5754 alüminyum alaşımının kaynak davranışının incelenmesi
The analysis of 5754 aluminum alloy?s welding behaviour
Yazar: SAVAŞ AKINCI
Danışman: PROF. DR. YILMAZ TAPTIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Alüminyum alaşımları tüm dünyada yaygın kullanım alanına sahip bir malzemedir. Hafifliği ve atmosferik ortamdaki üstün korozyon direnci; gün geçtikçe farklı uygulamalarda kullanılmasının başlıca nedenleridir. Endüstride alüminyum konstrüksiyonlar ve makine parçaları genellikle kaynaklı şekilde kullanılmaktadır. Birleştirme işlemi için seçilen kaynak yöntemi ve parametreleri mekanik özelliklerini değişime uğratmaktadır. Bu değişim dizayn sırasında kaynak işleminin göz önünde bulundurulmasını zorunlu kılmaktadır. Ancak uygun kaynak prosedürü oluşturularak mekanik özelliklerdeki değişim minumuma indirilebilmektedir. Özellikle dinamik, yön değiştiren yükler altında kullanılan parçalarda uygulanacak kaynak işleminin uygun parametreler seçilerek yapılması bir zorunluluktur.Bu çalışmada 5754 alüminyum levhaların kaynak davranışı incelenmiştir. 3mm kalınlığındaki levhalar otomasyonla TIG kaynağı yöntemiyle kaynaklanmıştır. Kaynak prosesinde 3mm/sn hızla 3 farklı akım değeri kullanılarak toplam 16 farklı numune hazırlanmıştır. Kaynaklı plakaların mikroyapı incelemesi yapılmış, kaynak bölgesinden ana metale doğru belirli aralıklarla sertlik ölçümü yapılmış, çekme testine tabi tutulmuştur. Çekme numunelerinin kırılma yüzeyleri incelenmiştir. Kırılma yüzeylerinden EDS analiz yöntemiyle kimyasal kompozisyona bakılmış ve farklılıklar tespit edilmeye çalışılmıştır. Tezin içerisinde verilmiş olan test sonucları söz konusu levhalarda kaynak sırasında oluşan ısı gırdısı ile mikroyapının değiştiğini göstermektedir. Ana metal haz bölgesi ve ergime bölgesinden alınan sertlik değerleri farklı değerler vermekte ve bu da mukavemet değerlerinde değişim olduğunu göstermektedir.Çıkan sertlik dağılımlarında aynı numune içerisinde ergime bölgesinde en düşük, haz bölgesinde hafif yukselen ve ana metal de ise sabit kalan sertlik grafikleri vermiştir.Bu sertlik dağılımlarında 140 A akım değeri ile kaynaklıparçada çok saçılma bulunmakta , 130 A akımla kaynaklanmış parçada ise üniform bir sertlik dağılım grafiği elde edilmiştir. 3 farklı akım değeri ile kaynaklanmış parçalarda 0,5-1 mm arası uzunluklarda ısıdan etkilenmiş bölge ölçülmekte , artan akım değeri ile bu uzunluk artmaktadır. Herbir akım değeri ile kaynaklanmış parçalardan herbirinden toplam 3 adet olucak şekilde çekme numunesi hazırlanmış ve çekme test sonuçları değerlendirilmiştir. Çekme testlerinde , benzer çekme ve akma mukavemet değerleri elde edilmiş olup en düşük akım değerinde kaynaklanmış parçalarda en yüksek % uzama değeri elde edilmiştir. Ortalama %14 gibi olan bu % uzama diğer akım değerlerinde kaynaklanmış parçalarda ise ortalama %11 gibi bir değer olarak tespit edilmiştir. 5xxx serisi alüminyum alaşımları baz almış diğer çalışmalarda özellikle kaynak sırasında oluşan ısı ile magnezyum alaşım elementi kaybının % uzama üzerine etkisi araştırılmıştır. bu çalışmada elde edilmiş sonuçlarla , diğer yapılan benzer araştırmaları karsılaştırdığımızda birbirini destekleyen sonuçlara varılmıştır. Çekme numunelerinin kırılma yüzey incelemelerinde ise benzer kırılma morfolojileri tespit edilmiştir. Sadece 135 A ile kaynaklanmış 1 adet numunede farklı bir morfoloji tespit edilmiş olup buradan yapılan EDS analizlerinde bu bölgenin Mg oranı açısından zengin olduğu tespit edilmiştir.Çekme testleri, alınan sertlik değerleri, kırılma yüzey SEM incelemeleri metalografi görüntüleri sonucunda 5754 alüminyum alaşımı için bu çalışmada denenmiş olan akım değerleri arasında en uygun akım değerinin 130 A olduğu görülmüştür. Ayrıca diğer tüm parametreler sabit tutulduğunda artan akım değeri ile artan ısı girdisi kaynaklanmış parçaların özelliklerini etkilemekte özellikle % uzama değerini değiştirmektedir.

Abstract:
Aluminium alloys are commonly used materials in all over the world. The lightness and good corrosion resistance in atmospheric condition of aluminium alloys are the main reasons of using in different application. Aluminum is a silverish white metal that has a strong resistance to corrosion and is rather malleable. It is a relatively light metal compared to metals such as steel, nickel, brass, and copper with a specific gravity of 2.7. Aluminum is easily machinable and can have a wide variety of surface finishes. It also has good electrical and thermal conductivities and is highly reflective to heat and light. At high temperatures aluminum alloys tend to lose some of their strength. However, at subzero temperatures, their strength increases while retaining their ductility, making aluminum an extremely useful low-temperature alloy. Aluminum alloys have a strong resistance to corrosion which is a result of an oxide skin that forms as a result of reactions with the atmosphere. This corrosive skin protects aluminum from most chemicals, weathering conditions, and even many acids, however alkaline substances are known to penetrate the protective skin and corrode the metal. For aluminum alloys,the main alloying elements are copper, zinc, magnesium, silicon, manganese and lithium. Small additions of chromium, titanium, zirconium, lead, bismuth and nickel are also made and iron is invariably present in small quantities. 5754 aluminum alloys which is used in this study has 3% magnesium and is commonly used in Europe.Due to their formability, corrosion resistance and weldability these grades are commonly used in pressure vessels, tanks, fitting, boat hulls, and van bodies, shipbuilding, vehicle bodies, rivets,Fishing industry equipment,food processing, welded chemical and nuclear structures.Aluminum is mostly difficult alloy to weld. As is known, joint by welding has lots of defects which cause many serious damages in weldments in service conditions.Particularly, oxide entrapment, porosities, hot cracking, loss of strength and residual stress after welding are the most common problems in aluminium welding. Aluminum oxide should be cleaned from the surface prior to welding. During welding of all alluminum alloys, porosity problem is occurred. Aluminum comes in heat treatable and nonheat treatable alloys. Heat treatable aluminum alloys get their strength from a process called ageing. Significant decrease in tensile strength can occurs when welding aluminum due to over aging. 5xxx aluminum alloys possess relatively good welding characteristics.Non-heat-treatable aluminum alloys are also susceptible to hydrogen-induced weld metal porosity, as are all aluminum alloys in general. Aluminum weld porosity is caused by hydrogen. Molten aluminum has a high solubility for hydrogen; solid aluminum doesn?t, so the hydrogen tries to escape before cooling. If the weld pool cools too quickly, the hydrogen remains in the weld metal, causing porosity. This often calls for a slower cooling rate from higher welding currents, slower speeds, preheating, or a change in weld design. Multipass welds are ripe for trapping hydrogen. This porosity forms during solidification due to the abrupt drop in hydrogen solubility when going from liquid to solid. Porosity can best be avoided by minimizing hydrogen pickup during welding. This can be accomplished through proper joint preparation, use of high-grade shielding gas, and careful storage of filler wire (that is, protection from exposure to moisture and oil). It has been determined that welding filler wire is often the primary source of hydrogen contamination. The 5xxx-series filler alloys, in particular, are susceptible to the hydration of surface oxides, which can result in porosity In industry, aluminum components are usually used as welded condition. Selected joining method and welding parameters related to that method change mechanical properties of these components. These changes in mechanical properties are mandatorily considered during design of the components. Changes of the properties are only decreased by suitable welding procedure. Especially, for the components which loaded by dynamically in service condition, selecting of suitable welding procedure is very important.In this study the welding behaviour of the 5754 aluminium alloy was analyzed. 3mm thickness of 5754 aluminium alloy sheets were welded by TIG welding process automatically.The welding automotion system were constructed in ITU laboratuary. 16 different specimens were welded by the using of 3 different current ranges withtravel speed of 3 mm/s. The selected amperages for this study are 130 A, 135 A, 140A. Welded sheet plates were successively applied microstructure characterization, hardness and tension tests.The fracture surfaces of the tension test specimen were analysed. Chemical composition differences are tried to analysed by EDS method.The hardness values that investigated in microhardness test , show some changes in hardness during welding operations. For all welding amperages, welding zone is softer than HAZ and base metal. Haz is mostly harder than base metal. In 130 A welded spicemen shows uniform hardness distrubition.For each different amperage value which is used in this study, 3 tensile specimens were prepeared. The average strength value for 12 specimen are shows very close strength value. Only in 130 A welded specimen showed difference in % elongation. 130 A welded specimens had %14 elongation value , however the others had %11. In different studies report that the elongation value and % Mg content have close relationsip. The more %mg content is present , the more elongation value is occurred, and also some relation is reported between the porosity amount and the % mg content. In this study the investigation shows close result to other studies.The fracture surfaces of tensile specimen were investigated. All specimens showed ductile fracture morphology. Only some small differences in 135 A welded specimen showed different morphology. When the EDS method applied in this surface , High %mg content was investigated.For all welded specimen in this study, similar welding appereances were investigated. The Haz length similar but, the more amperage is applied, the more length in Haz occurred.The elongation was also differentiate with the amperages 130 A welded compenents had the biggest elongation value.