Farklı metal esaslı malzemelerin birleştirilmesinde çift darbeli gazaltı kaynak proses parametrelerinin taguchi yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of double pulsed gas metal arc welding process parameters for joining dissimilar metal based materials by using taguchi method
Yazar: EMRE YENİYIL
Danışman: PROF. DR. SAMİ SAYER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İleri Malzemeler ve Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gazaltı kaynağı = Gas metal arc welding ; Kaynak parametreleri = Welding parameters ; MAG kaynağı = MAG welding ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization ; Robust optimizasyon = Robust optimization

Özet:
Çift darbeli gazaltı kaynak yöntemi (DP-GMAW) düşük ısı girdisi, yüksek kaynak hızı, derin nüfuziyet gibi avantajlar sunması nedeniyle özellikle ince malzemelerin birleştirilmesinde tercih edilmektedir. Bu kaynak yönteminde tel besleme hızı, voltaj, tepe akımı, temel akım, darbe frekansı, termal darbe frekansı gibi birçok farklı parametre bulunmaktadır. Birleştirilecek malzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri dikkate alınarak bu parametrelerin optimize edilmesi, kaynak bağlantısının mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi ve  ısı etkisiyle oluşabilecek yapısal değişimlerin minimize edilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. 
Bu araştırmada, hazırlık çalışması bölümünde düşük karbonlu çelik malzemeler, temel çalışma bölümünde ise düşük karbonlu çelik ile paslanmaz çelik malzemeler DP-GMAW yöntemiyle birleştirilmiştir. L9 ortogonal dizilim kullanılarak tel besleme hızı, darbe akımı ve frekans parametreleri Taguchi yöntemi ile optimize edilmiştir. Varyans analizi (ANOVA) ile parametrelerin etkisi değerlendirilmiş ve optimum kaynak parametreleri belirlenmiştir.
Hazırlık çalışmasında, çekme testi sonuçları temel alınarak yapılan optimizasyon neticesinde, tel besleme hızı, darbe akımı ve frekans parametreleri için optimum parametreler sırasıyla 6.0m/dk, %-3 ve 3Hz olarak belirlenmiştir. ANOVA analizi sonuçlarına göre düşük karbonlu çelik malzemelerin DP-GMAW ile birleştirilmesinde tel besleme hızının çekme dayanımına en fazla etki eden parametre olduğuna ulaşılmıştır.
Farklı malzemelerin birleştirildiği temel çalışma bölümünde ise, kaynak performansı mekanik testler ve makro/mikro yapı analizleri ile değerlendirilmiştir. Çentikli çekme testi ve charpy testinden elde edilen veriler kullanılarak yapılan optimizasyon sonuçlarına göre, kaynak mukavemeti açısından optimum parametreler 8.0m/dk tel besleme hızı, %-5 darbe akımı ve 6Hz frekans, kaynak tokluğu için ise, 8.0m/dk tel besleme hızı, %+5 darbe akımı ve 4Hz frekans olarak belirlenmiştir. ANOVA analizi sonuçları düşük karbonlu çelik ve paslanmaz çelik malzemelerin DP-GMAW ile birleştirilmesinde, darbe akımının kaynak performansına en fazla etki eden parametre olduğunu göstermiştir.
Elde edilen bulgular DP-GMAW proses parametrelerinin optimizasyonunda Taguchi tasarım metodolojisinin süreç verimliliğini arttırırken ve zaman ve kaynak kullanımını önemli ölçüde azalttığını göstermektedir.

Abstract:
Double pulsed gas metal arc welding (DP-GMAW) method is widely used, particularly for joining thin materials, due to its advantages such as low heat input, high welding speed, and deep penetration. This welding method involves several parameters, including wire feed speed, voltage, peak current, base current, pulse frequency, and thermal pulse frequency. Optimizing these parameters, considering the physical and chemical properties of the materials to be joined, is essential for improving the mechanical properties of the weld joint and minimizing structural changes that may occur due to heat-affected zones. 
In this research, low-carbon steel materials were joined in the preliminary study, while low-carbon steel and stainless steel materials were joined in the main study by DP-GMAW method. The wire feed speed, pulse current, and frequency parameters were optimized using the Taguchi method with an L9 orthogonal array. The effects of these parameters were evaluated through analysis of variance (ANOVA), and the optimal welding parameters were determined. 
During the preliminary study, based on the results of the tensile tests, the optimal parameters for wire feed speed, pulse current, and frequency were determined to be 6.0m/min, -3%, and 3Hz, respectively. According to the ANOVA results, the wire feed speed was found to have the greatest impact on tensile strength when joining low-carbon steel materials using DP-GMAW. 
In the main study, where different materials were joined, welding performance was evaluated through mechanical tests and macro/microstructure analyses. Based on the optimization results from data obtained from notched tensile test and Charpy tests, the optimal parameters for weld strength were found to be a wire feed speed of 8.0 m/min, -5% pulse current, and 6 Hz frequency. For weld toughness, the optimal parameters were determined as 8.0m/min wire feed speed, +5% pulse current, and 4Hz frequency. The ANOVA results indicated that pulse current had the greatest influence on welding performance when joining low-carbon steel and stainless steel materials using DP-GMAW. 
According to the results, Taguchi design methodology significantly enhances process efficiency while reducing time and resource consumption in the optimization of DP-GMAW process parameters.