mactera Birleştirme Teknolojileri Umut Onur Şahin: Direnç Kaynak Makinesi Yatırımlarında Dikkat Edilmesi Gereken Unsurlar

Direnç Kaynak Makinesi Yatırımlarında Dikkat Edilmesi Gereken Unsurlar

Gelişen ve değişen malzeme teknolojileri kaynak makinesi ihtiyacını da değiştirmektedir. Direnç kaynağıyla birleştirilecek malzemelerin ısıl ve elektriksel iletkenliği, sertlik ve mukavemet dayanımı gibi farklılık gösteren özellikleri farklı tiplerdeki direnç kaynak makinelerinin kullanımı zorunlu hale getirmektedir.

AC, MFDC, DC, Kondansatör Deşarj ve Diğerleri, Ama Hangisi?

Direnç kaynağı teorisinde akım, zaman ve baskı kuvveti olmak üzere temel üç parametre olsa da özellikle kaynak ünitesi ve trafosunun kaynak akımını oluşturma şekli 50Hz AC, 50Hz DC, 1000Hz ve üzeri MFDC ya da Kondansatör Deşarj gibi makine tiplerine göre farklılık göstermektedir. Bu çeşitliliklerin birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları, güçlü ve zayıf yönleri vardır. Örneğin somun projeksiyonu kaynağında 50Hz AC, makine kol boyu ve kol açıklığının 600mm gibi uzun olduğu durumlarda 1000Hz MFDC, farklı metallerin birbirine kaynatılması gerektiği durumlarda Kondansatör Deşarj Kaynağı daha başarılı sonuçlar vermektedir (Şekil1).

Şekil 1. AC ve MFDC makine ile kaynaklanmış farklı kaynak somun bağlantıları için sac malzeme mukavemetlerinin karşılaştırılması
Kaynak: Tolf, Erik (2015). Challenges in Resistance Welding of Ultra High Strength Steels

Trafonun yüzde oranı neyi ifade etmektedir?

%50’de çalışan bir trafo denilince akla ilk gelen trafonun verebileceği en yüksek akımın yarısı kadar bir akımla çalıştığı şeklindedir. Ancak yüzde olarak ifade edilen iki farklı farklı değer vardır. Birincisi trafonun çalışma anındaki akım değerinin trafonun verebileceği en yüksek akım değerinin oranıdır. Yani bu değer, %60 kapasite olarak ifade edildiğinde, makinedeki trafo verebileceği en yüksek akımın %60’ı kadarıyla çalıştığı anlamına gelmektedir. Diğer bir kavram ise %Duty, yani doluluk oranıdır. Genellikle trafoların güç değerleri stabil sıcaklıktaki çalışma koşulları %50Dt (doluluk oranına) göre adlandırılır. %50Dt kavramı bir trafonun belirli bir zaman aralığının yarısında çalışıp yarısında çalışmadığı şeklinde ifade edilebilir. Örnekle anlatmak gerekirse trafonun, %50 doluluk oranında çalışması 100ms sürede kaynak akımı verip 100ms boşta zaman geçirmesi anlamına gelmektedir. Yani bir trafo, %50 doluluk oranında ama %60 kapasitede çalışabilir.

AC makinedeki trafo gücü MFDC makinelerin de karşılığı mıdır?

Sanayimizde alışılagelmiş makine güçleri hala bilinen 120kVA, 180kVA gibi 50Hz AC makine güçleriyle tanımlanmaktadır. Bununla birlikte aynı güçteki trafoyu içeren 1000Hz ve üzeri MFDC bir makinenin gücünün AC’deki benzer güce karşılık geleceği beklentisi yaygındır. Ancak MFDC trafoların verebileceği maksimum akım gücünü trafo üzerinde bulunan diyotlar belirler. Bu yüzden MFDC trafolar seçilirken mutlaka akım-zaman karakteristiklerine bakarak karar verilmelidir. Şekil2’de etiket güç değeri aynı ama diyot sayıları farklı iki trafonun verebileceği akım değer grafikleri gösterilmektedir. 2  diyotlu bir 180kVA trafo, %10 doluluk oranında 15ms’de en fazla 35kA akım verebiliyorken 4 diyotlu bir 180kVA trafo 55kA verebilmektedir.

Şekil 2. 180kVA 2 diyotlu ve 180kVA 4 diyotlu MFDC trafo akım-zaman eğrileri
Kaynak: Safco Srl.

MFDC makine yatırımında trafo gücü makine karakteristiğini karşılamak için yeterli midir?

Yukarıdaki açıklamalara göre ihtiyacınız olan kaynak akımını verebilecek bir trafonun seçilmesi makinenizin de o akımı verebileceği anlamına gelmemektedir. 1000Hz ve üzeri bir frekans, 50Hz olan şebeke gerilimini yükselten inverterlerle sağlanmaktadır. Üretim adetinizin belirleyici olduğu belirli aralıklarda yapacağınız kaynak sayısı ve kaynak parametrelerini karşılayacak uygun inverterin de trafonuza eşlik etmesi gerekmektedir. Dolayısıyla MFDC makine seçiminde trafo-inverter ikilisinin doğru seçilmesi uygun çevrim zamanında güvenilir kaynak açısından çok büyük önem arz etmektedir. Bu yüzden trafo ve inverter seçimi yapılırken bir önceki başlıkta açıklanan doluluk oranı ile trafo ve inverter eğrileri mutlaka dikkate alınmalıdır.

Kaynak kontrol ünitesi ve trafo dışında diğer bileşenler ne kadar önemlidir?

İşe uygun, güvenilir ve stabil çalışan bir trafo ve kaynak kontrol ünitesi her ne kadar çok önemli olsa da kaynak makinesi üzerindeki diğer bileşenlerin de kaynak kalitesine etkisi göz ardı edilemeyecek kadar önemlidir. Akım ve zamanın kontrolü garanti edildikten sonra diğer bir önemli parametre olan baskı kuvvetinin kontrolü ve kararlılığıdır. Düşük zaman aralıklarında kararlı ve sağlam çalışacak bir kaynak silindiri, bu silindiri besleyecek olan havanın şartlandırılması, pnömatik valflerin geçirgenliği ve kullanılan rekor ve hortumların çaplarına kadar tüm bileşenler bir bütünsellik içerisinde olmalıdır. Yine makine gövdesinin ve kollarının rijitliği de kaynak anında elektrotların esnememesi açısından kaynak kalitesinde son derece etkilidir.

Soğutma suyunun trafo, tristör, iletken bakırlar ve elektrotlara ayrıştırılarak ısı transferinin en yüksek olacağı şekilde dağıtılması, trafonun verebileceği en yüksek akıma uygun iletken bakır kesitlerinin sağlanması ve yüksek iletkenlikte ve uygun dayanımda bakır malzemenin kullanılması da bir o kadar önemlidir.

Birinci önceliğimizin kaynak makinesinin seri üretim koşullarında güvenilir ve stabil kaynak yapmasının sağlanması olmalıdır. Bu sağlandıktan sonra kaynak makinesine proses esnasında oluşacak hataları önleyecek ekipmanların ihtiyaca uygun olarak eklenmesi gerekmektedir. Bu ekipmanlar, somun ya da cıvatanın doğruluğu (M6 ya da M8 gibi) ve uygun pozisyonda (düz, ters, yükseklik vb.) kaynak yapıldığını garanti eden akıllı elektrotlar, parça, kasa, elektrot bileme ve değişim sayıcıları, izlenebilirlik için veri kaydı vb. gibi donanımlar olmalıdır.

Şekil 3. Punta projeksiyon kaynak makinesi bileşenleri

Umut Onur Şahin

mactera Birleştirme Teknolojileri