X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

1

SÜRTÜNME KARIŞTIRMA KAYNAĞI İLE BİRLEŞTİRİLMİŞ

ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ MEKANİK

ÖZELLİKLERİNİN İSTATİSTİKSEL OLARAK İNCELENMESİ

Kaan Özel1, Cem S. Çetinarslan

2

1, 2Trakya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, 22180, EDİRNE

Telefon: (0 284) 226 12 17, Faks: (0 284) 226 12 25

e-posta: 1kaanozel@trakya.edu.tr,

2cemc@trakya.edu.tr

ÖZET

Bu çalışmada; 5083 alüminyum alaşımları, Sürtünme Karıştırma Kaynağı (SKK) yöntemi ile

birleştirilmiştir. Kaynak işleminde farklı parametreler kullanılmış olup kaynaklı bağlantılar için

çeşitli mekanik ve metalürjik deneyler uygulanmıştır.

Deneysel çalışmalar sonucunda, kaynaklı bağlantıların çekme, yorulma ve sertlik deneyleri sonuçları

elde edilmiş ve deneyler için istatistiksel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar,

literatürden elde edilen çalışmalar ile karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Sürtünme Karıştırma Kaynağı, Alüminyum Alaşımı, Mekanik Özellikler, Sertlik,

İstatistiksel Analiz

ABSTRACT

In this study, 5083 aluminum alloys were joined by Friction Stir Welding (FSW) method. In the

welding process, various parameters were used and then, mechanical and metallurgical investigations

were carried out for joined parts.

As a result of experimental studies, tensile, fatigue and hardness test results of welded joints were

obtained and statistical analysis were carried out. Obtained results were interpreted by comparing

literature

Key Words: Friction Stir Welding, Aluminum Alloy, Mechanical Properties, Hardness, Statistical

Analysis

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

2

1. GİRİŞ

Sürtünme Karıştırma Kaynağı (SKK), ilk olarak Aralık 1991’de Uluslararası Kaynak

Enstitüsü (TWI)’ndeki araştırmacıların deneysel çalışmaları sonucunda ortaya çıkmıştır.

TWI, bu yöntem üzerine birçok patente sahiptir [1]. Daha eski olan Sürtünme Kaynağı (SK),

bu yöntemin temelini oluşturmaktadır. Bu birleştirme yöntemi, özellikle geleneksel

yöntemlerle birleştirilmesi zor ve pahalı olan demir-dışı metaller için geliştirilmiş ve

malzeme ve enerji tasarrufunu beraberinde getirmiştir.

Ülkemizde endüstriyel anlamda kullanımı az ve kısıtlı olan SKK, havacılık, otomotiv ve

gemi inşa endüstrisinde kısmen kullanım alanı bulmaktadır. Diğer geleneksel olmayan

kaynak yöntemlerine göre, aynı ve farklı malzemelerin birleştirilmesinde kaynak sonrası

düşük çarpılma miktarları sebebiyle avantaj sağlamaktadır [2]. SKK, sürtünme ısısı ortaya

çıkarmak ve bağlantıda mekanik deformasyon oluşturmak amacıyla dönel çeşitli vida

formlarına sahip takım kullanmaktadır. Sabit hızlı silindirik omuzlu takım sabit ilerleme

hızında hareket etmekte ve sabitlenmiş olan malzemeleri çeşitli pozisyonlarda

birleştirebilmektedir. Yöntem, diğer birleştirme teknolojilerine göre birçok avantaja sahip

olup alüminyum, bronz, bakır, titanyum, çelik, magnezyum ve pirinç gibi çok sayıda

malzemeyi kaynatmak için kullanılabilmektedir [3]. Sürtünme ısısı, ısı dirençli kaynak

bileşenleri ve iş parçaları arasında oluşur. Mekanik karıştırma işlemi sonucu oluşturulan bu

ısı ve malzemelerde ortaya çıkan adyabatik ısı, karıştırılan malzemelerin ergitme olmaksızın

yumuşamasını sağlar.

5083 alüminyum alaşımları için birçok çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Zhou ve ark. 5083

alüminyum alaşımlarında SKK ve Metal Inert Gas (MIG) yöntemlerini kullanarak yorulma

özelliklerini incelemişlerdir [4]. Hirata ve ark. 5083 alüminyum alaşımlarının SKK’da

karıştırma bölgesinde tane boyutunun incelenmesi üzerine araştırma yapmışlardır [5].

Grujicic ve ark. 5083 alüminyum alaşımlarının alın SKK’da malzeme mikro yapı değişimi

üzerine bir model geliştirmişlerdir [6]. Rao ve ark. 5083 alüminyum alaşımlarının asimetrik

mekanik özellikleri ve çekme özellikleri tahmini üzerine inceleme yapmışlardır [7]. Taban

ve ark. 5083 alüminyum alaşımlarının SKK, MIG ve Tungsten Inert Gas (TIG) yöntemi ile

birleştirilmesi üzerine araştırma yapmışlardır [8]. Özel ve ark. SKK ile birleştirilmiş 5083

alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri üzerine çalışma gerçekleştirmişlerdir [9].

Bu literatüre istinaden, endüstride yaygın şekilde kullanılan 5083 alüminyum alaşımlarının

SKK ile birleştirilmesi sonrası mekanik özelliklerindeki değişim istatistiksel olarak

incelenmiştir.

2. DENEYSEL METOT

Bu çalışmada, 5083 alüminyum alaşımları Şekil 1’de verildiği gibi kaynak edilebilirliğine

göre seçilmiştir [3].

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

3

Şekil 1. Alüminyum Alaşımlarının Kaynak Edilebilirlik Özellikleri

5083 alüminyum alaşımlarının birleştirilmesi, optimum parametrelerin elde edilmesi,

birleştirilmiş parçaların mekanik ve metalürjik özelliklerinin belirlenmesi Isı Tesiri Altındaki

Bölge (ITAB)’nin sertlik dağılımı deneysel olarak incelenmiştir.

SKK deneylerinde kullanılan 5083 alüminyum alaşımlarına ait kimyasal bileşim, Tablo 1’de

verilmiştir.

Tablo 1. 5083 Alüminyum Alaşımı Kimyasal Bileşimi

Tablo 2’de verilen kaynak parametreleri, literatür çalışmaları, SKK hazırlık deneyleri ve

deneysel düzen kapasitesine göre seçilmiştir.

Tablo 2. SKK Deneyleri İçin Kaynak Parametreleri

Material Al Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti

5083 94.5 0.1 0.3 0.03 0.6 4.31 0.06 0.01 0.05

No Birleştirilen Parça Sayısı Dönme Hızı (dev/dak)

İlerleme Hızı (mm / dak)

1 3 550

40

2 3 80

3 3 700

40

4 3 80

5 3 800

40

6 3 80

7 3 1400

40

8 3 80

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

4

Birleştirilen parçalardan bir örnek Şekil 2’de verilmiştir.

Şekil 2. SKK ile Birleştirilen Numune, 800 dev/dak – 40 mm/dak

Sürtünme Karıştırma Kaynağı ile birleştirme sonrası numuneler, çekme, yorulma ve sertlik

deneyleri numunesi şeklinde hazırlanmışlardır. Bazı hazırlık aşamaları aşağıdaki şekillerde

verilmiştir.

Şekil 3. Sertlik Deneyi Numunesi

Şekil 4. Yorulma Deneyi Numunesi

Ölçüm Bölgesi

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

5

3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

3.1. Yorulma Deneyi Sonuçları

Sabit dönme hızları (550 dev/dak, 700 dev/dak, 800 dev/dak, 1400 dev/dak) ile elde

edilen yorulma deneyi sonuçları toplu halde Şekil 5’de verilmiştir.

Şekil 5. Yorulma Deneyleri Sonuçları

Deney sonuçlarından görülmektedir ki, düşük dönme ve ilerleme hızları ile

birleştirilmiş olan numuneler diğer numunelere göre daha erken deforme olmuşlardır.

Numuneler için bu düşük dönme ve ilerleme hızları bağ oluşumu için yeteri kadar karıştırma

işlemi gerçekleştirmemişlerdir.

3.2. Sertlik Deneyi Sonuçları

5083 alüminyum alaşımları için mikro sertlik (HV 0,5) deneylerine ait “kaynak merkezinden

uzaklık - sertlik değeri” diyagramları Şekil 6’da toplu halde verilmiştir.

Şekil 6. Sertlik Deneyleri Sonuçları

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

6

Şekilden de görülebileceği gibi en yüksek mikro sertlik değerleri, kaynak merkezinde düşük

devir sayılarında elde edilmiştir. Kaynak merkezinden uzaklaştıkça sertlik değerleri

düşmektedir.

3.3. İstatiksel Analiz Sonuçları

Mekanik deneylerden elde edilen sonuçların, istatistiksel analiz kapsamında güvenirlik ve

geçerlilik analizleri Statistical Package for Social Sciences (SPSS) paket programı ile

incelenmiştir.

SPSS’te yer alan Regresyon Analizi Modülü ile çekme, sertlik ve yorulma deneyleri

sonuçlarına göre bir takım istatistiksel analiz çalışmaları gerçekleştirilmiş olup yapılan

çalışmalara ait ekran görüntüleri ve analiz sonuçları için örnekler, aşağıdaki şekillerde

verilmiştir.

Şekil 7. SPSS’te Regresyon Analizi İçin Kullanılan Sertlik Deneyleri Veri Girişi Örneği

Şekil 8. SPSS’te Regresyon Analizi İçin Kullanılan Yorulma Deneyleri Veri Girişi Örneği

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

7

Şekil 9. SPSS’te Sertlik Deneyleri İçin Gerçekleştirilen Regresyon Analizi Sonuçları Örneği

Şekil 10. SPSS’te Sertlik Deneyleri İçin Gerçekleştirilen Regresyon Analizi Sonuçları Örneği

X. KAYNAK TEKNOLOJİSİ ULUSAL KONGRE VE SERGİSİ

BİLDİRİLER KİTABI

8

4. SONUÇLAR

Bu çalışmada; endüstride yaygın biçimde kullanılan 5083 alüminyum alaşımları için SKK

alın alına başarılı bir biçimde birleştirilmiştir. Daha sonra birleştirilmiş parçaların mekanik

özellikleri deneysel olarak incelenmiştir.

Bu deneysel veriler ile 5083 alüminyum alaşımlarının SKK ile birleştirilmesinde en yüksek

sertlik dayanımı değerleri düşük devir sayılarında ve kaynak merkezinde, en yüksek yorulma

dayanımı değerleri ise başlangıçta belirlenen uygun değerlerden olan 800 dev/dak ve 1400

dev/dak dönme hızlarında elde edilmiştir.

Ayrıca, deneylerde elde edilen veriler ile SPSS paket programında yer alan Regresyon

Analizi Modülü ile istatistiksel analizler gerçekleştirilmiş olup yapılan tüm deneyler arasında

güvenirlik ve geçerlilik durumları da incelenmiştir.

6. KAYNAKÇA

[1] V. M. Thomas, E. D. Nicholas, J. C. Needham, M. G. Murch, P. Temple – Smith, C. J.

Dawes, Friction-stir butt welding, GB Patent No. 9125978.8, International patent

application No. PCT/GB92/02203, 1991.

2) K. Özel, An Investigation on Friction Stir Welding of Aluminum Alloys, IMEF 2012,

5th International Mechanical Engineering Forum, Prague, Czech Republic, June 20-22,

2012, p. 743-753.

3) K. Özel, C. S. Çetinarslan, S. Karaman Genç, Joining of Aluminum Alloys with

Friction Stir Welding Method, COMAT 2014, 3rd International Conference on Recent

Trends in Structural Materials, Pilsen, Czech Republic, November 19-21, 2014.

4) C. Zhou, X. Yang, G. Luan, Fatigue Properties of Friction Stir Welds in Al 5083 Alloy,

Scripta Materialia, 53, 2005, p. 1187-1191.

5) T. Hirata, T. Oguri, H. Hagino, T. Tanaka, S. W. Chung, Y. Takigawa, K. Higashi,

Influence of Friction Stir Welding Parameters on Grain Size and Formability in 5083

Aluminum Alloy, Materials Science and Engineering A, 456, 2007, p. 344-349.

6) M. Grujicic, G. Arakere, H. V. Yalavarthy, T. He, C.-F. Yen, B. A. Cheeseman,

Modeling AA5083 Material-Microstructure Evolution during Butt Friction Stir

Welding, Journal of Materials Engineering and Performance, 19, 2010, p. 672-684.

7) D. Rao, K. Huber, J. Heerens, J.F. Santos, N. Huber, Asymmetric Mechanical

Properties and Tensile Behaviour Prediction of Aluminium Alloy 5083 Friction Stir

Welding Joints, Materials Science & Engineering A, 565, 2013, p. 44-50.

8) E. Taban, E. Kaluç, Microstructural and Mechanical Properties of Double-side MIG,

TIG and Friction Stir Welded 5083-H321 Aluminium Alloy, Kovove Materialy-

Metallic Materials, 44, 2006, pp. 25-33.

9) K. Özel, C. S. Çetinarslan, M. Şahin, Mechanical Properties of Friction Stir Welded

5083 Aluminum Alloys, Materials Testing, 59 (1), 2017, pp. 64-68.