Arkı optimize edin ve kaynak dumanını azaltın

Fronius

Kaynak işleminin zararlı dumanlar ürettiğini hepimiz biliyoruz. Kaynakçıların dumana maruziyetini azaltmak ve aynı zamanda iş sağlığı ve güvenliğini iyileştirmek istiyorsanız; sadece proses değişkenlerini değil aynı zamanda ekstraksiyon teknolojisini de göz önünde bulundurmanız gerekiyor. Proses parametreleri de emisyon oranları konusunda büyük bir rol oynar: Tel besleme hızı, ark uzunluğu ve düzeltme parametreleri, üretilen zararlı maddelerin seviyesini önemli ölçüde etkiler. Aachen Araştırma ve Birleştirme Teknolojisi Topluluğu (FEF), Fronius International ile birlikte çeşitli parametre ayarlarını inceledi.
FEF’in kaynak dumanı incelemeleri ile ilgili 13.10.2021 tarihli sonuç raporunun gösterdiği üzere; darbeli ark, hepsi Fronius’a ait olmak üzere, Low Spatter Control ark (LSC) ve standart ark ile karşılaştırıldığında en avantajlı metal geçişini ve en düşük kaynak dumanı emisyon oranını (FER = Fume Emission Rate) sağlayan proses olmuştur. Bir dizi başka testte, farklı torç ayarlarının, tel besleme hızlarının ve ark uzunluğu düzeltmelerinin emisyon oranı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Fronius’a ait TPS 500i ve PMC darbeli ark ile kaynak yapılmıştır.

Aşağıdaki çerçeve koşulları belirlenmiştir:

Kaplama pasolarının kaynak yapılması sırasında FER
Genel olarak, kaynak dumanı emisyonunun 5 m/dk. tel sürmede ve nötr torç pozisyonunda en az olduğu söylenebilir, 11 m/dk. tel hızında 8 m/dk. hıza kıyasla daha az emisyon olduğu da açıktır. Çekme torç kılavuzunda emisyonlar tüm tel hızlarında itme torç kılavuzuna göre biraz daha azdır.
Kaynakçılar, ark uzunluğu düzeltimi yardımıyla arkı optimize ederse (testte nötr torç pozisyonunda) kaynak dumanı emisyonu tüm tel hızlarında büyük ölçüde azaltılabilir. Optimize edilmeyen arka kıyasla kaynak dumanı emisyonu burada 0,9 mg/sn. ile 8 m/dk.da 1,1 mg/sn ile 11 m/dk.da olduğundan biraz daha azdır, bkz. Grafik 1.

Grafik 1: Kaplama pasoları, PMC darbesi kaynak işlemi.

5 m/dk. tel sürmede gerilim eğrilerinin karşılaştırılması
Kaynak dumanı emisyon oranı açıkça kısa devre sayısı ile ilişkilendirilmektedir. Yüksek miktar, çok daha yüksek FER’e neden olmaktadır. Çalışma bunun metal geçişi nedeniyle olduğunu öne sürmektedir. Kısa devre oluşumları proses kesintilerine ve bunun sonucunda da metal buharına ve metal sıçramasına neden olmaktadır. Emisyonları minimuma indirmek için ark uzunluğunu ve kısa devre redüksiyonunu ortak bir paydada buluşturan bir proses ayarı önerilir, yani ark ne çok uzun ne çok kısa tutulmalıdır. Hafif artırılmış orta gerilim ile hem kısa devre oluşumları hem de emisyon azalır (Grafik 2).

Grafik 2: Nötr torç pozisyonu ile 5 m/dk. tel hızı.

Nötr torç pozisyonu ile 5 m/dk. tel hızı, + 0,4 V ark uzunluğu düzeltimi ile optimize edilmiş proses.

8 ve 11 m/dk. kaynak işlemleri orta gerilim, kısa devre oluşumları ve kaynak dumanı emisyonları arasında etkileşim açısından 5 m/dk. işlemi ile benzerdir.

Köşe kaynaklarının kaynak yapılması sırasında FER
5 m/dk. ve 8 m/dk. tel hızları ile darbeli kaynakta 11 m/sn tel sürmeye kıyasla sırasıyla 0,55 mg/sn ve 0,7 mg/sn olmak üzere çok daha düşük emisyon oranları görülmektedir. Burada, emisyon 1,7 mg/sn’dir, yani 5 m/dk. tel sürmede oluşan emisyona kıyasla üç katından fazladır. Bunun nedeni, kaplama pasolarıyla benzer şekilde, 11 m/dk. tel hızında çok daha düşük emisyon oranı ile daha düşük miktarda kısa devre oluşumudur, burada da çekme torç kılavuzu daha düşük emisyona neden olmaktadır (bkz. Grafik 3). Burada emisyon, nötr torç pozisyonunda olduğundan da daha düşüktür.

Grafik 3: Köşe kaynakları, PMC darbesi kaynak işlemi.

Genel olarak kaynak dumanı emisyonları kaplama pasolarında olduğundan daha düşük bir seviyededir. Her bir tel hızının en düşük değeri, kaplama pasolarının kaynak yapıldığı optimize edilmiş proseslerin (bkz. Grafik 1, yeşil çubuklar) emisyonlarıyla karşılaştırılabilir.
İtme ve çekme torç pozisyonunun kaynak dumanı emisyon oranları 8 m/dk. tel hızında, kaplama pasolarında olduğu gibi, mutlak değerlerde epey benzerdir. Buna karşın, 11 m/dk. hızda itme kaynak işleminde yaklaşık 2,8 mg/sn ile çok daha yüksek bir FER oluşur.

11 m/dk. tel sürmede gerilim eğrilerinin karşılaştırılması
FEF testinde 11 m/dk. tel hızında emisyon oranı ve orta gerilim arasındaki ilişki daha yakından incelendi: Üç ölçülen değerde minimum 1,36 mg/sn oldu (-1,5 V ark uzunluğu düzeltimi ile optimize edilmiştir). Burada, düzensiz bir şekilde kısa devre oluşumunun olduğu; ancak arkın gereksiz bir uzunlukta olmadığı çalışma noktası bulunmaktadır. Ark uzunluğu düzeltimi olmadan yapılan proseste, daha uzun ark ve daha yüksek proses performansı nedeniyle daha fazla emisyon oluşur (1,72 mg/sn.). Kısa devre oluşumu miktarı düşen orta gerilim ile arttığında (ark uzunluğu düzeltimi -2,5 V) kaynak dumanı emisyonu da artar (1,6 mg/sn.), bkz. Grafik 4.

Grafik 4: Gerilimle ilişkili kaynak dumanı emisyonları.

Sonuç: Kaynak dumanı optimize edilmiş prosesler emisyonun azalmasında etkin rol oynar
Her şey kaynakçıların elinde: Kaynak işleminin, tel hızının ve ark uzunluğunun hedefe yönelik olarak seçilmesiyle kaynak dumanı büyük ölçüde azaltılabilir.
Özetle; temel olarak kaynak dumanı emisyon oranı, metal geçişinin belirleyici olduğu erime ve proses performansına bağlıdır. Bir ark çok kısa veya çok uzunsa bu, daha yüksek kısa devre oranlarına ve bu nedenle daha çok kaynak dumanı emisyonuna yol açar.
Diğer yandan kaynak işlemi, ark uzunluğu düzeltimi ile optimize edilirse ve ek olarak örneğin Fronius MTW 500i Exento gibi hava emişli torç ile birlikte Fronius Exento-HighVac emici kullanılırsa kaynak dumanının maksimum yüzde 99’u emilebilir.

Yüksek performans ve hassas emiş
Emişli torçlar kaynak dumanının oluştuğu yerde, tam olarak kaynak havuzunda, yayılmasını önler. Bu torçlar birleştirme çalışmaları sırasında yalnızca kaynak ustalarını korumakla kalmaz aynı zamanda iş parçasının etrafında bulunan diğer tüm kişileri de korur.
Karmaşık tasarımın kaynakçıların sağlığını ve üretkenliğini etkilememesi önemli olduğundan Fronius, emişli torçların geliştirilmesinde ergonomiye özellikle önem vermiştir: Emişli torçlar kaynak yapma sırasında ele mükemmel şekilde oturur, LED lamba ise karanlık ortamlarda kaynak yapmayı kolaylaştırır ve kalite kontrolünü destekler.
Exento emişli torç kaynak yapımı ve benzer yöntemler için hazırlanan iş ve sağlık korumasına yönelik DIN EN ISO 21904-1 normunun gerekliliklerini karşılamaktadır.