hikâyesi 20 İLKER AKDIN Metalurji ve Malzeme Mühendisi Şu anda, şimdi, bu yazıyı okurken şöyle bir etrafınıza bakın! Ne görüyorsunuz? Elbette pek çok şey… Ama gördüğünüz bir şey var ki, hayatınızın hemen hemen her alanında yanınızda…
Bir de şöyle anlatalım meseleyi: Bu sabah da tıpkı önceki ve daha önceki sabah olduğu gibi yeni güne başlamak üzere açtınız gözlerinizi. Güne hazırlanırken, binlerce kilometrelik boru hatlarıyla taşınıp evinize ulaşan doğalgaz sayesinde ısıtılmış sıcacık suyla aldınız duşunuzu. Ardından iş yerinize gitmek için çıktınız kapıdan ve arabanıza bindiniz. İlerliyorsunuz… Karşınızda muhteşem manzarasıyla İstanbul Boğazı’nı görüyorsunuz. Bir gerdan gibi uzanan köprü taşıyor sizi karşıya. Mavi bir patiska gibi dalgalanan Boğaz’ın sularında devasa gemiler süzülüyor…
En büyüğünden en küçüğüne, hayatlarımızı kolaylaştıran birçok araçtan ve onların hammaddesi olan metallerden söz ediyoruz.
İnsanlığın bir çağına ismini vermiş demirle başlıyor bu serüven. Başlıyor ve insanın doğayla olan mücadelesinde yepyeni bir dönem açıyor. Aletler yapıyor insan metalle; avlanmak için silahı oluyor metal, aşını pişirmek için kabı, estetik anlayışını dışa vuran bir süsleme oluyor kimi zaman.
Ama bütün bu aletleri yaparken; geçmişte sabanını, silahını; bugün köprüsünü, gemisini, uçağını, hatta uzay mekiğini yaparken metali ilmek ilmek işliyor insanoğlu; ona şekil veriyor. İşte tam da burada kaynak giriyor devreye.
İnsanlığın metalle tanışması ve onu işlemeye başlaması ile giriyor aslında kaynak tekniği insanın hayatına. Elde edilen bulgular, kaynağın tarihinin 5 bin yıldan daha eski bir geçmişe dayandığını gösteriyor. Bu dönemlerde Antik Mısır’dan Mezopotamya’ya kadar uzanan bir coğrafyada vazo ve süs eşyalarında uygulanan kuyumcu kaynağının en güzel örnekleri sergileniyordu.
Roma medeniyetinde de demir son derece önemliydi. Bu dönemde özellikle dövme teknikleri, yani demirci kaynağı önemli bir yer tutuyordu. Bugün hobi amaçlı uygulamalar dışında büyük ölçüde unutulan demirci kaynağı tekniği Ortaçağ boyunca da insanların ve devletlerin kaderlerini belirleyen tekniklerden biri oldu.
Ancak demirci ustaları halen çekiçleriyle örslerinde demir döverken, dünyada hızlı bir değişim yaşanıyordu. Önce Rönesans ve Reform, ardından Aydınlanma ve Bilim Devrimi ve en nihayetinde Endüstri Devrimi ile sonuçlanan bu değişim o kadar kapsayıcı ve sarsıcıydı ki, insanlığın iş yapma biçimleri bambaşka bir boyuta taşındı. Artık düşünce, davranış, toplumsal yaşam, politika, üretim ve aklınıza gelebilecek her şeyin hareket noktası bambaşka bir alana kaymıştı. Dogmalar ile geleneksel yaşam ve üretim biçimleri, aklın ve bilimin öncülüğünde yerlerini farklı yaklaşımlara bırakıyordu.
Bu koşullar, kuşkusuz tüm dünya ile birlikte kaynak teknolojilerinin kaderini değiştirecekti. Ancak her şeye karşın, demircilerde uygulanan ve pek de popüler olmayan geleneksel kaynak işlemi, varlığını 1880’lere kadar tek yöntem olarak sürdürdü.
Bilimsel buluşların hız kazanması ve Endüstri Devrimi kaynak teknolojilerinin gelişimindeki önemli etkenlerden ilki ise, ikincisi de maalesef birinci ve ikinci dünya savaşları sırasında devletlerin askeri yarışta öne geçme çabaları oldu. Ancak yine de direnç kaynağı, oksiasetilen kaynağı ve ark kaynağı gibi teknikler 1900’lerin başlarında temel kaynak metotları olarak öne çıkmış; kaynak ve kesme teknolojisi, özellikle üretim ve bakım/onarım işlerinde yaygınlaşmıştı.
Elbette yukarıda saydığımız tekniklerin bulunuşu ve gelişimi kendilerine özgü yollar izledi. Şimdi bu tekniklere ve tarihsel gelişimlerine yakından bakalım.
Direnç Kaynağı
Direnç kaynağının ilk uygulaması 1856’da James Joule tarafından yapıldı. James Joule, “Joule ısıtma prensibinin” mucidiydi ve bakır kabloları elektrik rezistans kaynağı ile eritip kaynatma işlemini başarmıştı.
Oksi-asetilen Kaynağı
Oksi-asetilen kaynağı 19. yüzyılın sonlarında Fransa’da geliştirilmiş bir prosesti. Oksi-asetilen için kullanıma uygun ilk torç 1900’lerde Edmund Fouche ve Charles Picard tarafından tasarlandı. Oksi asetilen alevinin sıcaklığının 3100oC’nin üzerine çıktığı tespit edildi ve bu torçlar hızlı bir şekilde kaynak/kesim uygulamaları için önemli bir araç haline geldi.
Ark Kaynağı
1810’larda Sir Humphrey Davy, iki kutup arasında stabil bir ark oluşturdu. Bu buluş, günümüzde kullandığımız ve bildiğimiz ark kaynağının temeliydi. C.L. Coffin tarafından koruyucu bir gaz içerisinde yapılan ark kaynağı 1890 yılında bulunmuş olsa da, İkinci Dünya Savaşı sırasında patentlendi. Fakat, gelişmekte olan uçak endüstrisinin alüminyum ve magnezyum metallerini kaynatabilecek bir metoda ihtiyacı vardı. 1940 yılında Amerika’da yürütülen yoğun deneyler sonucunda elektrotu eritmeden ark oluşturuldu ve stabilize edildi. Böylece herhangi bir dolgu metaliyle veya metalsiz kaynak yapmak mümkün hale geldi. Bu yöntem günümüzde Tungsten Inert Gaz yöntemi (TIG) ya da argon kaynağı olarak bilinir.
Birkaç yıl sonra da sürekli beslenen metal tel (elektrod yerine) işlemi aracılığıyla MIG (Metal İnert Gaz) kaynak yöntemi geliştirildi. Başlarda koruyucu gaz olarak sadece argon ve helyum kullanılıyordu. Lyubavskii ve Novoshilov daha sonra CO2 gazını proseste başarılı bir şekilde denedi, çünkü CO2 gazı daha kolay elde edilebiliyordu (MAG Kaynağı). “Dip transfer” tekniği ile yoğun çapak probleminin de bir nebze önüne geçilmiş oldu. Daha sonra da günümüzde kullandığımız birçok kaynak prosesi geliştirildi. Laser ışın kaynağı ve sürtünme-karıştırma kaynağı, İngiliz Kaynak Enstitüsü tarafından geliştirilen ileri kaynak teknolojileri oldu.
Kaynak Güç Üniteleri Elektrik ark kaynağının 19. yüzyılın sonlarından daha önce icat edilememesinin en önemli sebeplerinden biri, uygun güç kaynağının olmamasıydı. 18. yüzyılın sonlarında İtalyan Volta ve Galvani firmaları, galvanik elementlerden elektrik akımı üretmeyi başardı. En önemli gelişmelerden biri de, 1831 yılında Michael Faraday’in kaynak trafoları ve jeneratörler için elektrik akımının prensiplerini buluşu oldu.
İlk yapılan kaynak denemelerinde, kaynak akımı oluşturmak için birçok farklı çözüm denenmişti.
İşte onlardan birkaçı:
• Sir Humphrey Davy, 1801’de güç kaynağı olarak pilleri kullandı.
• Benardos, 22 hp gücünde buhar motorunu DC jeneratör çalıştırmak için kullandı. Ayrıca, karbon ark kaynağı için de yaklaşık 150 adet enerji bataryası kullanmıştı. Bataryaların her birinin ağırlığı 2400 kilogramdı.
• Thomson, rezistans kaynağı için güç üniteleri çalışmalarında bir trafo kullandı.
• Oscar Kjellberg, şehir şebeke hattını (110V DC voltaj) kullanmış ve akım geçişlerini uygun bir seviyeye indirmek için tuzlu su dolu bir varilin içerisinden geçirme yöntemini denemişti.
• Alman AEG firması, 1905 yılında bir kaynak jenaratörü üretti. Bu jenaratör, üç fazlı asenkron motor ile çalıştırılmış ve böylece uygun kaynak karakteristikleri elde edilebilmişti. Ağırlığı 1000 kilogram ve 250 A’likti.
1950’lerin sonlarına doğru, statik kaynak redresörleri üretildi. Başlarda ilk olarak selenyum redresörleri kullanılıyordu, bunu daha sonraki süreçte silikon redresörlerin kullanımı takip etti. Bir sonraki aşamada da tristör redresörlerin icadı ile kaynak akımının elektronik olarak kontrol edilebilmesi sağlandı.
Inverter kaynak güç üniteleri, güç kaynaklarındaki en etkileyici gelişme olmuştu. ESAB’ın ilk inverter prototipi 1970 yılında yapıldı, fakat inverter makinaların endüstride kullanımına başlanmamıştı. ESAB 1984 yılında 140 A’lik “Caddy” inverter kaynak makinesini tanıttı, bu makinenin ağırlığı sadece 8 kilogramdı.
İleri (Geliştirilmiş) Günümüz Kaynak Prosesleri Robotlar 1964 yılından itibaren direnç kaynağında kullanılmaya başlanmıştı. Ark kaynağı robotları ise bundan yaklaşık 10 yıl sonra pazardaki yerini almıştı.
MIG kaynak prosesinin verimliliğini arttırmak için birçok farklı girişimler ve denemeler oldu. Kanadalı John Church, çok hızlı kaynak tel besleme hızı ve 4 bileşenli bir koruyucu gaz yöntemini denedi. Bu yöntem kaynak hızını iki katına çıkarmada fayda sağladı. Otomasyon kaynağı ise yeni kaynak uygulamalarının önünü açtı. Dar alanda yapılan kaynak uygulamaları, süre ve kaynak sarflarının kullanımını azalttı, ilaveten ağır iş parçalarındaki distorsiyonu da düşürdü. İlk başlarda otomasyonda sadece MIG kaynak prosesi kullanılıyordu, daha sonraları SAW ve TIG proseslerinin kullanımına da başlandı. 1980’li yıllarda, ESAB tozaltı (SAW) dar alan kaynak ekipmanlarını Sovyetler Birliği, Volgadonsk’a üretti. Sürtünme-karıştırma kaynağının patenti 1992 yılında TWI tarafında alındı. Bu yöntem, alüminyum kaynağında mükemmel bir şekilde çalışmakta ve herhangi bir ergitme işlemi olmadan mükemmel birleştirme kalitesi sunmakta.
İnsanlığın metallerle 5 bin yıla varan ilişkisi günümüzde teknoloji ışığında devam ediyor. Metal hâlâ hayatımızda, metal ürünler hayatımızı kolaylaştırmaya hâlâ devam ediyor. Daha da önemlisi, aynı teknoloji, kaynağın parıldayan ışığında metalleri şekillendirirken yolumuzu da aydınlatıyor.
