Alüminyum 6061 T6 özelliğindeki malzemenin elektron ışın kaynağı yöntemi ile kaynaklanabilirliğin incelenmesi
Investigations of weldability of aluminum 6061 T6 conditions material with electron beam welding process
Yazar: MURAT ATKAYA
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN KÜÇÜKTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Elektron ışın kaynağı yöntemi birleştirme işleminin 6 mm kalınlığındaki Al6061-T6 
malzemeye etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmalarda üç boyutlu 
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli geliştirilmiş ve ANSYS 20 R1 aracılığıyla 
ile derlenip, çözülmüştür. Hazırlanan model, sayısal ve deneysel olarak elde edilen ısıl 
etkilenmiş bölgelerin, boyutları karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Bu çalışmada üç farklı işlem 
parametresi olarak voltaj, akım ve hız parametreleri incelenmiştir. Voltaj parametresinde 
54kV'dan başlayarak belirli artışlar ile 60 kV'a kadar voltaj değerleri kullanılarak analiz ile 
çözümlenmiş ve elektron ışın kaynağı uygulanmıştır. Akım parametresi 40mA'den 
başlayarak 44mA'e kadar çözümlenmiş ve kaynak işlemi uygulanmıştır. Son olarak ise diğer 
parametreler sabit tutulup hız parametresi 27 mm/s'den 33 mm/s'ye kadar hem analiz ile 
çözümlenmiş hem de elektron ışın kaynağı uygulanmıştır. Akımın etkisine bağlı olarak HAD 
modeline göre 60 kV ve 30 mm/s kaynak hızında 42 mA üzerinde ışın akımı kullanılarak 
kalınlığın tamamının ergitilebildiğini, deneysel çalışmalarda ise 44 mA'dan fazla ışın akımı 
kullanılmasını numunenin alt yüzeyinde kusurlara neden olabileceği gösterilmektedir. Bu 
veriler eşiğinde Taguchi Metodu kullanılarak Minitab 18.0 programı aracılığı ile
parametrelerin etkileri incelenmiştir. Bütün bu çalışmalar sonucunda, yüzey kalitesine bağlı 
olarak, 6 mm kalınlığa sahip Al 6061-T6 malzemesi için elektron ışın kaynağı işleminin 
belirlenen en uygun parametre setinin 60 kV, 30 mm/s ve 42 mA olduğu belirlenmiştir. 
Makro yapı analizi sonucunda, ısıdan etkilenen dar bir bölge olduğu görülmüş ve temel 
malzeme ile ısıdan etkilenen bölge arasında hiçbir belirgin sınır görülememiştir. Bu durum 
hem analiz hem de test ile 11% oranında hata ile doğrulanmıştır. Ayrıca tüm bu verileri 
desteklemek ve elektron ışın kaynağı parametre setinin uygunluğunu doğrulamak için mikro 
sertlik ve çekme testleri de bu çalışmada incelenmiştir.

Abstract:
The effects of Electron Beam Welding of Al6061-T6 plate with 6 mm thickness was 
investigated numerically and experimentally. For the numerical study, 3D Computational 
Fluid Dynamics (HAD) model has been developed to study, compiled and solved with 
ANSYS 20 R1. The model was validated numerically and experimentally by comparing the 
size of the thermally affected areas. In this study, three different process parameters, voltage, 
current and speed parameters, were examined. In the voltage parameter, voltage values 
starting from 54kV with certain increases up to 60 kV have been shown by analysis and 
electron beam welding has also been applied on tensile specimen. The current parameter has 
been applied starting from 27mA up to 33mA. Finally, the other parameters were kept 
constant and the speed parameter was applied from 27 mm/s to 33 mm/s by both analysis 
and electron beam welding method. Depending on the effect of the electron beam current, 
the entire thickness can be melted by using a beam current over 30 mA at 60 volts and 30 
mm/s welding speed according to the CFD model, and experimental studies show that using 
a beam current of more than 44 mA may cause defects on the bottom surface of the sample.
At the threshold of these data, the effects of the parameters were investigated by using the 
Taguchi Method with Minitab 18.0 software. As a result of the studies, the electron beam 
source suitable parameter for the 6 mm thickness Al 6061-T6 material was determined as 60 
volts, 30 mm / s and 42 mA, depending on the surface quality. The macrostructure analysis 
shows that there is a narrow heat affected zone and that barely clear boundaries can be seen 
between the base material and the heat affected zone. This situation was confirmed with 11% 
error both by analysis and test. In addition, micro hardness and tensile test were also 
examined in this study to verify the most appropriate electron beam source parameters to 
support all these data.