5005-H24 alüminyum alaşımı ve BH 20/34 çeliğinin CMT yöntemi ile kaynak edilebilirliğinin araştırılması ve kaynak parametrelerinin optimizasyonu

Abstract

Son yıllarda gelişen teknoloji ve artan rekabet nedeni ile araç gövdelerinde düşük fiyat, iyi korozyon direnci ve yüksek mekanik özelliklerini birleştiren galvanizli çelik sacların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Galvanizli BH 20/34 çelik saclar, özellikle otomotiv endüstrisinde, yüksek korozyon direnci sağlamaları ve fırınlama sonrası artan mekanik özellikleri nedeni ile kapı ve kaput dış sacı olarak geniş oranda kullanılmaktadırlar. Benzer şekilde 5xxx serisi alümünyum alaşımları da yüksek korozyon direnci sebebi ile özellikle dış panellerde yaygın kullanım alanına sahiptir.Bu çalışmada 0,65 mm kalınlığa sahip BH 20/34 çelik sac ile 2 mm kalınlığında 5005-H24 alaşımı alüminyum levha CMT (Cold Metal Transfer) yöntemi kullanılarak silisyum esaslı bir tel olan AlSi5 (ER 4043) teli ile birleştirilmiştir. 2 metalin birleşme arayüzeyleri arasına değişen miktarda boşluk verilerek kaynak işlemi yine değişen tel besleme hızlarında gerçekleştirilmiştir. Kaynatılan numuneler, otomotiv üretimindeki boya fırınlarında olduğu gibi, 180 C sıcaklığa değişen sürelerde maruz bırakılmışlardır. Optimum kaynak parametrelerini belirlemek için L16 Taguchi deney tasarımı yönteminden faydalanılmıştır. Bağlantıların en yüksek çekme dayanımlarını tespit etmek için çekme testi uygulanmış ve buna göre ideal kaynak parametreleri; Tel besleme hızı: 5,5 metre/dakika, parçalar arası boşluk: 0,3 mm ve fırınlama süresi: 0 dakika olarak belirlenmiştir. Elde edilen kaynaklı bağlantıların mekanik ve mikroyapısal özelliklerinin incelenmesi amacıyla yorulma testleri uygulanmış, numuneler taramalı elektron mikroskobu (SEM), Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) ile analiz edilmiştir. Bağlantıların kaynak bölgelerinden alınan numuneler mikroskobik ve makroskobik olarak incelenmiş, mikro sertlik taraması yapılmıştır.

Using the aluminum alloy into the steel body structure allows the reduction in the vehicle weight and improves the fuel efficiency. However, it is still great challenge to weld aluminum alloy to steel due to their differences in the physical, mechanical and metallurgical properties. In this study, aluminum alloy was welded with zinc coated steel by cold metal transfer (CMT). 0,65 mm BH 20/34 +Z galvanized steel and 2.0 mm EN-5005-H24 aluminum alloy have been used. Total number of 16 welds has been obtained using various parameters such as wire feeding speed, pre-setting gap and post heat treatment duration by means of L16 array taguchi analysis. The aim of the study is to determine the optimum process parameters based on the peak load for mechanically sound weld. The tensile tests were carried out to evaluate peak loads of the welds. Optimum parameters for 0,65 mm BH 20/34 +Z galvanized steel and 2.0 mm EN-5005-H24 aluminum alloy using the CMT process have been determined for the wire feeding speed of 5,5 m/min, pre-setting gap of 0,3 mm and no post heat treatment. Experimental results indicated that the intermetallic layer thickness in the CMT weld takes critical role to achieve relatively high weld strength. Increasing of pre-setting gap also make positive effect to increase weld strength due to decreasing of welding porosity. Energy dispersive spectroscopy (EDS) and scanning electron microscope (SEM) were conducted at 3 different zone of the joints; galvanized steel side, IMC layer and aluminum alloy side.