Aşınmış plazma nozullarının aşınan kısımlarının gümüş içeren lehimlerle doldurularak tekrar kullanılabilirliği
Reusability by filling the wear parts of down plasma nozzles with solders containing silver
Yazar: AYŞE YAYLI EYÜBOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZKAN ESKİ
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
1950'li yıllardan günümüze kadar üst düzey üretim teknolojilerinde kullanılan plazma, maddenin dördüncü hali olarak karşımıza çıkmaktadır. İlk endüstriyel plazma arkı ve kesme torcu 1957 yılında Linde tarafından yapılmıştır.1962 'de James Browning çift gazlı ve ters kutuplamalı plazma ark kaynağının patentini almış ve bu yöntemle alüminyum kaynak uygulamaları yapmıştır. 1978'de NASA'nın uzay mekiklerinin alüminyum kısımlarında plazmayı kullanarak daha iyi neticeler elde etmesiyle yöntem ticari boyutta önemli bir prestij kazanmış ve uygulamaları artmıştır.

Madde gaz halindeyken, harici bir kaynak yardımıyla, sürekli enerji verilmeye devam edildiğinde, madde plazma haline geçecek yani iyonlaşacaktır. Bu iyonlar yardımıyla yapılan ısıl kesme işlemine plazma ile kesme denmektedir. Bu işlemi açıklayacak olursak; torç dediğimiz uç parça içerisinde akan gaza enerji verilerek oluşturulacak yüksek sıcaklık ve hızdaki iyonik akımın, bir nozul yardımıyla odaklanarak, pozitif kutup olan malzemeye yönlendirilmesi ve bu yönlendirme sonucunda malzemenin ergiyerek, iyonik akımın jet etkisiyle malzemeden uzaklaştırılması işlemidir.


Plazma ile kesme işleminde yüksek ısıya maruz kalan torç içindeki nozulların yüksek miktarda aşınmaya uğramaktadırlar. Yapılan literatür incelemesinde plazma kesme elektrotlarının hafniyum olduğu ve çevresinin bakırdan imal edildiği, ancak meme ömrünün uzatılması amacıyla gümüşten imal edildikleri görülmüştür. Endüstriyel uygulamalarda bazı firmaların hafniyum elektrot çevresinde gümüş kullandığı ve böylece elektrot ömrünü artırdığı bilgisine rastlanmıştır. 
Ülkemizde plazma kesme işlemi yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Gerek elektrot, gerekse kısıcı memeler ithal edilmekte ve ülkemizden döviz çıkışı olmaktadır. 

Kısıcı memelerde, meme ağırlığının %1 'i kadar olmayan aşınma düzeylerinde memenin kullanım ömrü bitmektedir. Aşınmaya bağlı olarak kesme kalitesi düşmektedir.

Bu çalışmada aşınmış kısıcı memelerin, %2, %20, %40 ve %92,5 gümüş ihtiva eden lehimler kullanılıp doldurularak geri dönüşümünün mümkünlüğü araştırılmıştır. Lehimleme işlemi yeniden aşınma sürecinden sonra yinelenerek tekrar tekrar kullanım sağlanmaya çalışılmıştır. Bu şekilde hem ülke ekonomisine katkıda bulunulması hem de yeni bir iş kolu türetilmesi hedeflenmiştir.


Deneylerde Lincoln PC100 Plazma Kesme Cihazı kullanılmıştır. Plazma gazı olarak 5Bar basınç ve 200lt/dak debideki hava kullanılmıştır. 50 Amperde 1m/dak kesme hızında işlem yapılmıştır. Deneylerde 5mm kalınlıktaki 1x1 m ebatlarında yumuşak çelik levhaların kesimi yapılmıştır.Kesme işlemi 1cm'lik bölümlerle yapılmış ve nozul ile elektrodun malzeme kayıpları 1/1000 gr hassasiyetli dijital tartı ile ölçülmüş nozul delikleri fotoğraflanmıştır.

Nozulların gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulup tekrar kullanılabilirliği test sonuçlarından elde edilen verilere göre mümkündür.%2 ve %20 gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulan nozullardaki veriler orijinal bakır nozulla kıyaslandığında iyi olmasalar da, %40 ve %92,5 gümüş ihtiva eden lehimlerle doldurulmuş nozullardaki veriler orijinal bakır nozulla eşdeğer hatta yer yer daha iyidir.

Abstract:
Plasma, which is used in high-end production technologies since 1950s, is the fourth state of matter. First industrial plasma arc and cutting torch made by Linde in 1957. In 1962 James Browning patented a double gas and reverse polarized plasma arc welding and in this way, aluminum welding applications were made. In 1978 NASA achieved a significant commercial prestige by achieving better results using plasma in aluminum parts of space shuttles and applications have increased.


When the substance is in the gaseous state, with the help of an external source, continuous energy is supplied, the material will become plasma, ie, ionize. With the help of these ions, thermal cutting is called plasma cutting. To explain this process;  the ionic current at high temperature and speed to be generated by energizing the gas flowing in the end piece (torch), it is the process of directing the material to the positive pole material by focusing with the help of a nozzle and the melting of the material as a result of this orientation and the removal of the ionic current from the material by jet effect. 


The nozzles in the torch, which are exposed to high temperatures during the plasma cutting process, are subject to high wear. In the literature review, it was seen that plasma cutting electrodes were hafnium and their surroundings were made of copper but they were made of silver for the purpose of extending the life of the nozzle. In industrial applications, it was found that some companies used silver around the hafnium electrode and thus increased the electrode life.
Plasma cutting in our country is a widely used method. Both electrodes and dimmers are imported and foreign exchange outflows from our country.

In dimmer nozzles, the wear life of the nozzle is approximately 1% of the nozzle weight. Cutting quality is reduced due to wear.of extending the life of the nozzle.



In this study, it was searched for the possibility of recycling and filling of worn dimmer nozzles using 2%, 20%, 40% and 92.5% silver containing solders. After the re-wear process, the soldering process was repeated and repeated use was made. In this way, it is aimed to contribute both to the national economy and to derive a new business line.

Lincoln PC100 Plasma Cutting Device was used in the experiments. 5Bar pressure was used as plasma gas and air at flow rate of 200 lt / min. 50 amperes at a cutting speed of 1m / min. In the experiments, soft steel sheets of 5 mm thickness 1x1 m were cut. The cutting process was done with 1 cm sections and the material losses of the nozzle and electrode were measured with a 1/1000 g digital weighing nozzle holes.

It is possible to fill the nozzles with silver-containing solders and reuse them according to the test results. Data on nozzles filled with solders containing 2% and 20% silver are not good when compared to the original copper nozzle, but data on nozzles filled with solders containing 40% and 92.5% silver are good. The original copper nozzle is even better than the equivalent place.