Dövme kaynağı - Forge welding
Demir kaynağı (Fow) bir katı-hal olup kaynak iki parçaları katılır işlem metal daha sonra yüksek bir sıcaklığa ısıtmak ve tarafından çekiç birbirine. Aynı zamanda, metallerin presler veya diğer yollarla birlikte ısıtılması ve zorlanması , kaynak yüzeylerinde plastik deformasyona neden olmak için yeterli basınç oluşturmayı da içerebilir . İşlem, metalleri birleştirmenin en basit yöntemlerinden biridir ve eski zamanlardan beri kullanılmaktadır. Dövme kaynağı çok yönlüdür, bir dizi benzer ve farklı metali birleştirebilir. Sanayi Devrimi sırasında elektrik ve gaz kaynak yöntemlerinin icadıyla, otomatik dövme kaynak yaygın bir üretim süreci olmasına rağmen, manuel dövme kaynağı büyük ölçüde değiştirildi.
Giriş
Forge kaynağı, metalleri belirli bir eşiğin ötesinde ısıtarak ve kaynak yüzeylerinin deformasyonuna neden olacak yeterli basınçla birlikte zorlayarak metallerin atomları arasında metalik bir bağ oluşturarak birleştirme işlemidir . Gerekli basınç , alaşımın sıcaklığına, gücüne ve sertliğine bağlı olarak değişir . Dövme kaynağı, en eski kaynak tekniğidir ve eski çağlardan beri kullanılmaktadır.
Kaynak işlemleri genellikle iki kategoriye ayrılabilir: füzyon ve difüzyon kaynağı. Füzyon kaynağı, kaynak arayüzlerinde metallerin bölgesel olarak eritilmesini içerir ve elektrik veya gaz kaynağı tekniklerinde yaygındır. Bu , ısı kaynaktan termal olarak uzaklaşmadan önce lokal erimeye neden olmak için metalin erime noktasından çok daha yüksek sıcaklıklar gerektirir ve yüksek yüzey gerilimi nedeniyle kaynağın ayrılmasını önlemek için sıklıkla bir dolgu metali kullanılır . Difüzyon kaynağı, metallerin eritilmeden birleştirilmesi, katı haldeyken yüzeylerin birbirine kaynak yapılmasıdır.
Difüzyon kaynağında, ısı kaynağı genellikle metalin erime noktasından daha düşüktür ve daha eşit ısı dağılımına izin verir ve böylece kaynaktaki termal gerilmeleri azaltır . Bu yöntemde tipik olarak bir dolgu metali kullanılmaz, ancak kaynak doğrudan kaynak arayüzünde metaller arasında gerçekleşir. Bu, soğuk kaynak, patlamalı kaynak ve dövme kaynağı gibi yöntemleri içerir. Diğer difüzyon yöntemlerinden farklı olarak, dövme kaynağında metaller bir araya getirilmeden önce yüksek bir sıcaklığa ısıtılır ve bu da genellikle kaynak yüzeylerinde daha fazla plastisite ile sonuçlanır . Bu genellikle dövme kaynağını, genellikle bakır veya alüminyum gibi yumuşak metaller üzerinde gerçekleştirilen soğuk difüzyon tekniklerinden daha çok yönlü hale getirir.
Dövme kaynağında, tüm kaynak alanları eşit olarak ısıtılır. Dövme kaynağı, çelik ve titanyum gibi çok daha geniş bir yelpazede daha sert metaller ve alaşımlar için kullanılabilir.
Tarih
Metalleri birleştirme tarihi, farklı sertlikteki bronzların genellikle döküm yoluyla birleştirildiği Bronz Çağı'na kadar uzanmaktadır . Bu yöntem, katı bir parçayı bir kalıpta bulunan erimiş bir metale yerleştirmekten ve bir kılıcın bıçağı gibi her iki metali de bir tutamağa veya bir ok ucunun ucunun ucuna fiilen eritmeden katılaşmasına izin vermekten ibaretti. Bronz Çağı'nda lehimleme ve lehimleme de yaygındı.
Kaynak işlemi (difüzyon yoluyla iki katı parçayı birleştirmek) demirle başladı. Birinci kaynak işlemi insan öğrendik zaman başlayan Demir kaynağı, olarak kokusu demir , demir cevheri , büyük olasılıkla Anadolu'da (Türkiye) MÖ 1800 civarında. Böylece Eski insanlar, sıcaklık derecelerinde tam demir eritmek için yeterince yüksek oluşturulamadı bloomery demir eritme için kullanılmıştır işlemi demir tanelerin bir yumru (çubuk) imal sinterlenmiş küçük miktarları ile birlikte cüruf ve diğer yabancı maddeler olarak ifade edilen gözenekli demirin nedeniyle onun porozite .
Ergitme işleminden sonra sünger demirin kaynak sıcaklığının üzerinde ısıtılması ve dövülmesi veya "işlenmesi" gerekir. Bu, hava ceplerini ve eriyen cürufu sıkıştırarak demir taneciklerini katı bir blok (kütük) oluşturmak için yakın temasa getirdi.
Arkeologlar, dövme demirden yapılmış, MÖ 1000'den öncesine tarihlenen dövme kaynağının kanıtlarını gösteren birçok parça bulundu. Demir tipik olarak küçük miktarlarda yapıldığından, Delhi Sütunu gibi herhangi bir büyük nesnenin daha küçük kütüklerden kaynaklanması gerekiyordu.
Forge kaynağı, bir deneme-yanılma yönteminden büyüdü ve yüzyıllar boyunca daha rafine hale geldi. Eski metallerin kalitesizliği nedeniyle, kompozit çeliklerin yapımında, deformasyona direnen ancak kolayca kırılan, kırılmaya direnen ancak çok kolay bükülen ve bir nesne oluşturan düşük karbonlu çelikler ile yüksek karbonlu çelikleri birleştirerek yaygın olarak kullanılmıştır. tek bir alaşımla üretilebilecek olandan daha fazla tokluk ve güçle . Bu desen kaynağı yöntemi ilk olarak MÖ 700 civarında ortaya çıktı ve öncelikle kılıç gibi silahlar yapmak için kullanıldı; en çok bilinen örnekler Damascene , Japanese ve Merovingian'dır . Bu işlem, çelik kenarlı dövme demir pulluklardan çelik kesme yüzeyli demir keskilere kadar alet üretiminde de yaygındı .
Malzemeler
Çoğu metal hem yüksek hem de düşük karbonlu çelikler olmak üzere dövme olarak kaynaklanabilir . Demir ve hatta bazı hipoötektik dökme demirler dövme kaynaklı olabilir. Bazı alüminyum alaşımları dövme olarak da yapılabilir. Bakır , bronz ve pirinç gibi metaller kolaylıkla dövme yapmaz. Bakır esaslı alaşımları kaynaklamak mümkün olsa da, bakırın ısıtma sırasında oksijeni emme eğilimi nedeniyle genellikle büyük zorluklarla karşılaşılır. Bakır ve alaşımları genellikle soğuk kaynak , patlamalı kaynak veya diğer basınçlı kaynak teknikleriyle daha iyi birleştirilir . Demir veya çelik söz konusu olduğunda, küçük miktarlarda bakırın varlığı bile alaşımın kaynak yapma kabiliyetini ciddi şekilde azaltır.
Titanyum alaşımları genellikle dövme kaynaklıdır. Titanyumun eritildiğinde oksijeni emme eğilimi nedeniyle, bir dövme kaynağın katı haldeki difüzyon bağı, genellikle metalin sıvılaştırıldığı bir eritme kaynağından daha güçlüdür.
Benzer malzemeler arasındaki dövme kaynağı, katı hal difüzyonundan kaynaklanır. Bu, herhangi bir dolgu veya köprüleme malzemesi olmaksızın sadece kaynaklı malzemelerden oluşan bir kaynakla sonuçlanır. Farklı malzemeler arasındaki dövme kaynağı , malzemeler arasında daha düşük bir erime sıcaklığı ötektik oluşumundan kaynaklanır . Bu nedenle kaynak genellikle tek tek metallerden daha güçlüdür.
Süreçler
En bilinen ve en eski dövme kaynak işlemi, elle çekiçleme yöntemidir. Manuel çekiçleme, metalin uygun sıcaklığa kadar ısıtılması, akı ile kaplanması, kaynak yüzeylerinin üst üste binmesi ve ardından bir elle tutulan çekiçle tekrar tekrar ek yerine vurulmasıyla yapılır . Bağlantı genellikle , yüzeylere hafifçe eğim vererek veya yuvarlatarak akının dışarı akmasına izin verecek şekilde oluşturulur ve akıyı dışarı doğru sıkıştırmak için art arda dışa doğru dövülür. Çekiç darbeleri tipik olarak şekillendirme için kullanılanlar kadar sert değildir, bu da akının ilk vuruşta eklemden dışarı fırlamasını önler.
Tüm mekanik kırıcılar geliştirilmiştir, dövme kaynak metal ısıtılması ve daha sonra mekanik çekiç ve örs arasına yerleştirilerek gerçekleştirilebilir. Başlangıçta su çarkları ile çalışan modern mekanik çekiçler, basınçlı hava, elektrik, buhar, gaz motorları ve diğer birçok yolla da çalıştırılabilir. Diğer bir yöntem, bir kalıpla dövme kaynağıdır , oysa metal parçaları ısıtılır ve daha sonra hem kaynak için basınç sağlayan hem de eklemi bitmiş şekilde tutan bir kalıba zorlanır. Rulo kaynağı, ısıtılmış metallerin üst üste bindirildiği ve kaynağı oluşturmak için yüksek basınçlarda silindirlerden geçirildiği başka bir dövme kaynak işlemidir.
Modern dövme kaynağı, çeşitli alaşımlardan çeşitli ürünler üretmek için bilgisayarlar, makineler ve sofistike hidrolik presler kullanılarak genellikle otomatikleştirilir . Örneğin, çelik borular genellikle imalat sürecinde dövme kaynaklıdır. Yassı malzeme ısıtılır ve hem çeliği bir boru haline getiren hem de aynı zamanda kenarları sürekli bir dikişe kaynaklamak için basınç sağlayan özel olarak şekillendirilmiş silindirlerden beslenir.
Difüzyon bağlama , havacılık endüstrisinde titanyum alaşımlarının dövme kaynağı için yaygın bir yöntemdir. Bu işlemde metal bir pres veya kalıp içindeyken ısıtılır. Alaşıma bağlı olarak değişen belirli bir kritik sıcaklığın ötesinde, safsızlıklar yanar ve yüzeyler birbirine zorlanır.
Diğer yöntemler arasında flaş kaynağı ve perküsyon kaynağı bulunur . Bunlar, pres veya kalıbın elektriklendirildiği, kaynak için ısı oluşturmak için alaşımdan yüksek akım geçirdiği dirençli dövme kaynağı teknikleridir. Korumalı aktif gaz dövme kaynağı, oksijenle reaktif bir ortamda, hidrojen gazı ve indüksiyonla ısıtma kullanarak oksitleri yakmak için bir dövme kaynağı işlemidir .
Sıcaklık
Kaynak yapmak için gereken sıcaklık tipik olarak erime sıcaklığının yüzde 50 ila 90'ıdır. Demir , allotropunun gama demirinden (yüz merkezli kübik) delta demire (vücut merkezli kübik) değiştiği kritik sıcaklığı (A 4 sıcaklığı) aştığında kaynak yapılabilir . Kritik sıcaklıklar, karbon gibi alaşım maddelerinden etkilendiğinden, çelik demirden daha düşük bir sıcaklık aralığında kaynak yapar. Çelikteki karbon içeriği arttıkça, kaynak sıcaklığı aralığı doğrusal bir şekilde azalır.
Demir, farklı çelikler ve hatta dökme demir , karbon içeriklerinin kaynak aralıklarının üst üste binmesine yetecek kadar yakın olması koşuluyla birbirine kaynaklanabilir. Saf demir, neredeyse beyaz sıcakken kaynaklanabilir; 2.500 ° F (1.400 ° C) ile 2.700 ° F (1.500 ° C) arasında. % 2,0 karbon içeriğine sahip çelik, turuncu-sarı renkte 1,700 ° F (900 ° C) ile 2.000 ° F (1,100 ° C) arasında kaynak yapılabilir. % 0,2 ile% 0,8 arasında karbon içeren ortak çelik, tipik olarak parlak sarı bir ısıda kaynaklanır.
Dövme kaynağı için birincil gereklilik, her iki kaynak yüzeyinin de aynı sıcaklığa ısıtılması ve çok fazla soğumadan kaynak yapılması gerektiğidir. Çelik uygun sıcaklığa ulaştığında çok kolay kaynak yapmaya başlar, bu nedenle aynı sıcaklığa kadar ısıtılmış ince bir çubuk veya çivi ilk temasta yapışma eğilimi göstererek bükülmesini veya bükülmesini gerektirir. Demir veya çeliğin yeterince sıcak olup olmadığını anlamanın en basit yollarından biri, ona bir mıknatıs yapıştırmaktır. Demir bir geçtiğinde 2 kritik sıcaklığı, bu Allotrop adı gama demir haline değişiklik başlar. Bu olduğunda, çelik veya demir manyetik olmayan hale gelir.
Çelikte, karbon bir gama demir ile karıştırmak başlar 3 bir şekillendirme, sıcaklık katı çözelti olarak adlandırılan ostenit . A 4 kritik sıcaklığını geçtiğinde manyetik olan delta demire dönüşür. Bu nedenle demirci, metalle temas edecek bir mıknatıs yerleştirerek kaynak sıcaklığına ne zaman ulaşıldığını anlayabilir. Kırmızı veya turuncu-sıcakken, bir mıknatıs metale yapışmaz, ancak kaynak sıcaklığı geçildiğinde mıknatıs tekrar ona yapışır. Çelik, kaynak sıcaklığında parlak veya ıslak bir görünüm alabilir. Metalin hızlı oksidasyondan (yanma) kıvılcım çıkardığı noktaya kadar aşırı ısınmasını önlemek için özen gösterilmelidir , aksi takdirde kaynak zayıf ve kırılgan olacaktır.
Dekarbürizasyon
Çelik, bir ostenitleme sıcaklığına ısıtıldığında , karbon demir içinde dağılmaya başlar. Sıcaklık ne kadar yüksekse; difüzyon hızı o kadar yüksek olur. Bu kadar yüksek sıcaklıklarda, karbon, karbon dioksit oluşturmak için oksijenle kolayca birleşir , böylece karbon, çelikten ve çevredeki havaya kolayca yayılabilir. Demircilik işinin sonunda çelik, ısıtmadan öncekine göre daha düşük karbon içeriğine sahip olacaktır. Bu nedenle, demircilik işlemlerinin çoğu, dekarbürizasyonu azaltmak ve çeliğin çok yumuşak hale gelmesini önlemek için olabildiğince çabuk yapılır.
Bitmiş üründe doğru miktarda sertlik üretmek için, demirci genellikle istenenden daha yüksek karbon içeriğine sahip çelikle başlar. Eski zamanlarda, dövme genellikle normal kullanım için çok yüksek karbon içeriğine sahip çelikle başlardı. En eski dövme kaynağı , bazen% 1.0'ın çok üzerinde bir karbon içeriği içeren hipereutektoid çelikle başladı . Hipereutektoid çelikler tipik olarak bitmiş bir üründe yararlı olamayacak kadar kırılgandır, ancak dövme işleminin sonunda çelik tipik olarak% 0.8 (ötektoid alet çeliği) ila% 0.5 (hipoötektoid yay çeliği) arasında değişen yüksek bir karbon içeriğine sahipti.
Uygulamalar
Çelik ve demirden herhangi bir parçanın çoğunu yapmak için tarihi boyunca dövme kaynağı kullanılmıştır. Aletlerin, tarım aletlerinin ve tencere takımlarının imalatından çitlerin, kapıların ve hapishane hücrelerinin imalatına kadar her şeyde kullanılmıştır. Erken Sanayi Devrimi'nde, eritme kaynağının kullanılmasına kadar, kazanların ve basınçlı kapların imalatında yaygın olarak kullanıldı . Orta Çağ boyunca zırh ve silah üretmek için yaygın olarak kullanıldı.
Dövme kaynağının en ünlü uygulamalarından biri, desen kaynaklı bıçakların üretimidir . Bu işlem sırasında bir demirci defalarca bir çelik kütüğü çeker , geri katlar ve kendi üzerine kaynak yapar. Diğer bir uygulama da av tüfeği namlu imalatıydı. Metal tel bir mandrel üzerine sarıldı ve daha sonra ince, düzgün ve güçlü bir namluya dönüştürüldü. Bazı durumlarda, dövme kaynaklı nesneler, her bir öğeye özgü olan ve estetik bir çekicilik sağlayan temel metal desenini ortaya çıkarmak için asitle aşındırılır .
Çeşitliliğine rağmen, dövme kaynağının birçok sınırlaması vardı. Birincil sınırlama, dövme kaynaklı olabilecek nesnelerin boyutuydu. Daha büyük nesneler, daha büyük bir ısı kaynağı gerektiriyordu ve boyut, çok fazla soğumadan önce onu manuel olarak kaynaklama yeteneğini azalttı. Çelik levha veya kirişler gibi büyük parçaların kaynaklanması, tipik olarak mümkün değildi veya en azından, füzyon kaynağı icat edilene kadar, bunun yerine perçinlenmelerini gerektirdi. Bazı durumlarda, füzyon kaynağı, kazanların yapımında olduğu gibi çok daha güçlü bir kaynak üretti.
Akı
Dövme kaynağı, kaynak yüzeylerinin son derece temiz olmasını gerektirir, aksi takdirde metal, hiç değilse düzgün bir şekilde birleşmez. Yüzeyde oksitler oluşma eğilimindeyken, fosfor ve kükürt gibi safsızlıklar yüzeye göç etme eğilimindedir. Genellikle kaynak yüzeylerinin oksitlenmesini önlemek için bir fluks kullanılır , bu da kalitesiz bir kaynak oluşturur ve metalden diğer safsızlıkları çıkarmak için kullanılır. Akı, oksitlerin erime sıcaklığını ve viskozitesini oluşturan ve düşüren oksitlerle karışır . Bu, iki parça birlikte dövüldüğünde oksitlerin eklemden dışarı akmasını sağlar. Borakstan , bazen toz haline getirilmiş demir talaşlarının eklenmesiyle basit bir fluks yapılabilir .
Dövme kaynağı için kullanılan en eski eritken ince silis kumudur . Demir veya çelik, demir ocağının kömürleri içindeki indirgeme ortamında ısıtılacaktır . Oksijensiz metal , yüzeyinde wustit adı verilen bir demir oksit tabakası oluşturur . Metal yeterince sıcak, ancak kaynak sıcaklığının altında olduğunda, demirci metale biraz kum serpiyor. Silikon wustite kum tepki verir oluşmaya fayalit sadece kaynak sıcaklığının altında eridiği. Bu, güçlü bir kaynak yapılmasına yardımcı olan çok etkili bir akı üretti.
Akının ilk örnekler farklı kombinasyonları ve çeşitli miktarlarda kullanılan demir dolgular, boraks , amonyak tuzu , balsam ve copaiba , siyanür ve potas ve soda fosfat . 1920 baskısı , Scientific American gerçekler ve formüller kitabında kullanmak gibi bir sıklıkla sunulan ticari sır gösterir Copperas , güherçile , ortak tuz , siyah oksit ve manganez , potasyum siyanür ve "güzel kaynak kum" (silikat).