İşlemin canlandırmasını görmek için burayı tıklayın

Soğuk basınçlı kaynak, katı form kaynağın bir biçimidir ve benzersizdir çünkü ortam ısısında gerçekleştirilir. (Diğer katı form kaynaklar yükseltilmiş ısılarda gerçekleştirilir ama bu ısılar yüksek olsa da malzeme eritilmez, yalnızca daha biçimlendirilebilir bir hale gelir.)

Milattan önce 3000 yılı gibi erken bir tarihte eski Mısırlılar kızıl kor parçacıkları metal bir süngeri çekiçle dövüp kaynaştırarak demir yapmışlardır. Demirci ustaları da yüzyıllardır çekiçle kaynaştırarak dövme demir elde etmişlerdir. Bu tür kaynak işlemleri her zaman yüksek ısılarda gerçekleştirilmiştir.

Ortam ısısında çekiçle döverek kaynaştırmanın (yani gerçek soğuk basınçlı kaynağın) Britanya’da bilinen ilk örneğine geç Bronz çağında (Milattan önce 700 yılları) rastlanır. Burada kullanılan malzeme altındı ve bu işlemle yapılan altın kutucuklar yapılan arkeolojik kazılarda ortaya çıkartılmıştır.

Soğuk basınçlı kaynağın bulunuşu

Soğuk basınçlı kaynak işleminin ilk bilimsel gözlemi 1724 yılında Saygıdeğer J. I. Desaguliers tarafından yapılmıştır. Desaguliers olguyu Kraliyet Bilimler Akademisi önünde sergilemiş ve sonra da ilgili bilgileri zamanının bilimsel dergilerinde yayınlamıştır. Desaguliers, her birinin çapı 25mm olan iki kurşun topu birbirlerine bastırıp döndürdüğünde iki parçanın birleştiğini bulmuştur. Birleştirme gücü bir el kantarında ölçülmüş, ve sonuçlar değişken olsa da, bazıları ana malzeme kadar güçlü iyi bağlantıların oluştuğu görülmüştür.

Desaguliers'in 18. yüzyıldaki buluşundan sonra İkinci Dünya Savaşı’na kadar bu alanda çok az şey yapıldığı anlaşılmaktadır. Savaş, özellikle Almanya’da gelişmeleri hızlandırmış, burada uçaklar için hafif alaşım soğuk elementler basınçla kaynak yapılmıştır ancak bu kaynağın yükseltilmiş ısılarda gerçekleştirildiği anlaşılmaktadır.

İlk defa görenler için soğuk basınçlı kaynak işlemi neredeyse sihirbazlık gibidir. İşlemi bilmeyenler genellikle kaynamayı sağlamak için ısı, elektrik ya da başka tür bir eritken kullanılmayan bir kaynak yöntemini kabullenmekte güçlük çekerler. İşlem gösterildikten sonra mutlaka sorarlar: "Bu iki parça metal nasıl birleşti?"

Bir soğuk basınçlı kaynağın ortaya çıkmasını sağlayan gerçek mekanizmanın çeşitli açıklamaları vardır. Örneğin bunun yeniden kristalleşme yoluyla ya da bir enerji hipotezi nedeniyle olduğu öne sürülmüştür ancak çoğu açıklama ya deneysel olarak yanlışlanmış ya da kuramsal olarak çürütülmüştür.

Soğuk basınçlı kaynağın ortaya çıkmasını açıklayan ve günümüzde geçerli kabul edilen sava göre metallerin atomları yalnızca metallere özgü bir metalik ‘bağ’ tarafından birarada tutulur. Söz konusu bağ, çekici güçlerin etkisi sonucunda tek bir birim haline gelen negatif yüklü atomların oluşturduğu serbest bir ‘bulut’a benzetilebilir.

Kaynağı yaratmak

Dolayısıyla yalnızca az miktarda angstrom ayrışması (bir santimetrede 300 milyon angstrom vardır) ile iki metalik yüzey biraraya getirilirse serbest elektronlarla iyonize olmuş atomlar arasında bir etkileşim ortaya çıkabilir. Bu durum potansiyel bir engeli ortadan kaldıracak ve böylece elektron bulutunun ortak hale gelmesini sağlayacaktır. Bu da sonrasında bir bağ ve dolayısıyla bir kaynak oluşmasına yol açacaktır.

Bu müthiş sürecin daha basit bir açıklamasıysa her ikisi de atomik bir düzeyde anatomik olarak temiz ve düz iki yüzey biraraya getirilirse ana malzemeye eşit bir bağ oluşturulur biçiminde özetlenebilir.

İlk uygulamalar

Ancak yüzeylerin pürüzlü olması, organik yüzeylerdeki kirlenme ve oksit filmler benzeri kimyasal filmler gibi nedenlerle pratikte pekçok durumda bağ yaratmak neredeyse olanaksız olacaktır.

Maksimum kaynak etkinliği sağlamak amacıyla her türlü kirlenme minimum düzeye indirilmeli, aynı zamanda temas alanı, yani kaynak alanı, olabildiğince büyütülmelidir.

Soğuk basınçlı alın kaynaklarının ilk uygulamalarında arayüzlerin yandan ve merkezden kaydırımı tek bir aşamada yapılıyordu. Bu tekniğin birçok sakıncası vardı: birleştirilecek kenarları bitiştirmek gerekliydi; her iki yüzeyin kirlenmemesi gerekiyordu; ve tutucu kalıptan sarkan malzeme miktarı nedeniyle eğilme ve eşmerkez eksikliği ortaya çıkabiliyor ve metalin doğru akışını bozabiliyordu.

Çoklu yandan basınç ilkesi

Ardından GEC tarafından geliştirilen ve ‘çoklu yandan basınç ilkesi’ denilen yöntemi kullanan alın kaynağı sistemi geldi. Bu sistemde malzeme kalıbın içine sokulduğunda ve makine her çalıştırıldığında malzeme kalıp tarafından kavranır ve ileri doğru beslenir.

Böylece iki karşılıklı yüz, birbirlerine itildiklerinde tüm yüzeyleri boyunca gerinir ve genişler. Oksit ve diğer yüzey katışkıları malzemenin merkezinden dışarıya doğru itilir ve böylece bir bağ oluşur. Arayüzlerden tüm katışkıların atılması için yandan basınç işleminin en az dört kere yapılması önerilir.

Bu kaynak türünün yararları uygulamada kolayca görülebilir. Telin ya da çubuğun uçlarının kaynaktan önce hazırlanmasına gerek yoktur ve malzeme kalıba yerleştirilirken iki alın kenarı kendiliğinden bitişir. Yakalanması gereken bir sıcaklık ayarı yoktur, kalıpta zaten olduğundan aralık ayarı yapılmasına gerek olmaz, ve ayarlanması gereken yay basıncı yoktur. Bir dirençli alın kaynağı makinesinde bunlardan herhangi birinin yanlış ayarlanması hatalı kaynağa neden olur.

Uygun metaller

Soğuk basınçlı kaynak demir dışı malzemelerle ya da en iyi olasılıkla karbon içeriği olmayan yumuşak demirle sınırlıdır. Demir dışı metallerin çoğu soğuk kaynağa elverişlidir, en çok işlem yapılanlar bakır ve aliminyum olmakla birlikte Aldrey, Triple E, Constantan, 70/30 pirinç, çinko, gümüş ve gümüş alaşımları, nikel, altın gibi diğer pekçok alaşımlar da soğuk kaynağa elverişlidir. Kalay kaplamalı bakır, gümüş ve nikel kaplamalı gibi kaplamalı teller de kendileriyle ya da düz bakırla kaynak yapılabilir.

Bakır ve aliminyum gibi benzer olmayan metalleri birleştirmek için kullanılan alışıldık yöntemler yani direnç kaynağı, sürtünme kaynağı ya da alev kaynağında birleşme yeri hemen kırılacaktır. Bakır/aliminyum birleşme yerindeki bu reaksiyon iki metal birleşmeye başladığı andan itibaren gerçekleşecektir.

Sorun, metallerin benzeşmemesinden değil bu kaynak yöntemleri sırasında arayüzler arasında kalan oksitler ve havadan kaynaklanır. Ancak soğuk basınçlı kaynakta kaynak sırasında bu oksitler ve hava dışarıya doğru itilir ve herhangi bir ısıtma yapılmadığı için yalnızca ortam ısılarında görülen metalurjik değişimler gerçekleşir.

Soğuk basınçlı kaynak kırılgan metaller arası bileşikler oluşturmadan bakırı aliminyumla kaynatmak için en tatmin edici yolu sağlar. Kaynağın kalitesi mükemmeldir çünkü ergitme kaynağında elde edilen döküm yapısı yerine işlenmiş bir yapı elde edilir. Ayrıca uygun olmayan özellikler sergileyen sıcaklıktan etkilenmiş bir alan da ortaya çıkmaz.

Kaynağın gücünü denemek için genellikle çekmeli bir test aygıtı kullanılır. Ya da geri bükme deneyi yapabilirsiniz. Ancak en zorlu test, kaynağı bir tel çekme makinesindeki bir dizi kalıptan geçirmektir.

Kalıpların görevi

Kalıplar, soğuk alın kaynağı işleminde önemli bir görev üstlenir. İlk olarak malzemeyi sıkıca tutmaları gerekir böylece kovuğun içi ya bir elektrik kalemiyle oyulur ya da kalıp büyük aliminyum parçaların kaynaklanması için kullanılacaksa, kalıp sıcakla işlem görmeden önce kovuğa kavrama işaretleri konulur.

Kalıbın iki yüzü ya da burnu arasındaki aralık da çok önemlidir. Bu aralık çok fazla olursa malzeme ya çökecek ya da eğilecektir. Bu genişlik üretim sırasında belirlenir ve sonradan değiştirilemez.

Son olarak kalıp burunlarının dengelenmesi vardır, bunun etkisi kaynağın malzemenin çevresi boyunca tam oturmamış görünmesidir. Dengelemenin amacı çapakları iki yarıya ayırarak çıkarmayı kolaylaştırmaktır, aksi halde çapaklar malzemenin etrafında bir halka olarak kalacak ve kesilmeleri gerekecektir. Kalıbın burunlarının aynı zamanda keskin olması gerekir ki yine çapağın tamamının kolayca alınmasını sağlamak için kaynak çevresindeki çapak kopartılıp çıkartılabilsin.

Kalıbın sertliği ve kıvamı da çok önemli özelliklerdir. Soğuk kaynak işlemi ilk yapılmaya başlandığında kalıbın çok sık kırıldığı görülürdü ve 8mm’lik bakır çubukları kaynatmak için bir makine tasarlanmasından çok sonraları da bu boyuttaki bir kalıp içinde gerekli güçleri tutmak konusunda pekçok sorun yaşandı.

PWM 30 yıldan uzun bir süredir çok yüksek standartlarda ve tolerans düzeylerinde kalıplar üretmektedir. Tel üretim teknolojisi geliştikçe kesinlik talebi de arttı. PWM süregiden araştırma ve geliştirme programı sayesinde aşırı ince telleri birleştirme yeteneği olan kalıplar üretmeyi başarmıştır. PWM, çapı 0,08mm olan ince telleri birleştirmek üzere alışıldık soğuk kaynak makinelerinde kullanılabilecek bir kalıbı geliştiren ABD dışındaki ilk şirket oldu. Olası en yüksek tolerans düzeylerinde tek tek elle usta zanaatkarlar tarafından birbirleriyle uyumlu takımlar halinde.

PWM şimdi 0,08mm ile 6,50mm arasındaki tel büyüklükleri için sanayi standartlarında kalıplar üretebilmektedir. Müşterilerin gereklerine bağlı olarak yuvarlak ya da profil teller ve çubuklara uygun kalıplar da üretilebilmektedir.

PWM kalıpları ayrıca çeşitli profillere uygun olarak da üretilebilmektedir. Bunun için profilin kalıbın iki yarım halinde üretilebilmesine (kaynak yapılmış telin çıkartılabilmesi için gereklidir) izin vermesi ve makinenin arakesit alanına erişebilmesi gerekir.

İki ayrı boyutta teli birbirine kaynatmak da mümkündür. Genel olarak daha büyük olan telin çapının büyüklüğü ile küçük boyutlu telin çapının büyüklüğü arasındaki farkın %30’dan fazla olmaması gerekir. Bakır telin çapı aliminyum telin çapından önemli ölçüde küçükse bakır yalnızca aliminyum içine yerleşecek ve kaynak oluşmayacaktır.