Polipropilen malzemenin sürtünme karıştırma nokta kaynağı ile birleştirilmesi
Joining of polypropylene material by friction stir spot welding
Yazar: ŞENOL MERT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. A. ARMAĞAN ARICI
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, bindirme pozisyonundaki parçalara uygulanan, genellikle metal malzemeler üzerinde denenen ve yeni bir katı hal kaynak yöntemi olan sürtünme karıştırma nokta kaynağı yönteminin (SKNK), pek çok avantajlı özelliği nedeniyle sanayide kullanımı oldukça yaygınlaşan plastik malzemelerden polipropilen (PP) malzemeye de uygun bir yöntem olduğunun ortaya konması amaçlanmıştır. Kaynak işlemi için uygun takım geometrisi tasarlanmıştır ve üretilmiştir. Üniversal dik freze tezgahı kullanılarak farklı devir sayılarında, farklı bekleme sürelerinde, farklı dalma derinliklerinde ve farklı dalma hızlarında yönteme dair pek çok parametre ile kaynaklı bağlantılar oluşturulmuştur. Kaynaklı bağlantılardaki çapak, çatlak vb. unsurların varlığı, kaynak noktasının oluşumu ve fiziki şeklinin görsel olarak belirlenmesi için gözle kontrolü yapılmıştır. Mekanik testlerden çekme deneyi uygulanmıştır. Çekme deneyleri sonrasında ortaya çıkan kopma yüzeylerinin ve hasar mekanizmasının nasıl geliştiği, optik mikroskop ve SEM incelemeleri ile açıkça ortaya konulmuştur. Farklı parametreler ile yapılan kaynaklı birleştirmelerde, kaynak bölgesinin kontrolünü sağlamak için tahribatsız malzeme muayenesi yapılmıştır. Kaynak yönteminin uygulanması sırasında oluşan sürtünme ısısı nedeniyle, plastik malzemelerin özelliklerini belirleyen moleküler yapıdaki değişimlerin gözlenebilmesi ve dolayısıyla kaynak parametrelerinin etkisinin açıklanabilmesi için DSC analizleri yapılmıştır. Kaynak bölgesinin belirlenmesi için ve kaynak bölgesindeki kaynaşmış yapı ile kaynaşmamış yapının kaynak parametrelerine bağlı olarak konumunun ve fiziksel durumunun net olarak belirlenebileceği enine kesit incelemesi, ilave optik mikroskop incelemeleri ile ortaya konmuştur. İnfrared termometre ve dört kanallı termometre ile sıcaklık değerleri ölçülmüş, böylece kaynak için uygun sıcaklık değerlerinin elde edilip edilemediği belirlenmiştir. Dinamometre ile de eksenel kuvvetin zamanla değişimi belirlenmiştir. Farklı bağlantı tasarımlarında, kaynaklı, yapıştırıcılı, kaynaklı+yapıştırıcılı, pimli bağlantılar oluşturulmuş ve bağlantıların çekme kuvveti değerleri tespit edilerek karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar irdelenerek optimum kaynak parametreleri ve bağlantı tasarımı belirlenmiştir.

Abstract:
Friction Stir Spot Welding (FSSW) process is a new solid state welding process that is applied for overlapped metal parts. Because of its many advantageous properties in polymer materials; polypropylene was chosen of which its use in industry was grown up. In this study prove of the suitability of FSSW process for chosen PP material was aimed. Suitable tool geometry was designed for welding and then manufactured. Welded joints were obtained by all the parameters for the process as various rotational speeds, dwell times, plunge depths and plunge velocities by using universal vertical fraise. Existence of burrs and cracks on the welded joints, formation of welded point and for identifying the physical form of it; a control was done by naked eye. Tensile forces of joints were obtained by using tensile tests among mechanical tests. Broken surfaces, at how damage mechanism was growing up during the tensile tests of welded joints clearly proved by optical microscope or SEM examinations. In welded joints which were done by various parameters, non destructive testing was applied for controlling the welded area. Differential Scanning Calorimeter (DSC) analyses were done for observation of changes in molecular structure that identify the plastic material?s properties because of friction heat occurred during applying welding process and for explaining the effect of welding parameters. Additionally; optical microscope examinations were done for identifying the welded area and for cross section investigation of physical situation of fused or not fused structure according as welding parameters in welded area. Temperature values were measured by infrared thermometer and four channel thermometer and thus suitable temperature values for welding were determined. Varying of axial force during time was determined by dynamometer. Welded, adhered, welded + adhered and pinned joints for various joining designs were generated and tensile force values of these joints were determined and compared. By evaluation of these results; the optimum welding parameters and joint design were determined.