Termoplastik matrisli karbon elyaf takviyeli kompozit malzemelerin kaynak ile birleştirmesinde kullanılan ısıtma eleman boyutlarının etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of heating element dimensions used on welding of thermoplastic matrixed carbon fiber reinforced composite materials
Yazar: HAKAN ÖZTÜRKMEN
Danışman: PROF. DR. YUSUF USTA ; PROF. DR. FAHRETTİN ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, PPS matrisli karbon elyaf takviyeli termoplastik kompozit malzemenin direnç kaynağı ile birleştirilmesinde kullanılan farklı örgü aralığına sahip ısıtma elemanlarının kaynaklanan malzemelerin mekanik dayanımları üzerindeki etkisi incelenmiştir. İlk olarak, termoplastik malzemelerin direnç kaynağı ile birleştirilmesine imkân sağlayan direnç kaynağı düzeneği tasarlanmıştır. Kullanılacak ısıtma elemanlarına kaynak sağlanması için verilmesi gerekli güç değerleri, tel karakterizasyonu çalışmalarıyla belirlenmiştir. Yapılan tel karakterizasyonu çalışmaları sonlu elemanlar analizi modeli ile doğrulanmıştır. Mekanik özelliklerin karşılaştırılması için termoplastik kompozit malzemeler bindirmeli kesme testi ve çift konsol kiriş testine uygun ölçülerde su jetinde kesilmiştir. Numunelerin direnç kaynağında birleştirilmesi için 33, 45, 61, 91, 109 ve 154 mikron örgü aralığında paslanmaz çelik malzemeden üretilen ısıtma elemanları kullanılmıştır. Numuneler ve ısıtma elemanları 2 farklı akım değerinde kaynak işlemi yapılmıştır. Numunelerin kaynak ile birleştirilmesinde kaynak süresi olarak 60 saniye sabit tutulmuştur. Ayrıca kaynak sırasında, bindirmeli kesme test numunelerinde 1 bar, çift konsol kiriş test numunelerinde 6 bar kaynak basıncı kullanılmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, 91 mikron örgü aralığında 15,6A akım değerinde yapılan kaynak numunesinin bindirmeli kesme mukavemeti değerinin 27,17 MPa olduğu görülmüştür. Sonlu elemanlar analizi ile tel karakterizasyonu çalışmaları arasında %10'luk bir fark gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, the investigation focused on examining the impact of heating elements with varying mesh spacing on the mechanical strength of welded materials in the joining process of PPS matrix carbon fiber reinforced thermoplastic composite materials through resistance welding. Initially, a resistance welding fixture was meticulously designed to facilitate the joining of thermoplastic materials using resistance welding techniques. The necessary power values to facilitate welding for the selected heating elements were determined through wire characterization studies. The wire characterization studies were verified with a finite element analysis model. The thermoplastic composite materials were precisely cut using a water jet, in accordance with the lap shear test and the double cantilever beam test standards. To accomplish the welding process, stainless-steel heating elements with mesh spacings of 33, 45, 61, 91, 109, and 154 microns were employed. Two different current values were utilized for welding the specimens. The welding duration was maintained at a constant value of 60 seconds throughout the welding procedure. Furthermore, a welding pressure of 1 bar was applied to the lap shear test specimens, while 6 bar was applied to the double cantilever beam test specimens. The results of the study revealed that the lap shear strength of the welding specimen fabricated using a current value of 15.6A and a mesh spacing of 91 microns reached 27.17 MPa. A 10% difference was observed between the finite element analysis and wire characterization studies.