Ana Sayfa » KATI HAL KAYNAKLARI » TERMİT KAYNAĞI NEDİR?

TERMİT KAYNAĞI NEDİR?

Termit bir birim toz alüminyum ile üç birim demir oksit karışımına denir.Bu kaynak kırılan rayların tamirinde çok kullanılır.

Al2 + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3 + Isı

 

Termit reaksiyonu Alüminyum‘un başka bir metal oksidi ile (özelikle Demir oksit) girdiği reaksiyondur. Bu maddelerin karışımına da Termit adı verilir. Ortalama 2370 °C ‘de gerçekleşen reaksiyon sonucunda Alüminyum oksit, diğer metalin element hali ve çok büyük miktarda ısı açığa çıkar.

Demir oksit’ten yapılan termitin en efektif karışımı kütlece %25.3 alüminyum ve %74.7 demir oksitten oluşur. Bu karışım Termit adı altında kaynak işlemi için ısı üretiminde kullanılmaktadır. Reaksiyon şu şekildedir:

Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe; ΔH = -851.5kJ/Mol

termit kaynağı animasyonu:

Termit Kaynağı ve Uygulama Alanları:

1—Genel Bilgi:

1.1– Alümino termit kaynağı olarak da bilinen Termit kaynağı, bir metaloksit tozu ile alüminyum tozu arasında oluşan alüminotermik reaksiyon sonucu ergitilen metalin kaynak edilecek parçaların alın yüzeylerine dökülerek birleştirilmesini sağlayan bir döküm ergitme esaslı kaynak yöntemidir.

1.2–Yöntem günümüzde özellikle demiryolu raylarının birleştirilmesinde yaygın olarak kullanım alanı bulmaktadır.

1.3–Ayrıca, yöntemin bazı batı ülkelerinde inşaat demirlerinin alın alına kaynağında ve demiryollarında da bakır iletkenlerin raylara kaynağında kullanıldığı bilinmektedir.

2—Yöntem Bilgisi:

1–Termit kaynağı, bir metaloksit tozu ile alüminyum tozu arasında oluşan alüminotermik reaksiyon sonucu, aşırı ısıtılarak ergitilen metalin kaynak edilecek parçaların alın yüzeylerine dökülerek birleştirilmesini sağlayan bir döküm ergitme esaslı kaynak yöntemidir.

2–Bu yöntemde, kaynak edilecek bölge bir döküm kalıbı içine alınır ve ergitilerek dökülen sıvı metal, hem kaynak enerjisini taşır hem de ek kaynak metali görevi yapar.

3–Yöntemin esası, alüminyumun oksijene karşı ilgisinin (affinitesinin) diğer metallere kıyasla daha fazla olmasından yararlanılarak ince taneli metal oksitlerin redüklenmesine dayanır. Metal oksit (toz) + Alüminyum (toz) = Alüminyum oksit + Metal + Isı

3.1–Termit kaynağının gerçekleştirilmesinde kullanılan temel toz karışımlarından oluşan başlıca reaksiyonlar aşağıda sıralandığı gibidir;

3 Fe3O4 + 8 Al = 9 Fe + 4 Al2O3 + 3350kJ ,,,      3 FeO + 2 Al = 3 Fe + Al2O3 + 880kJ

Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3 + 850kJ

3.2–Burada, ilk reaksiyon sonucunda yaklaşık olarak 3100°C sıcaklık oluşur, kullanılan karışım içinde ağırlıkça üç kısım demir oksite karşılık bir kısım alüminyum bulunmaktadır ve 1 kg toz karışımından yaklaşık olarak 525 g ergimiş demir ile 475 g cüruf elde edilir.

4–Yüksek sıcaklığa dirençli bir malzemeden yapılmış pota içindeki, demir oksit ve alüminyum tozu karışımında, alüminotermik reaksiyonun başlayabilmesi için, bir ön tutuşturma işlemine gerek duyulur ve karışımın tutuşma sıcaklığı yaklaşık 1300°C’dir.

4.1–Toz karışımını pota içinde tutuşturabilmek için üzerine baryum oksit ve alüminyumdan oluşan tutuşturucu bir kütle konur ve bu da kibrit ya da kızgın bir tel çubukla tutuşturulur,

4.2–karışım kendi kendine yanar, bu sırada demir oksidin oksijeni alüminyumla birleşir ve alüminyum oksitten oluşan bir ergimiş cüruf oluşarak potanın içindeki ergimiş metalin üzerinde yüzer. Ergimiş metale “termit demiri” adı verilir.

5–Sıcaklığı yükselen ve potanın altından akan termit demiri birleştirilecek ağızları tavlar ve parçalar kaynak edilecek sıcaklığa yükselir.

6–Özel olarak kalıplanmış olan kaynak edilecek parçalar arasındaki boşluğa akan ve birleştirmeyi sağlayan termit demiri yumuşaktır, bu amaçla termit karışımına çeliğe katılan alaşım elementleri katılarak mukavemeti ve aşınma direnci yüksek bir alaşım elde edilir.

7–Bu yöntem, kaynak uygulamaları dışında alaşımlama yapmak amacı ile, karbon içermeyen ve zor ergiyen Cr, Mn, Ti, V, Mo, Ni, Co gibi metallerin ergitilmesinde de kullanılır.

3– Termit Kaynağının Uygulama Alanları:

1–Termit kaynağı, özellikle demiryolu raylarının birleştirilmesinde ve tamirinde uygulanan bir kaynak yöntemi olarak günümüzde geçerliliğini sürdürmektedir.

2–Yöntem, ön gerilmeli beton çeliklerinin ve elektrik iletim hatlarında kullanılan bakır iletken tellerin birleştirilmesinde de uygulanmaktadır.

1.1– Rayların Termit Kaynağı:

1–Yöntem,demiryolu raylarının kaynak edilerek birleştirilmesi yardımı ile uzatılması ve bunun sonucunda da rayların ek yerlerinde tren tekerleklerinin ray boşluklarından geçerken ses yapmasını önlemektir.Ayrıca, kömür madenlerinde kullanılan raylar ile tren raylarının da birleştirilmesi ve tamiri amacı ile termit kaynağı kullanılır.

2–Her tür ray çeliği için alüminotermik toz karışımı yapılabilmektedir, Raylar, daha çok C-Mn’lı çelikler olmalarına karşın çeşitli ülkelerde Cr, Cr-Mo, Cr-V, Cr-Mn ve Si alaşımlı ray çelikleri de üretilmektedir.

3–Rayların alın alına termit kaynağında iki teknik uygulanmaktadır. Birincisinde ön tavlama yapılırken, diğer yöntemde ön tavlama yapılmadan kaynak işlemi gerçekleştirilir.

3.1– Ön Tavlamalı Termit Kaynağının Uygulanması:

1–Önce raylar yerleştirilir ve aralarında yaklaşık olarak 20- 25 mm ağız açıklığı bırakılarak traverslere bağlama pabuçları ve özel cıvatalar ile sıkıca sabitlenirler,

2–rayların kaynak edilecek birleştirme yerleri doğal ya da yapay silis kumundan hazırlanmış özel bir kalıp içine alınır ve ray uçları oksi- gaz alevi ile 800- 1000°C’ye kadar tavlanır,

3–diğer tarafta hazırlanan pota içindeki alüminotermik toz karışımı tutuşturularak ergimesi sağlanır,

4– ön tavlama ray malzemesine bağlı olarak 7- 8 dakika sürebilir.

5–Alüminotermik reaksiyon tamamlandığı zaman ön tavlama üfleci kalıptan sökülür ve içinde ergimiş metal bulunan pota kalıbın üzerine getirilerek tıkacı açılır (baga), böylece ergimiş metalin kalıp içine dökülerek katılaşması gerçekleştirilir.

6–Katılaşma tamamlandıktan sonra kalıp çözülerek çıkartılır ve rayın üst yüzeyinde ve de kenarlarında bulunan metal fazlalıkları temizlenir.

7–Ray mantarı olarak adlandırılan bu fazlalıkların tamamen temizlenmesi önemlidir, bunun için özel olarak geliştirilmiş hidrolik bir kesme aleti kullanılır, ayrıca çalışma yüzeyi üzerindeki fazlalıklar da özel bir taşlama aleti ile 0.5 mm kalıncaya kadar taşlanır.

8–Yöntem bazen kısa ön tavlama süreli olarak tren ray üzerinde iken de gerçekleştirilir, bu durumlarda ön tavlama süresi 1-2 dakika sürer.

3.2– Ön Tavlamasız Termit Kaynağının Uygulanması:Oksi- gaz aleviyle ön tavlama işleminden kaçınmak amacı ile geliştirilmiş olan bu teknikte ray uçları özel olarak hazırlanmış potalı kalıp sistemi içine alınırlar, bu şekilde ergimiş metalin bir bölümü pota kalıp sistemindeki ön tavlama kamarasına akıtılır ve ray uçlarının ön tavlaması sağlanır.Daha sonra, ergimiş metalin tamamı raylar arasındaki boşluğa akıtılarak kaynak işlemi gerçekleştirilir.

3.3– Demiryolu Raylarına Termit Kaynağının Uygulanma Bilgisi:

1–Kaynak yapılacak bağlantının yaygın terimle contanın bulunduğu traversler arasındaki mesafenin 620 mm’den fazla olmaması gereklidir.

2–Cebire delikli raylarda, deliklerin zarar görmüş ve çatlak içermemesi gerekmektedir ve kaynakla delik arasındaki mesafenin 100 mm’den daha az olmasına izin verilmemelidir.

3–Rayın düzgünlüğü, kaynaklanacak ray boyunca balast profilinin uygunluğu, ray bağlantılarının uygun durumda olması ve travers aralarının da uygun olması sağlanmalıdır.

4–Kaynağa başlamadan önce ray kalitesi iyi bilinmelidir. Zira, kaynakta kullanılacak şarjın kalitesi ray kalitesi ile doğrudan bağımlıdır.

5–Rayların hatalı ve ondülasyonlu olduğu durumlarda kaynak yapılmamalıdır.

6–Termit karışımının kuru olması gerek güvenlik gerekse kaynak kalitesi bakımından ön koşul olduğundan, yağmurlu ve kar yağışlı havalarda kaynak yapılmamalıdır.

7–Hava sıcaklığı 0°C’nin üzerinde olmalıdır. Zorunlu durumlarda sıcaklığın 0°C’nin altında olması durumlarında ray başlarının 5 cm’lik kısmı 50°C ile 1200C’ye tavlandıktan sonra kaynak işlemine başlanmalı. Tavlama işlemi üflecin ray üzerinde gövdede gezdirilmesi ile yapılabilir.

8–1100 kalitesindeki rayın kaynağında, ray sıcaklığı +10°C’nin altında olmamalıdır. Zorunlu durumlarda ray 50°C’ye kadar tavlandıktan sonra kaynak yapılmalıdır ve soğuma sona erinceye kadar kaynak bölgesi yağmur, dolu ve kar düşmeyecek şekilde korumaya alınmalıdır.

9–Termit kaynağının ray üzerinde uygulanmasında kullanılan kaynak malzemeleri aşağıdaki parçalardan oluşan bir set halindedir. Ülkemizde TCDD her yıl yaklaşık olarak 20000 adet kaynak setini Fransa, Amerika ve Hindistan gibi ülkelerden ithal almaktadır ve yaklaşık birim fiyatı 450 -500 $/settir.Sette,Alüminotermit porsiyonu ,Birleştirme Macunu ,Kalıp,Pota Tutuşturucular (Maytap),Baga (otomatik baga)

10–Uygulamada, termit miktarı ve bileşimi kullanılan rayın profiline ve çekme mukavemetine göre belirlenir.

11–Eğer ısıl işlem ile sertleştirilmiş bir ray, sertleştirilmemiş bir ray ile kaynaklanıyorsa, termit malzemesi sertleştirilmemiş raya göre seçilmelidir.

12–1100 kalitesinde bir ray, 900A kalitesinde bir raya kaynaklanıyorsa termit malzemesi 900A kalitesindeki raya göre seçilir.

13–Potalar ilk kullanımdan önce şiddetli olmayan bir ateşle dış yüzeyi 100°C oluncaya kadar (yaklaşık 25 dakika) ısıtılmalı veya bir adet boşa döküm yapılmalıdır. Buradaki amaç potadaki nemin kaynak banyosuna zarar vermesini engellemek için nemi uzaklaştırmaktır.

14–İki ray arasındaki kaynak açıklığının ise maksimum 23-27 mm aralığında olmasına dikkat edilmelidir.

15–Kaynak açıklığı tüm kaynak işlemi boyunca sabit kalmalı, rayın itilmesi veya çekilmesi gibi bir işleme maruz kalmamalıdır.

16–Ön ısıtma sırasında doğabilecek herhangi bir boylamasına hareketin tespit edilebilmesi amacıyla her iki rayın tabanına ve conta traverslerine işaret konulmalıdır.

17–Ön ısıtma sırasında kullanılan yönteme göre izin verilen limitler dışında bir aralık oluşursa çalışma durdurulmalı ve düzeltmeler yeniden yapılmalıdır. Kalıplar kaynak edilecek ek yerine (contaya) merkezlenerek bağlanmalıdır.

18–Kalıbın bağlanması sırasında kalıbın içerisine kesinlikle kalıptan kopan parçaların dolmaması gereklidir. Çünkü bu parçacıklar kaynak kalitesini bozmaktadır. Kalıpların doğru olarak bağlanmasından sonra macun ile birleşme yerleri dikkatlice kapatılmaktadır.

19–Daha sonra üfleç ile ön tav yapılırken en önemli konu yakıta karışan yabancı maddelerdir. Bu yüzden yakıt deposu ve filtrelemeye dikkat etmek gerekmektedir.

20–Pota kaynak şarjı metaline bağlı olarak uyumlu pH değerine sahip malzemeden üretilmektedir ve bu potalar minimum 25000C‘ye dayanıklı olmaktadır ve aynı pota kullanılarak en az 30 döküm yapılabilmektedir.

20.1–Potanın bazen kaynak ustaları tarafından kumla onarıldığı görülmekte ancak kumla onarılması nedeniyle kaynak metali içerisine fazla miktarda silis girmekte bu da kaynak bölgesinin gevrek olmasına neden olmaktadır.

21–Otomatik baganın üzerine, reaksiyon bitimine kadar baganın açılmamasını sağlamak için magnezyum oksit dökülür. Kaynak şarjı (termit) potaya dökülür. Pota içindeki termit malzemesinin tepeleştirilmiş en üst noktasından maytap ile tutuşturma ile ekzotermik reaksiyon başlatılır. Reaksiyonun başlamasından yaklaşık 25-30 saniye sonra otomatik baga reaksiyon bitiminde kendiliğinden açılır.

22–Kaynak işlemi tamamlandıktan sonra, kalıplar, yeterli süre (4-5 dakika) beklendikten sonra bir keski yardımı ile üzerinde kalan kısmının her iki tarafından iz yapılması suretiyle kırılır. Hemen arkasından ray sıyırma makinası ile kaynak fazlalığı alınır.

23–Sıyırma işlemi kalıbın sökülmesinden hemen sonra olmalıdır. Sıyırma işlemi hidrolik sıyırma aletiyle gerçekleştirilir.

24–Kaynakların çıkıntısı yolluklar soğuduktan sonra koparılmalıdır.Kaynaklanan raylar 1100 kalitesinde ise sıyırma işleminden hemen sonra kaynak bölgesi (cam yünü ile kapatılarak) ray sıcaklığı 500°C’ye düşünceye kadar yaklaşık 30 dakika soğumaya bırakılmalıdır.

1.2– Öngerilmeli Beton Çeliklerinin Termit Kaynağı:

1–Ön tavlamasız termit kaynağı, betonarme yapılarda kullanılan kolon ve kirişlerin içine yerleştirilen beton çeliklerinin boylarını uzatmak amacı ile de kullanılan bir kaynak yöntemidir.

2–Ülkemizde bu konuda uygulamalara rastlanmamasına karşın Avrupa ve Amerika’da uygulama alanı bulunmaktadır.

3–Yöntemin uygulanmasında; önceden hazırlanmış pota kalıp sistemi, birleştirilecek çelik çubukları içine alacak şekilde yerleştirilir ve alt kısımdan ergimiş metalin akmaması için kum ya da polimer esaslı bir bileşik ile kapatılır, yöntem yatay veya dikey pozisyonda kaynağa uygun hazırlanmış pota kalıp sistemi ile gerçekleştirilir.

1.3– Bakır İletken Tellerin Termit Kaynağı

1–Termit kaynak yönteminin diğer bir uygulama alanı da bakır oksit ve alüminyum tozunun karışımıyla hazırlanan alüminotermik karışımın kullanımı ile bakır iletken tellerin kaynak edilebilmesidir.

2–Yöntem, bakır çubukların, bakır kabloların, bakır tellerin hatta demiryollarında topraklama amacı ile uygulanan bakır tellerin raylara kaynağında da kullanılır.

3–Bakır oksit tozu ile alüminyum tozu arasındaki reaksiyonun başlatılması sonucunda 1- 5 saniye arasında aşırı ısıtılmış ergimiş bakır ve cüruf elde edilir, ergimiş bakır birleştirme boşluğuna akıtılarak birkaç saniyede katılaşması sağlanır ve kalıp sökülerek birleştirme tamamlanır.

4–Bu işlemde, reaksiyon aşağıdaki şekilde oluşur; 3 Cu2O + 2 Al = Al2O3 + 6 Cu

5–Yöntemin uygulanmasında grafit kalıp kullanımı yaygındır, grafit kalıptan geçen az miktardaki karbon oksijenle reaksiyona girerek karbondioksit oluşturur. Uygun miktarda oluşan karbondioksit, sıvı çözeltide bulunan hidrojeninin bir miktarını tutarak katılaşan kaynak metalinde gözenek oluşumunu önler.

6–Kaynak metalinin hızlı katılaşması sonucunda, kaynak metali ile ray arasında gevrek ve martenzitik yapıda bir geçiş bölgesi oluşur.Dolayısı ile, bu bölgeye kaynaktan sonra bir tavlama uygulanması gerekir.

7–Bu işlem için özel olarak geliştirilmiş ekzotermik tuğlalar kullanılarak yeterli tavlama yapılarak martenzitik yapı perlitik yapıya dönüştürülür.

8–Bu tuğlalar kaynak yerine yerleştirilerek bir üfleçle tutuşturulur ve tuğlada reaksiyon aynen ekzotermik toz karışımında olduğu gibi başlar, burada ergimiş metal oluşursa da kum yapısı bunu emerek dışarıya çıkmasına engel olur, ancak oluşan ısı ile bölge tavlanarak işlem gerçekleştirilir.

9– termit kaynağı çok eski ve bilinen bir kaynak yöntemi olmasına karşın gerek termit karışımı ve gerekse de termit setinde bulunan elemanların halen ithal edilmesi dolayısı ile ülkemizden dışarıya döviz gitmesine neden olmaktadır.Bu setlerin üretilmesi için gereken çalışmalar kamu yönlendirmesi vs gerçekleştirilebilir.

9.1–Özellikle, beton çeliklerinin kaynağında kullanımının yaygınlaştırılması ile yöntemin daha verimli kullanımı artarak toz ve diğer ekipmanlarının ülkemizde üretilmesi sağlanabilecektir.

Kaynakça:Termit Kaynağı ve Uygulama Alanları–Erdinç KALUÇ(*), Emel TABAN(**)–Kocaeli Üniversitesi Kaynak Teknolojisi Araştırma ve Uygulama Merkezi, 41040 KOCAELİ-Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Müh. Böl., Vezioğlu Yerleşkesi, 41040 KOCAELİ

 

Hakkında Orhan BAYLAN

Metal Teknolojisi Öğretmeni. Kaynak Bilim Uzmanı. C Sınıfı İSG Uzmanı

İlginizi Çekebilir

Nokta Kaynak Makinelerinin Sınıflandırılması

Tren rayı tamir kaynağı videosu (Termit )

Bir Cevap Yazın