Yrd. Doç. Dr. Yılmaz Gür
 Makine Müh. Böl.
Balıkesir Üniv. Müh. Mim. Fak.
Ekim 2005, Balıkesir

Not: Orijinal olarak TurkCADCAM.net Dergisi 2. Sayısı için hazırlanmış bu makale, ilk kez Ekim 2007'de TurkCADCAM.net Portalı'ndan yayınlanmaya başlamıştır.

ÖZET

Bu çalışmada, katı hal Difüzyon kaynağı yapılabilmesi için geliştirilmiş olan laboratuar test aparatının, SolidWorks 3 boyutlu tasarım programı ile yapılan tasarımı anlatılmıştır. Kaynak test ünitesi; gaz arıtma, sıcaklık kontrolü ile güç ve Difüzyon kaynağı cihazı olmak üzere üç birimden meydana gelmekle birlikte burada sadece aktif olarak Difüzyon kaynağının gerçekleştiği Difüzyon kaynak cihazının tasarımı SolidWorks ile yapılmıştır.

Difüzyon kaynağı genel anlamda birleştirilecek parçaların ara yüzey tabakalarında difüzyonu sağlayacak kadar yüksek sıcaklıklarda, aradaki boşlukların plastik deformasyonla kapanmasıyla atomik seviyede bağların oluştuğu bir katı hal sürecidir [1]. Bir başka tanımlamaya göre ise katı hal Difüzyon kaynağı ölçülebilir bir plastik akma meydana gelmeksizin birleştirilecek parçaların ergime noktasının altında bir sıcaklıkta birbirlerine doğru basınç uygulanmak suretiyle sağlanır [2].

Özellikle günümüzde Difüzyon kaynağı yüksek dayanımlı kaynak bağlantılarına ihtiyaç duyulan uçak, uzay ve savunma sanayilerinde, nükleer santrallerde kullanılmaktadır [3]. Ayrıca endüstrideki soğuk hava depolarında, dondurucularda ve gaz dolum tesislerinde alüminyum ve bakır boru bağlantıları ısı iletimi ve yoğunluk gibi iki faktöre bağlı olarak montajı düşünülür. Sökülemeyen bağlantı yapma durumu söz konusu olduğunda, her iki metal de oksitlenmeye karşı hassas olduklarından vakum altında difüzyon kaynağı yapmak en uygun yoldur. Fakat bu yöntem ilk yatırım masrafının çok olması nedeniyle pek cazip görülmemektedir. Bunun yerine koruyucu gaz altında difüzyon kaynağı seti tasarlanmıştır.

Koruyucu gaz altında difüzyon kaynak cihazı, numune parçaların içine yerleştirildiği, üzerlerine bir kol vasıtasıyla basınç uygulandığı, ve argon koruyucu gaz ortamında yüksek sıcaklığa maruz bırakıldıkları iç içe geçmiş iki çelik silindirden meydana gelmiştir. İçteki silindire Kanthal firmasının özel yalıtılmış rezistanslı ısıtma fırını mevcuttur. Numuneler üzerine uygulanması gereken basınç, sistemin üst kısmına yerleştirilen bir manivela kolunun ucuna asılan yükler vasıtasıyla sağlanmaktadır. Arıtılmış argon gazı alt kısımdan silindirin iç kısmına verilmektedir (bakınız Şekil 1).

Şekil 1. Difüzyon kaynak cihazı [4]

Bu çalışmada ise difüzyon kaynak cihazının, parametrik tasarım özelliğine sahip SolidWorks 3-boyutlu mühendislik tasarım programı ile dizaynı yapıldı (Şekil 2). Cihaz, aşağıda belirtilen parçaların montaj edilmesi ile meydana gelmiştir; 1. Alt kapak, 2. Baskı kolu oturma yüzeyi, 3. Baskı kolu pimi, 4. Baskı kolu tabanı, 5. Dış bağlantı, 6. Gaz kapağı, 7. Isıtıcı kapağı, 8. Isıtıcı üstü, 9. Isıtıcı, 10. Üst kapak, 11. Kol yuvası, 12. Baskı kolu, 13. Numune, 14. Pabuç, 15. Alt piston, 16. Piston, 17. Piston kapağı, 18. Piston tabanı, 19. Piston, abanı alt, 20. Silindirik gövde, 21. M12 Gaz giriş parçası, 22. M9 cıvata, 23. Kol 24. M12 cıvata, 25. Kaynak edilen kısımlar 26. Piston Kapağı 27. Dış bağlantı 28. M15 cıvata (Şekil 3).

Şekil 2. Kaynak Cihazının SolidWorks'daki montaj hali

Şekil 3. Difüzyon Kaynak Cihazına ait parçaların SolidWorks teknik resim sayfasına aktarılması ve numaralandırılması

Difüzyon kaynak cihazının oluşturan her bir parça ayrı ayrı parametrik olarak tasarlandı. Yani bottom-up denilen en alt birimdeki parça tasarımından montaja doğru gidildi. Bunun için montajı oluşturan parçaların her biri ayrı bir parça dosyasına kaydedildi. Daha sonra montajı oluşturacak olan parçalar montaj sayfasına aktarıldı. Aynı boyutlu cıvatalar ise sadece bir kez çizilip istenildiği kadar montaj sayfasına dahil edilebilir. Böylece 8 cıvata yerine sadece 1 cıvata dosyası yaratıldı ve bunlar daha sonra montajda istenildiği kadar montaj sayfasına getirildi. Daha sonra da tüm parçalar aralarında ilişki tanımlamak suretiyle birleştirildi. Böylece tasarımda aksayan bir nokta olup olmadığını kontrol edip görmek mümkün hale geldi. Parçalar arasında tanımlanan ilişkiler nedeniyle de mevcut çalışma mekanizması daha tasarım aşamasında görülebildi.

Montaj 3 boyutlu olarak tamamlandıktan sonra bunu bir teknik resim sayfasına aktarmak, kesit almak, parçaların otomatik olarak numaralandırılması, malzeme listesinin çıkarılması SolidWorks programının özelliği nedeniyle oldukça kolaydır.

Aşağıda görüldüğü gibi SolidWorks programı tarafından malzeme parça listesi oluşturuldu (Şekil 4). Tasarlanan her bir parçanın malzemesi de tanımlanabildiği için daha tasarım aşamasında cihazın ağırlığı ve kullanılacak malzemenin miktarı ve dolayısıyla da maliyeti hakkında bir fikir sahibi olma imkanı doğdu.

Şekil 4. Solidworks'un hazırladığı parça listesi

Dolayısıyla hem tasarım aşaması, hem detaylandırma hem de dokümantasyon işlemi kısa sürede tamamlanabilmektedir.

Ayrıca tasarımın her aşaması birbirine entegre edildiği için tasarım aşamasının herhangi bir noktasında yapılacak en küçük bir değişiklik dahi tasarımın diğer aşamalarına otomatik olarak yansıdığından, manuel olarak tasarımın diğer aşamalarının düzeltilmesi diye bir şey söz konusu olmamaktadır. Bu ise tasarım aşamasını son derece esnek hale getirmektedir. Böylece tasarım aşamasında herhangi bir modifikasyonu yapmak hem kolay olmakta hem de tasarım aşamasını kısaltmaktadır.

3. SONUÇ

Difüzyon kaynak cihazının SolidWorks programıyla yapılması tasarım aşamasına esneklik getirirken, tasarımla ilgili birçok ayrıntı da önceden görülebilmekte ve var olabilecek sorunlar da tespit edilebilmektedir. Örneğin birlikte çalışacak kısımların birbirlerine çarpıp çarpmayacakları çarpışma tespiti (collision detection) özelliği ile bulunabilmektedir. Diğer yandan, zaman maliyet ve işgücü açısından tasarruf sağlayacaktır.   Ayrıca, SolidWorks ile entegre çalışan CosmosWorks programıyla kaynak edilecek numuneler üzerine uygulanacak kuvvetlerin analizi yapılabilir. CosmosFlow ile de kaynak ortamında oluşacak sıcaklık dağılımı bilgisayar ortamında modellenerek simüle edilebilir. Dolayısıyla 3D modelleme ve analiz ortamları birleştirilerek daha sağlıklı bir tasarım yapılması imkanı doğmuştur.  

4. KAYNAKLAR

[1] Kazakov,N.F., Diffusion Bonding of Materials, Pergamon Press, First Edition, 1985

[2] British Standard, BS 499, Part I, Welding Terms and Symbols, 1992

[3] Owczarski, W.A., Paulonis, D.F., "Aplications of Diffusion Welding in USA", Welding Journal,
February 198, pp.22-33.

[4]* Çelik, S., Koruyucu Gaz Altında Saf Alüminyum ve Bakırın Difüzyon Kaynağı Şartlarının Belirlenmesi, Doktora Tezi, Balıkesir Üniversitesi, Mart 1996.

[5] SolidWorks Corporation, SolidWorks User's Guide, 2005

* Not: Difüzyon kaynak cihazı Yrd. Doç. Dr. Sare Çelik tarafından doktora çalışması sırasında üretilmiş ve halen malzeme laboratuvarımızda bulunmaktadır.