Sıcak gaz kaynağı ile plastiklerin birleştirilmesi ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Joining of plastics by hot gas welding and investigation of mechanical properties
Yazar: ONUR BALKAN
Danışman: DOÇ.DR. HÜSEYİN YILDIRIM
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metal Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1999
Konu: Eğitim ve Öğretim = Education and Training ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Kaynak = Welding ; Plastik malzemeler = Plastic materials ; Plastikler = Plastics ; Sıcak gaz kaynağı = Hot gas welding

Özet:
ÖZET Endüstride kullanılabilecek malzemelerin dünya üzerinde sınırlı miktarlarda ve sadece belirli özellikler içerisine bulunmasına karşılık insan ihtiyaçlarının sürekli olarak artış göstermesi, endüstriyel üretimin içerisinde bulunan kişilerin yeni özelliklere sahip malzemeler elde etme düşüncesi içerisinde olmalarına yol açmıştır. Bilim ve teknolojideki gelişmeler sonucunda üretimi sağlanabilen malzemelerden olan plastikler, modern çağın oldukça ilgi çeken endüstriyel malzemelerinden biridir. Diğer malzemelerde bulunmayan çeşitli özelliklere sahip olmaları ve yapılan çalışmalar doğrultusunda bir takım yeni özellikler kazanmaları sebebiyle, plastik malzemelerin endüstrideki bir çok alanda kullanımları artarak devam etmektedir. Plastik malzemelerin geniş bir kullanım alanına ulaşmasını sağlayan faktörlerden bazıları ise ucuzluk, kolay işlenebilme, hafiflik, kimyasal maddelere karşı göstermiş oldukları direnç, yalıtkanlık,...vb. olarak sıralanabilir. Plastik malzemelerin mekanik özelliklerinin metalik malzemelerden daha düşük olmasına rağmen geliştirilen yeni yöntem ve teknikler ile mekanik özellikleri önemli derecede iyileştirilmektedir. Bunun sonucunda plastikler endüstrideki cazip malzemeler durumuna gelebilmektedir. Plastik malzemelerin birleştirilmesi, bu malzemelerin kullanım alanlarının ortaya çıkması sonucunda önem kazanmıştır. Bu çalışmada genel olarak tüm birleştirme yöntemleri açıklanırken özellikle termoplastik malzemelerin kaynak işlemi üzerinde duruldu. Farklı kaynak teknikleri avantaj ve dezavantajları ile birlikte kısaca tanıtıldı. Termoplastik malzemelerin birleştirilmesinde en eski yöntem olan sıcak gaz kaynak yönteminde, iş parçası ve benzer malzemeden üretilmiş kaynak çubuğu (hız nozullu veya nozulsuz), sıcak hava (veya inert gaz) kullanılarak aynı anda ısıtılır. Böylece malzeme yüzeyleri kaynak için gereken sıcaklığa ulaşarak yumuşamaları sağlanır. Bu çalışmanın birinci ve ikinci bölümlerinde, kaynak işlemleri ile ilişkili olarak plastik malzemeler hakkında genel bilgi verildi, göstermiş oldukları mekanik davranışlar açıklandı. Üçüncü bölümde, birleştirme yöntemleri mekanik bağlanma,yapıştırma ve kaynak olmak üzere üç grup içerisinde sınıflandırıldı ve bu grupların her biri kısaca tanıtıldı. Dördüncü bölümde ise birleştirme yöntemlerinden biri olan plastik kaynak yönteminin işlem mekanizması hakkında genel bilgi verildi. Tüm kaynak yöntemleri; ısı transfer yöntemleri ve ısının malzemede oluşturulduğu yöntemler olmak üzere iki grupta sınıflandırıldı ve her bir grup kısaca tanıtıldı. Beşinci bölümde, ısının kaynak bölgesine dışarıdan uygulanması esasına dayanan kaynak yöntemleri içerisindeki sıcak gaz (hava) kaynak yöntemi genel olarak tanıtıldı. Altıncı bölümde açıklanan deneysel çalışmalarda, PE, PP ve PVC olmak üzere üç çeşit.termoplastik malzeme kullanıldı. Bu malzemeler, V-kaynağı nozulsuz, V- kaynağı nozullu, X-kaynağı nozulsuz ve X-kaynağı nozullu olmak üzere dört tip sıcak gaz kaynak yöntemi ile birleştirildi. Kaynakların mekanik özelliklerini belirlemek amacıyla TS 1380'e uygun olarak çekme deneyleri ve TS 1005'e uygun olarak Izod darbe deneyleri uygulandı. Mekanik özellikler ve kırılma yüzeyi arasındaki bağlantılar açıklandı. Numunelerin deney sonuçları, kınlına yüzeyi fotoğrafları ile desteklendi. Çalışmalar sonucunda, sıcak gaz (hava) kaynak işleminin nozul kullanılarak gerçekleştirilmesi durumunda, kaynak sağlamlığının her üç plastik malzeme için genel bir artış gösterdiği belirlendi. Bununla birlikte, çekme deneyleri sonucunda; X kaynak ağzının kullanımı ile PVC için daha üstün sağlamlık değerleri elde edildi, ancak PE ve PP için kaynak sağlamlığı düşük değerler aldı. Darbe deneyleri sonucunda; V-kaynaklarında, kaynak kökündeki kaynak basıncının daha düşük olması sebebiyle bu kısımda daha düşük mekanik özellikler belirlendi ve X- kaynaklarında, ikinci kaynak dikişinin oksidasyona uğraması ve porozite içermesi sebebiyle ikinci kaynak dikişinin oldukça düşük mekanik özelliklere sahip olduğu belirlendi. Her üç malzeme ve her kaynak tipi için kopma, öncelikli olarak kaynak köklerinde görüldü. Gerilmeler sonucunda oluşan iç yapı çatlakları ile kaynak gözenekleri ve zayıf kaynak kökleri gözlendi. Sıcak gazın kaynak dikişinin altından geçerek kaynak bölgesini kolaylıkla terk edebildiği durumda porozite oluşumu azaldı.

Abstract:
SUMMARY All over the world, people's needs have been increasing in spite of amount and properties of industrial materials have limited. So, manufacturers have been thinking about new special materials' production. Plastics are the wonder industrial materials of the modern age. The structure and properties of the plastic materials are being used in industry due to their new properties. The factor have caused to used in industry are cheap and easy production, low density, resistance to chemicals, electrical insulation,...etc. In spite of low mechanical properties than metals, properties can be significantly modified by new method and techniques so plastic materials can be attractive materials in industry. Joining of plastic materials is becoming important because of the emerging structural applications of these materials. While providing an overview of all joining methods, this study emphasizes the welding of thermoplastic materials. Different welding techiniques, together with their main avantages and disavantages are briefly described. Hot gas welding is the earliest method of joining thermoplastic materials. In this thechnique, hot air (or inert gas) used to heat simultaneously a work piece and a filler rod of the same material (with or without speed nozzle) to a surface temperature at which fusion can take place. In this study, chapter first and second are given literature survey about plastic materials and their mechanical properties as relatively joining metods. In chapter third, joining metods have been classified into three broad groups as mechanical fastening, adhesive bonding and welding. Each of groups has been briefly described. In chapter fourth, one of the joining metods that plastic welding metod has been knowledgemented with process mechanism. All welding methods were classified into two broad groups as external heating methods and internal heating methods, and each of groups has been briefly described. In chapter fifth, the hot gas welding method is including in the external heating methods that has been widely described. mThe experimental studies in chapter sixth, PE, PP and PVC have been used as welding materials. These materials have been welded by four types of hot gas welding metod as V-weld without nozzle, V-weld with nozzle, X-weld without nozzle and X-weld with nozzle. The mechanical properties of the joint assamble were tested by tensile test according to the releated standart (TS 1380) and Izod impact test according to the releated standart (TS 1005). The relations between mechanical properties and fracture surface have been explained. These results also have been supported by photographes. As results of these studies, PE, PP and PVC materials joined by hot gas welding with nozzle have significant importance. It raised the strenght of the joined parts. With the results of tensile tests, PVC materials joined by X-weld with nozzle has been found very significant due to high mechanical properties. But for PE and PP lower mechanical properties determined. With the results of impact tests, it has been determined that weld roots have got lower mechanical properties because of lower weld pressure for V-welds, and secondary welds have got lower mechanical properties because of oxidation and containing porosity for X-welds. For all materials and all welding types, the fracture was observed in the welding roots. Interfacial cracks arising due to contraction stresses, weld pores and weakness welding roots have been observed. Porosity is reduced if the hot gas can escape easily from beneath the weld. IV