9.12.2015
Teknik Makale
Termik kesme yöntemi temelde ergiterek kesme ve yakarak kesme olarak iki grubu ayrılmaktadır. Ergiterek kesme yöntemi; Plazma ile kesme, karbon kesme elektrodu ve elektrik arkı ile kesme veya lazer ışını ile kesilecek malzeme üzerinde yüksek sıcaklık ve ısı oluşturarak bu ısı etkisi ile sıvılaşan bölgeye yüksek basınçlı gaz püskürtülerek kesme yöntemidir. Burada basınçlı gazın ana görevi, ergiyen bölgeyi parçadan uzaklaştırarak düzgün yarık (kerf) oluşturmaktır. Bakır ve alaşımları, alüminyum ve alaşımları, krom-nikel paslanmaz çelikler, karbonlu ve alaşımlı çelikler bu yöntem ile kesilir.
Yakarak kesme yöntemi ise oksi-gaz ile gerçekleştirilen kesme yöntemidir. Oksijen ve yanıcı gaz ile alev oluşturularak kesilecek bölgeye ön ısıtma uygulanır. Kesilecek malzeme, oksijen ile hızlı reaksiyona girme sıcaklığına (~870 °C) ulaştığında basınçlı oksijen ergiyen bölgeye püskürtülerek kesme işlemi gerçekleşir. Burada basınçlı oksijen egzotermik reaksiyon oluşturur, ısı miktarını artırır ve kesme işlemini hızlandırır.
Yakarak kesme yöntemi ile %0.5 C’lu çelikler sorunsuz kesilirken, %1.6 C’a kadar olan çelikler için; parçanın tamamına ön tavlama uygulanarak (200°C) kesme işlemine geçilir. Ayrıca manganezli çelikler, silisyumlu çelikler ve düşük alaşımlı çeliklerde kesme işlemi gerçekleştirilir. Yakarak kesme yönteminin yaygın olmasının en büyük nedeni yapı çeliklerinin diğer çelik türlerinden çok daha fazla kullanım alanına sahip olmasıdır. Aynı zamanda bu yöntemin ekipman maliyetlerinin diğer yöntemlerde kullanılan ekipman maliyetlerinden daha düşük olmasıdır. 25 mm den daha kalın çelik parçaların kesilmesinde daha ekonomiktir.
Oksi-gaz kesme yönteminde yakıcı gaz olarak oksijen yanıcı gaz olarak; asetilen, propan, LPG, metan ve doğalgaz yaygın olarak Türkiye’de kullanılmaktadır.
Her bir yanıcı gazın oksijen ile kimyasal reaksiyona girmesi için oluşturduğu hacim oranları birbirinden farklıdır. Örneğin; 1 litre Asetilen 1.2 litre oksijen ile, 1 litre Propan 4.5 litre oksijen ile, 1 litre Doğal Gaz 2 litre oksijen ile kimyasal reaksiyona girer. Oksi-gaz ile kesme ve tavlama yönteminde kullanılan yanıcı gazların oksijen ile reaksiyona girmesi sonucu ortaya çıkan sıcaklık ve ısıl değerlerde de farklılıklar vardır.
En yüksek sıcaklık bakımından sıralama;
- 1. Oksi-Asetilen:3170°Co
- 2. Oksi-Propan :2840°C
- 3. Oksi-Doğal Gaz:2780°C
-
En yüksek sıcaklık bakımından sıralama;
- 1. Oksi-Propan : 95,758 KJ/m³
- 2. Oksi-Asetilen : 54,772 KJ/m³
- 3. Oksi-Doğalgaz: 37,260 KJ/m³
-
En yüksek sıcaklık sıralamasında oksi-asetilen 1. sırayı alırken toplam ısıl değeri bakımından ise 1. sırada oksi-propan yer almaktadır.
Bu konu ile ilgili yayınlanan bazı teknik kaynaklar, ısıl değeri bakımından 1. sırada oksi-asetilen olduğunu ifade etmektedir. Bunun gerekçesi nötr alev için oksi-gaz ile kesme ve tavlamada birinci (açık mavi alev konisi) ve ikinci (alev yelpazesi) olarak adlandırılan iki yanma bölgesi mevcuttur. Oksi-asetilenin birinci (açık mavi alev konisi) odaklanmış ısıl enerji üretme kapasitesi en yüksek verimliliğe sahip olduğu belirtilmektedir.
Oksi-asetilen ile kesme işleminde odaklanmış ısı, kesme işlemine başlama bakımından avantaj sağladığı doğrudur. Örneğin, oksi-asetilen ile parçaya delik açma işlemi, oksi-propan ile parçaya delik açma işleminden üç kat daha hızlıdır. Bu konuda yazılmış diğer kaynaklar ise kesme işleminde oksi-asetilen ile oksi-propan arasındaki farkın kalktığını, hemen hemen aynı kesme hızlarına sahip olduğunu ifade etmektedir. Bu durumda kullanılan yanıcı gazların birinci ve ikinci ısıl değerlerine bakmak gerekir.
Aşağıdaki tabloda birinci ve ikinci alev bölgesinin ısıl değerleri verilmiştir.
SONUÇ
Oksi-Asetilen;
- Delik açma işleminde oksi-propandan üç kat daha hızlıdır.
- Odaklanmış ısı verme kapasitesi en yüksek olan gazdır.
- İnce parçaların kesilmesi için idealdir.
- Küçük boyutlu ve ince parçaların kısa sürede ısıtılmasında avantaj sağlar.
- Karbonlu çeliklerin kaynağında alev yelpazesi (ikinci alev) kaynak havuzunu koruyarak kaynak uygulamalarında idealdir.
- Odaklı ısıl verimliliği; açık mavi alev konisinin uç kısmından itibaren parçaya olan mesafe 2mm ile 5mm arasındadır.
- İnce parçalar kesilirken kesme yüzeyinin (kerf derinliği) aşırı ısınması sebebiyle; malzemede ısıdan etkilenen bölge (ITAB) geniş olmaktadır.
- Kesilen çeliğin karbon miktarı artışına bağlı olarak kesim yüzeyi alt kısmındaki kenar sertleşmesi propana göre daha yüksektir.
- Açık mavi alev konisi kesilecek parçaya yakın olduğu için çapak sıçrantılarında alev geri tepme riski yüksektir.
- Maliyeti oksi-propandan yüksektir.
- İnce parçaların kesilmesinde, kesilen yüzeyin üst kenarı odaklı ısı nedeniyle ergiyerek oluşabilecek kenar yenmesi riski oksi-propandan daha yüksektir.
- Kesme lülesi ağız kısmında cüruf yapışması oksi-propana göre daha yüksektir.
- Kaynak, kesme, tavlama, lehimleme ve pulverize metal kaplama işlemleri yapılabilir.
-
Oksi-Propan;
- Benzer kesme lülesi tasarımlarında oksi-propan ve oksi-asetilen için kesme hızları yaklaşık olarak benzerdir.
- Kalın parçaların kesilmesinde avantajlıdır.
- Kalın ve geniş parçaların tavlanmasında avantajlıdır.
- Kesilen parça kenarları daha düzgündür.
- Isıdan etkilenen bölge (ITAB) daha dardır.
- Açık mavi alev konisi kesilecek parçaya daha uzak olduğu için çapak sıçrantılarında alev geri tepme riski düşüktür.
- Açık mavi alev konisinin uç kısmından itibaren parçaya olan mesafesi 5mm’den fazladır.
- Kesilen çeliğin karbon miktarı artışına bağlı olarak kesim yüzeyi alt kısmındaki kenar sertleşmesi oksi-asetilene göre daha düşüktür.
- İnce parçaların kesilmesinde kesilen yüzeyin üst kenarı odaklı ısı nedeniyle ergiyerek oluşabilecek kenar yenmesi riski oksi-asetilenden daha düşüktür.
- Ön ısıtma alevinde kullanılan oksijen miktarı daha fazla olmasına rağmen oksi-propan ile kesmenin maliyeti düşüktür.
- Kesme lülesi ağız kısmında cüruf yapışması oksi-asetilene göre daha düşüktür.
- Kesme, tavlama, lehimleme ve pulverize metal kaplama işlemleri yapılabilir.
- Kesme lülelerinde ve kesme hamlaçlarında yapılan teknolojik gelişmelerde ön ısıtma ve kesme hızları performansları yükseltilmiştir.
-
Hazırlayan: Nurettin BORAN - Kaynak Mühendisi & Teknik Danışman