Poliamid 66 malzemelerin alttan ısıtma yardımıyla sürtünme karıştırma nokta kaynağı proses parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of friction stir spot welding process parameters of polyamide 66 materials with bottom heating process
Yazar: KORAY KARA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYDIN ÜLKER
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kaynak bağlantısı = Weld joint ; Kaynak parametreleri = Welding parameters ; Poliamid = Polyamide ; Polimerler = Polymers ; Sürtünme karıştırma kaynağı = Friction stir welding

Özet:
Bu çalışmada katı haldeki malzemelerin kaynağında kullanılan sürtünme karıştırma kaynağının bir çeşidi olan sürtünme karıştırma nokta kaynağına özgü tasarlanmış bir parça bağlama aparatı yardımıyla ve alttan ısıtma kullanılarak farklı proses parametre değerleri için katkısız poliamid 66 (PA66) ve cam elyaf katkılı poliamid 66 levhaların kaynak işlemi gerçekleştirilmiştir. Geçmişte yapılan çalışmalara bakıldığında bu kaynak yöntemi çeşitli metal malzemelere uygulanmış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bu yöntemin termoplastikler ile olan çalışmalarına bakıldığında ise yapılan çalışma sayısı metallere göre daha azdır. Yüksek erime sıcaklığı ve dayanım, sıcaklık artışında sertliğini koruma, alev geciktiricilik gibi sebeplerden dolayı seçilen poliamid 66 malzemelerin kaynak bağlantısına dönme hızı, cam elyaf katkısı ve alttan ısıtma sıcaklığının etkisini görmek için oluşturulan deney gruplarının bindirme kaynağı kesme kuvveti sonuçları analiz edilmiştir.
Optimum kaynak parametreleri katkısız poliamid 66 bağlantıları için 1500 d/d dönme hızı, 120 °C alttan ısıtma sıcaklığı, %15 cam elyaf katkılı poliamid 66 (PA66GF15) bağlantıları için 2500 d/d dönme hızı, 120 °C alttan ısıtma sıcaklığı, %30 cam elyaf katkılı poliamid 66 (PA66GF30) malzemeler için 2500 d/d dönme hızı, 150 °C alttan ısıtma sıcaklığı olarak tespit edilmiştir. Bütün deneylerde 3 mm dalma derinliği, 60 saniye ön ısıtma süresi, 20 saniye karıştırma süresi 10 mm/dk dalma hızı ön denemeler neticesinde sabit parametreler olarak seçilmiştir.
Çekme testleri sonucunda bindirme kaynağı bağlantı kuvvetleri karşılaştırıldığında %30 cam elyaf katkılı PA66 bağlantılarında en yüksek kaynak dayanımı görülürken cam elyaf katkısının %15 olduğu malzemelerin kaynak bağlantılarının dayanımının %30 cam elyaf katkılı bağlantılara göre daha az katkısız PA66 bağlantılara göre ise daha fazla olduğu gözlenmiştir.
Çekme testi uygulanmış bağlantıların alt ve üst numunelerinde parametre farklılıkları sonucu oluştuğu belirlenen görsel kopma modları da katkısız ve cam elyaf katkılı poliamid 66 numunelerinin kaynak bağlantıları incelenerek analiz edilmiştir.

Abstract:
In this study polyamide 66 (PA66) and glass-fiber reinforced PA66 sheets have been welded by using a bottom heating process for different process parameter values with the help of a specifically designed fixture for friction stir spot welding (FSSW) which is a type of friction stir welding (FSW) used for welding of solid materials. This welding process had been applied successfully on various metal materials in past studies. On the other hand, existing studies of this process for thermoplastics are fewer than metals. Tensile shear strengths of lap joints were analyzed to determine the effect of rotational speed, additive of glass-fiber and bottom heating temperature on welding joint of polyamide 66 materials chosen for high melting temperature and thermal resistance, preservation of rigidity during temperature increasing, flame retardant reasons. Optimal welding parameters were found as the rotational speed of 1500 rpm, the bottom heating temperature of 120 °C for natural polyamide 66 joints, the rotational speed of  2500 rpm, the bottom heating temperature of 120 °C for 15% glass-fiber reinforced polyamide 66 joints and rotational speed of 2500 rpm, the bottom heating temperature of 150 °C for 30% glass-fiber reinforced polyamide 66 joints. 3 mm plunge depth, 60 second preheating time, 20 second dwelling time, and 10 mm/min plunge rate have been selected as constant parameters.
As a result of the tensile tests, when the lap weld joint strengths are compared, it is observed that the highest weld strength is observed in the 30% glass-fiber reinforced PA66 joints, while the strength of the welding joints of the materials with 15% glass-fiber additive is less than the 30% glass-fiber reinforced joints, and higher than the natural PA66 joints.