AA 6063 (AlMgSi0.5) tipi alüminyum malzemelerin sürtünme karıştırma kaynağında kaynak değişkenlerinin, bağlantının dayanımı ve mikroyapı özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of weld parameters on the strength and microstructural properties of friction stir welded AA 6063 (AlMgSi0.5) aluminum alloys
Yazar: SAMİ SAYER
Danışman: PROF. DR. VURAL CEYHUN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Kaynak parametreleri = Welding parameters

Özet:
Sürtünme karıştırma kaynağı (SKK), kaynak konstrüksiyonu güç olanmalzemelerin birleştirilmesinde tercih edilen ve son on yılda endüstriyeluygulama alanı bulan yeni bir katı hal birleştirme yöntemidir. Kaynaklıbirleştirmede ilave tele, koruyucu gaz veya toza, gereksinimduyulmamaktadır. Proses sırasında duman ve ışın oluşmaması, enerjitüketiminin diğer kaynak yöntemlerine göre daha düşük olması, sürtünmekarıştırma kaynağını konvansiyonel ergitme kaynağına göre avantajlıkılmaktadır.Bu çalışmada, yüksek korozyon direnci, soğuk şekillendirilebilme veısıl işlem yapılabilme özelliklerine sahip AA 6063 (AlMgSi0.5) alüminyumalaşımı SKK yöntemi ile birleştirilmiştir. Araştırmada farklı kaynakparametrelerinin bağlantının dayanımı ve kaynak bölgesindeki mikro yapıüzerindeki etkileri incelenmiştir.Kaynak parametresi olarak karıştırıcı ucun yapısı, dönme ve ilerlemehızları proses değişkenleri olarak belirlenmiştir. İki aşamada gerçekleştirilenbu çalışmanın ilk aşamasında, farklı dönme ve ilerleme hızlarının kaynaklıVIbirleştirmeye olan etkisi incelenmiştir. İkinci aşamada ise optimize edilenkaynak hızları ile karıştırıcı ucun yapısının kaynaklı birleştirmeye etkisiincelenmiştir. Optimize edilmiş kaynak parametreleri ile birleştirilennumunelerde çözelti sertleşmesi ve yaşlandırma yapıldığında, karıştırıcı ucunyapısının kaynak bağlantı mukavemetinde oldukça etkili olduğu görülmüştür.Sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilen plakalarda kaynaksonrasında herhangi bir çarpılma veya deformasyon oluşmamıştır. Ancakkaynak parametrelerine bağlı olarak kaynak bölgesinde hem gözenekli hemde gözeneksiz mikroyapı oluşmuştur. Bu araştırmada kullanılan 5mmkalınlığındaki AA 6063 tipi alüminyum alaşımı için, en uygun karıştırıcıaparat dönme hızı 1600 dev/dak olarak belirlenmiştir.Mikroyapı incelemelerinde, kaynak bölgesinde yenidenkristalleşmeden dolayı homojen ve küçük taneli yapı oluştuğu görülmüştür.Kaynaklı numunelerin çekme mukavemetinin, ana malzemenin (AA 6063)çekme mukavemetine oranı %78 olmuş ve çekme testi sonrasındanumunelerin %94'ü ITAB bölgesinden kopmuştur.Karıştırıcı uç üzerinde bulunan pim helis açısı çökelti sertleşmesi veyaşlandırma sonrasında etkili olmuştur. Kaynaklı numunelerin çekmemukavemet değerleri, aynı şartlarda yaşlandırılan ana malzemenin(AA 6063) çekme mukavemet değerlerinden %18 daha fazla olmuştur.Kısa süreli yorulma testinde düşük dönme hızı ile birleştirilennumuneler, orta ve yüksek dönme hızı ile birleştirilen numunelerden dahaerken kırılmıştır. Numunelerin kırılma yüzeyleri SEM' de incelendiğinde,kaynak kökündeki yetersiz birleşme ve kaynak yüzeyindeki kaynak ilerlemeizleri çentik etkisi yaparak numunelerin daha kısa sürede kırılmasına nedenolduğu görülmüştür.Anahtar sözcükler: AA 6063 Al alaşımı, sürtünme karıştırma kaynağı, kaynakparametreleri

Abstract:
Friction stir welding is a recently developed solid state joining methodmostly preferred for difficult to weld joints, which has gained wideacceptance during the last decade. Friction stir welding eliminates the needfor additional wire, protective gas or powder, which are used in conventionalwelding methods. Among the major advantages of FSW over other fusionwelding methods include lack of vapour formation and low energyconsumption during the welding process.In this study, Aluminum alloy AA (AlMgSi0.5), with high corrosionresistance, cold workability and heat treatability characteristics, is joined byFSW. Research is focused on the effect of different weld parameters on thestrength and microstructure of the welded joint.Among the weld parameters, structure of the rotating tool, rotationand welding speeds were selected as process variants. In the first stage of thethis two-stage research, the effect of different rotation and welding speeds onthe weld joint has been studied. In the second stage, the influence ofoptimized welding speeds in the first stage, and the structure of the rotatingVIIItool on the weld joint has been examined. Applying precipitation hardeningand aging to joints welded by optimized welding parameters, have revealed astrong dependence of the joint strength to the rotating tool structure.No deformation or distortion has been observed in the plates after thewelding procedure. However, depending on the weld parameters, bothnonporous and porous microstructures have been obtained in the weld region.For 5 mm thick AA 6063 type aluminum used in this study, the optimum toolrotation speed has been found to be 1600 rev/min.Microstructural examinations have revealed a fine grained,homogeneous structure in the weld zone due to recrystallization. The ratio ofthe ultimate tensile strengths of the welded specimens to the base metal(AA 6063) was found to be 78% and it has been observed that after thetensile testing 94% of the specimens were broken within the heat affectivezone (HAZ).Pin helical angle on the rotating tool had a profound effect afterprecipitation hardening and aging processes. The ultimate tensile strengthvalues of the welded specimens, compared to those of the base metal(AA 6063) aged in the same conditions were found to be 18% higher.In low cycle fatigue tests, specimens joined with low rotation speedswere fractured earlier compared to specimens joined with medium and highrotation speeds. The SEM examinations of the fracture surfaces haverevealed that, inadequate joining at the weld root and weld propagation marksat the surface acted as notches during fatigue tests.Keywords : AA 6063 Aluminium Alloy, Friction Stir Welding, Weldi