Elektirk direnç nokta kaynağının sonlu elemanlar yöntemi ile parametrik analizi
Evaluation of resistance spot welding by finite element method
Yazar: OĞUZHAN GÜNGÖR
Danışman: DOÇ. DR. MURAT VURAL
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Elektrik direnç nokta kaynağı = Electrical resistance spot welding ; Kaynak kalitesi = Welding quality ; Kaynak parametreleri = Welding parameters ; Kaynak teknolojisi = Welding technology ; Kaynaklı yapılar = Welded structures ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Elektrik direnç kaynağı özellikle otomotiv ve beyaz eşya sanayisinde ince sacların birleştirilmesinde, otomasyona uygunluğu ve hızlı üretim imkânı sağladığı için sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Hızlı üretim, otomasyon vb. faydaları bakımından günümüzde vazgeçilmez imalat yöntemi olmaktadır. Bu kaynaklı birleştirme yöntemi, içerisinde elektriksel, yapısal, ısıl ve metalürjik etkileşimleri barındıran karmaşık bir görüngü (phenomena) olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu işlemde birleştirilecek malzeme çiftleri basınç uygulanarak elektrot yardımıyla sıkıştırıldıktan sonra elektroda verilen yüksek akımın elektrot-iş parçaları-elektrot akım yolunu izleyerek, temas bölgelerindeki yüksek direnç sayesinde o bölgelerde malzemeyi eritecek kadar yüksek sıcaklıklara çıkılmasına imkân vermektedir. Bu yüksek direnç ve Joule ısınması, eriyen kısmın daha sonra katılaşması neticesinde çekirdek olarak adlandırılan kaynak bölgesinin oluşmasını sağlamaktadır. Bununla beraber kaynak çevrimi öncesinde, kaynak çevrimi esnasında ve sonrasında uygulanan basınç veya elektrot baskı kuvveti ise, eriyik haldeki kaynak banyosunun dışarı çıkmasına engel olduğu gibi, atmosferin de kaynak üzerindeki olumsuz etkilerine engel olmamıza da yardımcı olur. Ayrıca işlemin düzgün sürebilmesi ve akımın sürekliliğinin sağlanması açısından da bu kuvvetin gerekliliğinden bahsedilmelidir.Kaynak bölgesinin dayanımı ve kaynağın kalitesi elektrik direnç kaynağı yöntemi ile birleştirilmiş malzemelerde kaynak çekirdeğinin kalitesi ile tanımlanır. Bu işlem esnasında etkin parametreler, kaynak akımı yoğunluğu, kaynak çevrim süresi, sac kalınlığı ve malzemesi, elektrot geometrisi, elektrot kuvveti ve şönt (shunt-kısa devre) akımıdır.Bu çalışmada yapısal-ısıl-elektriksel birleşik alanlı model kullanılarak sonlu elemanlar yöntemiyle çözüme ulaşılması amaçlanmıştır. Yapılan çalışma ile çekirdek oluşumu, kaynak parametrelerinin kaynaklı bağlantıya etkileri anlaşılmaya çalışılmıştır. Sonlu eleman çözümü ile belirlenebilecek optimum parametreler sayesinde uzun süren ve maliyeti yüksek olan deneysel çalışmalardan kurtularak, daha kısa sürede daha ekonomik uygulamalar gerçekleştirilebilir. Daha da ötesinde elde edilen sonuçlar ışığında bağlantı ömrü, ısıdan etkilenmiş bölge geometrisi ve meydana gelebilecek içyapı hakkında yorum yapılabilir.

Abstract:
Resistance spot welding process (RSW) is one of important manufacturing processes in automotive industry for assembling bodies. In this process, two metal sheets are compressed between a pair of water-cooled copper-alloy electrodes by an external applied force, and then an electric current is passed through the sheets via the two electrodes to generate concentrated Joule heating at the contact surface. This results in a molten nugget forming at the intersection of the two sheets. Quality and strength of the welds and therefore body mainly are defined by quality of the weld nuggets. The most effective parameters in this process are: current intensity, welding time, sheet thickness and material, geometry of electrodes, electrode force, and current shunting. In present research, a mechanical?electrical?thermal coupled model in a finite element analysis environment is made using.In this study, stress distribution, temperature gradient, and relation between temperatures, welding current and degree of workpiece due to high squeezing force is concerned. Results are given for improving industrial scope and also looking this subject from a different point of view.