Ultrasonik birleşme deney düzeneği tasarımı ve ultrasonikbirleşme ile alüminyum folyoların katmanlı birleştirilmesi
Design of an ultrasonic consolidation experimental setup and ultrasonic consolidation of laminated aluminum foils
Yazar: MUHAMMET KURT
Danışman: PROF. DR. OĞUZHAN YILMAZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum folyo = Aluminium foil ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Metaller = Metals ; Ultrasonik kaynağı = Ultrasonic welding ; İmalat endüstrisi =

Özet:
Konvansiyonel üretim teknolojileri ile karşılaştırıldığında, son zamanların en çok rağbet
gören üretim yöntemlerinden olan metal eklemeli imalat teknolojileri; muhtemel kullanım
alanları, çeşitli parçaları üretim kolaylığı, geleneksel tasarım kısıtlamalarından bağımsız
oluşu, tasarım optimizasyonlarına uygunluğu ve hızla gelişen teknolojik alt yapısıyla
oldukça parlak bir geleceğe sahiptir. Metal eklemeli imalat teknolojilerinin bu potansiyeli
dolayısıyla, bu teknolojiye dahil edilebilecek çeşitli alt sınıflarda, farklı bilimsel çalışmalar
yapılmaktadır. Bu alt sınıflardan birisi olan ultrasonik metal eklemeli imalat (UMEM); aynı
veya farklı tipteki ince metal folyoların katmanlı bir şekilde, bir katı hâl kaynağı olan
ultrasonik birleşme ile birleştirilmesi üzerinde temellenmiş bir katmanlı imalat yöntemidir.
Bu çalışma kapsamında, UMEM'in temellerinin incelenmesi adına, bir ultrasonik
birleştirme düzeneği tasarlanıp üretilmiş ve ince alüminyum folyoların katmanlı bir şekilde
birleştirilmesi hedeflenmiştir. Bu hedefe istinaden yapılan deney tasarımı ile temel
ultrasonik birleşme parametrelerinden statik yükleme, genlik ve kaynak hızı arasındaki
ilişkinin irdelenmesi ve bu parametrelerin ultrasonik birleşme kalitesine etkisinin
anlaşılması için, 45-55 μm arası genlik, 30-50 kg arası statik yükleme ve 4-10 rpm arası
kaynak hızları ile dört adet alüminyum folyonun katmanlı ultrasonik birleştirmesine
istinaden 15 farklı parametre seti ile birleştirme deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu
deneylerden 11 adedi başarılı, 4 adedi başarısız olmuştur. Başarılı olan birleştirmeler, soyma
testine tabi tutulmuştur. Bu testler sonucunda; 55 μm genlik, 40 kg statik yükleme ve 10 rpm
kaynak hızından oluşan deney setiyle, 185 N seviyesindeki en yüksek soyma testi değeri
elde edilmiştir. Ultrasonik birleştirme sonrasında üç adet numune hazırlanıp bu numunelerin
taramalı elektron mikroskobu altında ultrasonik bağlantı arayüzleri incelenerek bağlanma
arayüzlerindeki yüzey hataları tespit edilmiş ve ultrasonik birleşme hattı boyunca oluşan
lineer kaynak yoğunluğu %90 olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Compared with conventional manufacturing technologies, metal additive manufacturing
technologies which are one of the most popular manufacturing methods of recent times, has
a very bright future with its possible application fields, ease of manufacturing of various
parts, independence from traditional design constraints, compatibility for design
optimizations and rapidly developing technological infrastructure. Due to this potential of
metal additive manufacturing technologies, different scientific studies are carried out in
various subclasses that can be included in this technology. Ultrasonic metal additive
manufacturing, which is one of these subclasses is an additive manufacturing method based
on the consolidation of thin metal foils of the same or different types in a layered manner by
ultrasonic welding which is a solid state welding. In this study, in order to examine the
foundations of ultrasonic additive manufacturing, an ultrasonic additive consolidation
device was designed and manufactured. It was aimed to weld thin aluminum foils in a
layered manner. In order to examine the relationship between static loading, amplitude and
welding speed, which are the basic ultrasonic bonding parameters, and to understand the
effect of these parameters on the ultrasonic bonding quality, the amplitude between 45-55
μm, static loading between 30-50 kg and welding speed between 4-10 rpm are specified.
Consolidation experiments were carried out with 15 different parameter sets based on the
ultrasonic additive consolidation of four aluminum foils. 11 of these experiments were
successful and 4 were unsuccessful. Successful experiments were subjected to the peel test.
As a result of these tests, with the experimental set consisting of 55 μm amplitude, 40 kg
static loading and 10rpm welding speed, the highest peel test value of 185 N was obtained.
After ultrasonic bonding, three specimens were prepared and the ultrasonic bonding
interfaces of these specimens were examined under a scanning electron microscope and
surface defects at the bonding interfaces were detected and the linear weld density along the
ultrasonic bonding interfaces was calculated as 90%.