1100 serisi alüminyum malzemelerde tig kaynağı ile oluşan kaynak dikiş geometrisinin optimizasyonu

Abstract

Mühendislik spektrumu kapsamında kaynak, tamamlayıcı parçalar, montaj işlemi ve makine parçaları üretiminde kullanılan temel bir işlemdir. TIG kaynağı, gıda endüstrisinde, gemilerde, köprülerde, paslanmaz çelik kaynağında vb. yerlerde en sık kullanılan ve en iyi bilinen kaynak yöntemidir. Temel olarak TIG kaynağı kaynak kalitesi, üst yükseklik (FH), üst genişlik (FW), alt yükseklik (BH), alt genişlik (BW) ve kaynak dikiş kesit geometrisi alanı gibi kalite ölçütlerine sahip kaynak dikişi kesit geometrisi tarafından nitelendirilmiştir. Kaynak dikişi kesit geometrisi, kaynağın mekanik özelliklerini belirlemede önemli bir rol oynar. Bu yüzden kaynak parametrelerinin seçimi, en uygun kaynak dikişi kesit geometrisinin elde edilmesinde oldukça önemlidir. Bu çalışmada TIG kaynağı parametrelerinin (kaynak hızı, kaynak akımı, gaz temizlik yüzdesinin,kaynak dolgu teli hızı ve ark mesafesi) kaynak dikişi kesit geometrisi şekli ve kalite ölçütlerine etkisi araştırılmıştır. Kaynak dikişi kesit geometrisinin tahmini ve optimizasyonu için matematiksel modeller geliştirilmiştir. Ayrıca, TIG kaynağında kaynak dikişi kesit geometrisi ve kaynak parametreleri arasındaki ilişkileri yapılandırmak için nonlineer regresyon analizi uygulanmış, matematiksel hesaplamalar için de `Wolfram Mathematica v.11` programı kullanılmıştır. İlk olarak kaynak dikişinin kesit geometirisini tahmin eddebilmek için bir matematik modeli geliştirilmiştir. Daha sonra TIG kaynak fenomenini tahmin etmek için oluşturulan matematik modelin, nonlineer regresyon analizleri sonucunda prosesi doğru bir şekilde tahmin edebildiği görülmüştür. Kaynak dikişinin optimizasyon çalışmalarnda da `Differential Evolution`, `Nelder-Mead`, `Simuated Annealing` ve `Random Search` metodları kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda kaynak dikişi geometrisine ait alan için ulaşılabilecek en düşük değere, mümkün olan en yüksek nüfuziyet miktarı koşulu altında optimizasyon işlemleri yapılmıştır.

Across the engineering spectrum, welding is an essential process in the manufacturing of components, assemblies or complete machines. Tungsten inert gas (TIG) welding is the best known and most frequently used method of welding process in food industry, ships, bridges and welding of stainless steels. Basically, TIG weld quality is strongly characterized by the weld pool geometry which has several quality responses such as front height (FH), front width (FW), back height (BH), back width (BW) and area of penetration. Weld pool geometry plays an important role in determining the mechanical properties of the weld. Therefore, it is very important to select the welding process parameters for obtaining an optimal weld pool geometry. In this study, the effect of TIG welding process parameters (welding speed, welding current, gas flow rate, wire speed and gap distance) on the weld pool shape and the quality responses were investigated. The mathematical models were developed for optimization and prediction of the weld pool geometry. Also, a non-linear regression analysis was applied to construct the relationships between welding process parameters and weld pool geometry in TIG welding. Mathematical calculations was used in the Wolfram Mathematica v.11 and Differantial Evolution is used in the optimization study.First, a mathematical model was developed to predict the section geometry of the weld beam. Later, the mathematical model for estimating the TIG welding phenomenon was found to be able to accurately predict the process as a result of nonlinear regression analysis. In the optimization works of welding beam, `Differential Evolution`, `Nelder-Mead`, `Simulated Annealing` and `Random Search` methods are used. As a result of the work done, the optimization process is carried out under the condition of the lowest possible value for the area of the weld bead geometry, the highest possible penetration amount.