Kevlar malzemesinin sürtünme karıştırma kaynağı yöntemi ile çoklufizik modellenmesi
Multiphysics modelling of kevlar material with friction stir welding
Yazar: AHMET TAŞAN
Danışman: PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Sürtünme karıştırma kaynağı (FSW), geleneksel kaynaklı birleştime yöntemlerinde metalin ergimesi ve katılaşması sırasında meydana gelen, çatlakları, kalıntı gerilimlerini ve çarpılmaları ortadan kaldıran, bir katı hal birleştirme yöntemidir. 1991 yılında, İngiltere'deki Kaynak Enstitüsü (TWI) tarafından alüminyun kaynakları için geliştirilmiştir. FSW'nin en önemli avantajları olan; kolay otomasyon edilmesi, daha az çarpılma, kaynak bölgesi içerisinde daha az kalıntı gerilimleri ve daha iyi mekanik özelliklerinin yanısıra, alüminyum malzemelere ilave olarak diğer metal ve metal alaşımlarına da uygulanışı üzerine çalışmalar yapılmaktadır.
FSW'nin genel yapısına bakacak olursak; erimeyen bir malzemeden üretilen, pim ve omuz kısımlarından oluşan, özel bir tasarıma sahip dönen bir takımdan meydana gelmektedir. Bu takım, birleştirilecek olan plaka veya sac malzemelerin birleştirme kenarları üzerinde döner ve daha sonra da kaynak hattı boyunca ilerleyerek kaynak işlemini yapar. Takım dönme ekseni ile, kaynaklanacak olan parçalar arasında bir eğim açısı belirlenir. Bu açı, takım ana gövdede malzemenin işlenmesini ve takım ilerleme sırasında da, omzun desteklenmesiyle kuvvet etkisinin kademeli olarak arttırılmasını sağlar. Böylelikle, takımın yanal hattı boyunca malzemenin plastik akışı korunur ve pimin gerisindeki kaynak bitimi desteklenmiş olunur. 
Bu çalışmada ilk önce, kevlar kumaşlardan yapılan 4 mm kalınlığındaki iki plakanın, FSW yöntemiyle birleştirilebilirliğinin COMSOL Multiphysics analiz programıyla incelenmiştir. Sonrasında da, uygun bir tezgah ile uygulaması yapılıp sonuçları karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Friction stir welding (FSW) is a joining process in solid-state, which eliminates problems associated with the material melting and solidification, such as cracks, residual stresses and distortions generated during conventional welding. It was invented in 1991 at TWI (The Welding Institute) in the UK initially for aluminium joining. Among the most important advantages of FSW are; easy automation, less distortion, lower residual stress and good mechanical properties in the joining region, FSW is a recent approach to metal joining and although originally intended for aluminium alloys, it is investigated in a variety of metallic materials.
The basic concept of FSW is a rotating tool, made of non-consumable material, especially designed with a geometry consisting of a pin and a recess (shoulder). This tool is inserted as spinning on its axis at the adjoining edges of two sheets or plates to be joined and then it travels along the joining path line. The tool rotation axis defines an angle of inclination with which the components to be welded. This angle is used for receiving the material to be processed at the tool base and to promote the gradual forge effect imposed by the shoulder during the passage of the tool. This prevents the material plastic flow at the tool lateral, ensuring weld closure on the back of the pin. 
In this study, two 4 mm kevlar plates which were produced with the kevlar fabrics, were analysed with COMSOL Multiphysics in order to investigate the weldability via FSW. Thereafter, an experimental investigation was done with an appropriate workbench in order to compare with the analysis results.