Nükleer Enerji

NÜKLEER ENERJİ NEDİR?

Ağır radyoaktif (Uranyum gibi) atomların bir nötronun çarpması ile daha küçük atomlara bölünmesi (fisyon – parçalanma – bölünme – bozunma) veya hafif radyoaktif atomların birleşerek daha ağır atomları oluşturması (füzyon – birleşme – bir araya gelme) sonucu çok büyük bir miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerjiye nükleer enerji denir. Nükleer reaktörlerde fisyon reaksiyonu ile edilen enerji elektriğe çevrilir. Güneşteki reaksiyonlar ise füzyon reaksiyonudur. Bu reaksiyonun yarattığı sıcaklık fisyon reaksiyonundakinden çok daha fazladır (birkaç milyon derece santigrad). Bu yüzden bu sıcaklığı kontrol edebilecek bir füzyon reaktörü henüz kurulamamıştır.

Atom, Fisyon, Füzyon, Zincirleme Tepkime (Reaksiyon) Nedir?

Atom

Bir elementin kimyasal özelliklerini taşıyan en küçük parçasına atom denir. Evrende bilinen bütün maddeler pozitif yüklü bir çekirdek ve etrafında dönen negatif yüklü elektronlardan oluşan yaklaşık 100 farklı atomdan meydana gelmektedirler. Atomun çekirdeği ise nükleon olarak adlandırılan ve elektronlara göre yaklaşık 2000 kat daha ağır olan, artı yüklü proton ve yüksüz nötronlardan oluşmaktadır. Dolayısıyla bu üç parçacık, etrafımızdaki sonsuz çeşitlilikteki maddenin temel yapı taşlarıdır. Şu andaki bilgilerimize göre elektronlar, kendilerini oluşturan alt parçacıklar olmadığından temel parçacık olarak kabul edilirler. Nükleonlar ise, elektronun “-1″ yüklü olduğu varsayıldığında, “+2/3″ veya “-1/3″ elektrik yükünde olan quark adı verilen üç alt parçacıktan oluşmuşlardır.

Molekül

Doğada atomlar genellikle daha kararlı enerji seviyelerinde bulunmak amacıyla yörüngelerinde bulunan elektronları başka atomlarla paylaşırlar. Atomların bir araya gelmesi ile moleküller oluşur. Bir elementte aynı cins atomlar tek olarak veya moleküller halinde bir aradadır.
Kimyasal Tepkime: İki veya daha fazla sayıda madde bir araya geldiğinde, moleküllerdeki atomların aralarında yeniden düzenlenmesine kimyasal tepkime denir. Bu sırada elektronların paylaşılması da değişir. Kimyasal tepkimelerin bir özelliği, ilgili atomların çekirdeklerinde bulunan parçacık sayısının tepkime sırasında değişmemesidir.
Çekirdek Tepkimesi: Kimyasal reaksiyonların aksine atomların çekirdeklerinde bulunan parçacıkların kendi aralarında veya dışarıdan gelen bir etki sonucunda değişimleri sonucunda çekirdek tepkimeleri oluşur. Çekirdek tepkimesi sonucunda eğer proton sayısı değişiyor ise farklı bir elemente ait bir atom oluşmuş olur.

Fisyon (Çekirdek Parçalanması) :

Fisyon bir nötronun, uranyum gibi ağır bir element atomunun çekirdeğine çarparak yutulması, bunun sonucunda bu atomun kararsız hale gelerek daha küçük iki veya daha fazla farklı çekirdeğe bölünmesi reaksiyonudur. Dolayısıyla Fisyon, bir çekirdek tepkimesidir. Parçalanma sonucunda ortaya çıkan atomlara fisyon ürünleri denir. Bunların bazıları radyoaktiftir. Bir nötron yutulması ile başlayan fisyon tepkimesi sonucunda, büyük miktarda enerji ile birlikte, birden fazla nötron ortaya çıkar. Çekirdek tepkimeleri sonucunda açığa çıkan enerji, kimyasal tepkimelere göre yaklaşık bir milyon kat düzeyinde daha fazladır.

Zincirleme Reaksiyon:

Fisyon sonucunda ortaya çıkan nötronların, ortamda bulunan diğer fisyon yapabilen atom çekirdekleri tarafından yutularak, onları da aynı reaksiyona sokması ve bunun ardışık olarak tekrarlanmasıdır. Kontrolsüz bir zincirleme reaksiyon, anlık bir süre içinde çok büyük bir enerjinin ortaya çıkmasına neden olur. Atom bombasının patlaması bu şekildedir. Nükleer santrallerde ise zincirleme reaksiyon kontrollü bir şekilde yapılır. Bu kontrolün kaybedilerek nükleer yakıtın bir bomba haline dönüşmesi fiziksel olarak olanaksızdır.

Füzyon (Çekirdek Birleşmesi)

Hafif radyoaktif atom çekirdeklerinin birleşerek daha ağır atom çekirdeklerini meydana getirmesi olayıdır. Füzyon tepkimesinde ortaya çıkan sıcaklık çok daha büyüktür. Güneşteki tepkimeler bu gruba girer.

Bir füzyon reaksiyonundan öngörülen enerjinin elde edilmesi için;

• reaksiyon düşük sıcaklıkta oluşmalı
• yüksek enerji açığa çıkmalı
• büyük bir tesir kesitine sahip olmalıdır
• tepkimeye girecek olan maddeler kolayca bulunabilmelidir
• plazmanın yeniden ısıtılması için yüklü parçacıklar elde edilmeli
• farklı etkileşmeleri önlemek için enerjisi yüksek olan nötronlar açığa çıkmamalıdır

Zincirleme Reaksiyon

İLK NÜKLEER TEPKİMEYİ KİM BULDU?

Einstein, 1905 yılında E=mc2 formülü ile fisyon sonucu açığa çıkabilecek enerji konusunda öngörüde bulunmuştu. Daha sonra 1930 yılında bu öngörü deneysel olarak Otto Hahn, Lise Meitner ve diğerleri tarafından doğrulandı. Dünyadaki insan yapısı ilk nükleer reaktör 1942 yılında Enrico Fermi’nin yürüttüğü bir proje sonucunda Amerika Birleşik Devletleri’ nin Chicago, Illinois kentinde kuruldu.

Ancak, dünyadaki ilk nükleer reaktörün ortaya çıkışı milyonlarca yıl öncesine dayanmaktadır. Afrika’da Oklo, Gabon’daki bir uranyum madeninde, yeraltı sularının da maden içinde bulunması nedeniyle doğal bir nükleer reaktör oluştuğu ve binlerce yıl ısı ürettiği son yıllarda ortaya çıkarılmıştır.
Her iki reaktör de fisyonu kullanarak ısı üretmiş fakat hiçbiri elektrik üretmemiştir.

Elektrik üreten ilk ticari nükleer güç santralı Shippingport, Pennsylvania’da (ABD) kurulmuş ve 1957′de işletmeye girmiştir. Fisyon kullanılarak üretilen ilk elektrik ise, Aralık 1951′de Arco, Idaho’daki Deneysel Üretken Reaktöründe elde edilmiştir.

NÜKLEER ENERJİNİN DÜNYADAKİ DURUMU NEDİR?

İşletmede olan santrallerin sayısı: 443 adet
İşletmede olan santrallerin net gücü: 369,552 MW(e)
Üretilen enerji: 2544 TW saat
Nükleer enerjinin toplam enerjiye oranı: %16
İnşa halindeki santrallerin sayısı: 35 adet
İnşa halindeki santralerin net gücü: 27.743 MW(e),
İşletme deneyimi:10586 reaktör-yıl

Bazı Ülkelerin Elektrik Üretiminde Nükleer Enerjinin Payı

Fransa: %77, Belçika: %58, Slovak Cumhuriyeti: %53, Ukrayna: %46, İsveç: %44, Macaristan: %39, G. Kore: %39, İsviçre: %36, Japonya: %34, Almanya: %31, Finlandiya: %31, İspanya: %27, İngiltere: %23, ABD: %20, Çek Cumhuriyeti: %20, Rusya Federasyonu: %15, Kanada: %13, Arjantin: %8, Güney Afrika Cumhuriyeti: %7, Hindistan: %4.

NÜKLEER ENERJİDEN ELEKTRİK ÜRETİMİ

Nükleer reaktörler nükleer enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Temel olarak fisyon sonucu açığa çıkan nükleer enerji nükleer yakıt ve diğer malzemeler içerisinde ısı enerjisine dönüşür. Bu ısı enerjisi bir soğutucu vasıtasıyla çekilerek bazı sistemlerde doğrudan bazı sistemlerde ise ısı enerjisini başka bir taşıyıcı ortama aktararak türbin sisteminde kinetik enerjiye ve daha sonra da jeneratör sisteminde elektrik enerjisine dönüştürülür. Malzemelerin çok çeşitli fiziksel, kimyasal ve nükleer özellikleri sebebiyle pek çok değişik nükleer reaktör tasarımı mevcuttur. Aşağıdaki şekilde bir Basınçlı Su Reaktörünün basit şeması verilmiştir. Bu tasarımda reaktör kalbindeki yakıtlardan ısı enerjisi basınç altında tutularak kaynaması engellenen su ile çekilmektedir. Çekilen ısı enerjisi buhar üreteçlerinde ikinci devredeki suya aktarılmakta böylece üretilen buhar ile türbin-jeneratör sistemi döndürülerek elektrik enerjisi üretilmektedir.

NÜKLEER GÜÇ SANTRALİ

1. Reaktör kalbi
2. Kontrol çubuğu
3. Reaktör basınç kabı
4. Basınçlandırıcı
5. Buhar üreteci
6. Birincil soğutma su pompası
7. Reaktör korunak binası
8. Türbin
9. Jeneratör – Elektrik üreteci
10. Yoğunlaştırıcı
11. Besleme suyu pompası
12. Besleme suyu ısıtıcısı

Bir nükleer santraldeki sistemler konvansiyonel güç santralleri ile aynı mantıkla çalışırlar. Isı enerjisinin üretildiği kısımda elde edilen buharın türbin-jeneratörü döndürerek elektrik üretilmesi felsefesi, temel olarak nükleer santrallerde da aynıdır. Nükleer santraller ısı üretmek için nükleer reaksiyonu kullandıkları ve bunun sonucunda çevreye salınmaması gereken radyoaktif maddeler ürettikleri için, bazı ek sistemler kullanırlar. Örneğin, birçok nükleer santralde nükleer yakıtı barındıran yakıt tüpleri arasından ısınarak geçen su, doğrudan türbine gönderilmeyip, türbin için buhar üretilen ikinci bir çevrimi ısıtmak için kullanılır. Bununla ilgili sistemlere Birincil (Soğutma) Sistem(i) adı verilir.

İkincil sistem ise birincil soğutma sistemindeki ısıyı alarak türbin-jeneratörü döndürmek için gerekli olan buharın üretilmesi için kullanılan sistemdir. Her iki sistem de kapalı birer döngü oluşturmuşlardır.

Soğutma sistemi ise ikincil sistem içinde yer alan yoğunlaştırıcıyı soğutmak için kullanılır. Bu sistemde sıcaklığı yoğunlaştırıcıya göre daha az olan, deniz, göl veya ırmaklardaki su kullanılır. Suyun bolca bulunmadığı yörelerde ise bu sistemin içinde soğutma kulelerinden faydalanılır.

Nükleer santraller, birincil sistemlerindeki farklılıklara göre değişik şekillerde adlandırılırlar. Şekilde görülen sistem, tipik bir “basınçlı su reaktörü”ne aittir. Dünyadaki 400 den fazla sayıda nükleer santralin yaklaşık olarak yarısı “basınçlı su reaktörü”dür. Basınçlı su reaktörlerinin de, birincil sistem yaklaşık 150 atmosferlik bir basınç altında tutularak, içinde bulunan suyun yüksek sıcaklıklara kaynamadan çıkarılması sağlanmıştır.

Buna ek olarak “kaynar sulu”, “basınçlı ağır sulu” reaktörler de en çok kullanılan nükleer santral tipleridir.

ELEKTRİK NASIL ÜRETİLİR?

Elektrik, bakır gibi iletken bir telin manyetik bir alan içinde hareket ettirilmesi ile üretilir. Elektrik jeneratörü, bir mıknatıs içinde dönen sarılı iletken tellerin bulunduğu, ve bu tellerin mıknatıs içinde dönmesiyle elektrik akımı üreten bir makinedir. Evlerimizde, işyerlerimizde, endüstride gereksinim duyduğumuz büyük miktardaki elektrik enerjisini elde etmek için, elektrik jeneratörlerini döndürecek büyük güç santrallerine ihtiyaç duyarız.
Çoğu güç santrali, jeneratörü döndürmek için ısı üretiminde bulunurlar. Fosil yakıtlı santraller ısı üretimi için doğal gaz, kömür ve petrol yakarlar. Nükleer santraller da uranyum yakıtını parçalayarak ısı üretirler. Ancak bütün bu değişik tip santraller ürettikleri ısıyı, suyu buhar haline dönüştürmek için kullanırlar.

Oluşan buhar ise elektrik jeneratörüne bağlı olan türbine verilir. Su buharı, türbin şaftı üzerinde bulunan binlerce kanatçık üzerinden geçerken daha önce üretilen ısıdan almış olduğu enerjiyi kullanarak, türbin şaftını döndürür.
İşte bu dönme, jeneratörün elektrik üretmek için gereksinim duyduğu mekanik harekettir. Jeneratörde oluşan elektrik ise iletim hatları denilen iletken teller ile kullanılacağı yere gönderilir.
Türbinden çıkan, enerjisi diğer bir deyişle,basınç ve sıcaklığı azalmış buhar ise yoğunlaştırıcı (kondenser) denilen bölümde soğutulup su haline dönüştürüldükten sonra, tekrar kullanılmak üzere santralin ısı üretilen bölümüne geri gönderilir. Yoğunlaştırıcıda soğutma işini sağlayabilmek için deniz, göl veya ırmaklarda bulunan su kullanılır. Su kaynaklarından uzak bölgelerde ise santralin hemen yanında bulunan ve uzaktan bakıldığı zaman geniş dev bacalara benzeyen soğutma kuleleri kullanılır. Bu kulelerin üzerinde görülen beyaz duman ise su buharıdır.

NÜKLEER SANTRALLERDE GÜVENLİK NASIL SAĞLANIR?

Nükleer santrallerde, nükleer maddelerin çevreye bırakılmamasını ve aynı zamanda nükleer reaksiyon sonucunda oluşan ısının her durumda reaktörden alınmasını garantiye alacak şekilde birçok güvenlik önlemi alınmıştır. Nükleer maddelerin dışarıya salınmaması için kademeli koruma önlemleri, oluşan ısının alınması için ise yine kademeli ve yedekli sistem ve bileşenler bulunmaktadır.
Nükleer yakıt, seramik formunda, yaklaşık 1 cm çap ve yüksekliğinde silindirik parçaların arka arkaya dizilmesiyle yine silindirik biçimde kapalı sızdırmaz tüpler içindedir. Bu tüplerin binlercesinin, aralarından soğutucu suyun geçmesine izin verecek şekilde bir araya getirilmesi ile de reaktör kalbi oluşturulmuştur. Bu kalp ise paslanmaz çelikten yapılan bir basınç kabının içinde bulunur (Basınçlı veya Kaynar Sulu reaktörlerde). Basınç kabı ve buna bağlı sistemler ise reaktör korunak binası adı verilen betondan yapılmış kubbemsi yapının içinde bulunurlar. Dolayısıyla, yakıt içinde bulunan radyoaktif maddelerin dışarıya salınmalarını, seramik yakıt, yakıt tüpü, basınç kabı, çelik gömlek ve beton korunak binası, kademeli olarak engellemiş olurlar.

Bugüne kadar çevreye zarar verebilecek özellikte 3 nükleer santral kazası olmuştur:

1. 1957 yılında İskoçya’da meydana gelen Windscale kazası; bu kazada reaktörün civarına bir miktar radyasyon yayılmakla beraber ölümle veya akut radyasyon hastalığıyla sonuçlanan bir olay meydana gelmemiştir.
2. 1979 yılında ABD’de meydana gelen Three Mile Island kazası; normal bir işletim arızası, ekipman kaybı ve operatör hatası ile kazaya dönüşmüş, ancak kısmi reaktör kalbi ergimesi meydana gelmesine rağmen reaktörü çevreleyen beton koruyucu kabuğun sayesinde çevreye ciddi bir radyasyon sızıntısı olmamıştır.
3. 1986 yılında Ukrayna’da meydana gelen Çernobil kazası; bu kaza insan ölümüne neden olmuş tek ticari nükleer santral kazasıdır. Kazanın nedenleri; operatörlerin güvenlik mevzuatına aykırı olarak santralde deney yapmaları sonucunda reaktördeki ani güç artışı ve santral tasarımında derinliğine güvenlik prensibine aykırı olarak, reaktörü çevrelemesi gereken bir beton koruyucu kabuğun bulunmaması olarak özetlenebilir.

ÇERNOBİL NÜKLEER REAKTÖRÜ KAZASI

Ukrayna’daki Çernobil nükleer güç santralindeki kaza, reaktör güvenliği ile ilgili bir test sırasında gerçekleşmişti. Yapılan test, bu tür reaktörlerin kararlı çalışamadığı çok düşük güç seviyesindeydi ve bu seviyede reaktörün güvenlik sistemlerinin devreye girmemesi için, sorumlu operatörler, normalde yapmamaları gerektiği halde acil durum kapama sistemini devre dışı bırakmışlardı. Deney sırasında kalp içi sıcaklıklar güvenli seviyenin üstüne çıktığında ise reaktörü kapatacak ve soğutma sağlayacak sistemler devre dışındaydı. Bu affedilmez hata, buhar basıncının artmasına ve bu yüzden oluşan buhar patlamasıyla birlikte çatının çökmesine yol açtı. Böylece, reaktör içindeki sıcak grafit doğrudan atmosferle temas eder hale geldi. Havada bulunan oksijenle reaksiyona giren grafitin yanmasıyla reaktör kalbi bütünlüğünü kaybetti ve bu tür Rus reaktörlerinde (RMBK-1000) koruma kabuğunun da olmaması nedeniyle, radyoaktif maddeler dışarı salındı.

26. Nisan 1986, saat 01:23’de olan bu kazanın etkileri çok büyük oldu.

Dünyadaki, çoğunluğu 25 yıldan fazla işletme deneyimine sahip 400’den fazla nükleer reaktör içinde, çevredeki halk için ciddi olumsuz sonuçlara yol açan ilk kazaydı. 35 kişi kaza nedeniyle hayatını kaybetti. Uzun dönemde de binlerce kişi üzerinde olumsuz etkileri görülmeye devam etmekte.

Nükleer enerji çevre dostu bir teknolojidir.

1. Nükleer santralların güvenlik değerlendirmesi bağımsız lisanslama kuruluşları tarafından son derece tutucu varsayımlara göre yapılmaktadır. Ayrıca bu santrallar işletmede oldukları sürede sürekli denetim altındadır. Bu nedenle nükleer santralların çevre ve insana zarar verebilecek şekilde kaza yapma riski, günümüzde kullandığımız diğer teknolojik ürünlere göre, yok denecek kadar azdır. Bir nükleer santralın çevresinde yaşayan insanlara yüklediği yıllık doz doğal radyasyonun çok altındadır.
2. CO2 emisyonuna neden olmaz. Dünyada kurulu bulunan nükleer santraller yılda 2300 milyon ton CO2 emisyonuna engel olmaktadır.
3. SO2 emisyonuna neden olmaz. Dünyada kurulu bulunan nükleer santraller yılda 42 milyon ton SO2 emisyonuna engel olmaktadır.
4. NOx emisyonuna neden olmaz. Dünyada kurulu nükleer santraller yılda 9 milyon ton NOx emisyonuna engel olmaktadır.
5. Atık kül üretimine neden olmaz. Dünyada kurulu bulunan nükleer santraller yılda 210 milyon ton kül üretimine engel olmaktadır.

Koruyucu Bakım

Bakım, bir sistemdeki makine ve teçhizatın düzenli bir şekilde çalışmasını saplamak için yapılan bütün faaliyetleri kapsar. Bu tanım makineleri kapsamakla birlikte, daha geniş açıdan da değerlendirilebilir. İşler bir sistemde bakıma ihtiyacı olan yalnızca makineler değildir, insanların da bakıma ihtiyacı vardır. Bir işletmenin insan kaynağı da yorulur ve arızalanır, onlarında özen gösterilmeye ve bakıma ihtiyacı olabilir. İşletmenin medikal tesisleri, spor salonları, eğitim programları ve izinlerin tamamı insan odaklı bakım faaliyetleridir. Fakat bu bölümde anlatılan konular makine ve teçhizat için yapılan bakımla sınırlandırılmıştır.

Gerek mal, gerekse hizmet üreten işletmelerde en önemli konulardan birisi , işletmenin elinde bulunan ve üretimde kullanılan araçların (tezgah, makine v.b) arızalanmaları halinde ne yapılacağıdır. Bazı işletmeler bu sorunu gerekenden biraz fazla makine almak ve bir kısmını yedek bulundurmak yoluyla üretimin aksamamasını sağlayarak çözümlerler. Fakat bu yöntem ekonomik açıdan uygun bir çözüm değildir. Bazıları ise, arızalanan ve bir süre devre dışı kalan makinenin yerine yeni bir makine alarak üretime devam ederler ki, bu da ekonomik bir çözüm sayılamaz. Çünkü arızalanan makine onarıldığı zaman makine sayısı artacağından işletmenin makine parkında gereken sayıdan daha fazla makine bulunuyor olacaktır.

Üretim sistemi büyüdükçe, ve üretim miktarı arttıkça tamir-bakım faaliyetlerinin önemi artar. Yüzlerce tezgahtan oluşan bir üretim hattında birkaç makinenin arızalanması zincirleme etkilerle bütün sistemi felce uğratabilir. Sipariş üretiminde arızalanan veya bakıma alınan makinelerin yokluğunu bir ölçüde giderme olanağı vardır. Fakat sürekli üretimde ve özellikle proses imalatında arızaların üretim akışı üzerindeki etkisi büyüktür. Örneğin bir petrol rafinerisinde bir noktada beliren arıza tüm sistemin çökmesine neden olur. Arıza giderildikten sonra normal üretim düzeyine çıkıncaya kadar da, uzun bir süre geçer. Demir, çelik, şeker, çimento v.b. imalatta da durum aynıdır. Otomasyonun ağırlık taşıdığı fabrikalarda sorunu güçleştiren bir başka faktör de vardır: Otomatik makinelerin arızalarının giderilmesinde son derece iyi yetiştirilmiş yetenekli tamir-bakım personeline ihtiyaç vardır. Özellikle karmaşık mekanizmaların ve elektriksel veya elektronik kontrol cihazlarının yer aldığı makinelerde kalifiye elemanların çalıştırılması zorunludur.

Bakım fonksiyonu öteden beri iş yapmak için gerekli bir işlev ve maliyet olarak düşünülür. Ancak yeni teknolojiler ve yenilikçi deneyimler bakım fonksiyonunu pek çok işletmenin genel karlılığının bütünleyici bir parçası haline getirmektedir. Eksiksiz, modern bakım yöntemleri ve uygulamalı yaklaşımlar global pazarlarda önemli derecede artan rekabet avantajları için yüksek potansiyele sahiptirler.

Nasıl ki makinelerin uygun biçimde yerleştirilen parçalarının, makinenin fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için birlikte çalışması gerekiyorsa; üretim, emniyet, tasarım mühendisliği, diğer takım üyeleri ve bakımın gerçek mükemmelliğe ulaşmak için birlikte çalışması gerekir.

Bakım departmanının yöneticileri ve emniyet uzmanlarının çabaları maliyetleri düşürecek ve sıfır hataya ulaşmayı sağlayacak faaliyetleri düzenlemek içindir. Bu durum, standartlar oluşturmayı, koşullarla ilgili bilgi toplanmasını ve motivasyon yaratacak uygun bir bilgi sisteminin geliştirilmesini ve uygulanabilir eylem planlarının yapılmasını zorunlu kılmaktadır.

Tamir- bakım faaliyetlerindeki aksaklıkların üretim akışı, verimlilik ve dolayısı ile maliyetler üzerindeki etkileri şöyle özetlenebilir.

·         Makinelerin ve onları çalıştıran işçilerin boş kalmaları ;

·         Dolaylı işçilik ve imalat genel masraflarının artması;

·         Müşteri taleplerinin karşılanamaması, satışlarda düşmeler;

·         Aksaklığın meydana geldiği departmanla ilgili buluna diğer departmanlardaki gecikme ve boş beklemeler;

·         Iskarta oranının artması, kalitenin düşmesi;

·         Siparişlerin zamanında teslim edilememesi yüzünden müşteriyi kaybetme ve tazminat ödeme.

Bakım faaliyetleri çeşitli gruplara ayrılabilir.

Arızi Bakım: Arızi bakım makinelerin arızalanmasından sonra onarılması demektir. Herhangi bir bakım gerçekleştirilmeden önce meydana gelen arıza kayıpları kastedilmektedir. Aynı zamanda çizelgelenmemiş bakım anlamına da gelir. Özellikle makinenin yardımcısı olan ve üretimle direkt ilgisi olmayan düşük maliyetli parçalar için uygulanır. Eğer bozulan parça, üretimde bir aksamaya neden olmuyorsa o zaman malzeme akışını aksatmaksızın tamirat gerçekleştirilebilir. Bu yöntem, çok sayıda yedeği bulunan ve fazla pahalı olmayan makinelerle üretim yapan tesislerde ve atölyelerde uygulanmaktadır. Fakat yedek bulundurma hem sermaye hem de depolama gerektireceğinden pek uygun bir yok değildir. Ayrıca ne zaman meydana geleceği bilinmeyen arızalar üretim planının yapılmasını güçleştirmektedir.

Koruyucu Bakım (Önleyici Bakım):Koruyucu bakım , TVB’ın temel kavramlarından biridir. Makine ve teçhizat, arıza meydana gelmesi beklenmeden, önceden tespit edilmiş süreler sonunda gözden geçirilir, gerekli parçalar değiştirilir ve ayarlamalar yapılır. Ev sahiplerinin kaplamaları yeniden boyamaları, eskiyen halıları ve kırık pencereleri değiştirmeleri ve sızan muslukları tamir etmeleri gibi, bakım personeli de makine parçalarını yağlar, denetler ve ayarları yapar, gerekiyorsa eskiyen parçaları değiştirir. Koruyucu bakım sürpriz arızalar sonunda meydana gelen üretin aksaklıklarını ve kapasite kayıplarını önemli ölçüde azaltır. Bu avantaja karşılık erken değişen parçaların ve kontrol işlemlerinin maliyeti artar.

Koruyucu bakım konusunda politika açık bir şekilde tanımlanmalıdır. Hangi makinenin koruyucu bakım alacağı ve hangi makinenin almayacağı kesin olarak belirlenmelidir. Bununla birlikte düşünülmesi gereken diğer noktalar ise şunlardır: Ne denetlenecek, denetim ne kadar detaylı olacak, makine hangi sıklıkla kontrol edilecek ve kontroller sırasında alınacak kayıtlar hangileri olacak?

Arızi bakım ve koruyucu bakım karşılaştırılacak olursa: Koruyucu bakım rutin denetlemedir, arızi bakım ise genellikle acil durumlar için kullanılan ve çok maliyetli olan bakımdır. Personel açısından bakıldığında ise; koruyucu bakım düzenli bir egzersiz olarak kabul edilebilir, arızi bakım ise hastalık atlatma veya hastaneye kaldırılmak olarak düşünülebilir.

Bakım Koruması: Bakım koruması da TVB için temel olarak kabul edilebilecek bir kavramdır. Eğer makine tasarımcıları ve mühendisler sürdürülebilirlik, işlenebilirlik, esneklik ve dirençlilik üzerine daha fazla odaklanabilirlerse, o zaman makine için gerekli rutin bakım gereksinimlerinin çoğu elimine edilebilecektir. Araba aküsü bu süreç için basit bir örnektir. On yıl önce araba akülerinin çoğu periyodik olarak damıtılmış su ilave edilmesine gereksinim duyuyordu. Şimdi geliştirilmiş tasarım ve yapıya bağlı olarak pek çok araba aküsü bakımdan muaftır. Bir başka üretim örneği olarak küçük elektrik motorlarının çoğu bugün periyodik yağlama ihtiyacını gideren mühürlü mil yataklarıyla donatılmaktadır. Bakım korumasının bir diğer örneği de bakım işlerinin basitleştirilmesi diğer bir ifade ile makine ya da teçhizatın arıza konusunda kullanıcı veya operatörü uyarmasıdır. Örnek olarak fotokopi makinelerindeki kağıt sıkışması sorunu gösterilebilir. Önceleri bu sorun bir uzman gerektirirken şimdi ise sorun kullanıcı tarafından çözülebilmektedir.

Kestirimci Bakım: Kestirimci bakım, arızalar oluşmadan önce onları öngörmek amacıyla periyodik ölçümleri yapmak, proses veya makine parametrelerine yönelmektir. İyi bir güvenilirlik programının temelinde kestirimci bakım yatmaktadır. Yağlama gibi bir koruyucu bakımın bir arızayı önlemesinin yerine, kestirimci bakım faaliyetleri potansiyel makine faaliyetlerini öngörme ve tahmin etme üzerine odaklanır.   Potansiyel arıza tahmin edildiğinde, işlev bozukluğu olan makine için düzeltici faaliyete öncelik verilir.

Seramik Esaslı Takımlar

Seramik Esaslı Takımlar

Metal işleme teknolojisinin gelişmesi ile işleme hızlarının artması daha uzun ömürlü (yüksek hızlarda çalışan) ve iş parçası ile etkileşmesi minimize edilmiş takım malzemesi arayışlarını hızlandırmıştır. Seramik malzemeler, tokluk dezavantajlarına karşılık yüksek sıcaklıklardaki mekanik ve kimyasal kararlılıkları ile, özellikle sürekli çalışan takımlar olarak kullanım alanı bulmaktadırlar. Bu maksatla kullanılan seramik malzemeler alumina, sialon ve kübik bor nitrürdür (Dawis (Ed.), 1995).

Aluminyum Oksit Esaslı Seramikler

Seramik takımlar, tane boyutu ortalaması birkaç mikron mertebesinde polikristalin, yoğun ve korundum kristal yapılı alumina (a-Al2O3) esaslı malzemelerdir. Seramik takım insertleri sıcak veya soğuk presleme ile üretilir. Soğuk preslemede seramik istenilen şekilde şekillendirilir ve 1600-1700ºC’de sinterlenir. Sıcak preslemede, presleme ve sinterleme birlikte yapılır. Bazı tür seramiklere, sinterlemeye yardımcı olmak ve tane büyümesini geciktirmek için, az miktarda titanyum oksit ve magnezyum oksit ilave edilir. Şekillendirildikten sonra takım, elmaslı disklerle perdahlanır (Schey, 1987 – Avner, 1974). Geleneksel kesici takım malzemesi olan alumina (Al2O3) 3 grupta toplanabilir:

• A-1. Grup : %10 kadar oksit ve karbür (özellikle titanyum, magnezyum, molibden, krom, nikel, kobalt) içeren alumina. Bu karışım soğuk pres+sinterleme ile üretilir.
• A-2. Grup : Saf alumina, sıcak presleme ile üretilir.
• A-3. Grup : %25-30 refrakter karbür (TiC, SiC, vb.) içeren alumina, sıcak presleme ile üretilir.

Aluminaya %10 ZrO2 ilavesi ile kırılma tokluğunu önemli ölçüde (~%25) iyileştirmekte, dökme demir ve nikel esaslı alaşımların işleme kapasitesini artırmaktadır. Titanyum karbür (TiC) ilavesi Al2O3’ün ısıl iletkenliğini, dolayısıyla ısıl şok direncini artırmakta fakat ancak sıcak presleme ile üretilebildiği için şekil sınırlandırmasını da beraberinde getirmektedir. Al2O3 takımların SiC wiskerlerle takviye edilmesi kırılma tokluğu, mukavemet ve ısıl şok direncini artırmaktadır. Yaklaşık 1 mm çapında ve 20 mm boyutunda olan bu wiskerler, yapının sertliğini ve aşınma direncini yükseltirler. Sıcak presleme ile üretilen bu kesici takımlar, üstün özellikleri nedeniyle sertleştirilmiş çelik, nikel esaslı alaşımlar ve dökme demirin aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilmektedir (Trent, 1977 – Culp, 1997).

Sialon

Sialon (Si-Al-O-N) bir silisyum-aluminyum oksinitrür tipi seramik malzeme olup, sinterlenebilen silisyum nitrürün (Si3N4) bir türevidir. Silisyum nitrürün kırılma tokluğu aluminanın yaklaşık iki katıdır ve daha yüksek bağ mukavemetine sahiptir. Termal genleşme katsayısı düşük (3,2. 10-6/ºC) olması nedeni ile iyi termal şok direnci verir. Aluminanın kırıldığı hızlı ve aralı talaş kaldırma işlemlerinde kullanılabilir. Yüksek yoğunluklarda sıcak presleme ile üretilir ve takımın şekillendirme maliyeti yüksektir.

Sialon silisyum nitrür, aluminyum nitrür ve aluminyum oksite, yitriyum oksit (Y2O3) katkısıyla 1800ºC’de sinterlenmesi ile elde edilir. Yitriyum oksit sinterlemede silikat oluşturarak sıvı faz sinterlemesine ve böylece porozite oranını düşürerek yaklaşık tam yoğunlukta (%98) malzeme elde edilmesini sağlar. Sialonun kırılma tokluğu ve enine kopma mukavemeti aluminadan daha yüksek, fakat Al2O3/SiC wisker seramiklerden daha düşüktür. Sialon kesici takımlar özellikle dökme demir ve süper alaşımların (Ni esaslı gaz türbin diskleri) işlenmesinde kullanılır (Edwards, 1990 – Trent, 1977).

Kübik Bor Nitrür (CBN)

Sentetik elmas yapımı için kullanılanlara benzer yüksek sıcaklık (1500ºC), yüksek basınç (8GPa) teknikleri ile (hekzagonal-kübik) kafes dönüşümü ile elde edilen kübik bor nitrür (CBN), elmastan sonra ikinci en yüksek sertlik değerine sahiptir (Tablo 1). Küçük miktarlardaki seramik veya metal bağlayıcı ile %100 yoğunluktaki bor nitrür karıştırılır. Günümüzde, General Electric firmasının BZN ve De Beers firmasının Amborite ticari adı ile piyasaya sunduğu iki ürün yaygın olarak kullanılmaktadır. Kübik bor nitrür, özelikle CBN-CBN metallerarası bağlarla bağlanmaktadır (Trent, 1977).

Kübik bor nitrürün sertliği, sıcaklık artışı ile azalmaktadır. Elmasla karşılaştırıldığında kübik bor nitrürün en önemli avantajı, demir veya diğer metaller ile temasında veya havada yüksek sıcaklıkta sahip olduğu çok yüksek kararlılığıdır. Çok kristalli kübik bor nitrür endüstriyel alanda son birkaç yıldır kullanım alanı bulmaktadır. Ferro malzemeler ile reaksiyon direnci ve mükemmel abrasif direnci ile kombine edilen kübik bor nitrür, diğer takım malzemelerden daha yüksek sıcaklıklarda ve daha yüksek hızlarda sert malzemelerin işlenmesinde kullanılmaktadır. Özellikle, elmasın kullanımını engelleyen hızlı aşınma olmaksızın yüksek hızlarda sert dökme demir ve sertleştirilmiş çeliğin kesimi için kullanılmaktadır. Ayrıca, süperalaşımlar (nikel ve kobalt esaslı), kübik bor nitrür kompozit kesici takımlarla, semente karbürlerden çok daha yüksek hızlarda işlenebilmektedir. (Edwards, 1993 – Culp,, 1997).

Elmas

Elmas, karbonun tetrahedral formudur ve en sert ve en yüksek çizme dirençli malzeme olarak bilinir. Mohs ölçeğinde sertlik numarası 10’dur (Tablo 1). Bu özellikler elması takım malzemesi olarak çekici kılar; ne var ki, endüstriyel alanda kullanılan doğal tek kristal elmasın küçük miktarları bile oldukça pahalıdır. Ayrıca elmas çok gevrektir ve belirli kristallografik düzlemler boyunca kolayca ayrılır. Elmas 650¡C’de hızla okside olmaya başlar ve atmosferik basınçta 1500ºC’nin üzerindeki sıcaklıklarda tekrar grafite dönüşür. Yüksek sıcaklıkta demir için karbonun kolaylıkla çözünmesi veya demire difüze olan grafite dönüşmesi sebebiyle ferro malzemelerin işlenmesinde elmas yeterli performansı sağlamamaktadır. Bununla birlikte, elmas takımlar yüksek silisyumlu dökme aluminyum alaşımları, bakır ve alaşımları, sinterlenmiş semente tungsten karbürler, silika cam ile doyurulmuş kauçuk, cam-fiber/plastik ve karbon/plastik kompozitler ve yüksek aluminalı seramiklerin işlenmesinde kullanılmaktadır (Culp, 1997 – Edwards, 1993).

Doğal elmasın tahmin edilemeyen erken hasara uğramasına karşılık, üretilmiş tek kristaller daha güvenilir performansı sergilemektedir. Son zamanlarda, çok kristalli takım uçlar kendiliğinden sinterlenen yuvalar içinde veya bir karbür altlık üzerine sinterlenmiş 0.5 mm kalınlıkta tabakalar olarak kullanılmaya başlamıştır. Elmas, abrasif iş parçalarının işlenmesinde diğer takım malzemelere oranla yüksek performans göstermektedir (Schey, 1987).

Karbür Esaslı Takımlar

Karbür Esaslı Takımlar

Semente Karbürler

Bu malzemeler çok yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetli bir kitle oluşturacak şekilde bir metal veya demir alaşım grubu ile çok ince taneli refrakter metal karbür partiküllerinden oluşurlar (Şekil 4). Semente karbürler toz metalurjisi teknikleri ile üretilmektedir. Proses esasen tungsten, titanyum veya tantalyum karbür tozlarının hazırlanmasını kapsar. Bu tozlardan biri veya birkaçı bağlayıcı ile karıştırılır. Bağlayıcı metal olarak genellikle kobalt, nadiren de nikel ve demir kullanılmaktadır. Bu karışım istenilen şekilde kompakt kitle halinde soğuk preslenir ve akabinde sinterlenir (1370-1480ºC) veya sıcak presleme ile şekillendirilir (Avner, 1974). Kobalt yüksek sıcaklıklarda karbürlerle ötektik oluşturur ve çok iyi ıslatma özelliği gösterir. Tungsten karbür, düşük sıcaklıkta katı kobaltda yalnızca %1 oranında çözünürken, nikelde %25 ve demirde %5 oranında çözünmektedir. Nikel ve demirde, tungsten karbürün yüksek katı çözünürlüğü, gevrekliği arttırıcı bir etki yapar. Kobalt miktarının artışıyla tokluğun artmasına karşılık sertlik, basma mukavemeti, elastik modül ve abrasif direnç azalır (M. Hand, Vol:3, 1967 – Culp, 1997)

Tablo 3. Semente Karbürlerin Sınıflandırılması (M. Hand. Vol:3, 1967)

Karbür grubu	Kompozisyon (%)	Kalan WC Sade tungsten karbür	Sertlik (RA)	Yoğunluk (gr/cm3)
1	2.5-6.5	0-3	93-91	15.2-14.7
2	6.5-15	0-2	92-85	14.8-13.9
3	15-30	0-5	88-85	13.9-12.5
İlave karbür (ağırlıklı olarak TiC)
4	3-7	20-42	93.5-92.0	11.9-9.0
5	7-10	10-22	92.5-90.0	12.0-11.0
6	10-12	8-15	92.0-89.0	13.0-12.0
İlave karbür (ağırlıklı olarak TaC)
7	4.5-8	16-25	93.0-91.0	12.5-12.0
8	8-10	12-20	92.0-90.0	13.0-11.5
İlave karbür (sadece TaC)
9	5.5-16	18-30	91.5-84	14.8-13.5

Bu tür kesici takımlarda abrasif eleman olarak tungsten karbür (WC) ile beraber titanyum karbür (TiC), tantalyum karbür (TaC) ve niobyum karbür (NbC) de mikroyapıda yer alabilir. Bu tür ilave karbürlerin, difüzyona direnç gösteren bir ara tabaka meydana getirmelerinden dolayı kesici takımlarda karşılaşılan önemli hasar türlerinden biri olan kraterleşme engellenmektedir (Schey, 1987). Bazı özel sert metallerde sert faz olarak krom karbür, molibden karbür ve bağlayıcı metal olarak nikel bulunabilir. Sade tungsten karbürlü kaliteler dökme demir, ostenitik çelik, demir dışı ve metal dışı malzemelerin işlenmesinde kullanılırken tungsten karbür yanında titanyum ve tantalyum karbür de ihtiva eden kaliteler ise ferritik çeliklerin işlenmesinde kullanılırlar (Tablo 3).

Semente karbürlerin yüksek sıcaklık mukavemeti, karışık karbür miktarının artışı ile artmasına karşılık, kobalt miktarının artışı ile azalır (tokluk için bu ilişki terstir). Sinterlenmiş karbürlerin çok iyi takım performansı, çok yüksek kızıl sertlikle birlikte yüksek sertlik ve yüksek basma mukavemetinden ileri gelir (Avner, 1987 – M. Hand. Vol: 3, 1967).

Sermetler

Sermetler, metalik bir fazla bağlanmış seramikler olup esasen semente karbürler sermetlerin bir alt sınıfıdır. Çelik kesimi için, nikel ve molibdenle bağlanmış TiC tercih edilmektedir (Schey, 1987). Tipik bileşimi %8-25 Ni, %15-8 Mo2C ve %60-80 TiC şeklindedir. Ayrıca küçük miktarlarda WC, Co, TiN içerebilir. Sermetlerin mikroyapısı geleneksel semente karbürlerden farklıdır. Çünkü sinterleme sıcaklığında karbürün, bağlayıcı nikel içindeki çözünürlüğü kobaltınkinden daha fazladır. Bu nedenle sermetler, semente karbürlerden daha gevrek karakterdedir. Bu malzemeler yüksek krater ve oksidasyon direnci, düşük sürtünme katsayısı ve termal iletkenlik ile nispeten düşük yoğunluğa sahiptir. Bununla birlikte sertlik derinliği yüksek, abrasif direnci kobaltla bağlanmış tungsten karbürden daha düşüktür (M. Hand, Vol:3h, 1967 – Culp, 1997). Karışık TiC-TiN kaliteleri daha iyi termal iletkenlik ve daha yüksek hızları ile karakterize edilmektedir (Schey, 1987).

Kesici takım olarak sermetler %20’den daha az bağlayıcı içermektedirler. Bu malzemeler çelik ve dökme demirler için özellikle orta ve hafif yükler altında yüksek hızda yüzey operasyonlarında kullanılmaktadır. Buna karşın, kaba ve darbeli işlemlerde, boşluklu ve porözlü yüzeylerde, sert dökümlerde, grafit ve sıcak iş takım çeliklerinde, demir dışı malzemelerde (Al, Cu vb.) ve yüksek oranda nikel içeren malzemelerde (malzemelerdeki nikel ile sermetteki nikel birleşme eğilimi göstermektedir) kullanılması halinde iyi sonuçlar vermemektedir (Dawis (Ed.), 1995).

Dökme Karbürler

Dökme Karbürler

Karbür miktarı yüksek oranlara ulaştığı zaman, takım malzemesi daha fazla sıcak dövülemez; bu nedenle, dökümle şekillendirilir. Kesici takımlar için dökme Co-Cr-W alaşımları tescilli malzemedir. İstenilen özelliklere bağlı olarak, alaşımların genel bileşimi; %38-46 Co, %25-35 Cr, %4-25 W ve %1-3 C şeklindedir. Stellit olarak adlandırılan Co-Cr-W alaşımının sertliği, tungsten ve karbon oranına bağlı olarak 40-60 Rc arasında değişir. Isıl işlem uygulanmasına gerek yoktur. Mikroskobik olarak alaşım, tungsten esaslı bileşikler ve toplam miktarı %45 mertebesinde karbürlerden ibarettir (Şekil 3).

Bu alaşımın özelliği; yüksek sertliği, yüksek aşınma, oksidasyon ve korozyon direnci ve mükemmel kızıl sertliğidir. Bu özelliklerin kombinasyonu, bu alaşımı kesme uygulamaları için uygun kılmaktadır. Dökme alaşımlar, kesici uçta hasar olmaksızın yüksek hız çeliklerinden daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmektedir. Yumuşama yavaş bir şekilde meydana geldiği için, daha yüksek kesme hızlarında çalışmak mümkündür; fakat, bu sırada süneklik azalır. Stellitin kesici takım olarak uygulanabilirliği yüksek hız çeliklerinden daha sınırlıdır. Zira döküm alaşımları daha gevrektir ve takım dizaynı sınırlıdır. Ayrıca maliyeti de daha yüksektir. Stellit metal kesme takımları yaygın olarak çelik, dökme demir, dökme çelik, paslanmaz çelik, pirinç ve bazı diğer işlenebilir malzemelerin işlenmesinde kullanılır. Çoğunlukla tek noktalı torna tezgahlarında, şekillendirici takımlarda ve freze bıçağında kullanılmaktadır (Dawis Ed., 1995 – Avner, 1974).