bir uzantısıdır. CNC sistemlerinde takım ve iş parçası arasındaki mesafe kontrol edilir. Parça programcısı kesme hızı ve ilerleme hızını belirlemek zorundadır. Bu kesme parametrelerinin tanımlanması tecrübenin yanında iş parçası, takım malzemesi, makina özellikleri, soğutma etkileri gibi faktörlerin bilinmesine bağlıdır. Kesme parametrelerinin seçimi direk olarak ekonomiklik faktörünü, ürünün boyutsal doğruluğunu, yüzey düzgünlüğünü, takım aşınma oranını ve takımın kırılmasını etkiler. AC�da bu üretim ve ürün kalitesine bağlı faktörlerin işleme sırasında iyileştirilebilir. Bu işlem değişkenlerinin gerçek zamanlı olarak ölçülerek kontrol edilir 2. CAD/CAM Sisteminin Fonksiyonları
CAD/CAM teknolojisi tasarım ve imaltın daha büyük entegrasyonu yönünde gelişmektedir.
CAD, bilgisayar sistemlerinin primitifler kullanarak nesneler yaratma, tanımlama, analiz ve tasarımın optimizasyonu gibi işlerde kullanılmasıdır. Bu sistemeler yazılım ve donanım kısımlarından oluşur. Yazılım olarak, parçaların gerilme-uzama analizinin yapılabildiği programlar, mekanizmaların dinamik cevapları, ısı transferi hesapları ve NC parça programlama gibi örnekleri verilebilir.
CAM, bilgisayar sistemlerinin planlama, yönetme ve bir imalat işleminin kontrolünün direk veya endirek bilgisayar arayüzeyi kullanılarak yapılması gibi işlemlerde kullanılmasıdır.
Tasarım Analiz Çizim İşlem Planlama Parça Programlama Program Doğrulama Parça İşleme Muayene Tasarım: Tasarımcı kafasındaki fikirleri bir grafik ekranına yansıtabilir. Eş parçaların uygunluğu görülebilir. Parametrik tasarım gerçekleştirilebilir (Örneğin AutoLISP). Değişken parametreler girilerek istenilen tasarım parametrik olarak elde edilebilir.
Analiz olanakları: Üç boyutlu model küçük parçalara bölünüp sonlu elemanlar yöntemine (Finite Element Method-FEM) göre analizi yapılabilir.
FEM ile gerçek işlemede ortaya çıkan sıcaklık ve gerilme gibi faktörlerin simulasyonu gerşekleştirilebilir. Bunda amaç, daha kısa geliştirme süreleri ve düşük maliyettir. FEM ile ürün veya model üzerinde yapılması gerekli denemeler bilgisayar ortamına kaydırılmış olur. Bu maliyeti düşüren bir etkendir.
Kütle özellikleri: Otomatik olarak çevre uzunlukları, alan, ağırlık merkezi ve istenilen bir kesit için kütle atalet momentleri elde edilebilir.
Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM): FEM ile mekanik bileşen ve yapıların lineer statik, dinamik, ısı transferi ve potansiyel akış davranışları modellenip analiz edilebilir. FEM aynı zamanda fiziksel ve matematk problemleri de temsil eder ve belli yaklaşımlar dahilinde fakat kabül edilebilir çözümler sağlayan numerik metodlar kullanılır. FEM temel olarak üç safhadan oluşur.
1. Ön işlem: Model geometrisinin geliştirilmesi, fiziksel özellikler ve malzeme özelliklerinin belirlenmesi, yükler ve sınır şartlarının tanımlanması ve modelin kontrol edilmesi
2. Çözüm: Lineer statik, lineer dinamik, ısı transferi ve potansiyel akış analizinin yapıldığı kısım
3. Son işlem: Gerilim ve hasarın görülebildiği ve maksimum müsaade edilebilir hasar, malzeme statik ve yorulma mukavemetleri gibi sonuçların kritik değerlerle karşılaştırılabildiği safhadır.
Karmaşık parçalara bile uygulanabilir. Kullanım tecrübe gerektirmez. FEM sistemi şekillendirme uzmanlarının terminolojisine sahiptir.
Şekillendirmede malzeme akışını izleyebilmek için uygulanır. Parça üzerindeki gerilme ve genleşmelerin dağılımı hesaplanabilir. Malzeme akış hızları ve sıcaklık dağılımı elde edilebilir. Simulasyon ile daha sonradan çıkabilecek hatalara göre takım tasarımının yapılabilmesi. Plastik genleşmenin dağılımı ile bölgesel sertliklerin hesaplanabilmesi. Üretilen parçaya göre optimizasyon stratejisi geliştirilebilir. Çok kademeli işlemlerde kademe optimizasyonu yapılabilir.
Çizim: Tasarlanan parça primitifler kullanılarak grafik ekranda oluşturulabilir.
İşlem Planlama (Computer Aided Process Planning CAPP): Her parça ailesi için standart bir işlem planı yapılır. Bu plan bilgisayarda saklanır. Daha sonraki aynı aileye ait yeni parçalar için bu plan kullanılır.
Bazı yeni parçalar için düzeltme gerekebilir. Bu parçanın standartdan farklı olması durumunda yapılır.
Parça Programlama: Parça geometrisi tanımlanarak bir veri tabanı oluşturulur. Parça programı otomatik olarak oluşturulur.
Program Doğrulama: CNC tezgah sahiplerinin NC programlarının hazırlanmasından sonra üretime geçmeden önce daima zihinlerinde bir soru işareti kalır. �NC program gerçekten istenildiği gibi çalışacak mı?� Bu sorunun cevabını alamk için genelde yapılan işlem, deneme kesimi yapmaktır. Bu işlem şirket için yüksek maliyetlidir ve büyük zaman kaybıdır. Kesim zamanı, kesim maliyeti ve herhangi bir hatada hatanın giderilmesi kalıp üreicilerine masrafı çok fazladır. Bu deneme kesimine son verecek en iyi çözüm yapılmış NC programın bir simülasyonunun izlenmesidir. Çıkarılan parça programının işleme sokulmadan önce simulasyonunun izlenmesi yararlıdır. Muhtemel büyük hatalar bu şekilde önlenebilir.
Parçanın grafik gösterimi tel kafes, katı model veya gölgelendirilmiş imaj şeklinde olabilir. Genelde takım yolu simulasyonunda parçanın tel kafes gösterimi kullanılır.
Parça İşleme: CAD/CAM sistemleri oparatör için açıklamalar yönünden destekler. Bu bilgiler işleme ayarlarını (ilerleme ve hızlar) içerir. İleri bazı sistemlerde bu işlem grafik formatta yapılır.
Muayene: Karmaşık yüzeylere sahip parçaların muayenesinde kullanılır. Takımın aşınması geri beslemeli bir kontrol devresi ile gözlenebilir.
İşlemede CAD/CAM Kullanılmasının Yararları
Parçanın istenilen açıda grafik ekranda görülebilmesi. İstenilen boyutun çabukça elde edilmesi Analiz yapabilme imkanı Anlaşılabilir çizimlerin oluşturulabilmesi. Perspektif ve diğer görünümlerin kolay elde edilebilmesi. Farklı renklerin kullanılabilmesi NC parça programının yapılabilmesi Parça doğruluğun arttırılması 3. Otomotiv Sektöründe CAD/CAM Uygulaması
Otomobil üreticileri bilgisayar tabanlı sistemleri kullanarak ürün kalitesini arttırmak ve kısa geliştirme zamanları elde etmeyi umarlar.
Ürün Geliştirme Sistemleri:
Tasarım işi öncelikle fikir oluşturma (conseptualization) ile başlar ve ürün planlama ile devam eder. Bir otomobil temel üç bölümden meydana gelir. Bunlar; Motor bölümü, arka bagaj ve yolcu bölümü. Gövde resimleri model oluşturmada (prototip) kullanılır. Bu prototipler test edilir ve test sonuçları geribeslemeli olarak parça resimlerinde gerekli değişikliklere kadar gider.
Genelde TEST aşamasının daha düşük maliyette ve kısa zamanda yapılabilmesi için ANALİTİK MODEL üzerinde yapılacak ANALİZ ve SİMULASYON işlemleri daha büyük önem taşır.
Enjeksiyon Kalıbı Tasarımında CAD/CAM Uygulaması
Seri üretimi yapılacak bir termoplastik malzemenin kalıbı çok önemlidir. Ve tasarımının doğru olması gerekmektedir. CAD/CAM entegrasyonu ile bu işlem daha kolay ve ucuz bir şekilde yapılabilmektedir. Bütün işler üretilecek parçanın CAD resminin oluşturulması ile başlar. Değişik katı model oluşturma ve yüzey modelleme işlemleri ile parça tasarımı kolaylıkla yapılabilir.
Parça tasarlandıktan sonra üretimi için kalıp tasarımına geçmek gerekir. Ancak bu plastik enjeksiyon üretiminin başarılı olup olamayacağının başan bilinmesinde yarar vardır. Aksi halde imal edilecek pahalı kalıplar ve seçilecek plastik malzeme başarısız kalabilir. Bu nedenle parça tasarımı sonrası imalatın bir benzetimini (simulasyonunu) yapmak gerekebilecektir. Bu tür çalışmalar için geliştirilmişözel programlar vardır (C-Mold, MoldFlow). Programın kullanılması için parçanın üzerine bir ağ geçirmek (meshing) gerekir.
Aynı şekilde ve önceki şekillerde plastik malzemenin kalıp boşluğuna enjekte edileceği ve kullanıcı tarfından seçilen yer ise belirlenmiştir. Şimdi sıra plastik enjeksiyon işleminin benzetimine gelmiştir. Burada kalıp boluğuna zamana bağlı olarak erimiş plastik malzemenin nasıl dolduğunu görmemiz yararlı olacaktır.
Benzetim çalışması ile kalıbın tamamen doldurulup doldurulamayacağı kontrol edilmiş olur. Bunun yanında kalıp dolduğunda parça üzerindeki sıcaklık dağılımını da görebilmeleri yaralı olmaktadır. İmalat hızının yüksek olması parçanın kısa zamanda kalıptan çıkarılması gibi faktörler bunu gerektirir. Plastik enjeksiyon işleminde sıvı ve sıcak olan plastiğin kalıp boşluğunun her tarafını doldurması istenir. Yani parçanın tam olarak elde edilemesi gerekir. Bunun için enjeksiyon basıncının iyi ayarlanması gerekir. Kalıp tasarımcılarının bu nedenle basınıç dağılımını da incemeleri gerekebilir. Bunuda programdan elde edebilirler.
Tasarımcı tüm bu bilgileri kullanarak homojen bir dağılım sağlayabilir. Gerekli hallerde enjeksiyon noktası birden fazla verilebilir, kalıbı soğutma/ısıtma yöntemleri düzenlenebilir, yolluklar uygun şekilde tasarlanabilir.
Dövme ve Sıcak Ekstrüzyonda CAD/CAM Uygulamaları
Klasik dövme kalıbı tasarımında deneysel çalışmalar, tecrübe gibi faktörler öne çıkar. Son gelişmelerle bilgisayar destekli metodlar kullanılarak dövme yükü ve gerilmenin tahmini, ön şekillendirilmiş kalıpların tasarımı, kalıpların CNC tezgahlarda imali gibi konularda etkinlik sağlanmıştır.
Tasarım ve ekstrüzyon kalıplarının imalat maliyetlerini düşürmek için bilgisayar destekli sistemler geçilmiştir. Elde edilmek istenilen noktalar şunlardır: Kalıp tasarımı işlemini bilimsel temellere oturtmak yüksek verimlilik, optimum malzeme dayanımı ve maksimum verimlilik için optimum kalıp tasarımı, imalat aşamasının kısaltılması ve NC işleme teknikleri ile kalıp maliyetini düşürmek.

Ark Kaynağı Yöntemleri
Örtülü Elektrod Ark Kaynağı
Örtülü elektrod ark kaynağı, kaynak için gerekli ısının, örtü kaplı tükenen bir elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı, elle yapılan bir ark kaynak yöntemdir. Elektrodun ucu, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden örtü maddesinin yanması ve ayrışması ile oluşan gazlar tarafından korunur. Ergimiş örtü maddesinin oluşturduğu cüruf kaynak banyosundaki ergimiş kaynak metali için ek bir koruma sağlar. İlave metal (dolgu metali), tükenen elektrodun çekirdek telinden ve bazı elektrodlarda da elektrod örtüsündeki metal tozları tarafından sağlanır.
Örtülü elektrod ark kaynağı sahip olduğu avantajları nedeniyle metallerin birleştirilmesinde en çok kullanılan kaynak yöntemidir.
Avantajları:
Örtülü elektrod ark kaynağı açık ve kapalı alanlarda uygulanabilir.
Elektrod ile ulaşılabilen her noktada ve pozisyonda kaynak yapmak mümkündür.
Diğer kaynak yöntemleri ile ulaşılamayan dar ve sınırlı alanlarda kaynak yapmak mümkündür.
Kaynak makinesinin güç kaynağı uçları uzatılabildiği için uzak mesafedeki bağlantılarda kaynak yapılabilir.
Kaynak ekipmanları hafif ve taşınabilir.
Pek çok malzemenin kimyasal ve mekanik özelliklerini karşılayacak örtülü elektrod türü mevcuttur. Bu nedenle kaynaklı birleştirmeler de ana malzemenin sahip olduğu özelliklere sahip olabilir.
Dezavantajları:
Örtülü elektrod ark kaynağının metal yığma hızı ve verimliliği pek çok ark kaynak yönteminden düşüktür. Elektrodlar belli boylarda kesik çubuklar şeklindedir, bu nedenle her elektrod tükendiğinde kaynağı durdurmak gerekir.
Her kaynak pasosu sonrasında kaynak metali üzerinde oluşan cürufu temizlemek gerekir.
Gazaltı Kaynağı:
Gazaltı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen bir elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemdir. Kaynak bölgesine sürekli şekilde beslenen (sürülen), masif haldeki tel elektrod ergiyerek tükendikçe kaynak metalini oluşturur. Elektrod, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden kaynak torcundan gelen gaz veya karışım gazlar tarafından korunur. Gaz, kaynak bölgesini tam olarak koruyabilmelidir, aksi taktirde çok küçük bir hava girişi dahi kaynak metalinde hataya neden olur.
Avantajları:
Gazaltı kaynağı örtülü elektrod ark kaynağına göre daha hızlı bir kaynak yöntemidir. Çünkü;
Tel şeklindeki kaynak elektrodu kaynak bölgesine sürekli beslendiği için kaynakçı örtülü elektrod ark kaynak yönteminde olduğu gibi tükenen elektrodu değiştirmek için kaynağı durdurmak zorunda değildir.
Cüruf oluşmadığı için örtülü elektrodlardaki gibi her paso sonrası cüruf temizliği işlemi yoktur ve kaynak metalinde cüruf kalıntısı oluşma riski olmadığından, daha kaliteli kaynaklar elde edilir.
Örtülü elektrod ark kaynağına göre daha düşük çaplı elektrodlar kullanıldığından, aynı akım aralığında yüksek akım yoğunluğuna ve yüksek metal yığma hızına sahiptir.
Gazaltı kaynağı ile elde edilen kaynak metali düşük hidrojen miktarına sahiptir, bu özellikle sertleşme özelliğine sahip çeliklerde önemlidir.
Gazaltı kaynağında derin nüfuziyet sağlanabildiği için bazen küçük köşe kaynakları yapmaya izin verir ve örtülü elektrod ark kaynağına göre daha düzgün bir kök penetrasyonu sağlar.
İnce malzemeler çoğunlukla TIG kaynak yöntemi ile ilave metal kullanarak veya kullanmadan birleştirilse de, gazaltı kaynağı ince malzemelerin kaynağına örtülü elektrod ark kaynağından daha iyi sonuç verir.
Hem yarı otomatik hem de tam otomatik kaynak sistemlerinde kullanıma çok uygundur.
Dezavantajları:
Gazaltı kaynak ekipmanları, örtülü elektrod ark kaynağı ekipmanlarına göre daha karmaşık, daha pahalı ve taşınması daha zordur.
Gazaltı kaynak torcu iş parçasına yakın olması gerektiği için örtülü elektrod ark kaynağı gibi ulaşılması zor alanlarda kaynak yapmak kolay değildir.
Sertleşme özelliği olan çeliklerde gazaltı kaynağı ile yapılan kaynak birleştirmeleri çatlamaya daha eğilimlidir çünkü, örtülü elektrod ark kaynağında olduğu gibi kaynak metalininin soğuma hızını düşüren bir cüruf tabakası yoktur.
Gazaltı kaynağı, gaz korumasını kaynak bölgesinden uzaklaştırabilecek hava akımlarına karşı ek bir koruma gerektirir. Bu nedenle, örtülü elektrod ark kaynağına göre açık alanlarda kaynak yapmaya uygun değildir.
Özlü Telle Ark Kaynağı:
Özlü telle ark kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen bir özlü tel elektrod ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemdir. Ark ve kaynak bölgesini koruma işlevi özlü tel içindeki öz maddesinin yanması ve ayrışması sonucunda oluşan gazlar tarafından veya gazaltı kaynağındaki gibi dıştan beslenen bir koruyucu gaz tarafından gerçekleştirilir. Kendinden korumalı olan (açık-ark özlü kaynak telleri) kaynak işlemini ise daha çok örtülü elektrod kaynak yöntemindeki gaz korumasına benzer. Örtülü elektrodların üzerindeki örtü maddesi elektrodların düz çubuklar olarak üretilmesine ve boy kısıtlamasına neden olur. Özlü tellerde ise bu örtü maddesi boru şeklindeki tel elektrodun içinde olduğu için makaralara sarılı tel şeklinde üretilir ve sürekli kaynak bölgesine beslenebilir.
Bu kaynak yöntemi, hem yarı otomatik hem de otomatik kaynak sistemlerinde uygulanabilir.
Özlü telle ark kaynağının dezavantajı, kaynak dikişi üzerinde örtülü elektrod ark kaynağında olduğu gibi ama biraz daha ince bir cüruf tabakasının oluşmasıdır. Fakat, şu an cüruf temizliğine ihtiyaç olmayan veya cüruf oluşturmayan pek çok özlü tel elektrod türü üretilmektedir.
Tıg Kaynağı:
TIG kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenmeyen bir elektrod (tungsten elektrod) ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemdir. Elektrod, kaynak banyosu, ark ve iş parçasının kaynağa yakın bölgeleri, atmosferin zararlı etkilerinden kaynak torcundan gelen gaz veya karışım gazlar tarafından korunur. Gaz, kaynak bölgesini tam olarak koruyabilmelidir, aksi taktirde çok küçük bir hava girişi dahi kaynak metalinde hataya neden olur.
Avantajları:
TIG kaynağı, sürekli bir kaynak dikişi yapmak, aralıklarla kaynak yapmak ve punto kaynağı yapmak için hem elle, hem de otomatik kaynak sistemleri ile uygulanabilir.
Elektrod tükenmediği için ana metalin ergitilmesiyle veya ilave bir kaynak metali kullanarak kaynak yapılır.
Her pozisyonda kaynak yapılabilir ve özellikle ince malzemelerin kaynağına çok uygundur.
Kök paso kaynaklarında yüksek nüfuziyetli ve gözeneksiz kaynaklar verir.
Isı girdisi kaynak bölgesine konsantre olduğu için iş parçasında deformasyon düşük olur.
Düzgün kaynak dikişi verir ve kaynak dikişini temizlemeye gerek yoktur.
Dezavantajları:
TIG kaynağının metal yığma hızı diğer ark kaynak yöntemlerine göre düşüktür.
Kalın kesitli malzemelerin kaynağında ekonomik bir yöntem değildir.
Tozaltı Kaynağı:
Tozaltı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, tükenen elektrod (veya elektrodlar) ile iş parçası arasında oluşan ark (veya arklar) sayesinde ortaya çıktığı bir ark kaynak yöntemidir. Ark bölgesi kaynak tozu tabakası ile, kaynak metali ve kaynağa yakın ana metal de ergiyen kaynak tozu (cüruf) ve kaynak dikişi tar afından korunur. Tozaltı kaynağında elektrik arktan ve ergimiş metal ile ergimiş cüruftan oluşan kaynak banyosundan geçer. Ark ısısı elektrodu, kaynak tozunu ve ana metali ergiterek kaynak ağzını dolduran kaynak banyosunu oluşturur. Koruyucu görevi yapan kaynak tozu ayrıca kaynak banyosu ile reaksiyona girerek kaynak metalini deokside eder. Alaşımlı çelikleri kaynak yaparken kullanılan kaynak tozlarında, kaynak metalinin kimyasal kompozisyonunu dengeleyen alaşım elementleri bulunabilir. Tozaltı kaynağı otomatik bir kaynak yöntemidir. Bazı tozaltı kaynak uygulamalarında iki veya daha fazla elektrod aynı anda kaynak ağzına sürülebilir. Elektrodlar yan yana (twin arc) kaynak banyosuna sürülebilir veya kaynak banyolarının birbirinden bağımsız katılaşmasını sağlayacak kadar uzaklıkta, arka arkaya sürülerek yüksek kaynak hızı ve yüksek metal yığma hızına ulaşılabilir.
Avantajları:
Düz ve silindirik parçaların kaynağında, her kalınlık ve boyuttaki boruların kaynaklarında ve sert dolgu kaynaklarında kullanılabilen yüksek kaynak hızına ve yüksek metal yığma hızına sahip bir yöntemdir.
Hatasız ve yüksek mekanik dayanımlı kaynak dikişleri verir.
Kaynak esnasında sıçrama olmaz ve ark ısınları görünmez bu nedenle kaynak operatörü için gereken koruma daha azdır.
Diğer yöntemlere göre kaynak ağzı açılarını kaynak yapmak mümkündür.
Tozaltı kaynağı kapalı ve açık alanlarda uygulanabilir.
Dezavantajları:
Tozaltı kaynak tozları havadan nem almaya eğilimlidir, bu da kaynakta gözeneğe neden olur.
Yüksek kalitede kaynaklar elde edebilmek için ana metal düz, düzgün olmalı, ana metal yüzeyinde yağ, pas ve diğer kirlilikler olmamalıdır.
Cüruf kaynak dikişi üzerinden temizlenmelidir, bu bazı uygulamalarda zor bir işlem olabilir. Çok pasolu kaynaklarda, kaynak dikişine cürüf kalıntısı olmaması için cüruf her paso sonrası temizlenmelidir.
Tozaltı kaynağı 5 mm�den ince malzemelerde yanma yapabileceği için genellikle uygun değildir.
Yöntem özel bazı uygulamalar hariç, düz, yatay pozisyondaki alın kaynakları ve köşe kaynakları için uygundur.
Her metal ve alaşım için uygulanabilen bir yöntem değildir

Kaynak :Makine dergisi sayı 7