Kaynak, malzemeleri birbiriyle birleştirmek amacıyla kullanılan son derece yaygın bir imalat yöntemidir. Genellikle metal veya termoplastik malzemeler üzerinde uygulanan bu yöntemde, birleştirilecek parçaların ek yerleri eritilir ve bu bölgeye bir dolgu malzemesi eklenir. Malzemenin soğumasıyla birlikte birleşme noktasında sert ve mukavemetli bir yapı elde edilir. Bazı durumlarda birleştirme işlemi sadece ısı ile değil, basınç altında da gerçekleştirilebilir. Kaynak yöntemi, birleştirilecek parçaların erimeden, sadece düşük erime noktalı bir dolgu metalinin eritilmesiyle yapıldığı lehim ve sert lehim yöntemlerinden bu yönüyle ayrılır.
Kaynak işlemlerinde elektrik arkı, gaz alevi, lazer, elektron ışını, sürtünme ve ultra ses dalgaları gibi çok çeşitli enerji kaynakları kullanılmaktadır. Endüstriyel alanda kaynak işlemleri açık havada, su altında ve hatta uzay gibi ekstrem ortamlarda dahi gerçekleştirilebilmektedir. Ancak yapıldığı ortam neresi olursa olsun kaynak işleri; elektrik çarpması, alev, zehirli gaz ve dumanlar ile ultraviyole ışınlar gibi çalışan sağlığını doğrudan tehdit eden ciddi riskler barındırır. Bu nedenle iş sağlığı ve güvenliği önlemlerinin eksiksiz alınması hayati önem taşır.
Tarihsel sürece bakıldığında, 19. yüzyılın sonlarına kadar sadece demircilerin kullandığı ısıtma ve dövme yoluyla metalleri birleştirme yöntemi biliniyordu. Yüzyılın sonunda elektrik ark kaynağı ve oksi-gaz kaynağı geliştirilmiş, bunları direnç kaynağı takip etmiştir. I. ve II. Dünya Savaşları sırasında artan sanayi ve askeri talepleri karşılamak amacıyla kaynak teknolojisi hızla ilerlemiş, manuel yöntemlerin yanı sıra yarı otomatik ve otomatik gaz altı kaynak teknikleri geliştirilmiştir. 20. yüzyılın ikinci yarısında ise lazer ve elektron ışın kaynaklarının bulunmasıyla teknoloji zirveye ulaşmış, günümüzde robotik kaynak sistemleri endüstride geniş bir yer edinmiştir.
Kaynak işlemlerinde kullanılan gazlar kimyasal ve fiziksel özelliklerine göre üç temel grupta incelenir: Yanıcı gazlar, yakıcı gazlar ve koruyucu gazlar. Yanıcı gazlar grubunda en sık kullanılanlar asetilen, LPG, hidrojen ve doğal gazdır. Asetilen (C2H2), renksiz, havadan hafif ve sarımsak kokulu bir gazdır. LPG ise propan ve bütan karışımından oluşan, havadan ağır ve boğucu bir hidrokarbondur. Hidrojen en hafif ve son derece yanıcı bir gazken, doğal gaz ise çoğunlukla metandan oluşan ve sızıntıların anlaşılması için özel olarak kokulandırılan bir gazdır.
Yakıcı gaz olarak endüstride oksijen (O2) kullanılır. Oksijen havadan biraz daha ağır, renksiz, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Yanma reaksiyonunun başlaması ve yüksek sıcaklıkta bir alev elde edilmesi için yanıcı gazlarla belirli oranlarda karıştırılarak kullanılır. Oksijenin kendisi yanıcı olmasa da yanmayı şiddetle destekleyen ve hızlandıran bir özelliğe sahiptir, bu nedenle yağlı yüzeylerle ve organik maddelerle temas etmesi büyük patlama risklerine yol açar.
Koruyucu gazlar ise kaynak arkını ve ergimiş metal banyosunu havanın (oksijen ve azotun) olumsuz ve bozucu etkilerinden korumak amacıyla kullanılır. Bu grupta argon (Ar), helyum (He) ve karbondioksit (CO2) yer alır. Argon havadan ağır, renksiz ve kokusuz bir soy gazdır; kapalı alanlarda birikerek boğulmalara yol açabilir. Helyum havadan çok hafif bir soy gazdır. Karbondioksit ise aktif bir gaz olup, özellikle MAG kaynak yönteminde koruyucu gaz olarak yaygın şekilde tercih edilir.
Örtülü elektrot ark kaynağı, kaynak işlemi için gerekli olan ısının, dışı özel bir örtüyle kaplanmış ve eriyerek tükenen bir elektrot ile iş parçası arasında oluşturulan elektrik arkı sayesinde elde edildiği, elle gerçekleştirilen bir ark kaynak yöntemidir. Bu yöntemde hem doğru akım (DC) hem de alternatif akım (AC) güç kaynakları kullanılabilmektedir. Kaynak esnasında elektrotun ucunda oluşan yüksek sıcaklık hem ana metali hem de elektrotun çekirdek telini eriterek kaynak banyosunu oluşturur.
Bu yöntemin en büyük özelliklerinden biri, elektrotun dışındaki örtü maddesinin yanması ve ayrışmasıyla ortaya çıkan gazların kaynak bölgesini atmosferin zararlı etkilerinden korumasıdır. Ayrıca eriyen örtü maddesinin oluşturduğu cüruf, kaynak banyosunun üstünü kaplayarak sıcak metalin yavaş soğumasını sağlar ve havadaki oksijenle temasını keser. İlave dolgu metali ise elektrotun içindeki çekirdek telden ve bazı durumlarda örtü içindeki metal tozlarından karşılanır.
Örtülü elektrot ark kaynağının en önemli avantajı, ekipmanlarının hafif, taşınabilir ve ucuz olmasıdır. Açık ve kapalı alanlarda, rüzgarlı ortamlarda, dar ve ulaşılması zor bölgelerde rahatlıkla uygulanabilir. Ancak metal yığma hızının düşük olması, her elektrot bittiğinde işlemin durdurulması gerekliliği ve her kaynak pasosundan sonra oluşan cürufun mekanik olarak temizlenme zorunluluğu bu yöntemin başlıca dezavantajları arasında yer alır.
Gaz altı kaynağı, kaynak için gerekli ısının, sürekli beslenen bir tel elektrot ile iş parçası arasında oluşan ark sayesinde elde edildiği bir yöntemdir. Bu yöntemde kaynak bölgesi, torçtan sürekli olarak üflenen koruyucu bir gaz tabakasıyla atmosferin olumsuz etkilerinden korunur. En ufak bir hava girişi dahi kaynak metalinde gözenek ve çatlak gibi hatalara yol açabileceğinden gaz korumasının kesintisiz olması şarttır. Yöntemin en yaygın türleri MIG (soygaz korumalı) ve MAG (aktif gaz korumalı) kaynaklarıdır.
Gaz altı kaynağının en büyük avantajı, rulo halindeki tel elektrotun sürekli beslenmesi sayesinde kaynağın durdurulmadan yapılabilmesi ve cüruf oluşmadığı için paso sonrası temizlik gerektirmemesidir. Bu durum yöntemi örtülü elektrot ark kaynağına göre çok daha hızlı ve verimli kılar. Ayrıca düşük hidrojen miktarı sayesinde sertleşme eğilimindeki çeliklerde kaliteli birleştirmeler sunar. Hem yarı otomatik hem de tam otomatik robotik sistemlere mükemmel uyum sağlar.
Bununla birlikte, gaz altı kaynak ekipmanları daha karmaşık, pahalı ve ağırdır. Torcun iş parçasına yakın tutulması gerektiğinden dar alanlarda çalışmak zordur. Ayrıca açık alanlarda ve rüzgarlı ortamlarda koruyucu gaz uçup gidebileceği için ek paravan önlemleri alınmadan kullanılması uygun değildir. TIG (WIG) yöntemi ise erimeyen tungsten elektrot kullanarak çok daha hassas ve ince malzemelerin birleştirilmesinde, özellikle kök pasolarda yüksek nüfuziyet sağlamak için tercih edilir.
Oksi-asetilen kaynağı, oksijen ile asetilen gazının bir üfleçte karıştırılarak yakılması sonucu elde edilen ve yaklaşık 3100°C sıcaklığa ulaşan alevin kullanıldığı köklü bir gaz kaynak yöntemidir. Isı girdisi elektrik arkına göre daha düşük ve yaygın olduğundan, malzemenin soğuması daha yavaş gerçekleşir. Bu durum kaynak dikişinde oluşan iç gerilmeleri ve çarpılmaları azalttığı için yüksek alaşımlı çeliklerin kaynağında avantaj sağlar. Günümüzde endüstriyel üretimdeki popülaritesi azalsa da boru hatlarında, tamir-bakım işlerinde ve metal kesme işlemlerinde hala yaygın olarak kullanılır.
Toz altı kaynağı ise kaynak arkının ve ergimiş metal banyosunun, torçtan dökülen özel bir kaynak tozu tabakası altında kaldığı, tamamen otomatik bir ark kaynak yöntemidir. Ark ışınları dışarıdan görünmez ve etrafa kıvılcım/sıçrantı yayılmaz. Bu durum kaynak operatörü için yüksek güvenlik sağlar. Yüksek kaynak hızı ve metal yığma kapasitesi sayesinde kalın sacların, büyük silindirik gövdelerin ve boruların birleştirilmesinde son derece ekonomiktir.
Toz altı kaynağının dezavantajları arasında, kaynak tozlarının havadan nem kaparak kaynakta gözenek oluşturma riski, cürufun temizlenme zorunluluğu ve yöntemin sadece düz veya yatay pozisyonlardaki kaynaklara izin vermesi yer alır. Ayrıca 5 mm'den ince malzemelerde yüksek ısı girdisi nedeniyle yanma ve delinme yapabileceğinden ince sacların kaynağında tercih edilmez.