TERSANELERDE UYGULANAN ve UYGULANABİLECEK KAYNAK

Gemi Mühendisliği ve Sanayimiz Sempozyumu,
24-25 Aralık 2004
TERSANELERDE UYGULANAN ve UYGULANABİLECEK
KAYNAK YÖNTEMLERİ
Müh. Muharrem ASARKAYA1
ÖZET
Gemi inşasında üretim yöntemi olarak kullanılan farklı kaynak prosesleri
bulunmaktadır. Örtülü elektrodla ark kaynağı ilk kaynak yöntemi olması, basit kaynak
ekipmanlarına sahip olması nedeniyle ilk olarak kullanılan kaynak yöntemidir. Zamanla bu
kaynak yöntemin bulunan dezavantajları nedeniyle yarı-otomatik bir yöntem olan gazaltı
kaynağını kullanılmaya başlanmıştır.
1980’lerde mikro elektronik teknolojilerinin hızla gelişmesi, lazer sensörlü
algılayıcıların bulunması, nümerik kontrollü bilgisayar tanımlama sistemleri (IPAS) ve
CAD/CAM uygulamalarının ve mekanizasyon sistemlerinin geliştirilmesi ile robotların
kaynak yapması
sağlanmıştır. Yarı-otomatik olarak manuel
kullanılan kaynak
yöntemlerinden full-otomatik bilgisayar kontrollü sistemler geçilmiş ve bu kaynak
robotlarının üretim hatlarında kullanım oranı her geçen gün artmaktadır.
Tersane sektöründe kaynak robotlarının daha verimli çalışabilmesi için CNC ile
kesme, optik markalama, otomatik taşlama ve taşıma sistemleri de geliştirilerek üretim
hatlarının daha verimli kullanılması sağlanmıştır. Üretim hatlarını ilk kullanan 7 büyük
Japon Tersanesi ve birlikte araştırmalar yapıp en verimli sistemleri geliştiren 6 robot üretici
firma olmuştur.
Anahtar Kelimeler: Özlü telle gazaltı kaynağı, tozaltı kaynağı, sürtünme kaynağı, kaynak
robotları, üretim hatları, bakır altlık tozaltı kaynağı ve seramik altlıklı özlü tel kaynağı.
1
SEDEF SHIPBUILDING INC. Tersaneler Yolu No : 14 Tuzla 34940 Istanbul/Turkey
Tel : +90 216 395 47 41 [email protected]
252
1. Giriş
Kaynak aynı veya farklı ısısal özelliklerdeki malzemeleri, ilave dolgu metali
kullanarak veya kullanılmadan, oluşan yüksek sıcaklıkta, ana malzemenin belli bir
miktarının da ergiyerek iki malzemelerin birleştirilme yöntemine denilir. Kaynak
yöntemleri ilave dolgu elektrodu kullanılması veya kullanılmamasına, kullanılan koruyucu
ortamına, basınç uygulanmasına göre sınıflandırılır. İlave dolgu metali kullanılan
yöntemlerde elektrodlar ise ergimeyen ve ergiyen tip olarak sınıflandırılır.
Ergimeyen elektrodun görevi yüksek sıcaklıklarda (35000C-40000C) ergimeden
kalarak ark oluşumunu sağlamaktır. Özellikle TIG-WIG kaynaklarında kullanılan tungsten,
wolfram en önemli ergimeyen elektrodlardandır. Ergiyen elektrodlar ise hem kaynak arkı
oluştururken hem de ergiyerek ilave dolgu metali görevini üstlenir. Ergiyen elektrodlar ise
örtülü, çıplak ve özlü elektrodlar olarak sınıflandırılır.
Örtülü elektrodlar ilk defa 1904 yılında üretilmeye başlanmış ve çıplak kaynak teli
üzerine sarma, daldırma ve ekstrüzyon yolu ile örtü kaplanarak üretilmiş elektrodlardır.
Örtü kaplanmasıyla kaynak esnasında örtünün oluşturduğu gaz ile, ergiyen kaynak dikişi
havanın olumsuz etkilerinden korunur ve cüruf tabakası oluştuktan sonra ergimiş kaynak
metali yavaş soğuyarak ITAB’ta (Isı Tesiri Altındaki Bölge) oluşabilecek kırılgan faz
önlenir.
1.1 Örtülü Elektrodlarla Ark Kaynağı
Bu yöntemin temel prensibi: kullanılacak elektrod genellikle kaynak makinasının
artı kutbuna, topraklama kablosunun ise eksi kutba bağlandıktan sonra elektroda gerilim
uygulanır. Elektrod üzerinden yüksek miktarda akım (100-250A) geçişi sağlandıktan sonra;
kattot’dan yayılan elektronlar yüksek hızla anot kutbunu bombardıman etmeye başlar ve
nötr moleküller iyonize olarak arkı oluştururlar. Oluşan ark sonrasında çok yüksek bir
sıcaklık (25000C-35000C) ulaşılır ve hem ana metal hem de dolgu metali ergir. Ergiyen
elektrod kaynak banyosuna farklı büyüklükteki (ince, orta, kaba) damlacıklar halinde düşer.
Kaliteli kaynak dikişi için ark boyunun sabit tutulmaya çalışılması gerekir. Ark üflemesi
oluşumundan kaçınılarak, uygun kaynak parametreleri (akım, kaynak hızı) kullanılarak ve
kaynakçının el melekesini kontrol etmesi ile ark boyu sabit tutulabilir.
1. Tersane uygulamalarında yoğun kullanım alanına sahip bazik elektrodların en
önemli özelliği düşük hidrojen içeriğine sahip olmalıdır. Sahip olduğu yüksek mekanik
özellikleri, darbeye yüksek dayanım göstermeleri, dinamik zorlamalarda istenilen teknik
özellikleri göstermesi nedeniyle tersanelerde ilk kullanılan kaynak yöntemidir. Bazik
elektrodlar kullanılmadan önce kesinlikle 300 0C’lik fırınlarda kurutulmalı ve 150 0C’lik
bekletme fırınlarına alındıktan sonra termoslarla sıcak olarak kullanılmalıdır. Bazik
elektrod tersane uygulamalarında genellikle; armuz-sokra kaynaklarında, foundation,
menhol, boru birleşimlerinde ve v.b. çelik tekne-teçhiz kaynaklı imalatlarında kullanılır.
253
Şekil 1. Örtülü Elektrodla Ark Kaynağı Prensip Şeması
2. Rutil elektrodlar örtüsünün ağırlığının büyük bir kısmını titanyum oksit geri
kalanını ise feldispat, kuarz, ferro-manganez ve bağlayıcı olarak da sodyum veya potasyum
ihtiva eder. Cüruf kaynaktan sonra kolay kalkar, çabuk katılaşır, gayet yumuşak bir ark,
sakin bir çalışma sağlar ve sıçrama kayıpları azdır. Genellikle kaynak dikişlerinde ortaya
çıkan kaynak dış görünüşünde oluşan hataların ve sac-profil yüzeyinde oluşmuş olan
haddeleme hatalarının tamir yöntemlerinde kullanılırlar.
3. Demirtozlu elektrodlar ise örtüsünün içeriğinde yüksek oranda demiroksit
bileşikleri içerdikleri için bu ismi almışlardır. Kaynak esnasında ergimiş elektrodun geçişi
damladan ziyade, bir akış halindedir. Düz görünüşlü ve ince dikişler verir. Tersane
uygulamalarında manuel (elle) kullanıldıkları gibi gravite elektrod (5 mm x 450 mm) bu iş
için özel olarak üretilmiş alternatif akımla çalışan makinalarla, düşük alaşımlı (A Grade)
profillerinin, sitiffinerlerin köşe kaynaklarında kullanılır.
4. Selülozik elektrodların örtüsünün içeriğinde yüksek oranda selüloz ve diğer
organik birleşikler mevcuttur. Aralık doldurma kabiliyetinin iyi olması ve nüfuziyetinin
yüksek olması nedeniyle özellikle boruların kök pasolarında kullanılır. Bunların yanısıra
asidik, demirdışı, karbon, derin nüfuziyetli ve kaplama elektrod tipleri de mevcuttur.
1.2 MIG-MAG Kaynağı
MIG-MAG kaynağında ark, aynı zamanda ilave tel görevi yapan ergiyen bir
elektrod ile iş parçası arasında yanar. Koruyucu gaz olarak argon, helyum ve argon
kullanılan MIG (Al, SS kaynağında) yöntemi ile koruyucu gaz olarak aktif gaz olan
karbondioksit kullanıldığında MAGC ve koruyucu gaz olarak karışım gazı (Ar-CO2-O2)
kullanıldığında da yöntemin adı MAGM olarak isimlendirilir. Çalışma prensibi olarak
uçsuz bir elektrodun bir tel ilerletme mekanizması yardımıyla bir tel sürme makarasından
geçtikten sonra akım kontak borusuna gelir. Serbest tel ucu nispeten kısadır; böylece ince
elektroda yüksek akım şiddeti (> 100A/mm2) uygulanabilir.
Kaynak kutuplarının artı olanı tel elektroda, eksi kutup ise parçaya bağlanır;
böylece ark, ergiyen tel elektrod ile iş parçası arasında yanar. Elektrod aynı anda hem enerji
taşıyıcı ve hem de kaynak ilave metali görevi yapar. Koruyucu gaz elektrodun eş eksenli
254
olarak bulunduğu bir memeden akar ve arkı, ergiyen damlaları ve arkın altında ergimiş
banyoyu atmosferin olumsuz etkilerinden korur.
Şekil 2. Gazaltı Kaynağı Prensip Şeması
MIG-MAG yönteminin avantajları arasında; elektrod değişimleri için harcanan ölü
zamanın ortadan kaldırılması, kaynak başlangıç ve bitişinde sıkça karşılan gözenek, krater
çatlağı hatalarının önüne geçilmesi, yarı-otomatik olan bu yöntemin kaynakçılar tarafından
uygulamasının kolay olması, sprey ark ile metal taşınımıyla ince damlacıklar oluşturarak
derin nüfuziyet elde edilir, örtülü elektrodlara nazaran koçan kaybının olması, örtüdeki
yanma ve sıçrama kayıplarının az olması nedeniyle; toplam maliyetler hesaplandığında
bazik elektroda göre ekonomik bir yöntem olduğu görülmektedir. Full-otomatik taşıyıcı
sistemlere ve kaynak robotlarına adaptasyonun mümkün olması nedeniyle tersanelerde en
çok kullanılan yöntem olmuştur.
Japon Tersanelerinde tüm kaynak prosesleri arasında kullanım oranı % 70-80 özlü
telle gazaltı (FCAW) yöntemleridir. Özlü tel elektrodun, solid tel elektroda göre; dolgu
veriminin çok yüksek olması, öz maddesi yardımıyla kaynak esnasında koruyucu ortam
oluşturması, sıçrama kayıplarının az olması , kaynak hızının yüksek olması ve derin
nüfuziyetli kaynak elde edilmesi nedenleri ile kullanım oranları her geçen gün artmaktadır.
1. Özlü teller rutil, bazik ve metal özlü olmak üzere 3 tipi vardır. Rutil karakterli
özlü teller yumuşak ark karakteristiği, yüksek kaynak kabiliyeti, kolay cüruf kalkışı ve
güzel dikiş görüntüsüne sahiptir. Her pozisyonda kaynak yapmaya uygun olması nedeniyle
tersanelerde en çok kullanılan özlü teldir.
2. Bazik tip teller yüksek mekanik özellikleri nedeniyle ince taneli ve yüksek
dayanımlı çeliklerde kullanılır. Düz ve yatay pozisyonlarda kullanılması, sınırlı uygulanma
alanına neden olduğu için tersanelerde fazla kullanılmazlar.
3. Metal özlü teller ise sprey ark modunda yatay pozisyonlarda yüksek metal
yığma hızına sahiptir. Çok az sıçrama kaybı olması ve kaynak üzerinde cüruf
oluşturmaması önemli avantajlarındandır. Genellikle boruların kök pasolarında ve üst
binalarda yukarıdan aşağıya köşe kaynaklarında kullanılırlar.
255
Tersanelerimizde kapalı alanların yetersiz olması (açık alanda yeterli gaz
korumasının sağlanamaması) ve kaynaktan önce kaynak ağzı hazırlıklarının (yağ, pas,
cüruf ve nemin yüzeyden arındırılması) istenilen standartlarda yapılmaması durumunda
özlü telle gazaltı kaynağında, genellikle gözenek ve cüruf kalıntısı hataları oluşmaktadır.
1.2.1 Seramik Altlık Üzerine Özlü Telle Gazaltı (CB-FCAW) Kaynağı
Bu yöntemde; alın veya köşe birleşimleri için uygun kaynak ağzı (V, K ve X)
açıldıktan sonra, saclar arasında kök kaynağı oluşabilmesi için uygun boşluk (6-10mm)
bırakılır. Kök tarafa kendinden yapışkanlı alüminyum folyolu seramik yapıştırılarak veya
kızaklı seramikler magnetik tutucularla saca montajları yapılır. En uygun seramik altlık
montajından sonra kaynak parametreleri ayarlanıp, kaynağa başlanılır ve kaynaktan sonra
seramik altlık sökülerek tek taraflı kaynak tamamlanmış olur.
Şekil 3. Seramik Altık Üzerine Özlü Tel Kaynağı
Bu kaynak yönteminin avantajları arasında ; Zor kaynak pozisyonu olan tavan
kaynaklarının kullanımı önemli ölçüde azaltması, full penetration yapılması gereken
kaynaklarda karbon elektrod kullanımını önlemesi, kaynakçılar açısından uygulama
kolaylığı sağlaması, yüksek dolgu verimine sahip olması önemli avantajlarıdır.
Tersanelerdeki kullanım alanları arasında dış kaplamada, kızak eklerinde (double
bottom, güverte, dış kaplama , iç cidar ve profil kaynaklarında), full penetration yapılması
istenen lamalar, courrgate alt takviyeleri, döşek, tülanilerinde, baş-kıç pik bloklarında
oluşan zor kaynak pozisyonlarında kullanımına imkan tanımıştır.
Kullanım yerlerinin çok farklı olması nedeniyle seramik altlıklar raylı, telli,
alüminyum folyolu ve yuvarlak köşe seramikleri halinde üretilmektedir. Otomasyon
yöntemlerine geçiş sağlandığında ortaya kaynak öncesi hazırlığın önemi bir kez daha
çıkmaktadır. Seramik altlıkla kaynağı yapılacak sacların kaynak ağızları; talaş kaldırarak
(mekanik) veya optik alevli (LPG-O2) kesim tezgahlarında hazırlanmalıdır.
Tersanelerimizde fazlalıklı blok üretimi yapılmakta ve bu fazlalıklar blok eklerinde
genellikle manuel kesilmesi (elle) sebebiyle seramik altlık kaynağı için uygun bir kaynak
ağzı elde etmek mümkün olmamaktadır. Bu yöntemde de kullanılan özlü gazaltı telinin
havanın olumsuz etkilerinden korunması gerekmektedir. Bu konularda gerekli önlemler
256
alınmazsa kaynak dikişlerinde yapılan Tahribatsız Muayene (NDT) sonuçlarında genellikle
gözenek ve cüruf kalıntısı hataları oluşmaktadır.
1.2.2 Özlü Tel Kaynağının Full Otomasyon Kaynak Yöntemlerine Uygulanması
Birçok full-otomatik kaynak yönteminde uygulama alanı bulan özlü tellerle
profiller-stiffinerler köşe kaynaklarında ve seramik altlık üzerine alın-sokra kaynaklarında
kullanılan otomasyon makinalar olduğu görülür. Profillerin yüzeyinden destek alarak
hareket eden taşıyıcı sistemler üzerine bir veya iki adet gazaltı torcu kaynak monte
edilebilir. Operatör taşıyıcı sistem üzerinden makinenın yürüş hızını, kaynak tipinin
(sürekli-method) seçimini, kaynağın başlangıç ve bitiş noktaları kontrol edebilir.
Tersanelerimizde henüz 1 adet profilin köşe kaynağı yapan makinelar bulunmaktadır. Japon
tersanelerinde robotizasyon kontrollü sistemlerle aynı anda 24 adet profil kaynağı yapan
üretim hatları bulunmaktadır. Avantajları arasında çok hızlı, kaliteli, ekonomik, sıçrama
kayıpları az olan kaynak kalitesi elde edilir ve kaynak hızının artışına bağlı olarak
kaynaktan sonra oluşabilecek deformasyonlarda önemli ölçüde azalmalar olduğu görülür.
Kaynaktan ağzı hazırlığının (yağ,pas,cüruf ve punta kalitesi) uygun olması, yüksek çinko
(Zn) bileşimli shop-primer boyanın zımparalanması ile oluşabilecek gözenek, porozite ve
cüruf kalıntısı v.b. kaynak hatalarının önüne geçilebilir.
Şekil 4. Özlü Tellin Alın ve Köşe Kaynaklarının Otomasyonunda Kullanımı
Armuz-sokra kaynak sisteminde raylar üzerinde hareketi sağlayan taşıyıcılar
bulunur. Geminin formuna (eğim-paralel) göre uygun esnek (alüminyumdan), sabit
(paslanmaz çelikten) yapılmış raylar sacın yüzeyine mıknatıslı tutucularla monte edilir.
Operatör taşıyıcı sistem üzerinden; makinenın yürüş hızını, kaynak pozisyonuna göre
osilasyon (zikzak,düz,yuvarlak) hareketini ve kaynağın başlangıç-bitiş noktalarını otomatik
olarak kontrol eder. Tersanelerde uygulama alanı olarak dış kaplamaların, kızakta blok
eklerinin seramik altlıklı tüm kaynaklarda uygulanabilir. Blok eklerinin montajı sırasında
atılan düzlükler blok içinden konularak montaj yapılmalı ve kaynak ağzı hazırlanırken;
kaynak yapan makinanın rayları üzerinde hareket eden kesim makinaları kullanılarak,
uygun kaynak ağızları hazırlanmalıdır.
257
1.3 TIG Kaynağı
TIG kaynağında ark, tungsten elektrod ile parça arasında serbestçe yanar.
Koruyucu gaz olarak argon, helyum veya bunların karşımı kullanılabilir. Ark, sadece bir
elektrik iletkeni ve ark taşıyıcısı olan tungsten elektrod ile iş parçası arasında yanar. İlave
malzeme kaynak banyosuna önden veya yandan, elle sevkedilen çubuk telle veya ayrıca bir
sevk apartı ile verilir. Avantajları arasında kaynaktan sonra korozif artıkların
temizlenmesine gerek olmaması, yüksek dayanımlı, korozyona dirençli ve sünek dikiş
kalitesi vermesi, malzemeleri kaynaktan sonra minimum distorsiyona uğratması ve sıçrama
kayıplarının olmaması önemli avantajlarındandır. Tersanelerde uygulama alanı olarak
genellikle karbon, paslanmaz çelikler (ostenitik ve duplex), bakır ve alüminyum boruların
kaynaklarında kullanılmaktadır. TIG kaynağı kullanılarak inşaa edilen gemilerde boyama
prosesi öncesi yapılan full-raspalama işlemi sonrası ortaya çıkan kaynağın içindeki
hatalarının (gözenek, cüruf sıkışmaları) ve sac yüzeyindeki haddeleme hatalarının
tamirlerinde de kullanılabilirler.
1.3.1 TIG-Orbital Kaynağı
Kaynak donanımı; bir kaynak makinasından, kaynak kafasından (torc ve yörünge
aparatı) ve tel sürme ünitesinden ibarettir. Uzaktan kumanda ile boru kaynağında
oluşabilecek farklı pozisyonlar (yatay,dik,tavan) için uygun parametrelerin programlanması
sağlaması sayesinde, akışkan olan ergimiş banyonun yerçekimi kuvvetine karşı dengede
tutulması sağlanarak kaliteli kök dikişi oluşması sağlanır. Ulaşılması ve döndürülmesi zor
olan boruların kaynağında kullanılması, 3 mm kalınlığa kadar kaynak ağzı açmadan kaynak
yapılmasına imkan sağlaması ve kaynak yöntemleri arasında manuel uygulaması en zor
olan yöntemin bu sistemle kolay uygulanabilmesi önemli avantajlarındandır. Boru
kaynaklarında kullanılacak olan bu yöntemle kaliteli kaynak dikişi için boru, dirsek, flenç
ve T bağlantılarındaki kalınlık farklılıklarının ve ovalliklerin giderildikten sonra kaynağa
başlanılması gerekir. Bu konularda gerekli özen gösterilmediği taktirde NDT
muayenelerinde genellikle tek taraflı kök hatasına rastlanılmaktadır.
Şekil 5. Orbital Boru Kaynak Makinesi
258
1.4 Saplama Kaynağı
Bu yöntemde kaynatılacak saplamalar kaynak torcuna takıldıktan sonra üzerinden
akım geçmeye başlar ve kısa süre içerisinde kaynak banyosu oluşur. Ergimiş haldeki
kaynak banyosunu kaynaktan önce sapla üzerine konulan seramik koruyucular sağlar.
Saplama olarak üretilen malzemeler arasında; izolasyon çivileri, menhol üretimi için
saplama, blok montajında kullanılan alüminyum çektirmeler için saplamalar, elektrik kablo
tutucusu v.b. çeşitleri bulunur. Çok hızlı kaynak yapması, kullanımının operatör için kolay
olması ve saplamaların dış kaplamaya verdiği zarar klasik yöntemlere göre daha azdır.
1.5 Tozaltı Kaynağı
Bir bobinden gelen kaynak teli, bir motorun tahrik ettiği makaralar arasından ve
bir meme arasından geçer. Tel ile iş parçası arasında oluşan ark, ayrı bir kanaldan gelen
silikat ve toprak alkali metalleri içeren tozlarla, atmosferin olumsuz etkisinden korunur,
etrafa ışınım yaymaz ve ark enerjisinin büyük bir kısmı doğrudan doğruya kaynak için
üretilmiş olur. Çok yüksek ergime gücüne sahip olması, yüksek nüfuziyetli olması
sayesinde 16 mm kalınlığındaki sacı iki pasoda kaynatılması mümkün olmakta, sıçrama ve
elektrod kayıplarının olmaması, kaynak operatörünün kaynak dikişi üzerine etkisinin
minimum olması ve özel koruyucu donanım gerektirmemesi en önemli avantajlarındandır.
Şekil 6. Tozaltı Kaynağının Görünümü
Tersane sektöründe boya yüzey hazırlığı açısından kaynak dikişlerinin dış yapısı
(görüntüsü), iç yapıya (nüfuziyet) göre daha fazla önem arz etmektedir. Tozaltı kaynağı bu
noktada en optimum sonucu vermektedir. Tek tel kullanımından 6 tel kullanımına kadar
kurulu tozaltı sistemleri bulunmaktadır. Üretim hatlarında kalın malzemelerin
kaynaklarında genellikle tandem’den (ikili tel), ve üçlü tel kullanılan makinelar
bulunmaktadır. Uygulamada her türlü panel saclarında, enine-boyuna courrgatelerde ve
seramik-bakır altlıkla tek taraflı kaynak yapma olanağı sağlar. Sahip olunan klasik kaynak
makineları ile sadece düz alın ve köşe pozisyonlarındaki (1G-1F) kaynakları yapılabilir.
Çok yüksek amper kullanılarak yapılan bu yöntemde başlangıç ve sona konulan lamaların
kaynatılacak sac kalınlığında ve kaynak ağzına uygun olması sağlanırsa; düşük akımla
259
oluşan nüfuziyetsizlik hatasının önüne geçilebilir. Saclar paslanmadan, bazik tozlar
kurutularak, teller paslanmadan kullanılırsa, gözenek kaynak hatasının önüne geçilebilir.
1.6 Sürtünme Kaynağı
Katı fazdaki iş parçalarının birbirine sürtünme sonucu oluşan ısı ve uygun basınç
etkisiyle aynı veya farklı özellikleri malzemelerin birleştirilme yöntemine denilir.
Şekil 7. Sürtünme Kaynağı Çalışma Prensibi
Bu yöntemde, bir parçanın döndürülüp diğerinin ötelenmesiyle ya da iki parçanın
dönen ya da sabit duran bir ara parça kullanılmasıyla gerçekleşmektedir. Parçaların temas
yüzeyleri arasında genellikle parçalardan en az birinin döndürülmesi sonucu etkin bir
basınç altında oluşan göreceli hareketten ötürü parçaların alın yüzeyleri ısınma başlar ve
malzeme yumuşar. Göreceli hareketin durdurulmasından sonra basınç yükseltilir ve plastik
hale gelen malzemelerde radyal doğrultuda bir fışkırma, çapak oluşumu ve doğal olarak da
birleştirilen parçalar eksenel yönde kısalır. İlk olarak Alüminyum kaynağı ile uğraşan
Norveç Tersanelerinde kullanılmaya başlanan bu yöntemin MIG kaynağına göre; ilave
dolgu metali ve koruyucu gaz kullanılmaması, kaynak hatalarının oluşmaması, kaynak
yüzeyinin temizleme ve taşlamasına gerek kalmaması en büyük avantajlarıdır.
2. Tersanelerde Kullanılan Üretim Hatları
Üretim hatlarının kullanımına büyük kapasiteli gemiler yapmak isteyen Japon
Tersaneleri ilk olarak uygulamaya başlamıştır. Bu hatlarla tüm üretim prosesleri ve
transportları tariflenmekte, üretim prosesleri standart hale getirilmekte, kalite artmakta, geri
dönüşümler tespit edilip iyileştirmeler yapılabilmekte, iş tarifleri basitleşmekte, planlama
süreleri kısalmakta, minimum üretim alanı kullanılmakta, esnek ve verimli iş akışlarının
olması üretim hatlarının kullanımının her geçen gün artmasına ve yeni geliştirilen kaynak
yöntemleri ile de sürekli modernize edilerek kullanımının artmasına neden olmuştur.
260
Üretim hatlarının seçimi yapılırken çalışma sahası, vinç kapasiteleri, kapalı alanlar
ve hangi tip gemi (konteyner, tanker) yapılacağı ve yapılacak gemi bloklarındaki üretim
aşamaları göz önüne alınarak yatırım yapılmalıdır. Üretim hatlarında kullanılacak yere göre
birçok farklı boyutta ve kapasiteleri bulunmaktadır. Üretim hatları olarak: Tek Robotlu
Mikro Panel Hatları, Çift Robotlu Mikro Panel Hatları, Double bottom panel hatları,
Eğimli Blok Üretim Hatları v.b. tipleri mevcuttur.
2.1 Tek Robotlu Panel Hatları
Genellikle ön imalatta yatay pozisyondaki stiffiner, t-kiriş, profillerin köşe
kaynaklarında tek kaynak robotu kullanılan panel hatlarıdır. Kaynağı yapılacak parçaların
CAD/CAM sistemleri bilgisayar ortamında hazırlandıktan sonra taşıyıcı sistem üzerindeki
kumanda paneline yüklenir. Kaynak prosesi esnasında operatör sadece kumanda panelinden
üretimin akışkanlığı kontrol eder.
Şekil 8. Kaynak Robotlarını Kullanımı
2. 2 Double Bottom Üretim Hatları
Bu üretim hatları birçok üretim prosesinin belli bir akış sırasıyla istasyon bazında
hazırlanmış hatlardır. Panel saclarının montajı, panel saclarının tek veya çift taraflı tozaltı
kaynağı, profillerin ve boyuna elemanların montajı, profillerin robotik full-otomasyon
kaynakları, boyuna ve eninelerin montajı, enine ve boyunaların programlanabilir robotlarla
dik ve düz köşe kaynak istasyonları ve en son olarak transport istasyonları bulunmaktadır.
261
Şekil 9 . Doubble Bottom Üretim Hattı
Panel saclarının montajları için hareketli sistemler üzerinden ilk panel sacı
hizalama noktalarında sabitlendikten sonra kök kaynağı için uygun açıklığı sağlamak için
şimlerle otomatik sistem tarafından indirilir. Hareketli mekanizmalarla kaynayacak diğer
sac şimlere dayanır ve açıklık bırakıldıktan sonra hidrolik sistemlerle puntalama
yapılmadan iki sac baskı altında tutulur. Hidrolik sistemlerdeki baskı kaynak dikişinin ısı
etkisi ile oluşan çekme-basma gerilmelerine engel olmadığı için artık gerilme riski yoktur.
Panellerin montajı tamamlandıktan sonra programlanabilir kontrol panelinden; sac
kalınlıklarına göre ayarlanmış parametreler operatör tarafından seçilerek, bakır altlık
üzerine kaynak yapılmaya başlar. Bakır altlık yüzeyinde kök kaynak dikiş görüntüsünü
sağlaması için uygun form verilmiştir ve altlık içerisinden de soğutma suyu geçirilerek
ergimiş banyonun bakır altlık üzerine yapışması önlenmektedir. Bakır altlıklar kısa bloklar
halinde üretildikleri için kaynatılacak yüzeydeki deformasyonlar algılanıp montaj esnasında
boşluğun minimum olması sağlandığı için kaliteli kaynak dikişi elde edilir. Magnetik
algılayıcı sistemler kullanılarak; kaynak parametreleri (akım,gerilim,hız) tel iş parçası arası
uzaklığı otomatik olarak kontrol edilen sistemlerde bulunmaktadır. Bu kaynak yönteminde
kalın sacların kaynakları için twin-tel (önden giden tel ergime sağlar DC ile , dolgu
sağlayan diğer tel AC ile çalışır ) veya üçlü-tel (DC-AC-DC) yöntemleri kullanılır.
Profillerin montaj istasyonunda manuel olarak özlü telle montajları yapıldıktan
sonra kaynak prosesine başlanır. Profil kaynaklarında çift taraflı özlü telle köşe kaynağı
kullanılarak yapılan otomasyon taşıyıcı sistemler mevcuttur. Robotik kontrollü bu
sistemlerde kaynak parametreleri ayarları otomatik olarak yapıldıktan sonra aynı anda 24
adet profillin kaynağını sağlayan sistemlerde kaynak başlaması sağlanır. Kullanılan özlü
teller MEGAPAKET denilen ambalajlarda olur ve taşıyıcı sistem üzerinden kaynak
bölgesine kadar özel düzeneklerle iletilirler. Bu yöntemle sadece taşıyıcı sisteme paralel
profillerin köşe kaynakları yapabilir, enine elemanların kaynaklarını yapmak mümkün
değildir.
262
Şekil 10. Stiffiner Köşe Kaynaklarının Özlü Telle Kaynağı
Tersane sektöründe kurulan farklı boyutlarda imal edilen üretim hatlarında taşıyıcı
sistemler kullanılan robot sayısına ve kapasitelerine göre A ve B tip olmak üzere ikiye
ayrılır. A tip sistemlerde tek taşıyıcı kiriş üzerinde 2 adet robot bulunurken B tip
sistemlerde 2 adet taşıyıcı kiriş bulunur ve her kiriş üzerinde 2 adet robot bulunmaktadır. B
tip sistemlerde kirişler arasında 3 m uzaklık bulunur ve her iki sistemde boyuna ve enine
elemanların yüksekliklerinin 4 m’den daha az olması gerekir. Taşıyıcı sistemlerin ve
kaynak robotlarının hareketleri için nümerik kontrollü (NC), imalat sistem programları
(IPAS) kullanılır. Taşıyıcı sistemlerin blok üzerindeki hareketleri önceden bilgisayar
programı yapılıp, robot hareketleri tariflenir ve referans noktasından itibaren proses başlar.
IPAS programına farklı geometrik kaynak pozisyonları ve pozisyonlara uygun kaynak
parametreleri girilir.
Şekil 11. Kaynak Robotlarının Dik Köşe Kaynaklarında Kullanımı
Bu sistemlerde kullanılan kaynak robotları ise, tüm eksenlerde dairesel olarak
hareket edebilen (6 eksenli) ve tüm eksenlerde doğrusal hareket eden (5 eksenli) olarak tipi
mevcuttur. Kaynak robotunun üzerine monte edilmiş olan lazer kamera ile minimum ve
263
maximum kaynak parametreleri, kaynak boşluğu (maksimum = 3mm) alınarak sinyaller
halinde kontrol paneline gönderilir. Kaynatılacak yüzeyde tarama yapıldıktan sonra
bilgisayar programında verilmiş olan kaynak parametreleri ile karşılaştırmalar yapılır ve
değerler modifiye edilir. Lazer kamera ile 46-135 mm yükseklik, 40-82 mm genişlik ve
0,08-0,24 mm derinlikte algılama sağlar. Kaynak yüzeyi tanımlanırken köşe (cugul), dik
dikişler, düz ve bindirme (kapma, kiremit) kaynaklar ayrı ayrı taranmalıdır.
Taşıyıcılarda iki adet lazer sensör bulunur ve bunlardan biri torcun hareket edeceği
yüksekliği diğeri ise enine hareketi sağlar. Ark sensörleri ile köşe (cugul) kaynaklarından
başlayarak diğer köşeye kadar kaynak yapılır. iki lazer sensör kaynak esnasında da 25-75
mm arasında hareket eder ve 780 mm uzaklığı algılayabilir. Sensörlerin algıladıkları
görüntüler dönüştürücülerde dedekte edildikten sonra taşıyıcıya iletilir ve hareket sağlanır.
Kaynağa başlandıktan sonra lazer sensör kaynak ağzı açıklığını, osilasyon hareketlerini,
stick-out mesafesi ve gaz akışı kontrol ederek verilen aralıklar dahilinde düzenleme yaparak
kaliteli kaynak dikişi oluşmasını sağlar. Sensörler profillerin başlangıcını ve bitişlerini
algılayarak profillerin köşe birleşimleri de dahil olmak üzere her tarafını kaynatırlar.
Büyük yatay ve dikey pozisyondaki braketlerin kaynaklı uygulamalarında ikinci
robot kullanılır. (tekli torclu robot) CAD/CAM sistemleri otomatik olarak taşıyıcı kontrol
sistemine yüklenir. Kaynak robotlarında genellikle 1,2 mm çapında özlü tel , CO2 koruyucu
gazı ile kullanılmaktadır. Üretim hatlarında kullanılan kaynak robotları ile ön imalattaki
enine boyuna stiffiner, T-kiriş, profil, kapama, kiremit v.b. küçük elemanların kaynakları,
profil kaynak istasyonundaki kaynaklarda, döşek-tülani bileşimi gibi yüksek parçaların dik
kaynaklarında da kullanılma imkanı sağlamıştır.
2.3. Eğimli Blok Üretim Hatları
Bu panel hatları genellikle jig sistemi denilen yükseklikleri ayarlanabilir
istasyonlar bazında tasarlanmıştır. Gemilerin eğimli olan baş ve kıç bölümlerindeki blok
üretimlerinde kullanılan bu yöntemde panellerinin kaynağında tek taraflı tozaltı kaynağı
yapılması mümkün olmamaktadır. Bu yüzden panel kaynaklarında seramik altlık üzerine
robot kontrollü özlü telle gazaltı kaynağı yapılmaktadır.
Panelin kaynağı bittikten sonra diğer istasyonda eğimli profillerin montajı yapılır ve bu
istasyonda da özlü telle gazaltı kaynağı yapan otomasyon sistemleri kullanılır. Burada
dikkat edilmesi gereken nokta kaynatılacak profiller taşıyıcı sisteme kesinlikle paralel
olmalıdır. Yanlış montaj yapılan elemanların kaynaklarında problem çıkmaktadır. En son
istasyonda ise enine elemanların montajı yapılır ve bunların kaynakları içinde özlü telle
gazaltı kaynağı yapan kaynak robotları kullanılmaktadır. Bu üretim hattında ilk istasyonda
genellikle 1 adet kaynak robotu kullanılırken döşek-tülanilerin dik kaynaklarını yapmak
için 2 adet kaynak robotu kullanılmaktadır. Üretim hatları kullanılacakları yerlere göre
farklı boyutlarda ve farklı ekipmanlar kullanılarak üretilir.
264
Şekil 12. Eğimli Panel Hattının İş Akış Şeması
3. Sonuç
Tersane sektöründe üretim yöntemi olarak kullanılan kaynak prosesleri ile ilgili
olarak dizayn, planlama ve üretim alanlarında kendi içinde ele alınmalı, ve gelişen
teknolojik sistemlerle sürekli kendini yenilemelidir. Dizayn olarak yapılacak çalışmaların
başında tersanelerin kullandığı veya kullanabileceği tüm kaynak yöntemlerine (SMAW,
SAW, FCAW, FSW) sac kalınlıklarına, malzeme özelliklerine (CS, SS, Al) ve uygulama
alanlarına göre en efektif kaynak ağızları dizayn edilmelidir. Kaynaktan sonra oluşabilecek
deformasyonları önceden öngörüp ona uygun mukavemetli dizaynlar, en uygun kaynak
prosesi seçimi ve kaynak sıralarının tespitleri yapılarak üretime başlanılmalıdır.
Kaynakla ilgili olarak planlama alanında ise kaynatılacak elemanlar için uygun
kaynak yöntemi tespit edilmeli ve istasyon bazında bu proseslerin kontrolü sağlanıp,
kaynak uzunlukları tespit edilmeli, birim kaynak hızları verimli şekilde ortaya konularak
prosesler için en uygun üretim planlaması yapılmalıdır.
Kaynak yöntemi seçimi yapılırken; penetrasyon şekillerine (DP, PP, FP) kaynak
pozisyonlarına (1F..4F, 1G..4G) elektrod verimi, ergime gücü, malzeme özellikleri (Al, SS,
Cu, Ti v.b) uygulama kolaylığına göre istasyonlar bazında proses seçilir ve bunların
uygulanabilir olması sağlanır. İstasyon bazında standart hale getirilen kaynak prosesleri
sürekli analiz edilerek farklı yöntemlerle kaynak yapılarak ilave elektrodların (örtülü
elektrod, solid/özlü teller, tig telleri), koruyucu ortamın (gaz, toz) kullanım miktarları
çıkarılıp maliyet hesapları yapılabilir.
265
Japon tersanelerinde optimum olarak tespit edilip organizasyonlarını yaptıkları
üretim hatlarının kullanımı gelişmeyi hedefleyen Türk Tersanelerinde de kullanılmaya
başlanmıştır. Uluslar arası tersanelerle rekabet şansını yakalayabilmek için orta
büyüklükteki üretim proseslerinde radikal değişiklikler yapılarak, otomasyon ve teknolojik
üretim hatlarının kullanımı ile üretim kapasitelerinin arttırılma yoluna gidilmelidir. Üretim
hatları kurulurken; gemilerin kapasitelerine ve özelliklerine (konteyner, tanker), üretim
sahasının büyüklüğüne, vinç kapasitelerine göre en uygun sistemlerin kurulması
sağlanmalıdır.
Tersane sektöründe boya yüzey hazırlığı açısından kaynak dikişlerinin dış yapısı
(görüntüsü), iç yapıya (nüfuziyet) göre daha fazla önem arz etmektedir. Tozaltı kaynağı bu
noktada en optimum sonucu vermektedir. Boya uygulaması öncesi yüzey kalitesinin boya
firması ile görüşülerek belirlenmesi ve bir kartela yardımı ile çalışanların kaynak dikiş
standartlarını bilmeleri gerekir. Kaynatılacak farklı malzemeler için kaynak prosedürlerinde
kaynak ağızları, kaynak yöntemi, kaynak ağzı şekli, koruyucu ortamlar, ön tavlama
sıcaklıkları, paso sayıları v.b. değişkenlerin optimum olarak tespit edilip uygulamada
kullanılması sağlanmalıdır.
Sonuç olarak Türkiye deki Tersaneler için de “Japon Tersaneler Teknoloji
Geliştirme Komitesine” benzer bir kurum oluşturularak tersanelerde yapılacak sürekli
iyileştirme çalışmalarının özellikle Japon Tersanelerini örnek alarak her tersane için kendi
özel şartları da göz önünde bulundurularak yapılabilecek yatırımlar incelenip uygulamaya
geçilmelidir. Tersanelerde kaynak kültürünün gelişmesiyle paralel olarak üretim süresinin
çok kısaldığı, ürün kalitesinin arttığı, işçilik maliyetlerinin alt seviyelere indiği ve rekabet
gücünün arttığı görülecektir.
4. Kısaltmalar
SMAW :
Örtülü elektrodla ark kaynağı
MAG : Metal Aktif Gaz Kaynağı
MIG
:
Metal Inert Gas Kaynağı
FCAW : Özlü Telle Gazaltı Kaynağı
TIG
:
Tungsten Inert Gas Kaynağı
WIG : Wolfram Inert Gas Kaynağı
SAW :
Tozaltı Arc Kaynağı
FSW : Sürtünme Kaynağı
CB&FCAW: Seramik Altık Üzerine Özlü Tel Kay. NDT : Tahribatsız Muayene
STUD WELDING : Saplama Kaynağı
UT : Ultrasonik Muayene
BUTT WELDING : Alın Kaynağı
RT
: Radyografik Muayene
FILLET WELDING : Köşe Kaynağı
ET
: Girdap Akımlı İle Muayene
WELD BEVEL
: Kaynak Ağzı
MT : Manyetik Parçacıkla Muayene
CS
: Karbon Çeliği
SS
: Paslanmaz Çelik
ITAB : Isı Tesiri Altında Kalan Bölge
DP (Double Penetration : Kaynak Ağzı Açılmadan Yapılan Çift Taraflı Köşe Kaynağı
PP (Part Penetration )
: Kaynak Ağzı Açılarak Yapılan Çift Taraflı Köşe Kaynağı
FP (Full Penetration)
: Kaynak Ağzı Açılan, İki köşe Kaynağının Birbiriyle Tam
Nüfuziyet Sağlaması
266
Teşekkür
Sedef Tersanesinde üretim müdürlüğü yapmış olan, konusunda profesyonel bir
mühendis, iyi bir yönetici, analitik düşünebilen Sn. Turgut ATAGÜN’ün çalışmalarım
sırasında sağladığı her türlü maddi ve manevi destekten dolayı teşekkürü bir borç bilirim.
Kaynaklar
[1] BOEKHOLT, R., DREWS, P., SAİTOH, T. “Welding Mechanization And Automatio
In Shipbuilding Worldwide” ABINGTON PUBLISHING Cambridge England
[2] EMMETT, A. SMİTH, ROBERT, A. WILSON, “The Procedure Handbook Of Arc
Welding” The Linclon Electric Company” Cleveland, Ohio January 1, 1995
[3] ANIK, S., “Kaynak Tekniği” Cilt 1. , İstanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi ,
İstanbul 1980
[4] ANIK, S. “Kaynak Tekniği” Cilt 3, İstanbul Teknik Üniversite Matbaası, İstanbul 1987
[5] ANIK, S. – TÜLBENTÇİ K. “Ark Kaynakçısının El Kitabı” Gedik Holding,
İstanbul 1987
[6] TÜLBENTÇİ, K. “Gazaltı Kaynak Yöntemi” Arctech Kaynak Elektrodları ve Telleri
A.Ş. İstanbul 1998
[7] ANIK, S., VURAL, M., “Gazaltı Ark Kaynağı” Gedik Eğitim Vakfı, İstanbul 2001
267